JP2016190762A - Manufacturing apparatus for aluminum nitride single crystal - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、種子基板の外周部からの昇華を効果的に抑制でき、良好な結晶性の窒化アルミニウム単結晶を製造することができる製造装置を提供する。【解決手段】窒化アルミニウムの製造装置1において、上部に開口部を有し、内底部に原料12を収納する坩堝11と、前記開口部上方に設置された蓋体13と、前記蓋体13の下面側に前記原料12と対向するように配置された種子基板14と、前記種子基板14の下部に配置され、かつ、前記種子基板14の外周部の少なくとも一部に接し、その中心部に前記種子基板14の外径より小さな貫通開口15Aを有する種子基板保持部材15aとを備え、前記種子基板14は、前記種子基板保持部材15aにより保持されていると共に、側面の少なくとも一部が金属膜14aで覆われている。【選択図】図1The present invention provides a production apparatus capable of effectively suppressing sublimation from the outer peripheral portion of a seed substrate and producing an aluminum nitride single crystal having good crystallinity. In an aluminum nitride manufacturing apparatus 1, a crucible 11 having an opening at an upper portion thereof and containing a raw material 12 at an inner bottom portion thereof, a lid body 13 installed above the opening portion, A seed substrate 14 disposed on the lower surface side so as to face the raw material 12, a seed substrate 14 disposed at a lower portion of the seed substrate 14, and in contact with at least a part of an outer peripheral portion of the seed substrate 14. A seed substrate holding member 15a having a through-opening 15A smaller than the outer diameter of the seed substrate 14. The seed substrate 14 is held by the seed substrate holding member 15a, and at least a part of the side surface is a metal film 14a. Covered with. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、窒化アルミニウム(AlN)単結晶の製造装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing an aluminum nitride (AlN) single crystal.
窒化アルミニウム系半導体は、深紫外のレーザーダイオードや高効率、高周波の電子デバイスとして期待されている。この半導体を育成する基板としては、窒化アルミニウム単結晶が最適であることから、窒化アルミニウム単結晶の開発が進められている。
窒化アルミニウム単結晶の特徴としては、熱伝導率が290Wm−1K−1と非常に高いことが挙げられ、デバイス動作時に発生する熱を拡散する上で大変有利である。
Aluminum nitride semiconductors are expected as deep ultraviolet laser diodes and high-efficiency, high-frequency electronic devices. As a substrate for growing this semiconductor, an aluminum nitride single crystal is optimal, and therefore, an aluminum nitride single crystal is being developed.
A characteristic of the aluminum nitride single crystal is that it has a very high thermal conductivity of 290 Wm −1 K −1 , which is very advantageous for diffusing heat generated during device operation.
窒化アルミニウム単結晶の製造方法としては、溶液法ではフラックス法、気相法では有機金属気相成長法(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy、MOVPE)、水素化物気相堆積法(Hydride Vapor Phase Epitaxy、HVPE)、昇華法などが挙げられる。この中でも、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である。この昇華法とは、原料である窒化アルミニウムを昇華させ、それを昇華温度よりも低い温度領域で再凝縮させることにより単結晶を作製する方法である。 The aluminum nitride single crystal is produced by the flux method for the solution method, the metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) for the vapor phase method, the hydride vapor deposition method (Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE). ) And sublimation methods. Among these, the sublimation method is a powerful method for producing a bulk crystal because the growth rate is generally high. This sublimation method is a method of producing a single crystal by sublimating aluminum nitride as a raw material and recondensing it in a temperature region lower than the sublimation temperature.
昇華法による従来の窒化アルミニウム単結晶の成長は、従来、黒鉛や炭化金属等、2000℃以上で使用可能な高温材料で作成される坩堝を成長炉として使用する。
この坩堝を用いた結晶成長法においては、一般的に、種子基板は坩堝の蓋体の下面に、接着剤を用いて接着保持されている。種子基板の接着には、樹脂や無機化合物系セラミクス材、黒鉛材を主成分とした市販の高温用接着剤を利用することが可能である。しかしながら、市販の高温用接着剤は、黒鉛や炭化金属等よりなる坩堝には接着力が弱く、種子基板を全く剥離させずに固着保持させるのが困難である場合があった。そのため、結晶成長時に坩堝内壁から種子基板が脱落したり、部分的に固着されていても、剥離が発生している部分から結晶欠陥が発生することが多く、良質な窒化アルミニウム単結晶が得られない場合があった。
また、種子基板と接着剤、さらに、接着剤と坩堝との間の熱膨張係数差が存在する場合、2000℃付近での高温結晶成長時もしくは成長開始前の昇温中に種子基板が坩堝内壁から剥離するなど、種子基板を坩堝内壁に接着保持させた状態で結晶成長を行なえない場合があった。また、接着剤により結晶成長時に種子基板が坩堝内壁に固着されていたとしても、上述の熱膨張係数差によって種子基板が大きく歪み、その影響で成長結晶の結晶性が悪化する問題もあった。
Conventional growth of aluminum nitride single crystals by the sublimation method conventionally uses a crucible made of a high-temperature material that can be used at 2000 ° C. or higher, such as graphite or metal carbide, as a growth furnace.
In the crystal growth method using this crucible, the seed substrate is generally bonded and held to the lower surface of the crucible lid using an adhesive. For the bonding of the seed substrate, it is possible to use a commercially available high temperature adhesive mainly composed of a resin, an inorganic compound ceramic material, or a graphite material. However, commercially available high-temperature adhesives have a weak adhesive force on crucibles made of graphite, metal carbide, etc., and it may be difficult to fix and hold the seed substrate without peeling off at all. Therefore, even if the seed substrate falls off from the inner wall of the crucible during crystal growth or is partially fixed, crystal defects often occur from the part where peeling occurs, and a high-quality aluminum nitride single crystal is obtained. There was no case.
In addition, when there is a difference in thermal expansion coefficient between the seed substrate and the adhesive, and between the adhesive and the crucible, the seed substrate is attached to the inner wall of the crucible during high temperature crystal growth near 2000 ° C. or during temperature rise before the start of growth. In some cases, the crystal growth could not be performed in a state where the seed substrate was adhered and held on the inner wall of the crucible, such as being peeled off. Further, even if the seed substrate is fixed to the inner wall of the crucible by the adhesive during crystal growth, the seed substrate is greatly distorted due to the above-described difference in thermal expansion coefficient, and the crystallinity of the grown crystal deteriorates due to the influence.
その問題を解決するために、結晶成長中に坩堝内壁より種子基板が剥離、脱落するのを抑制し、かつ、結晶性が良好な窒化アルミニウム単結晶を製造することのできる方法が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載の窒化アルミニウムの製造装置を図3に示す。
図3に示された窒化アルミニウムの製造装置101は、上部に開口部を有し、内底部に原料112を収納する坩堝111と、開口部上方に設置された蓋体113と、蓋体113の下面側に原料112と対向するように配置された種子基板114と、種子基板114の下部側において、坩堝111の開口部を覆うように当該坩堝111の開口部の周縁111a上に設置され、かつ、種子基板114の外周部の少なくとも一部に接し、その中心部に種子基板114の外径より小さく、坩堝111の開口部より小さな貫通開口115Aを有する種子基板保持部材115aとを備え、種子基板114は、種子基板保持部材115aにより保持されている。
さらに、図4に示すように、蓋体113と種子基板保持部材115aとの間にリング状の種子基板保護部材115bを設置することにより、種子基板114を坩堝111の外部空間と分離して、種子基板114の外周部からの昇華を効果的に抑制する方法も開示されている。
In order to solve the problem, there is known a method capable of suppressing the separation of the seed substrate from the inner wall of the crucible during crystal growth, and producing an aluminum nitride single crystal having good crystallinity. (For example, refer to Patent Document 1). An apparatus for producing aluminum nitride described in
The aluminum
Further, as shown in FIG. 4, the
しかしながら、種子基板保護部材の設置により種子基板を坩堝の外部空間と分離しても、種子基板と種子基板保護部材との間には隙間の空間が存在するため、種子基板の外周部からの昇華を完全に抑制できるわけではない。 However, even if the seed substrate is separated from the external space of the crucible by installing the seed substrate protection member, there is a gap space between the seed substrate and the seed substrate protection member, so sublimation from the outer periphery of the seed substrate. Is not completely suppressed.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、種子基板の外周部からの昇華を効果的に抑制でき、良好な結晶性の窒化アルミニウム単結晶を製造することができる製造装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a production apparatus that can effectively suppress sublimation from the outer peripheral portion of the seed substrate and can produce a good crystalline aluminum nitride single crystal. .
本発明に係る窒化アルミニウムの製造装置は、上部に開口部を有し、内底部に原料を収納する坩堝と、前記開口部上方に設置された蓋体と、前記蓋体の下面側に前記原料と対向するように配置された種子基板と、前記種子基板の下部に配置され、かつ、前記種子基板の外周部の少なくとも一部に接し、その中心部に前記種子基板の外径より小さな貫通開口を有する種子基板保持部材とを備え、前記種子基板は、前記種子基板保持部材により保持されていると共に、側面の少なくとも一部が金属膜で覆われていることを特徴とする。ここで金属膜とは、金属単体の膜だけでなく、金属炭化物や金属窒化物の膜も含むものとする。 The apparatus for producing aluminum nitride according to the present invention has an opening at the top, a crucible for storing the raw material at the inner bottom, a lid installed above the opening, and the raw material on the lower surface side of the lid A seed substrate disposed so as to face the seed substrate, and a through-opening disposed at a lower portion of the seed substrate and in contact with at least a part of an outer peripheral portion of the seed substrate and having a smaller central diameter than the outer diameter of the seed substrate The seed substrate is held by the seed substrate holding member, and at least a part of the side surface is covered with a metal film. Here, the metal film includes not only a single metal film but also a metal carbide or metal nitride film.
本発明に係る窒化アルミニウムの製造装置によれば、上部に開口部を有し、内底部に原料を収納する坩堝と、前記開口部上方に設置された蓋体と、前記蓋体の下面側に前記原料と対向するように配置された種子基板と、前記種子基板の下部に配置され、かつ、前記種子基板の外周部の少なくとも一部に接し、その中心部に前記種子基板の外径より小さな貫通開口を有する種子基板保持部材とを備え、前記種子基板は、前記種子基板保持部材により保持されていると共に、側面の少なくとも一部が金属膜で覆われていることにより、種子基板の外周部からの昇華を効果的に抑制できる。 According to the aluminum nitride manufacturing apparatus according to the present invention, the crucible having an opening at the top and storing the raw material at the inner bottom, a lid installed above the opening, and a lower surface side of the lid A seed substrate disposed so as to face the raw material, and disposed at a lower portion of the seed substrate, and is in contact with at least a part of an outer peripheral portion of the seed substrate, and has a central portion smaller than an outer diameter of the seed substrate. A seed substrate holding member having a through-opening, and the seed substrate is held by the seed substrate holding member, and at least a part of the side surface is covered with a metal film, whereby an outer peripheral portion of the seed substrate Sublimation from can be effectively suppressed.
本発明に係る窒化アルミニウム単結晶の製造装置は、前記種子基板がさらに、蓋体側の裏面の少なくとも一部が金属膜で覆われていることが望ましい。 In the apparatus for producing an aluminum nitride single crystal according to the present invention, it is desirable that the seed substrate is further covered with a metal film at least a part of the back surface on the lid side.
本発明に係る窒化アルミニウム単結晶の製造装置は、前記種子基板の側面が、上方に向かうにしたがい径が減少するテーパ状の傾斜面であることが望ましい。 In the aluminum nitride single crystal manufacturing apparatus according to the present invention, it is desirable that the side surface of the seed substrate is a tapered inclined surface whose diameter decreases as it goes upward.
本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造装置は、前記金属膜が、モリブデン、タングステン、タンタル、炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化タンタル、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化タングステン及び窒化タンタルからなる群より選ばれる少なくとも一種から形成されることが望ましい。 In the apparatus for producing an aluminum nitride single crystal of the present invention, the metal film is selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, tantalum, molybdenum carbide, zirconium carbide, tungsten carbide, tantalum carbide, molybdenum nitride, zirconium nitride, tungsten nitride, and tantalum nitride. It is desirable to be formed from at least one selected.
本発明によれば、種子基板の外周部からの昇華を効果的に抑制でき、良好な結晶性の窒化アルミニウム単結晶を製造することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sublimation from the outer peripheral part of a seed substrate can be suppressed effectively, and a favorable crystalline aluminum nitride single crystal can be manufactured.
以下、図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る窒化アルミニウム単結晶の製造装置の一例を模式的に示す概略構成図である。本実施形態の窒化アルミニウム単結晶の製造装置1は、昇華法によって種子基板上に窒化アルミニウムを昇華再結晶させて、窒化アルミニウム単結晶を成長させる装置である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing an example of an aluminum nitride single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The aluminum nitride single
本実施形態の窒化アルミニウム単結晶の製造装置1は、上部に開口部を有する坩堝11と、前記開口部上方に設けられた蓋体13と、蓋体13の下方に設けられた種子基板保持部材15aと、蓋体13及び種子基板保持部材15aにより保持(図1に示す例では種子基板保持部材15aの上面と蓋体13の下面との間に狭持)された結晶成長用の種子基板14と、種子基板14を包囲するように蓋体13及び種子基板保持部材15aにより保持されたリング状の種子基板保護部材15bとを備えて構成される。種子基板14は、例えば、板状又は円板状の炭化ケイ素単結晶、窒化アルミニウム単結晶、窒化アルミニウム/炭化ケイ素単結晶(炭化ケイ素単結晶上に膜厚200〜500μm程度の窒化アルミニウム単結晶膜をヘテロ成長させた単結晶)である。また、本実施形態においては、種子基板14は、側面の全部が金属膜14aで覆われている。さらに、種子基板14は、蓋体13側の裏面の全部も側面を覆う金属膜と同じ成分の金属膜で覆われていている。なお、種子基板14の側面、裏面の何れか又は双方が一部で金属膜で覆われていてもよい。また、本実施形態では、種子基板14の側面は上方に向かって徐々に径が減少するテーパ状の傾斜面を有しているが、傾斜していなくてもよい。種子基板保護部材15bは種子基板14の外径よりも大きな貫通開口を有し、種子基板14はその貫通開口内に設けられる。
An
坩堝11及び蓋体13で構成される結晶成長空間17全体は、黒鉛製の外側坩堝18及び外側坩堝18の上面に載置された黒鉛性の外側蓋体19により形成される空間内に配置され、外側坩堝18及び坩堝11は、不図示の固定手段により結晶成長用炉10内に固定されている。坩堝11の内底部には、窒化アルミニウム粉末等の原料12が収納されており、種子基板14の種子基板保持部材15aと接しない部分は、原料12と対向している。
The entire
また、結晶成長用炉10の外周に沿って、結晶成長用炉10内に配された、外側坩堝18、坩堝11、原料12、種子基板14を加熱する複数の加熱手段21が設けられている。加熱手段21としては特に限定されるものではなく、高周波誘導加熱(高周波コイル)、抵抗加熱及び赤外加熱といった、従来公知のものを用いることができる。加熱温度の制御は、不図示の放射温度計により外側坩堝18の表面温度を測定しながら、加熱手段21を調整することにより行なうことができる。
A plurality of heating means 21 for heating the
結晶成長用炉10の天井部には窒素ガスなどのガス供給装置に接続されたガス導入部22が形成されている。また、結晶成長用炉10の底部には、不図示の圧力調整弁を介して真空ポンプ等の減圧装置が接続され、窒素ガスなどを排出可能なガス排出部23が形成されている。これらガス導入部22及びガス排出部23を操作することにより、結晶成長用炉10、外側坩堝18内部及び坩堝11内の結晶成長空間17を所定のガス圧に調整できるようになっている。ここで、外側蓋体19は、外側坩堝18の開口部上部に載置または嵌め合わせられている状態であり、窒素ガスの出入りが容易な準密閉的な構造となっている。同様に、蓋体13、種子基板保持部材15a及び種子基板保護部材15bは、坩堝11の開口部上部に載置または嵌め合わせられている状態であり、窒素ガスの出入りが容易な準密閉的な空間となっている。ガス導入部22から窒素ガスなどのプロセスガスを導入することにより、外側坩堝18と外側蓋体19とで形成された内部空間、及び、坩堝11内の結晶成長空間17に、窒素ガスなどが流入可能となっている。
A
坩堝11、蓋体13、金属膜14a、種子基板保持部材15a及び種子基板保護部材15bは、黒鉛、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、炭化珪素、窒化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル、炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化タンタル、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化タングステン及び窒化タンタルからなる群より選ばれる少なくとも一種から形成されている。これらの材料は、窒化アルミニウム単結晶の結晶成長時の2000℃程度の高温での熱的耐性を有するため、坩堝11、蓋体13、金属膜14a、種子基板保持部材15a及び種子基板保護部材15bの材料として好ましい。
また、坩堝11の内底部には窒化アルミニウム粉末などの原料12が直接収納されるとともに、蓋体13と種子基板保持部材15aとの間には種子基板14が設置され、バルク結晶成長に適した窒化アルミニウムの昇華ガスに曝される。よって、坩堝11、蓋体13、金属膜14a、種子基板保持部材15a及び種子基板保護部材15bを構成する材料は、窒化アルミニウムの昇華ガスによる腐食を受けないものに限られる。加えて、これらの坩堝11、蓋体13、金属膜14a、種子基板保持部材15a及び種子基板保護部材15bを構成する材料からの窒化アルミニウム単結晶16への汚染(固溶による汚染)を防ぐために、アルミニウムのイオン半径と大きく異なる金属の単体、ないしはその窒化物又は炭化物が望ましい。したがって、坩堝11、蓋体13、金属膜14a、種子基板保持部材15a及び種子基板保護部材15bの材料として前記した材料の中でも、モリブデン、タングステン、タンタル、炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化タンタル、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化タングステン及び窒化タンタルからなる群より選ばれる少なくとも一種から形成されることがより好ましい。
なお、酸化物については、放出された酸素により窒化アルミニウム単結晶中に酸窒化アルミニウム(AlON)層を形成し、窒化アルミニウムの結晶成長を阻害するため、用いることはできない。
The
A
Note that an oxide cannot be used because the released oxygen forms an aluminum oxynitride (AlON) layer in the aluminum nitride single crystal and inhibits crystal growth of the aluminum nitride.
種子基板保持部材15aは、坩堝11の開口部を覆うように坩堝11の開口部の周縁11a上に設置され、その上に種子基板14及び種子基板保護部材15bが載置され、さらにその上に蓋体13が設置されている。すなわち、種子基板保持部材15aは、種子基板14の下部に配置され、かつ、種子基板14の外周部の少なくとも一部に接し、その中心部に種子基板14の外径より小さな貫通開口15Aを有する中空の円盤形状をしている。
種子基板保持部材15aの貫通開口15Aの内周部近傍は、種子基板14の外周部と接するように設置されており、種子基板14は蓋体13の下面と種子基板保持部材15aの上面との間に狭持されて、保持されている。そのため、種子基板14は、従来の製造装置のように、接着剤などで蓋体13に固着されることなく、蓋体13の下面に原料12と対向して配置される。また、種子基板保護部材15bは種子基板14の外径よりも大きな貫通開口を有し、種子基板14はその貫通開口内に設けられ、さらに種子基板14の側面の少なくとも一部が金属膜14aで覆われているので、種子基板14の外周部からの昇華を効果的に抑制できる。種子基板14の側面の全部、さらに蓋体13側の裏面の少なくとも一部または全部も側面を覆う金属膜と同じ成分の金属膜で覆われていれば、昇華をより確実に抑制できる。窒化アルミニウム単結晶製造時は、原料12は、加熱により昇華し分解気化され、種子基板保持部材15aの貫通開口15Aに露出している種子基板14上に堆積して、窒化アルミニウム単結晶16が成長する。
The seed
The vicinity of the inner peripheral portion of the through-opening 15A of the seed
本実施形態の窒化アルミニウム単結晶の製造装置1は、従来の製造装置とは異なり、種子基板14は、側面の少なくとも一部が金属膜14aで覆われているので、種子基板14の外周部からの昇華を効果的に抑制できる。これにより、種子基板14の外周部からの昇華を効果的に抑制でき、良好な結晶性の窒化アルミニウム単結晶を製造することができる。
また、種子基板14は、種子基板保持部材15aにより保持されているので、種子基板14を蓋体13に接着せずに保持できるため、種子基板14は熱膨張係数差に関係なく自由に膨張が可能であり、剥離や脱落等を防止し良好な結晶性の窒化アルミニウム単結晶を製造することができる。
Unlike the conventional manufacturing apparatus, the aluminum nitride single
In addition, since the
次に、本実施形態の窒化アルミニウム単結晶の製造装置1を用いた窒化アルミニウム単結晶の製造方法について説明する。
まず、種子基板の側面及び裏面(蓋体13側)を金属膜で覆うための加工を行なう。
図2は、本発明の実施形態に係る窒化アルミニウム単結晶の製造装置の種子基板の加工手順を説明する断面模式図である。図2(a)〜(c)に示す手順で、種子基板の側面及び裏面を金属膜で覆う。図2(a)において結晶成長面をCMP(化学機械研磨)した種子基板を準備する。次に、図2(b)においてベベリング装置を用いて側面加工を行ない、円錐台形状にする。そして、図2(c)で側面加工で用いた潤滑材を除去するためにアセトン等の有機溶剤中で超音波清浄した後に、裏面側からコーティングを行なうことで種子基板の側面及び裏面を金属膜で覆う。コーティング方法はCVD(化学気相蒸着)法、PVD(物理気相蒸着)法等、緻密な金属膜14aで覆うことができればよい。コーティング後に必要に応じて、金属膜の緻密性や種子基板への密着性を確保するため、熱処理を施す。以上の手順により側面及び裏面が金属膜14aで覆われた種子基板14を得る。
図2(b)で円錐台形状にする理由は、種子基板の側面を上方に向かって徐々に径が減少するテーパ状の傾斜面にすることにより、1回のコーティングで種子基板の側面及び裏面を金属膜で覆うことができるようにするためである。但し、種子基板の側面のみを金属膜で覆うのであれば、円錐台形状にする必要は無い。
Next, an aluminum nitride single crystal manufacturing method using the aluminum nitride single
First, processing for covering the side surface and back surface (the
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the processing procedure of the seed substrate of the aluminum nitride single crystal manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention. 2A to 2C, the side surface and the back surface of the seed substrate are covered with the metal film. In FIG. 2A, a seed substrate having a crystal growth surface CMP (Chemical Mechanical Polishing) is prepared. Next, in FIG. 2B, side processing is performed using a beveling device to form a truncated cone shape. Then, after removing the lubricant used in the side processing in FIG. 2C by ultrasonic cleaning in an organic solvent such as acetone, the side surface and the back surface of the seed substrate are coated with a metal film by coating from the back surface side. Cover with. The coating method should just be able to cover with the
The reason for making the truncated cone shape in FIG. 2B is that the side surface and the back surface of the seed substrate are formed by one coating by making the side surface of the seed substrate into a tapered inclined surface whose diameter gradually decreases upward. Is to be covered with a metal film. However, if only the side surface of the seed substrate is covered with a metal film, there is no need to form a truncated cone.
次いで、図1に戻り、窒化アルミニウム粉末等の原料12を坩堝11内底部にセットし、種子基板保持部材15aにより種子基板14及び種子基板保護部材15bを保持して蓋体13の下面側に設置した後(図1に示す例では、種子基板14及び種子基板保護部材15bを種子基板保持部材15aと蓋体13とで狭持させて設置した後)、坩堝11内の結晶成長空間17及び外側坩堝18と外側蓋体19とで形成された内部空間を準密閉状態とする。
Next, returning to FIG. 1, the
さらに、不図示の真空ポンプを稼動させてガス排出部23より結晶成長用炉10内部の大気を除去し、結晶成長用炉10内の圧力を減圧させる。続いて、結晶成長用炉10にガス導入部22から窒素ガスを導入する。これにより、窒化アルミニウム単結晶の成長は、高純度窒素ガス雰囲気下で行なわれる。
Further, a vacuum pump (not shown) is operated to remove the atmosphere inside the
そして、加熱手段21により外側坩堝18及び外側蓋体19を加熱し、不図示の放射温度計で外側坩堝18及び外側蓋体19の温度を測定してこれらの温度を制御する。窒化アルミニウム単結晶成長時は外側坩堝18の温度を1700〜2300℃で一定制御する。なお、窒化アルミニウム単結晶成長時は、外側坩堝18下端の温度(原料側温度)は、外側蓋体19の温度(結晶成長側温度)よりも高温となるように設定する。
結晶成長は、前述の設定温度まで加熱した後に結晶成長用炉10を減圧することで開始され、100torr以上600torr以下に定圧保持することで行なわれる。
And the
Crystal growth is started by depressurizing the
また、加熱中は、ガス排出部23から結晶成長用炉10内の窒素ガスを排出しつつ、ガス導入部22から窒素ガスを結晶成長用炉10内に供給することにより、結晶成長用炉10内の窒素ガス圧力及び流量を適切に調整する。
原料12は、加熱により昇華し分解気化され、窒素ガス雰囲気下で種子基板保持部材15aの貫通開口15Aに露出した種子基板14上に結晶成長することで、種子基板14上に窒化アルミニウム単結晶16となり成長する。
Further, during the heating, the nitrogen gas in the
The
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例)
図1に示した製造装置1にて種子基板14上に窒化アルミニウム単結晶の成長を行なった。種子基板14としては円板状の窒化アルミニウム単結晶(直径38mm、厚さ1mm)を用い、裏面が直径36mmとなるように側面加工し、PVD法に属する高周波スパッタ装置を用いて裏面側からコーティングを行ない、種子基板の側面及び裏面を炭化タンタルの金属膜で覆った。なお、結晶成長面の方位および極性は(0001)Al面および(000−1)N面とした。種子基板保持部材15aには1mm厚の円板状部材を用い、中心部にΦ30mmの貫通開口を設け、リング状部材とした。また、坩堝11、蓋体13、種子基板保持部材15a及び種子基板保護部材15bはタングステン製のものを使用した。坩堝を成長装置内に設置した後、不図示のドライポンプ及びターボ分子ポンプを逐次稼動することにより、結晶成長用炉10内にある大気を除去し、結晶成長用炉10内圧力を5×10−6torrまで減圧した。この後、窒素ガスを装置内に導入し、700torrまで昇圧した。次に、坩堝温度を約2200℃に昇温したのち、結晶成長用炉10内圧力を100〜600torrへ減圧させることで、窒化アルミニウム単結晶成長を開始した。成長開始から200時間経過したところで、結晶成長用炉10内圧力を窒素ガスにより700torrまで昇圧し、その後、種子基板14および原料温度を室温まで冷却させることで結晶成長を終了させた。得られた窒化アルミニウム単結晶のサイズは直径30mm、厚さ10mmであった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.
(Example)
An aluminum nitride single crystal was grown on the
(比較例)
金属膜で覆う加工が行なわれていない種子基板を用いて、上記と同じ条件で窒化アルミニウム単結晶の成長を行なった。その結果、直径30mm、厚さ9mmの窒化アルミニウム単結晶を得た。また、種子基板の直径は20mmに減じていた。
(Comparative example)
An aluminum nitride single crystal was grown under the same conditions as described above using a seed substrate that was not processed with a metal film. As a result, an aluminum nitride single crystal having a diameter of 30 mm and a thickness of 9 mm was obtained. Moreover, the diameter of the seed substrate was reduced to 20 mm.
実施例及び比較例で得られた各々の窒化アルミニウム単結晶を成長方向に対し、垂直および水平方向に1mm厚の板状に切断し、評価用の試料を作成した。評価用試料は表面を平坦かつ鏡面に研磨し、切断加工によるダメージを表面から極力取り除いた。評価方法として、結晶性をX線ラングカメラによるX線トポグラフィー法により分析した。その結果、実施例で得られた評価用試料は円板面内でほぼ均一な結晶性を示した。一方、比較例で得られた評価用試料は外周部に結晶欠陥が多く存在しており、種子基板の外周部からの昇華の影響が表われていた。それによって、実施例で得られた評価用試料は直径30mmの全面を利用可能であるが、比較例で得られた評価用試料は直径30mmに含まれる直径20mmの部分のみ利用可能であった。 Each aluminum nitride single crystal obtained in the examples and comparative examples was cut into a 1 mm thick plate in the vertical and horizontal directions with respect to the growth direction, and a sample for evaluation was prepared. The sample for evaluation was polished to a mirror surface with a flat surface, and damage due to cutting was removed from the surface as much as possible. As an evaluation method, crystallinity was analyzed by an X-ray topography method using an X-ray Lang camera. As a result, the sample for evaluation obtained in the example showed almost uniform crystallinity within the disk surface. On the other hand, the sample for evaluation obtained in the comparative example had many crystal defects in the outer peripheral portion, and the influence of sublimation from the outer peripheral portion of the seed substrate was expressed. As a result, the evaluation sample obtained in the example can use the entire surface of 30 mm in diameter, but the evaluation sample obtained in the comparative example can use only the portion of 20 mm in diameter included in the diameter of 30 mm.
1,101…製造装置
10…結晶成長用炉
11,111…坩堝
11a,111a…周縁
12,112…原料
13,113…蓋体
14,114…種子基板
14a…金属膜
15a,115a…種子基板保持部材
15A,115A…貫通開口
15b,115b…種子基板保護部材
16…窒化アルミニウム単結晶
17…結晶成長空間
18…外側坩堝
19…外側蓋体
21…加熱手段
22…ガス導入部
23…ガス排出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ...
Claims (4)
前記開口部上方に設置された蓋体と、
前記蓋体の下面側に前記原料と対向するように配置された種子基板と、
前記種子基板の下部に配置され、かつ、前記種子基板の外周部の少なくとも一部に接し、その中心部に前記種子基板の外径より小さな貫通開口を有する種子基板保持部材とを備え、
前記種子基板は、前記種子基板保持部材により保持されていると共に、側面の少なくとも一部が金属膜で覆われていることを特徴とする窒化アルミニウム単結晶の製造装置。 A crucible having an opening at the top and containing the raw material at the inner bottom;
A lid installed above the opening;
A seed substrate disposed on the lower surface side of the lid so as to face the raw material;
A seed substrate holding member disposed at a lower portion of the seed substrate and in contact with at least a part of an outer peripheral portion of the seed substrate, and having a through opening smaller than an outer diameter of the seed substrate at a central portion thereof,
The said seed substrate is hold | maintained by the said seed substrate holding member, At least one part of the side surface is covered with the metal film, The manufacturing apparatus of the aluminum nitride single crystal characterized by the above-mentioned.
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|---|---|---|---|---|
| CN111630204A (en) * | 2018-01-19 | 2020-09-04 | 恩特格里斯公司 | Vapor deposition of molybdenum using bis (alkylaromatic) molybdenum precursors |
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