[发明专利]氮化物单晶的制造方法及其装置

说明书

本发明是申请号为2007800102412(国际申请号为PCT/JP2007/053862)、申请日为2007年2月22日、发明名称为“氮化物单晶的制造方法及其装置”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及氮化物单晶的制造方法及其装置。

背景技术

氮化镓系III-V氮化物是受人关注的优良的蓝色发光元件、可实际应用于发光二极管并且预计将用作拾光器的蓝紫色半导体激光元件。在Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp.L879-L881中记载的GaN单晶的生长方法中，将氮化硼坩埚放置在耐压容器内，在氮化硼坩埚中放置III族原料金属Ga和作为助熔剂的Na，耐压容器中供给高压氮气。然后，通过加热和加压在Ga-Na混合熔体中熔解V族的原料氮，在坩埚内的种晶基板上生长GaN单晶。这时，通过将旋转轴连接到容纳氮化硼坩埚的电炉上，将该旋转轴连接到马达轴上并开动马达来摇动氮化硼坩埚。

此外，根据特开2001-64098和特开2005-298269，在通过助熔剂法生长GaN单晶的过程中，在压力容器中设置一个坩埚，坩埚内容纳一个种晶，在种晶上生成GaN单晶。

此外，在特开2004-224600中，公开了在压力容器内设置一个坩埚，通过在坩埚内置入多个种晶来进行多个结晶的生长。

发明内容

在压力容器中设置一个坩埚并且在坩埚内置入一个种晶的氮化物单晶生长的方法中，因为一次运作只能制造出一根晶体，难以提高生产率。另一方面，如特开2004-224600所公开的，也尝试了在坩埚内置入多个种晶，一次生成多个单晶。根据这种方法，应该能够提高生产率。

然而，已经发现，进行实际生产时，各个种晶上生成的单晶状态和结晶性存在差异，结晶质量存在不均匀。虽然该原因不清楚，但是人们认为，因为在坩埚内的各个位置上，温度分布和原料浓度有微小的不均匀，而且对流状态存在差异，所以结晶的生长状态会变化。因此，即使在某个种晶上生成品质优良的单晶的时候，相同坩埚内的其他种晶上也易于形成次品单晶，为此，发现产率低下，难以提高生产率。

本发明所解决的问题是，提供一种提高单晶生产率、减少次品量并适合批量生产的方法及其装置，该方法使用包含助熔剂和原料的溶液来制造氮化物单晶。

本发明提供了一种使用包含助熔剂和原料的溶液来制造氮化物单晶的方法，其特征在于使用的生长装置包括：

用于容纳溶液的多个坩埚；

用于加热坩埚的发热体；及

用于至少容纳多个坩埚和发热体并填充至少包含氮气的气氛气体的压力容器；

该方法包括分别在每个坩埚内设置有一个种晶，由该种晶来生长氮化物单晶。

此外，本发明提供了一种使用包含助熔剂和原料的溶液来制造氮化物单晶的装置，其特征在于包括：

用于容纳溶液的多个坩埚；

用于加热坩埚的发热体；及

用于至少容纳多个坩埚和发热体并填充至少包含氮气的气氛气体的压力容器。

基于上述的发现，本发明人想到，通过在压力容器内容纳多个坩埚并分别在各个坩埚内都容纳一个种晶来进行生长。现有技术没有研究这种方法，因为人们认为坩埚从来都是昂贵的产品，并且认为通过在坩埚内投下多个种晶来生长氮化物单晶可获得非常高的生产率。本发明得到的结果是，成功地同时生成了多个优质的单晶，且各个坩埚内种晶上的单晶生长状态均匀。

附图说明

图1是示意性地显示本发明实施方式之一的制造装置的透视斜视图。

图2是示意性地显示本发明实施方式之一的制造装置的透视正视图。

图3(a)是简要显示组件5的剖面图，图3(b)是图3(a)的组件5的横截面图。

图4是示意性地显示在组件5的各容纳室内设置的各个坩埚的状态剖面图。

图5是示意性地显示包括对应于各个容纳室的温度测量装置和发热体的组件15的剖面图。

图6是显示坩埚10内的溶液9和种晶32的容纳状态的剖面图。

图7是显示底面形成凸部的坩埚20的剖面图。

图8是显示底面形成突起22的组件15A的剖面图。

图9(a)是显示压力容器1公转的俯视图，图9(b)是显示压力容器1公转的斜视图。

图10是显示压力容器1摇摆运动的示意图。

具体实施方式

在本发明中，将多个坩埚和发热体容纳在压力容器内，压力容器内填充有至少包含氮气的气氛气体。然后，分别在各个坩埚内设置一个种晶，由该种晶来生长氮化物单晶。