[发明专利]氮化物单晶的制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用Na助熔剂等制造氮化物单晶的装置。

背景技术

氮化镓系III-V氮化物，作为优异的蓝色发光元件而受到关注，并正在 发光二极管中进行应用，而且还被期待用作光学拾波器(optical pickup)用的 蓝紫色半导体激光元件。作为使用Na助熔剂法生长氮化镓单晶的方法，在日 本特开2002-293696号公报中，使用氮和氨的混合气体形成10-100个大气压。 在日本特开2003-292400号公报中，生长时的气氛压力为100个大气压以下， 并且在实施例中为2、3、5MPa(约20个大气压、30个大气压、50个大气压)。

另一方面，本申请人，在日本特愿2004-103092中，公开了使用热等静 压(HIP)装置，在特定条件下有效地生长氮化镓单晶的方法。

另外，在“日本结晶成长学会志”Vol.32，No.1，2005年的川村等人的 “使用LPE成长法的大型·低转位GaN单晶的生长”中，记载了在使用Na 助熔剂法生长GaN单晶时，由于氮气缺陷的存在，容易将GaN单晶着色为黑 色。

另外，在日本特开2005-132663中记载了，在含有锂的助熔剂中生长氮 化物单晶时，通过使用金属钽形成和助熔剂接触的反应容器，可以防止反应容 器的破损。

发明内容

但是，在使用这种加热和加压装置通过助熔剂法进行晶体生长时，已证明 新产生了以下问题。即，在以往使用马弗炉的生长中，在手套箱内称量原料， 填充到坩锅中，然后封入带有阀门的不锈钢制密闭容器内，之后，将该密闭容 器从手套箱中取出，因此原料不会暴露在大气中，可以防止大气中的氧所引起 的原料氧化。但是，在HIP装置中，无法使用上述带有阀门的密闭容器。由 于是打开HIP装置耐压容器的盖子，在容器内直接放置坩锅后再加盖，因此 原料会在操作中暴露于大气中，出现发生氧化的问题。

结果，生长原料溶液液面处的氮溶入受阻，镓的氮化率降低，并且还会得 到着色为黑色的氮化镓单晶。

本发明人，进一步在日本特愿2005-70649中，公开了将Na助熔剂的原 料收容在容器中，气密密封容器的开口，在加热和加压处理时使密封剂熔融形 成开口的打开状态，并使容器内部和外部的非氧化性气氛连通。

在使用HIP装置通过助熔剂法进行晶体生长时，在压力容器的内部必须 收容有加热器、绝热材料(炉体材料)和可动机构等结构部件，但是在前述的 高温高压区域中，在生长中，由于从炉体材料、加热器等扩散出来的氧、水分， 而产生了助熔剂的氧化。因此，产生了晶体的着色，成为实验结果偏差的原因。 作为生长中产生氧或水分等的原因，尽管还未确定，但可以认为是由于以下几 点。

(1)由于助熔剂蒸气和炉体材料起化学反应而产生的。

(2)助熔剂蒸气附着在炉体材料上，大气压释放时，附着在炉体材料上 的助熔剂蒸气吸湿。

(3)大气压释放时，附着在炉体材料上的助熔剂蒸气氧化，而在加热时 放出氧。

本发明的课题是，防止在使用助熔剂法进行氮化物单晶生长时，因助熔剂 的氧化而导致的氮化物单晶劣化。

本发明涉及的氮化物单晶的制造装置，其特征在于，该装置为使用含有碱 金属或碱土类金属的助熔剂生长氮化物单晶的装置，其中，该装置具有用于收 容助熔剂的坩锅、用于收容坩锅、填充至少含氮气的气氛气体的压力容器、配 置在压力容器内且在前述坩锅外的炉体材料、安装在炉体材料上的加热器以及 覆盖炉体材料的耐碱性且耐热性的金属层。

本发明人，基于前述发现，作了进一步的研究，结果发现，通过使用耐碱 性且耐热性的金属层覆盖炉体材料表面，可以显著防止基于助熔剂的氧化而产 生的晶体着色等，由此完成了本发明。此处，所谓耐碱性且耐热性的金属层， 是指耐800℃的钠蒸气。

附图说明

图1是表示用于实施本发明的生长装置的示意图。

图2是表示在坩锅1内生长单晶8的状态的截面示意图。

图3是用于说明助熔剂氧化时的单晶生长的截面示意图。

具体实施方式

用于实施发明的最佳方式

在优选的实施方式中，将收容有助熔剂的坩锅收容在压力容器内，使用热 等静压装置在高压下加热。这时，将含有氮的气氛气体压缩至规定压力，供给 至压力容器中，控制压力容器内的总压和氮分压。