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JP2012116679A - Method for producing seed crystal holder and method for producing single crystal using the same - Google Patents

Method for producing seed crystal holder and method for producing single crystal using the same Download PDF

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JP2012116679A JP2010265875A JP2010265875A JP2012116679A JP 2012116679 A JP2012116679 A JP 2012116679A JP 2010265875 A JP2010265875 A JP 2010265875A JP 2010265875 A JP2010265875 A JP 2010265875A JP 2012116679 A JP2012116679 A JP 2012116679A
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Hiroyuki Kamata
弘之 鎌田
Tomohisa Kato
智久 加藤
Ichiro Nagai
一郎 長井
Tomonori Miura
知則 三浦
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Fujikura Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Fujikura Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

【課題】高品質で且つ空隙の発生が十分に抑制される単結晶を形成することができる種結晶保持体の製造方法及びこれを用いた単結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】基材9と、基材9の上に接合部11を介して接合される種結晶10とを備える種結晶保持体8の製造方法であって、基材9上に気相法により種結晶10と同一材料からなる多結晶体を接合部11として形成する接合部形成工程と、接合部11において種結晶10を接合させる接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面を得る接合部表面粗さ減少工程と、接合部11の平滑化面に種結晶10を接合させる種結晶接合工程とを含む。
【選択図】図4
A method for producing a seed crystal holder capable of forming a single crystal having high quality and sufficiently suppressing the generation of voids, and a method for producing a single crystal using the same.
A method for producing a seed crystal holding body 8 comprising a base material 9 and a seed crystal 10 joined to the base material 9 via a joint portion 11, comprising a vapor phase method on the base material 9. To form a polycrystalline body made of the same material as the seed crystal 10 as the joint portion 11, and to reduce the surface roughness of the surface to be joined to join the seed crystal 10 in the joint portion 11, thereby smoothing the surface. A joint surface roughness reducing step to be obtained, and a seed crystal joining step of joining the seed crystal 10 to the smoothed surface of the joint 11.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、種結晶保持体及びこれを用いた単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a seed crystal support and a method for producing a single crystal using the seed crystal support.

炭化ケイ素や窒化アルミニウムなどの化合物半導体は、広いバンドギャップを有することから、発光素子、高耐圧・高周波電源ICなどへの利用が期待されている。特に、窒化アルミニウム単結晶は、窒化ガリウムとの格子不整合が2.4%と小さいことから、窒化ガリウム系半導体を成長させる際の成長用基板としても期待されている。   Since compound semiconductors such as silicon carbide and aluminum nitride have a wide band gap, they are expected to be used for light emitting devices, high voltage / high frequency power supply ICs, and the like. In particular, an aluminum nitride single crystal has a small lattice mismatch with gallium nitride of 2.4%, and thus is expected as a growth substrate when growing a gallium nitride semiconductor.

このような化合物半導体単結晶の製造方法としては、種々のものが知られており、中でも、昇華法は、一般的に成長速度が大きいため、バルク結晶の作製に対して有力な方法としてよく用いられている。昇華法は、成長容器を加熱して、成長容器の底部および蓋部に温度差を設け、底部に載置した原料を昇華させ、その昇華ガスを、底部より温度の低い蓋部に固定した種結晶にて再結晶させることで結晶を成長させる方法である。   Various methods for producing such a compound semiconductor single crystal are known, and among them, the sublimation method is generally used as an effective method for producing a bulk crystal because of its generally high growth rate. It has been. In the sublimation method, the growth vessel is heated, a temperature difference is provided between the bottom and the lid of the growth vessel, the raw material placed on the bottom is sublimated, and the sublimation gas is fixed to the lid having a lower temperature than the bottom. This is a method of growing a crystal by recrystallization from the crystal.

種結晶を成長容器の蓋部に固定する方法として、蓋部に、結晶成長の条件で安定な金属およびそのケイ化物、炭化物、窒化物を介して種結晶を固定する方法が知られている(下記特許文献1)。   As a method for fixing the seed crystal to the lid of the growth vessel, a method is known in which the seed crystal is fixed to the lid via a metal that is stable under the conditions of crystal growth and its silicide, carbide, or nitride ( Patent Document 1) below.

また種結晶と黒鉛台座との間に金属材料を挟み、種結晶の上に加圧部材を配置し、加圧部材で種結晶を加圧しながら金属材料をその融点以上の温度で加熱処理した後、冷却することによって種結晶を黒鉛台座に固定する方法も知られている(下記特許文献2)。   After placing a metal material between the seed crystal and the graphite pedestal, placing a pressure member on the seed crystal, and heat-treating the metal material at a temperature above its melting point while pressing the seed crystal with the pressure member A method of fixing a seed crystal to a graphite pedestal by cooling is also known (Patent Document 2 below).

さらに蓋状部材に、炭化ケイ素からなる多結晶層を介して、炭化ケイ素の種結晶を設けることにより種結晶を蓋状部材に固定する方法も知られている(下記特許文献3)。この方法では、蓋状部材に設けたフック状部材により種結晶が非接着で機械的に保持される。   Furthermore, a method is also known in which a seed crystal is fixed to the lid member by providing the lid member with a silicon carbide seed crystal through a polycrystalline layer made of silicon carbide (Patent Document 3 below). In this method, the seed crystal is mechanically held in a non-adhering manner by a hook-like member provided on the lid-like member.

特表平11−510781号公報Japanese National Patent Publication No. 11-510781 特開2005−247681号公報JP-A-2005-247681 特開2002−201097号公報JP 2002-201097 A

しかし、上記特許文献1〜3では、得られる単結晶において、以下の課題が生じていた。   However, in the above Patent Documents 1 to 3, the following problems occur in the obtained single crystal.

即ち、特許文献1,2記載の方法では、得られる単結晶において、ひずみやクラックが生じる場合があり、高品質の単結晶を得ることができなかった。   That is, in the methods described in Patent Documents 1 and 2, strains and cracks may occur in the obtained single crystal, and a high-quality single crystal could not be obtained.

また特許文献3記載の方法では、得られる単結晶において空隙が生じる場合があった。   Further, in the method described in Patent Document 3, voids may occur in the obtained single crystal.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高品質で且つ空隙の発生が十分に抑制される単結晶を形成することができる種結晶保持体の製造方法及びこれを用いた単結晶の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a method for producing a seed crystal holding body capable of forming a single crystal having high quality and sufficiently suppressing generation of voids, and a single crystal using the same It aims at providing the manufacturing method of.

本発明者らは上記課題を解決するため、特許文献1〜3において上記課題が生じる原因について検討した。まず特許文献1、2記載の発明では、種結晶とそれに接合される金属等とが異なる材料で構成され、両者の熱膨張係数が異なっている。このため、種結晶から結晶を成長させる際、金属等が高温に加熱されると、種結晶にひずみが生じ、その結果、種結晶に設けられる成長結晶にもひずみが生じるのではないかと本発明者らは考えた。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have examined the causes of the above-mentioned problems in Patent Documents 1 to 3. First, in the inventions described in Patent Documents 1 and 2, the seed crystal and the metal bonded thereto are made of different materials, and their thermal expansion coefficients are different. Therefore, when growing a crystal from a seed crystal, if the metal or the like is heated to a high temperature, the seed crystal is distorted, and as a result, the growth crystal provided in the seed crystal may be distorted. They thought.

また特許文献3記載の発明では、種結晶が、フック状部材によって蓋状部材に非接着で機械的に保持されているため、蓋状部材と多結晶層との間に隙間が生じやすい。このことから、単結晶を成長させる際、多結晶層よりも蓋状部材の方が低温となるため、多結晶層の裏面から蓋状部材に向かって昇華が起こり、この現象が、種結晶、成長結晶にまで引き続き起こり、その結果、成長結晶内に空隙が発生するのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、下記発明により上記課題を解決し得ることを見出した。   In the invention described in Patent Document 3, since the seed crystal is mechanically held by the hook-like member on the lid-like member without adhesion, a gap is likely to be generated between the lid-like member and the polycrystalline layer. From this, when growing a single crystal, the temperature of the lid-like member is lower than that of the polycrystalline layer, so that sublimation occurs from the back surface of the polycrystalline layer toward the lid-like member. We thought that it would continue to the grown crystal, resulting in voids in the grown crystal. Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-described problems can be solved by the following invention.

即ち本発明は、基材と、前記基材の上に接合部を介して接合される種結晶とを備える種結晶保持体の製造方法であって、前記基材上に気相法により前記種結晶と同一材料からなる多結晶体を前記接合部として形成する接合部形成工程と、前記接合部において前記種結晶を接合させる接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面を得る接合部表面粗さ減少工程と、前記接合部の前記平滑化面に前記種結晶を接合させる種結晶接合工程とを含むことを特徴とする種結晶保持体の製造方法である。   That is, the present invention is a method for producing a seed crystal holder comprising a base material and a seed crystal bonded to the base material via a joint portion, wherein the seed crystal is formed on the base material by a vapor phase method. A joining portion forming step of forming a polycrystalline body made of the same material as the crystal as the joining portion, and a joining portion that obtains a smoothed surface by reducing the surface roughness of a joining planned surface for joining the seed crystal in the joining portion A method for producing a seed crystal holding body, comprising: a surface roughness reducing step; and a seed crystal bonding step of bonding the seed crystal to the smoothed surface of the bonding portion.

この発明によれば、接合部が、基材の上に気相法により形成されることによって得られるため、接合部が緻密に形成されるとともに接合部と基材との密着性が向上し、接合部に空隙が生じることが十分に防止される。また、種結晶は、接合部の接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面とされてから、接合部の平滑化面に接合される。このため、種結晶と接合部との間の隙間を十分に小さくすることが可能となる。このため、上記製造方法によって得られる種結晶保持体を、単結晶の原料を収容した成長容器内に設置し、成長容器で単結晶の原料を昇華させると、種結晶保持体の種結晶から結晶が成長する。このとき、接合部と基材との密着性が向上しており、接合部に空隙が生じることが十分に防止される。加えて、種結晶は、接合部の接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面とされてから、接合部の平滑化面に接合されるため、種結晶と接合部との間の隙間を十分に小さくすることが可能となる。このため、種結晶が基材側から昇華することが十分に防止され、種結晶中に空隙が発生することも十分に防止される。その結果、種結晶から成長する成長結晶においても、空隙が発生することが十分に防止される。また、接合部は、種結晶と同一材料からなる多結晶体で構成されるため、接合部と種結晶との間の熱膨張係数の差が十分に小さくなる。このため、接合部が加熱されても、種結晶に印加されるひずみを十分に小さくすることが可能となり、得られる成長結晶においても、ひずみを十分に小さくすることが可能となる。その結果、高品質の単結晶を得ることができる。   According to this invention, since the joining portion is obtained by being formed on the base material by a vapor phase method, the joining portion is formed densely and the adhesion between the joining portion and the base material is improved. It is sufficiently prevented that voids are generated in the joint portion. In addition, the seed crystal is made smooth by reducing the surface roughness of the joint planned surface of the joint, and then joined to the smooth surface of the joint. For this reason, it becomes possible to make the clearance gap between a seed crystal and a junction part small enough. For this reason, when the seed crystal holder obtained by the above manufacturing method is installed in a growth vessel containing a single crystal raw material, and the single crystal raw material is sublimated in the growth vessel, crystals from the seed crystal of the seed crystal holder are obtained. Will grow. At this time, the adhesion between the bonded portion and the base material is improved, and the occurrence of voids in the bonded portion is sufficiently prevented. In addition, since the seed crystal is smoothed by reducing the surface roughness of the joint planned surface of the joint, and then joined to the smoothed surface of the joint, the seed crystal is bonded between the seed crystal and the joint. The gap can be made sufficiently small. For this reason, sublimation of the seed crystal from the substrate side is sufficiently prevented, and generation of voids in the seed crystal is also sufficiently prevented. As a result, voids are sufficiently prevented from occurring in the grown crystal grown from the seed crystal. Further, since the joint portion is composed of a polycrystal made of the same material as the seed crystal, the difference in thermal expansion coefficient between the joint portion and the seed crystal is sufficiently small. For this reason, even if the junction is heated, the strain applied to the seed crystal can be made sufficiently small, and the strain can be made sufficiently small even in the obtained grown crystal. As a result, a high quality single crystal can be obtained.

上記製造方法は、前記接合部表面粗さ減少工程と前記種結晶接合工程との間に、前記種結晶のうち前記接合部と接合する接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面を得る種結晶表面粗さ減少工程をさらに含むことが好ましい。   In the manufacturing method, between the joint surface roughness reducing step and the seed crystal joining step, the smoothness surface is reduced by reducing the surface roughness of the surface to be joined to the joint portion of the seed crystal. It is preferable to further include a seed crystal surface roughness reducing step to be obtained.

この場合、接合部の接合予定面、及び種結晶の接合予定面のいずれも平滑化されることになるため、接合部と種結晶との密着性をより向上させることができる。従って、種結晶において昇華ガスの発生がより十分に防止され、種結晶中における空隙の発生をより十分に抑制することができる。その結果、得られる単結晶において、昇華による空隙の発生をより十分に抑制することができる。   In this case, since both the bonding scheduled surface of the bonded portion and the planned bonding surface of the seed crystal are smoothed, the adhesion between the bonded portion and the seed crystal can be further improved. Therefore, the generation of sublimation gas in the seed crystal is more sufficiently prevented, and the generation of voids in the seed crystal can be more sufficiently suppressed. As a result, generation of voids due to sublimation can be more sufficiently suppressed in the obtained single crystal.

また本発明は、上記製造方法で得られた種結晶保持体を、単結晶の原料を収容する成長容器内に設置する種結晶保持体設置工程と、前記原料を昇華させ、前記種結晶保持体の前記種結晶から結晶を成長させる結晶成長工程とを含むことを特徴とする単結晶の製造方法である。   The present invention also provides a seed crystal holder installation step in which the seed crystal holder obtained by the above production method is placed in a growth vessel containing a single crystal raw material; And a crystal growth step for growing the crystal from the seed crystal.

この発明によれば、種結晶保持体として、上述した種結晶保持体が用いられるため、単結晶成長を行っている間、種結晶が基材側から昇華することが十分に防止され、種結晶中に空隙が発生することも十分に防止される。その結果、種結晶から成長する成長結晶においても、空隙が発生することが十分に防止される。また、接合部は、種結晶と同一材料からなる多結晶体で構成されるため、接合部と種結晶との間の熱膨張係数の差が十分に小さくなる。このため、接合部が加熱されても、種結晶に印加されるひずみを十分に小さくすることが可能となり、得られる成長結晶においても、ひずみを十分に小さくすることが可能となる。その結果、高品質の単結晶を得ることができる。   According to this invention, since the seed crystal holder described above is used as the seed crystal holder, the seed crystal is sufficiently prevented from sublimating from the substrate side during the single crystal growth, and the seed crystal It is sufficiently prevented that voids are generated therein. As a result, voids are sufficiently prevented from occurring in the grown crystal grown from the seed crystal. Further, since the joint portion is composed of a polycrystal made of the same material as the seed crystal, the difference in thermal expansion coefficient between the joint portion and the seed crystal is sufficiently small. For this reason, even if the junction is heated, the strain applied to the seed crystal can be made sufficiently small, and the strain can be made sufficiently small even in the obtained grown crystal. As a result, a high quality single crystal can be obtained.

本発明によれば、高品質で且つ空隙の発生が十分に抑制される単結晶を形成することができる種結晶保持体の製造方法及びこれを用いた単結晶の製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the seed crystal holding body which can form the high quality and the single crystal which generation | occurrence | production of a space | gap is fully suppressed, and the manufacturing method of a single crystal using the same are provided.

本発明に係る単結晶の製造方法を実施する製造装置の一例を示す切断面端面図である。1 is a cross-sectional end view illustrating an example of a manufacturing apparatus that performs a method for manufacturing a single crystal according to the present invention. 昇華法により基材上に接合部を形成するための接合部製造装置の一例を示す切断面端面図である。It is a cut surface end view showing an example of a joined part manufacture device for forming a joined part on a substrate by a sublimation method. 基材と接合部との積層体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body of a base material and a junction part. 本発明に係る種結晶保持体の製造方法により得られる種結晶保持体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the seed crystal holding body obtained by the manufacturing method of the seed crystal holding body which concerns on this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず本発明に係る単結晶の製造方法を実施する製造装置の一例について図1を用いて説明する。図1は、本発明に係る単結晶の製造装置を示す切断面端面図である。図1に示すように、窒化アルミニウム単結晶の製造装置(以下、単に「製造装置」と呼ぶ)100は、窒化アルミニウム単結晶の原料1を収容する成長容器2と、成長容器2を包囲する反応管3と、反応管3の周囲に設けられる加熱装置4とから構成されている。   First, an example of a manufacturing apparatus for carrying out the method for manufacturing a single crystal according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional end view showing a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, an aluminum nitride single crystal manufacturing apparatus (hereinafter simply referred to as “manufacturing apparatus”) 100 includes a growth vessel 2 containing a raw material 1 of an aluminum nitride single crystal and a reaction surrounding the growth vessel 2. The tube 3 and a heating device 4 provided around the reaction tube 3 are configured.

反応管3は、筒状の反応管本体部3aと、反応管本体部3aの側面に接続され、成長容器2から排出されたガスを希釈する希釈ガスを反応管本体部3a内に導入するガス導入管3bとを備えている。反応管3は、例えば黒鉛、タングステン又は炭化タンタルで構成されている。希釈ガスは、成長容器2から排出されるガスを希釈可能なものであればよく、このような希釈ガスとしては、窒素ガス及びアルゴンガスなどが挙げられる。   The reaction tube 3 is connected to a cylindrical reaction tube main body 3a and a side surface of the reaction tube main body 3a, and introduces a dilution gas for diluting the gas discharged from the growth vessel 2 into the reaction tube main body 3a. And an introduction pipe 3b. The reaction tube 3 is made of, for example, graphite, tungsten, or tantalum carbide. The dilution gas only needs to be able to dilute the gas discharged from the growth vessel 2, and examples of such dilution gas include nitrogen gas and argon gas.

成長容器2は、筒状の原料収容部2aと、原料収容部2aの外周面に突設され、溝2bを形成する環状部材2cと、原料収容部2aを覆うドーム状のキャップ部材2dとを有している。   The growth vessel 2 includes a cylindrical raw material container 2a, an annular member 2c that protrudes from the outer peripheral surface of the raw material container 2a and forms a groove 2b, and a dome-shaped cap member 2d that covers the raw material container 2a. Have.

原料収容部2aの内部には、窒化アルミニウム単結晶の原料1を収容するルツボ5が収容されている。また原料収容部2aには、窒素ガスを導入するガス導入管2fが反応管3の本体部3aを貫通して原料収容部2aに接続されている。ガス導入管2fの先端にはガス導入口2hが形成されている。   A crucible 5 for accommodating the aluminum nitride single crystal raw material 1 is accommodated in the raw material accommodating portion 2a. In addition, a gas introduction pipe 2 f for introducing nitrogen gas passes through the main body 3 a of the reaction tube 3 and is connected to the raw material accommodation part 2 a in the raw material accommodation part 2 a. A gas introduction port 2h is formed at the tip of the gas introduction pipe 2f.

キャップ部材2dには、支持部材7の先端に固定した種結晶保持体8を挿入するための挿入口2gが形成されている。ここで、種結晶保持体8は、支持部材7に固定される基材9と、種結晶10と、基材9及び種結晶10を接合する接合部11とで構成されている。ここで、支持部材7及び基材9は例えば黒鉛又はタングステンで構成される。種結晶10は通常、窒化アルミニウム単結晶で構成されるが、炭化ケイ素又は炭化ケイ素の単結晶上に窒化アルミニウム単結晶膜を成長させたもので構成されてもよい。接合部11は、例えば種結晶10と同一材料からなる多結晶体で構成される。多結晶体は窒化アルミニウム単結晶体の集合体である。   The cap member 2d is formed with an insertion port 2g for inserting the seed crystal holding body 8 fixed to the tip of the support member 7. Here, the seed crystal holding body 8 includes a base material 9 fixed to the support member 7, a seed crystal 10, and a joint portion 11 that joins the base material 9 and the seed crystal 10. Here, the support member 7 and the base material 9 are made of, for example, graphite or tungsten. The seed crystal 10 is usually composed of an aluminum nitride single crystal, but may be composed of silicon carbide or a silicon carbide single crystal grown on an aluminum nitride single crystal film. The junction 11 is made of a polycrystalline body made of the same material as the seed crystal 10, for example. A polycrystal is an aggregate of aluminum nitride single crystals.

キャップ部材2dは、その内側に原料収容部2aの上端部を挿入可能となっている。またキャップ部材2dの端部は、環状部材2cの溝2bに挿入可能となっている。そして、キャップ部材2dの内側に原料収容部2aの上端部を挿入し、キャップ部材2dの端部を環状部材2cの溝2bに挿入することで、単結晶成長領域6が形成されるとともに、ガス排出路2eが形成される。   The cap member 2d is capable of inserting the upper end portion of the raw material storage portion 2a inside thereof. The end of the cap member 2d can be inserted into the groove 2b of the annular member 2c. And by inserting the upper end part of the raw material accommodating part 2a inside the cap member 2d and inserting the end part of the cap member 2d into the groove 2b of the annular member 2c, the single crystal growth region 6 is formed, and the gas A discharge path 2e is formed.

ここで、ガス排出路2eは、ガス排出路2eの出口が入口よりも加熱装置4に近い位置に設けられている。即ちガス排出路2eは、原料収容部2aの外側に設けられている。このため、ガス排出路2eにおいては、入口から出口に向かうにつれて温度が高くなる。   Here, the gas discharge path 2e is provided at a position where the outlet of the gas discharge path 2e is closer to the heating device 4 than the inlet. That is, the gas discharge path 2e is provided outside the raw material container 2a. For this reason, in the gas discharge path 2e, the temperature increases from the inlet toward the outlet.

単結晶成長領域6は、原料収容部2aの上端と、キャップ部材2dの内壁面とによって形成されるものであり、ガス排出路2e及び原料収容部2aよりも上方に設けられている。そして、ガス排出路2eは、原料が配置されるルツボ(原料配置部)5よりも高い位置で且つ単結晶配置領域6よりも低い位置に配置されている。即ち、ガス排出路2eは、ルツボ5と単結晶配置領域6との間に配置されている。   The single crystal growth region 6 is formed by the upper end of the raw material storage portion 2a and the inner wall surface of the cap member 2d, and is provided above the gas discharge path 2e and the raw material storage portion 2a. And the gas discharge path 2e is arrange | positioned in the position higher than the crucible (raw material arrangement | positioning part) 5 in which a raw material is arrange | positioned, and lower than the single crystal arrangement | positioning area | region 6. FIG. That is, the gas discharge path 2 e is arranged between the crucible 5 and the single crystal arrangement region 6.

加熱装置4は、ガス排出路2eの温度を、単結晶成長領域6よりも高い温度とすることが可能となっている。具体的に、加熱装置4は、図1に示すように、複数の独立したリング状のヒータ4a、4b、4cを備えている。これらの複数のヒータ4a、4b、4cは、成長容器2の下部から上部に向かって順次配置され、各ヒータ4a、4b、4cにおける発熱量を独立して調整することが可能である。ヒータ4a,4b,4cはそれぞれ、蛇行状であることが好ましい。ヒータ4a,4b,4cのそれぞれは、複数(例えば2つ)に分割されていてもよい。ここで、ヒータ4aは、原料1の温度を調整するためのものである。従って、ヒータ4aは、ルツボ5を包囲するように配置されている。ヒータ4bはガス排出路2eの温度を調整するためのものである。従って、ヒータ4bはガス排出路2eを包囲するように配置されている。またヒータ4cは単結晶成長領域6を加熱するためのものである。従って、ヒータ4cは、単結晶配置領域6を包囲するように配置されている。従って、ヒータ4bの発熱量をヒータ4cの発熱量よりも大きくすれば、ガス排出路2eの温度を、単結晶成長領域6の温度よりも高くすることが可能となる。   The heating device 4 can set the temperature of the gas discharge path 2 e higher than that of the single crystal growth region 6. Specifically, as shown in FIG. 1, the heating device 4 includes a plurality of independent ring-shaped heaters 4a, 4b, and 4c. The plurality of heaters 4a, 4b, and 4c are sequentially arranged from the lower portion to the upper portion of the growth vessel 2, and the amount of heat generated in each heater 4a, 4b, and 4c can be adjusted independently. Each of the heaters 4a, 4b, 4c is preferably meandering. Each of the heaters 4a, 4b, 4c may be divided into a plurality (for example, two). Here, the heater 4 a is for adjusting the temperature of the raw material 1. Therefore, the heater 4 a is arranged so as to surround the crucible 5. The heater 4b is for adjusting the temperature of the gas discharge path 2e. Accordingly, the heater 4b is disposed so as to surround the gas discharge path 2e. The heater 4c is for heating the single crystal growth region 6. Therefore, the heater 4 c is arranged so as to surround the single crystal arrangement region 6. Therefore, if the heat generation amount of the heater 4b is made larger than the heat generation amount of the heater 4c, the temperature of the gas discharge path 2e can be made higher than the temperature of the single crystal growth region 6.

なお、原料収容部2a及びキャップ部材2dは通常、黒鉛で構成される。但し、原料収容部2a及びキャップ部材2dの内壁面は、原料1の昇華時に生成されるアルミニウムガスによる腐食を抑制する観点からは、炭化タンタル(TaC)、窒化ジルコニウム(ZrN),窒化タングステン(WN),窒化タンタル(TaN)などの材料でコーティングされることが好ましく、中でも、アルミニウムガスに対する耐腐食性に特に優れることから、炭化タンタルでコーティングされることが好ましい。   In addition, the raw material accommodating part 2a and the cap member 2d are normally comprised with graphite. However, the inner wall surfaces of the raw material container 2a and the cap member 2d are tantalum carbide (TaC), zirconium nitride (ZrN), tungsten nitride (WN) from the viewpoint of suppressing corrosion by aluminum gas generated during sublimation of the raw material 1. ), Tantalum nitride (TaN), etc., and it is preferable to coat with tantalum carbide because it is particularly excellent in corrosion resistance against aluminum gas.

次に、上記製造装置100を用いた単結晶の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a single crystal using the manufacturing apparatus 100 will be described.

まず棒状の支持部材7の先端に固定する種結晶支持体8の製造方法について説明する。種結晶支持体8は、上述したように、支持部材7の先端に固定される基材9と、種結晶10と、基材9と種結晶10とを接合する接合部11とを備えている。   First, a method for manufacturing the seed crystal support 8 fixed to the tip of the rod-shaped support member 7 will be described. As described above, the seed crystal support 8 includes the base material 9 fixed to the tip of the support member 7, the seed crystal 10, and the joint portion 11 that joins the base material 9 and the seed crystal 10. .

(接合部形成工程)
まず基材9上に、気相法により多結晶体を形成する。気相法としては、昇華法、水素化物堆積法(Hydride Vapor Phase Epitaxy,HVPE)、MOCVD法、熱蒸着法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザーアブレーション法、プラズマ法及びスパッタ法などが挙げられる。中でも、単結晶の成長速度が大きいことから、昇華法が好ましく用いられる。多結晶体の厚さは通常1〜5000μmであり、好ましくは20〜500μmである。
(Joint formation process)
First, a polycrystalline body is formed on the substrate 9 by a vapor phase method. Examples of vapor phase methods include sublimation method, hydride deposition method (HVPE), MOCVD method, thermal evaporation method, vacuum evaporation method, electron beam evaporation method, laser ablation method, plasma method and sputtering method. It is done. Of these, the sublimation method is preferably used because of the high growth rate of the single crystal. The thickness of the polycrystal is usually 1 to 5000 μm, preferably 20 to 500 μm.

図2は、昇華法により基材上に接合部を形成するための接合部製造装置の一例を示す切断面端面図、図3は、基材及び接合部の積層体を示す断面図、図4は、種結晶保持体を示す断面図である。図2に示すように、接合部製造装置20は、発熱体14と、発熱体14を包囲する断熱材13と、断熱体13の周囲に巻回される加熱コイル16とを備えている。発熱体14は、原料15を収容する原料収容部14aと、原料収容部14aを密閉する蓋体14bとで構成されている。断熱材13も断熱材本体部13aと、断熱材本体部13aに設けられる蓋体13bとを有している。また断熱材13には、発熱体14の蓋体14bを露出させるように形成される貫通孔13cと、発熱体14の原料収容部14aの底部を露出させるように形成される貫通孔13dとが形成されている。貫通孔13cは、放射温度計を挿入し、蓋体14bから放射される赤外線によって蓋体14bの温度を計測するためのものである。貫通孔13dは、放射温度計を挿入し、原料収容部14aの底部から放射される赤外線によって底部の温度を計測するためのものである。   2 is a cross-sectional end view showing an example of a joint manufacturing apparatus for forming a joint on a substrate by a sublimation method, FIG. 3 is a cross-sectional view showing a laminate of the substrate and the joint, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a seed crystal holder. As shown in FIG. 2, the joint manufacturing apparatus 20 includes a heating element 14, a heat insulating material 13 that surrounds the heating element 14, and a heating coil 16 that is wound around the heat insulating body 13. The heating element 14 includes a raw material container 14a that stores the raw material 15 and a lid body 14b that seals the raw material container 14a. The heat insulating material 13 also has a heat insulating material main body 13a and a lid 13b provided on the heat insulating material main body 13a. Further, the heat insulating material 13 has a through hole 13c formed so as to expose the lid 14b of the heating element 14, and a through hole 13d formed so as to expose the bottom part of the raw material accommodating portion 14a of the heating element 14. Is formed. The through-hole 13c is for inserting a radiation thermometer and measuring the temperature of the lid 14b by infrared rays radiated from the lid 14b. The through-hole 13d is for inserting a radiation thermometer and measuring the temperature of the bottom by infrared rays radiated from the bottom of the raw material container 14a.

そして、接合部製造装置20において、断熱材13の蓋体13bを外し、発熱体14の蓋体14bを外した状態にする。そして、発熱体14の蓋体14bには、原料収容部14aを蓋体14bで密閉した場合に原料15に対向する面に基材9を固定する。基材9の固定は、例えば基材9を発熱体14の蓋体14bとして発熱体14の上に嵌め合せて載置したり、発熱体14の蓋体14bに機械的に嵌め合せたりすることによって行うことができる。   And in the junction manufacturing apparatus 20, the cover 13b of the heat insulating material 13 is removed, and the cover 14b of the heating element 14 is removed. And the base material 9 is fixed to the surface which opposes the raw material 15 when the raw material accommodating part 14a is sealed with the cover body 14b at the cover body 14b of the heat generating body 14. FIG. The base material 9 is fixed, for example, by placing the base material 9 on the heating element 14 as a lid 14b of the heating element 14 or by mechanically fitting it on the lid 14b of the heating element 14. Can be done by.

そして、原料収容部14aに原料15を収納した後、蓋体14bで原料収容部14aを密閉する。続いて、断熱材本体部13aを蓋体13bで密閉する。   And after accommodating the raw material 15 in the raw material accommodating part 14a, the raw material accommodating part 14a is sealed with the cover body 14b. Subsequently, the heat insulating body 13a is sealed with the lid 13b.

そして、加熱コイル16に電流を印加して磁界を発生させることにより発熱体14を発熱させる。このとき、断熱材13の貫通孔13c、13dの各々に放射温度計を挿入し、発熱体14の蓋体14b、発熱体14の原料収容部14aの底部の温度を計測しながら、原料15が昇華する温度まで原料15を加熱する。このとき、発熱体14の蓋体14bの温度が、発熱体14の原料収容部14aの底部の温度よりも低くなるようにする。すると、原料15が昇華し、昇華したガスにより基材9の表面上に、種結晶10と同一材料からなる多結晶体が析出する。こうして基材9上に接合部11が形成され、基材9及び接合部11の積層体が得られる(図3)。   The heating element 14 is heated by applying a current to the heating coil 16 to generate a magnetic field. At this time, a radiation thermometer is inserted into each of the through holes 13c and 13d of the heat insulating material 13 to measure the temperature of the lid 14b of the heating element 14 and the bottom of the raw material accommodating part 14a of the heating element 14, while the raw material 15 The raw material 15 is heated to a temperature for sublimation. At this time, the temperature of the lid 14b of the heating element 14 is set to be lower than the temperature of the bottom of the raw material container 14a of the heating element 14. Then, the raw material 15 is sublimated, and a polycrystalline body made of the same material as the seed crystal 10 is deposited on the surface of the base material 9 by the sublimated gas. In this way, the joining part 11 is formed on the base material 9, and the laminated body of the base material 9 and the joining part 11 is obtained (FIG. 3).

次に、断熱材13の蓋体13bを取り外し、続いて発熱体14の蓋体14bを取り外す。そして、蓋体14bから、基材9及び接合部11の積層体を取り外す。   Next, the cover 13b of the heat insulating material 13 is removed, and then the cover 14b of the heating element 14 is removed. And the laminated body of the base material 9 and the junction part 11 is removed from the cover body 14b.

(接合部表面粗さ減少工程)
次に、接合部11の接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面を形成する。ここで、接合部11の接合予定面の表面粗さを減少させるには、例えば接合部11の接合予定面に対して研削又は研磨などを行えばよい。中でも、研削が加工速度が大きいことから好ましいが、表面粗さは研磨の方が低くなるので、両者を併用しても良い。また接合部11の接合予定面の表面粗さは、平滑化面の算術表面粗さRaが0.05〜2μmとなるまで減少させることが好ましく、0.2〜1μmとなるまで減少させることがより好ましい。
(Joint surface roughness reduction process)
Next, the smoothened surface is formed by reducing the surface roughness of the bonding planned surface of the bonding portion 11. Here, in order to reduce the surface roughness of the surface to be bonded of the bonding portion 11, for example, grinding or polishing may be performed on the surface to be bonded of the bonding portion 11. Among them, grinding is preferable because the processing speed is high, but since the surface roughness is lower in polishing, both may be used in combination. Moreover, it is preferable to reduce the surface roughness of the joining plan surface of the junction part 11 until the arithmetic surface roughness Ra of the smoothed surface is 0.05 to 2 μm, and more preferably to 0.2 to 1 μm.

一方、種結晶10を用意する。種結晶10としては通常、窒化アルミニウム(AlN)が用いられるが、炭化ケイ素(SiC)を使用することも可能である。種結晶10の厚さは通常は100〜2000μmであり、好ましくは200〜1000μmである。   On the other hand, a seed crystal 10 is prepared. As the seed crystal 10, aluminum nitride (AlN) is usually used, but silicon carbide (SiC) can also be used. The thickness of the seed crystal 10 is usually 100 to 2000 μm, preferably 200 to 1000 μm.

そして、上記積層体の接合部11の平滑化面に種結晶10を重ね合わせ、この状態で接合部11及び種結晶10を熱処理する。こうして接合部11と種結晶10とが接合し、種結晶保持体8が得られる(図4)。このとき、熱処理の温度は、接合部11と種結晶10とが接合する温度であればよいが、通常1800〜2100℃、好ましくは1900〜2000℃とする。また接合部11及び種結晶10の熱処理は、加圧しながら行うことが好ましい。この場合、加圧しないで熱処理を行う場合に比べて種結晶10を接合部11により強固に接合することができる。このときの加圧圧力は通常、5〜200kPaであり、好ましくは10〜50kPaである。   And the seed crystal 10 is piled up on the smooth surface of the junction part 11 of the said laminated body, and the junction part 11 and the seed crystal 10 are heat-processed in this state. In this way, the joining part 11 and the seed crystal 10 are joined, and the seed crystal holding body 8 is obtained (FIG. 4). At this time, the temperature of the heat treatment may be a temperature at which the joint 11 and the seed crystal 10 are joined, but is usually 1800 to 2100 ° C., preferably 1900 to 2000 ° C. Moreover, it is preferable to perform heat processing of the junction part 11 and the seed crystal 10, pressurizing. In this case, the seed crystal 10 can be firmly bonded to the bonding portion 11 as compared with the case where the heat treatment is performed without applying pressure. The pressure applied at this time is usually 5 to 200 kPa, preferably 10 to 50 kPa.

(種結晶表面粗さ減少工程)
なお、接合部11及び種結晶10を熱処理する前に、種結晶10のうち接合部11との接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面を形成することが好ましい。この場合、接合部11と種結晶10との密着性をより向上させることができる。
(Seed crystal surface roughness reduction process)
In addition, before heat-treating the joint part 11 and the seed crystal 10, it is preferable to reduce the surface roughness of the surface to be joined to the joint part 11 of the seed crystal 10 to form a smoothed surface. In this case, the adhesion between the joint portion 11 and the seed crystal 10 can be further improved.

種結晶10の接合予定面の表面粗さを減少させるには、例えば種結晶10の接合予定面に対して研削又は研磨などを行えばよい。中でも、研削が加工速度が大きいことから好ましい。また種結晶10の接合予定面の表面粗さは、平滑化面の算出表面粗さRaが0.05〜2μmとすることが好ましく、0.2〜1μmとすることがより好ましい。   In order to reduce the surface roughness of the planned joining surface of the seed crystal 10, for example, grinding or polishing may be performed on the scheduled joining surface of the seed crystal 10. Among these, grinding is preferable because of its high processing speed. In addition, the surface roughness of the surface to be bonded of the seed crystal 10 is preferably 0.05 to 2 μm, more preferably 0.2 to 1 μm, with the calculated surface roughness Ra of the smoothed surface.

こうして種結晶保持体8が得られた後は、図1に示すように、まず成長容器2において、原料収容部2a内に配置したルツボ5に窒化アルミニウム単結晶の原料1を収容する。   After the seed crystal holder 8 is obtained in this way, as shown in FIG. 1, first, in the growth vessel 2, the aluminum nitride single crystal raw material 1 is accommodated in the crucible 5 disposed in the raw material accommodating portion 2 a.

(種結晶保持体設置工程)
一方、棒状の支持部材7の先端に、上記のようにして得られた種結晶保持体8を固定する。このとき、種結晶保持体8の基材9を支持部材7の先端に固定する。そして、種結晶保持体8を支持した支持部材7を、キャップ部材2dの挿入口2gに、種結晶保持体8側から挿入する。このとき、種結晶10は、成長容器2内の単結晶成長領域6に配置される。具体的には、種結晶10は、原料1側に面した表面が原料収容部2aの底面2iから所定の距離離れた位置に配置されるように単結晶成長領域6に配置される。
(Seed crystal holder installation process)
On the other hand, the seed crystal holder 8 obtained as described above is fixed to the tip of the rod-like support member 7. At this time, the base material 9 of the seed crystal holder 8 is fixed to the tip of the support member 7. Then, the support member 7 that supports the seed crystal holder 8 is inserted into the insertion port 2g of the cap member 2d from the seed crystal holder 8 side. At this time, the seed crystal 10 is disposed in the single crystal growth region 6 in the growth vessel 2. Specifically, the seed crystal 10 is arranged in the single crystal growth region 6 so that the surface facing the raw material 1 side is arranged at a predetermined distance from the bottom surface 2i of the raw material container 2a.

他方、成長容器2内にガス導入管2fのガス導入口2hを経て窒素ガスを導入しながら、加熱装置4を作動させる。このとき、例えばリング状ヒータ4bの発熱量を、ヒータ4aよりも大きくし、ヒータ4aの発熱量をヒータ4cよりも大きくする。これにより、ガス排出路2eの温度が原料1及び単結晶成長領域6の温度よりも高くなり、原料1の温度が単結晶成長領域6の温度よりも高くなる。   On the other hand, the heating device 4 is operated while introducing nitrogen gas into the growth vessel 2 through the gas inlet 2h of the gas inlet tube 2f. At this time, for example, the heat generation amount of the ring-shaped heater 4b is made larger than that of the heater 4a, and the heat generation amount of the heater 4a is made larger than that of the heater 4c. Thereby, the temperature of the gas exhaust path 2 e becomes higher than the temperature of the raw material 1 and the single crystal growth region 6, and the temperature of the raw material 1 becomes higher than the temperature of the single crystal growth region 6.

(結晶成長工程)
こうして、加熱装置4により、窒化アルミニウム単結晶の原料1が加熱されて昇華すると、原料1から昇華した昇華ガスとガス導入口2hから導入された窒素ガスとの混合ガスが、種結晶10において冷却されることで再結晶して固相になり種結晶10に結晶12が成長する。こうして窒化アルミニウム単結晶が得られる。
(Crystal growth process)
Thus, when the raw material 1 of the aluminum nitride single crystal is heated and sublimated by the heating device 4, the mixed gas of the sublimation gas sublimated from the raw material 1 and the nitrogen gas introduced from the gas inlet 2h is cooled in the seed crystal 10. As a result, it is recrystallized to become a solid phase, and a crystal 12 grows on the seed crystal 10. Thus, an aluminum nitride single crystal is obtained.

上記製造方法によれば、接合部11が、基材9の上に気相法により形成されることによって得られるため、接合部11が緻密に形成されるとともに接合部11と基材9との密着性が向上し、接合部11に空隙が生じることが十分に防止される。また、種結晶10は、接合部11の接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面とされてから、接合部11の平滑化面に接合される。このため、種結晶10と接合部11との間の隙間を十分に小さくすることが可能となる。このため、上記製造方法によって得られる種結晶保持体8を、窒化アルミニウム単結晶の原料1を収容した成長容器2内に設置し、成長容器2内に単結晶の原料1を収容して昇華させると、種結晶保持体8の種結晶10から結晶12が成長する。このとき、接合部11と基材9との密着性が向上しており、接合部11に空隙が生じることが十分に防止される。加えて、種結晶10は、接合部11の接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面とされてから、接合部11の平滑化面に接合されるため、種結晶10と接合部11との間の隙間を十分に小さくすることが可能となる。このため、種結晶10が基材9側から昇華することが十分に防止され、種結晶10中に空隙が発生することも十分に防止される。その結果、種結晶10上に成長する成長結晶においても、空隙が発生することが十分に防止される。また、接合部11は、種結晶10と同一材料からなる多結晶体で構成されるため、接合部11と種結晶10との間の熱膨張係数の差が十分に小さくなる。このため、接合部11が加熱されても、種結晶10に印加されるひずみを十分に小さくすることが可能となり、得られる成長結晶においても、ひずみを十分に小さくすることが可能となる。その結果、高品質の単結晶を得ることができる。   According to the manufacturing method, since the joint portion 11 is obtained by being formed on the base material 9 by a vapor phase method, the joint portion 11 is formed densely and the joint portion 11 and the base material 9 Adhesion is improved, and a gap is sufficiently prevented from occurring in the joint portion 11. In addition, the seed crystal 10 is joined to the smoothed surface of the joint portion 11 after reducing the surface roughness of the joining planned surface of the joint portion 11 to be a smoothed surface. For this reason, it becomes possible to make the clearance gap between the seed crystal 10 and the junction part 11 small enough. For this reason, the seed crystal holder 8 obtained by the above manufacturing method is installed in the growth vessel 2 containing the aluminum nitride single crystal raw material 1, and the single crystal raw material 1 is contained in the growth vessel 2 and sublimated. Then, the crystal 12 grows from the seed crystal 10 of the seed crystal holder 8. At this time, the adhesion between the joint portion 11 and the base material 9 is improved, and a gap is sufficiently prevented from being generated in the joint portion 11. In addition, since the seed crystal 10 is made smooth by reducing the surface roughness of the joining planned surface of the joint 11 and then joined to the smoothed surface of the joint 11, the seed crystal 10 and the joint 11 can be sufficiently reduced. For this reason, it is possible to sufficiently prevent the seed crystal 10 from sublimating from the base material 9 side, and it is also sufficiently prevented that voids are generated in the seed crystal 10. As a result, the generation of voids is sufficiently prevented even in the grown crystal growing on the seed crystal 10. Moreover, since the junction part 11 is comprised with the polycrystal which consists of the same material as the seed crystal 10, the difference of the thermal expansion coefficient between the junction part 11 and the seed crystal 10 becomes small enough. For this reason, even if the junction 11 is heated, the strain applied to the seed crystal 10 can be sufficiently reduced, and the strain can be sufficiently reduced even in the obtained grown crystal. As a result, a high quality single crystal can be obtained.

特に、上記実施形態において、接合部11の表面粗さを減少させた後で且つ種結晶10を接合部11に接合する前に、種結晶10のうち接合部11と接合する接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面を形成すると、接合部11の接合予定面、及び種結晶10の接合予定面のいずれも平滑化されるため、接合部11と種結晶10との密着性をより向上させることができる。従って、種結晶10において昇華ガスの発生がより十分に防止され、種結晶10中における空隙の発生をより十分に抑制することができる。その結果、得られる単結晶において、昇華による空隙の発生をより十分に抑制することができる。   In particular, in the above-described embodiment, the surface of the bonding planned surface to be bonded to the bonding portion 11 of the seed crystal 10 after reducing the surface roughness of the bonding portion 11 and before bonding the seed crystal 10 to the bonding portion 11. When the smoothed surface is formed by reducing the roughness, both the planned joining surface of the joint 11 and the planned joining surface of the seed crystal 10 are smoothed, so that the adhesion between the joint 11 and the seed crystal 10 is improved. It can be improved further. Therefore, the generation of sublimation gas in the seed crystal 10 is more sufficiently prevented, and the generation of voids in the seed crystal 10 can be more sufficiently suppressed. As a result, generation of voids due to sublimation can be more sufficiently suppressed in the obtained single crystal.

さらに結晶12を成長させている間は、ガス導入管3bから反応管本体部3a内に希釈ガスを導入することが好ましい。この場合、成長容器2のガス排出路2eから排出されるガス中の窒化アルミニウムが希釈され、反応管本体部3aの内壁に窒化アルミニウム粒子が析出することを抑制することができる。   Further, while the crystal 12 is grown, it is preferable to introduce a dilution gas into the reaction tube main body 3a from the gas introduction tube 3b. In this case, aluminum nitride in the gas discharged from the gas discharge path 2e of the growth vessel 2 can be diluted, and aluminum nitride particles can be prevented from precipitating on the inner wall of the reaction tube body 3a.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、窒化アルミニウム単結晶が、密閉していない成長容器2内で製造されているが、窒化アルミニウム単結晶は、密閉された成長容器内で製造されてもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the aluminum nitride single crystal is manufactured in the growth vessel 2 that is not sealed, but the aluminum nitride single crystal may be manufactured in a closed growth vessel.

また上記実施形態は、単結晶が窒化アルミニウムの場合について説明したが、本発明は、炭化ケイ素などの単結晶においても適用可能である。この場合、接合部11としては、炭化ケイ素の多結晶体が使用され、種結晶10としては、炭化ケイ素の単結晶が使用される。
さらに上記実施形態では、ガス排出路2eが、原料が配置されるルツボ(原料配置部)5よりも高い位置で且つ単結晶配置領域6よりも低い位置に配置されているが、ガス排出路2eは、ルツボ5と単結晶配置領域6との間に配置されていればよく、原料が配置されるルツボ(原料配置部)5よりも低い位置で且つ単結晶配置領域6よりも高い位置に配置されていてもよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a single crystal was aluminum nitride, this invention is applicable also to single crystals, such as a silicon carbide. In this case, a silicon carbide polycrystal is used as the joint portion 11, and a silicon carbide single crystal is used as the seed crystal 10.
Furthermore, in the said embodiment, although the gas discharge path 2e is arrange | positioned in the position higher than the crucible (raw material arrangement | positioning part) 5 in which a raw material is arrange | positioned, and lower than the single crystal arrangement | positioning area | region 6, the gas discharge path 2e Is arranged between the crucible 5 and the single crystal arrangement region 6, and is arranged at a position lower than the crucible (raw material arrangement portion) 5 where the raw material is arranged and at a position higher than the single crystal arrangement region 6. May be.

以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
黒鉛製の基材を準備した。次に、図2に示す接合部製造装置20において、断熱材13の蓋体13bを外し、発熱体14の蓋体14bを外した状態にした。そして、基材9は、発熱体14の蓋体14bに基材9を嵌め合せることによって固定した。
Example 1
A base material made of graphite was prepared. Next, in the joint manufacturing apparatus 20 shown in FIG. 2, the cover 13b of the heat insulating material 13 was removed, and the cover 14b of the heating element 14 was removed. And the base material 9 was fixed by fitting the base material 9 in the cover body 14b of the heat generating body 14. FIG.

そして、原料収容部14aに窒化アルミニウムからなる原料15を収納した後、蓋体14bで原料収容部14aを密閉した。続いて、断熱材本体部13aを蓋体13bで密閉した。   And after accommodating the raw material 15 which consists of aluminum nitride in the raw material accommodating part 14a, the raw material accommodating part 14a was sealed with the cover body 14b. Subsequently, the heat insulating material main body 13a was sealed with a lid 13b.

そして、断熱材13の周りに窒素ガスを500sccmの流量で流しながら、加熱コイル16に電流を印加して磁界を発生させることにより発熱体14を発熱させた。発熱体14の内部の圧力は400Torrとした。このとき、断熱材13の貫通孔13c、13dの各々に放射温度計を挿入し、発熱体14の蓋体14b、発熱体14の原料収容部14aの底部の温度を計測しながら、原料15が昇華する温度まで原料15を加熱した。このとき、発熱体14の蓋体14bの温度を2100℃、発熱体14の原料収容部14aの底部の温度を2200℃とし、発熱体14の蓋体14bの温度が、発熱体14の原料収容部14aの底部の温度よりも小さくなるようにした。この状態を20時間保持した。   The heating element 14 was heated by applying a current to the heating coil 16 to generate a magnetic field while flowing nitrogen gas around the heat insulating material 13 at a flow rate of 500 sccm. The pressure inside the heating element 14 was 400 Torr. At this time, a radiation thermometer is inserted into each of the through holes 13c and 13d of the heat insulating material 13 to measure the temperature of the lid 14b of the heating element 14 and the bottom of the raw material accommodating part 14a of the heating element 14, while the raw material 15 The raw material 15 was heated to a temperature for sublimation. At this time, the temperature of the lid 14b of the heating element 14 is 2100 ° C., the temperature of the bottom of the raw material storage portion 14a of the heating element 14 is 2200 ° C., and the temperature of the lid 14b of the heating element 14 is It was made to become smaller than the temperature of the bottom part of the part 14a. This state was maintained for 20 hours.

こうして、基材9の表面上に、窒化アルミニウムからなる多結晶体を得た。   Thus, a polycrystalline body made of aluminum nitride was obtained on the surface of the substrate 9.

次に、断熱材13の蓋体13bを取り外し、続いて発熱体14の蓋体14bを取り外した。そして、蓋体14bから、基材9及び接合部11の積層体を取り外した。   Next, the lid 13b of the heat insulating material 13 was removed, and then the lid 14b of the heating element 14 was removed. And the laminated body of the base material 9 and the junction part 11 was removed from the cover body 14b.

一方、種結晶10を用意した。種結晶10としては、窒化アルミニウム(AlN)を用いた。   On the other hand, a seed crystal 10 was prepared. As the seed crystal 10, aluminum nitride (AlN) was used.

そして、接合部11及び種結晶10のいずれについても、研削により平滑化を行い、平滑化面の算術表面粗さRaが0.3μmとなるようにした。   Then, both the joint 11 and the seed crystal 10 were smoothed by grinding so that the arithmetic surface roughness Ra of the smoothed surface was 0.3 μm.

そして、上記積層体の接合部11に種結晶10を重ね合わせた後、種結晶10の上に、種結晶10に2×10Paの圧力が印加されるようにタングステンからなる重りを載せた。そして、窒素ガス気流中、大気圧下、接合部11及び種結晶10を2000℃で24時間保持することにより熱処理を行った。こうして接合部11と種結晶10とが接合し、種結晶保持体8を得た。 Then, after superposing the seed crystal 10 on the joint portion 11 of the laminate, a weight made of tungsten was placed on the seed crystal 10 so that a pressure of 2 × 10 4 Pa was applied to the seed crystal 10. . And it heat-processed by hold | maintaining the junction part 11 and the seed crystal 10 at 2000 degreeC for 24 hours in nitrogen gas stream under atmospheric pressure. In this way, the joint 11 and the seed crystal 10 were joined to obtain the seed crystal holder 8.

こうして得られた種結晶保持体8を用いて、図1に示す製造装置により、窒化アルミニウム単結晶を製造した。具体的には、黒鉛からなる支持部材7を、キャップ部材2dの支持部挿入口2gに挿入した状態で支持部材7の先端に、機械的な嵌め合せによって種結晶保持体8を固定した。   An aluminum nitride single crystal was produced by the production apparatus shown in FIG. 1 using the seed crystal holder 8 thus obtained. Specifically, the seed crystal holder 8 was fixed by mechanical fitting to the tip of the support member 7 in a state where the support member 7 made of graphite was inserted into the support portion insertion port 2g of the cap member 2d.

次に、キャップ部材2dで原料収容部2aを覆った。このとき、ガス導入管2fから窒素ガスを導入し、ガス導入管3bからは希釈ガスとして窒素ガスを導入した。そして、昇華法により結晶成長を行った。   Next, the raw material container 2a was covered with the cap member 2d. At this time, nitrogen gas was introduced from the gas introduction pipe 2f, and nitrogen gas was introduced as a dilution gas from the gas introduction pipe 3b. And crystal growth was performed by the sublimation method.

結晶成長の条件は以下の通りとした。即ち、成長容器2内の圧力、成長時間、窒素ガスの流量、希釈ガスの流量、原料部温度、中間部温度および成長部温度はそれぞれ下記の通りとした。

成長容器2内の圧力:200Torr
成長時間 :300時間
窒素ガス流量 :1SLM
希釈ガスの流量 :1SLM
原料部温度 :2300℃
中間部温度 :2350℃
成長部温度 :2200℃
The conditions for crystal growth were as follows. That is, the pressure in the growth vessel 2, the growth time, the flow rate of nitrogen gas, the flow rate of dilution gas, the raw material part temperature, the intermediate part temperature, and the growth part temperature were as follows.

Pressure in the growth vessel 2: 200 Torr
Growth time: 300 hours Nitrogen gas flow rate: 1 SLM
Flow rate of dilution gas: 1 SLM
Raw material part temperature: 2300 ° C
Intermediate part temperature: 2350 ° C
Growth part temperature: 2200 ° C

(比較例1)
種結晶を、カーボン系接着剤(ST−201、日清紡ケミカル株式会社製)を用いて基材に固定することによって種結晶保持体を作製したこと以外は実施例1と同様にして単結晶の製造を行った。なお、カーボン系接着剤は、フェノール樹脂及びカーボンを溶剤中に溶解させてなるものとした。
(Comparative Example 1)
Production of a single crystal in the same manner as in Example 1 except that the seed crystal was prepared by fixing the seed crystal to the base material using a carbon-based adhesive (ST-201, manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd.). Went. The carbon adhesive was prepared by dissolving a phenol resin and carbon in a solvent.

(比較例2)
種結晶を、窒化アルミニウム系接着剤を用いて基材に固定することによって種結晶保持体を作製したこと以外は実施例1と同様にして単結晶の製造を行った。なお、窒化アルミニウム系接着剤は、窒化アルミニウムを、水からなる溶剤中に溶解させてなるものとした。
(Comparative Example 2)
A single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that the seed crystal was prepared by fixing the seed crystal to the base material using an aluminum nitride-based adhesive. The aluminum nitride-based adhesive was prepared by dissolving aluminum nitride in a solvent made of water.

実施例1、比較例1及び比較例2で得られた種結晶保持体について、種結晶及び基材を横切るように切断し、その断面を目視にて観察したところ、以下の結果が得られた。   The seed crystal holders obtained in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were cut so as to cross the seed crystal and the base material, and the cross section was observed visually. The following results were obtained. .

即ち、実施例1の種結晶保持体においては、種結晶と接合部との界面、接合部と基材との界面の各々において空隙の存在は認められなかった。   That is, in the seed crystal holder of Example 1, no voids were observed at each of the interface between the seed crystal and the joint and the interface between the joint and the substrate.

これに対し、比較例1では、種結晶の裏面(基材側の面)昇華が顕著であった。即ち、種結晶において大きな空隙の存在が認められた。また比較例2でも、種結晶の裏面(基材側の面)昇華が見られた。即ち、種結晶において空隙の存在が認められた。   On the other hand, in Comparative Example 1, sublimation of the back surface (base material side) of the seed crystal was significant. That is, the presence of large voids in the seed crystal was recognized. Also in Comparative Example 2, sublimation of the back surface (surface on the base material side) of the seed crystal was observed. That is, the presence of voids was observed in the seed crystal.

また得られた単結晶を切断してその断面を目視にて観察し、成長結晶における空隙の有無を調べた。結果を表1に示す。   Further, the obtained single crystal was cut and the cross section was visually observed to examine the presence or absence of voids in the grown crystal. The results are shown in Table 1.

さらに、得られた単結晶について、X線回折により窒化アルミニウムの(0002)面のロッキングカーブを測定し、そのピークの半値幅(FWHM)を求めた。結果を表1に示す。

Figure 2012116679
Further, with respect to the obtained single crystal, the rocking curve of the (0002) plane of aluminum nitride was measured by X-ray diffraction, and the half width (FWHM) of the peak was obtained. The results are shown in Table 1.
Figure 2012116679

表1に示す結果より、実施例1では、得られた単結晶において、空隙の存在が認められず、FWHMの値も小さかったことから結晶性の高い結晶が得られていることが分かった。   From the results shown in Table 1, in Example 1, it was found that the presence of voids was not observed in the obtained single crystal and the FWHM value was small, so that a crystal with high crystallinity was obtained.

従って、本発明に係る種結晶保持体の製造方法によれば、高品質で且つ空隙の発生が十分に抑制される単結晶を形成することができることが確認された。   Therefore, according to the method for producing a seed crystal holder according to the present invention, it was confirmed that a single crystal having high quality and sufficiently suppressed generation of voids can be formed.

8…種結晶保持体
9…基材
10…種結晶
11…接合部
8 ... Seed crystal holder 9 ... Base material 10 ... Seed crystal 11 ... Joint part

Claims (3)

基材と、
基材の上に接合部を介して接合される種結晶とを備える種結晶保持体の製造方法であって、
前記基材上に気相法により前記種結晶と同一材料からなる多結晶体を前記接合部として形成する接合部形成工程と、
前記接合部において前記種結晶を接合させる接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面を得る接合部表面粗さ減少工程と、
前記接合部の前記平滑化面に前記種結晶を接合させる種結晶接合工程とを含む
ことを特徴とする種結晶保持体の製造方法。
A substrate;
A seed crystal holding method comprising a seed crystal joined via a joint on a substrate,
A bonding part forming step of forming a polycrystalline body made of the same material as the seed crystal on the base material by a vapor phase method as the bonding part;
A joint surface roughness reducing step for obtaining a smoothed surface by reducing the surface roughness of the joint planned surface for joining the seed crystal in the joint; and
And a seed crystal bonding step of bonding the seed crystal to the smoothed surface of the bonding portion.
前記接合部表面粗さ減少工程と前記種結晶接合工程との間に、前記種結晶のうち前記接合部と接合する接合予定面の表面粗さを減少させて平滑化面を得る種結晶表面粗さ減少工程をさらに含む請求項1に記載の種結晶保持体の製造方法。   Between the joint surface roughness reducing step and the seed crystal joining step, a seed crystal surface roughness that obtains a smoothed surface by reducing the surface roughness of the joint planned surface to be joined to the joint portion of the seed crystal. The method for producing a seed crystal holder according to claim 1, further comprising a thickness reducing step. 請求項1又は2に記載の種結晶保持体の製造方法で得られた種結晶保持体を、単結晶の原料を収容する成長容器内に設置する種結晶保持体設置工程と、
前記原料を昇華させ、前記種結晶保持体の前記種結晶から結晶を成長させる結晶成長工程とを含む、
ことを特徴とする単結晶の製造方法。
A seed crystal holder installation step of installing the seed crystal holder obtained by the method for producing a seed crystal holder according to claim 1 or 2 in a growth container containing a single crystal raw material;
A crystal growth step of sublimating the raw material and growing a crystal from the seed crystal of the seed crystal holder,
A method for producing a single crystal characterized by the above.
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