TOP > 国内特許検索 > III族元素窒化物単結晶の製造方法およびそれに用いる反応容器

III族元素窒化物単結晶の製造方法およびそれに用いる反応容器 コモンズ

国内特許コード P110003319
整理番号 Y03-P400
掲載日 2011年6月20日
出願番号 特願2004-076129
公開番号 特開2005-263535
登録番号 特許第4398762号
出願日 平成16年3月17日(2004.3.17)
公開日 平成17年9月29日(2005.9.29)
登録日 平成21年10月30日(2009.10.30)
発明者
  • 佐々木 孝友
  • 森 勇介
  • 吉村 政志
  • 川村 史朗
  • 梅田 英和
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 III族元素窒化物単結晶の製造方法およびそれに用いる反応容器 コモンズ
発明の概要 【課題】 高品質の窒化ガリウム、窒化アルミニウム等のIII族元素窒化物を効率良く製造する。
【解決手段】 窒素ガス雰囲気下、ガリウム、アルミニウム等のIII族元素と、ナトリウム等のアルカリ金属を坩堝に入れ、加熱加圧して溶融し、単結晶を育成する際に、前記坩堝として(A)融点若しくは分解温度が2100℃以上の窒素非含有材質製の坩堝若しくは(B)希土類酸化物、アルカリ土類金属酸化物、W、SiC、ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボンからなる群から選択される少なくとも一つの材質製の坩堝を使用する。前記の材質としては、例えば、Yが好ましい。図2(A)の写真に示すように、得られる単結晶は無色透明で、高品質であり、最大径も2cm以上である。
【選択図】 図2
従来技術、競合技術の概要


III族窒化物の半導体は、例えば、ヘテロ接合高速電子デバイスや光電子デバイス(半導体レーザ、発光ダイオード、センサ等)等の分野に使用されており、特に窒化ガリウム(GaN)が注目されている。従来では、窒化ガリウムの単結晶を得るために、ガリウムと窒素ガスとを直接反応させることが行われていた(非特許文献1参照)。しかし、この場合、1300~1600℃、8000~17000atm(0.81~1.72MPa)という超高温高圧を必要とする。この問題を解決するために、ナトリウム(Na)フラックス中で窒化ガリウム単結晶を育成する技術(以下、「Naフラックス法」ともいう)が開発された(例えば、特許文献1~4、非特許文献2、3参照)。この方法によれば、加熱温度が600~800℃と大幅に下がり、また圧力も、約50atm(約5MPa)程度まで下げることができる。しかし、この方法では、得られる単結晶が黒化し、品質に問題があり、また結晶成長が途中で止まってしまう場合があるという問題もある。これらの問題は、窒化ガリウムに限らず、他のIII族元素窒化物の半導体においても同様である。
【特許文献1】
特開2000-327495号公報
【特許文献2】
特開2001-102316号公報
【特許文献3】
特開2003-23829号公報
【特許文献4】
特開2003-292400号公報
【非特許文献1】
J.Phys.Chem.Solids,1995、56、639
【非特許文献2】
日本結晶成長学会誌 30、2、pp38-45(2003)
【非特許文献3】
J.J.Appl.Phys.42,ppL879-L881(2003)

産業上の利用分野


本発明は、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)等のIII族元素窒化物の単結晶の製造方法およびそれに用いる反応容器に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
III族元素窒化物単結晶の製造方法であって、アルカリ金属を含むフラックス中において、Ga、AlおよびInからなる群から選択される少なくとも一つのIII族元素と窒素(N)とを反応容器中で反応させることによりIII族元素窒化物単結晶を成長させる製造方法であって、
前記反応容器として、その材質が、Y23である反応容器を使用する製造方法。

【請求項2】
前記反応容器が、坩堝である請求項1記載の製造方法。

【請求項3】
III族元素が、Gaであり、III族元素窒化物単結晶が、GaN単結晶である請求項1または2に記載の製造方法。

【請求項4】
III族元素が、Alであり、III族元素窒化物単結晶が、AlN単結晶である請求項1または2に記載の製造方法。

【請求項5】
アルカリ金属が、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)およびフランシウム(Fr)からなる群から選択された少なくとも一つである請求項1から4のいずれかに記載の製造方法。

【請求項6】
前記フラックスが、さらに、アルカリ土類金属を含む請求項1から5のいずれかに記載の製造方法。

【請求項7】
前記アルカリ土類金属が、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)およびラジウム(Ra)からなる群から選択された少なくとも一つである請求項6記載の製造方法。

【請求項8】
前記反応条件が、温度100~1200℃、圧力100Pa~20MPaである請求項1から7のいずれかに記載の製造方法。

【請求項9】
窒素源として、窒素(N)含有ガスを使用する請求項1から8のいずれかに記載の製造方法。

【請求項10】
窒素(N)含有ガスが、窒素(N2)ガスおよびアンモニア(NH3)ガスの少なくとも一方である請求項9記載の製造方法。

【請求項11】
窒素(N)含有ガスが、アンモニア(NH3)ガス、若しくは、これと窒素(N2)ガスとの混合ガスである請求項9記載の製造方法。

【請求項12】
III族元素窒化物を予め準備し、これに前記混合フラックスを接触させ、前記III族元素窒化物を核にして新たなIII族元素窒化物単結晶を成長させる請求項1から11のいずれかに記載の製造方法。

【請求項13】
核となるIII族元素窒化物が、単結晶または非晶質である請求項12記載の製造方法。

【請求項14】
核となるIII族元素窒化物が、薄膜の形態である請求項12または13記載の製造方法。

【請求項15】
前記薄膜が、基板上に形成されている請求項14記載の製造方法。

【請求項16】
核となるIII族元素窒化物の最大径が、2cm以上である請求項12から15のいずれかに記載の製造方法。

【請求項17】
前記混合フラックス中に、ドーピングしたい不純物を存在させる請求項1から16のいずれかに記載の製造方法。

【請求項18】
前記不純物が、珪素(Si)、アルミナ(Al23)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、窒化インジウム(InN)、酸化珪素(SiO2)、酸化インジウム(In23)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)およびゲルマニウム(Ge)からなる群から選択される少なくとも一つである請求項17記載の製造方法。

【請求項19】
透明単結晶を成長させる請求項1から18のいずれかに記載の製造方法。

【請求項20】
請求項1から19のいずれかに記載の製造方法に使用する反応容器であって、Y23により形成された反応容器。

【請求項21】
前記反応容器が、坩堝である請求項20記載の反応容器。

【請求項22】
請求項1から19のいずれかに記載の製造方法に使用するIII族元素窒化物単結晶の製造装置であって、
反応容器と、
前記反応容器を加熱する加熱手段と、
前記反応容器内を加圧雰囲気にする加圧手段とを有し、
前記反応容器が、請求項20または21記載の反応容器である装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2004076129thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、問合せボタンを押してください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close