(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と種結晶とを坩堝に保持し、前記坩堝を回転させながら前記混合融液と窒素とを反応させて前記種結晶にIII 族窒化物半導体結晶を成長させるIII 族窒化物半導体製造装置において、
前記坩堝内に配置され、前記種結晶を保持する種結晶ホルダを有し、
前記種結晶ホルダは、前記坩堝の回転に伴って回転する回転構造体である、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置。
【請求項２】
前記種結晶ホルダは、複数の羽根を有するプロペラ形状であり、各前記羽根にそれぞれ種結晶が配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体製造装置。
【請求項３】
前記種結晶ホルダは、前記坩堝底面に対して傾斜して配置される平板状の形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体製造装置。
【請求項４】
III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と種結晶とを坩堝に保持し、前記坩堝を回転させながら前記混合融液と窒素とを反応させて前記種結晶にIII 族窒化物半導体結晶を成長させる際に用いる種結晶ホルダにおいて、
坩堝の回転に伴って回転する回転構造体であることを特徴とする種結晶ホルダ。
【請求項５】
複数を羽根を有するプロペラ形状であり、各前記羽根にそれぞれ種結晶が配置されることを特徴とする請求項４に記載の種結晶ホルダ。
【請求項６】
前記坩堝底面に対して傾斜して配置される平板状の形状であることを特徴とする請求項４に記載の種結晶ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ金属を用いたフラックス法によるIII 族窒化物半導体製造装置、および種結晶ホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎａフラックス法によるIII 族窒化物半導体の結晶成長方法が開発され、大型で良質のＧａＮ基板を得ることができる製造方法として期待されている。このＮａフラックス法は、Ｎａ（ナトリウム）とＧａ（ガリウム）を融解して８００℃程度に保ち、数十気圧の圧力下で窒素と反応させて、ＧａＮ（窒化ガリウム）を種結晶に結晶成長させるものである。
【０００３】
このＮａフラックス法による結晶成長方法において、結晶の均一性、成長の安定性を高めるために、坩堝を回転させてＮａとＧａの混合融液を攪拌し、窒素の溶解濃度が一定となるようにする方法がとられている。しかし、Ｎａは粘性が低く回転させにくい。そこでたとえば特許文献１では、側壁にフィンが取り付けられた坩堝を回転させたり、坩堝以外の場所にフィンを固定し、そのフィンが混合融液に浸る状態で坩堝を回転させることで、効率的に混合融液を攪拌する方法が示されている。
【特許文献１】特開２００５−２４７６１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、坩堝にフィンを取り付ける場合は汎用の坩堝をそのまま用いることができず、坩堝に加工等が必要となるため高コストであり、坩堝以外の場所にフィンを固定するのは簡易さに欠ける。
【０００５】
そこで本発明の目的は、簡易に混合融液を攪拌させることができるIII 族窒化物半導体製造装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と種結晶とを坩堝に保持し、坩堝を回転させながら混合融液と窒素とを反応させて種結晶にIII 族窒化物半導体結晶を成長させるIII 族窒化物半導体製造装置において、坩堝内に配置され、種結晶を保持する種結晶ホルダを有し、種結晶ホルダは、坩堝の回転に伴って回転する回転構造体であることを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置である。
【０００７】
アルカリ金属は通常Ｎａを用いるが、Ｋ（カリウム）を用いることもできる。また、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）などのアルカリ土類金属や、Ｌｉ（リチウム）などを混合させてもよい。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、種結晶ホルダは、複数の羽根を有するプロペラ形状であり、各羽根にそれぞれ種結晶が配置されることを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置である。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、種結晶ホルダは、坩堝底面に対して傾斜して配置される平板状の形状であることを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置である。
【００１０】
第４の発明は、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と種結晶とを坩堝に保持し、坩堝を回転させながら混合融液と窒素とを反応させて種結晶にIII 族窒化物半導体結晶を成長させる際に用いる種結晶ホルダにおいて、坩堝の回転に伴って回転する回転構造体であることを特徴とする種結晶ホルダである。
【００１１】
第５の発明は、第４の発明において、複数を羽根を有するプロペラ形状であり、各羽根にそれぞれ種結晶が配置されることを特徴とする種結晶ホルダである。
【００１２】
第６の発明は、第４の発明において、坩堝底面に対して傾斜して配置される平板状の形状であることを特徴とする種結晶ホルダである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、種結晶ホルダを回転構造体とすることで簡易かつ効率的に坩堝中の混合融液を攪拌させることができる。その結果、雑晶の発生が抑制され、均一で高品質なIII 族窒化物半導体結晶を製造することができる。また、坩堝自体には加工などを施さないため、低コストである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図である。III 族窒化物半導体製造装置は、図１に示すように、反応容器１０と、反応容器１０内部に配置され、ＧａとＮａとの混合融液１９を保持する坩堝１１と、反応容器１０を加熱する加熱装置１２と、坩堝１１を保持し、回転させる回転軸１３と、坩堝１１内において種結晶１４を保持する種結晶ホルダ１５と、窒素を供給する供給管１６と、反応容器１０内部から外部へ排気する排気管１７と、回転軸１３を回転、移動させる回転駆動装置１８と、により構成されている。
【００１６】
反応容器１０は、円筒形状のステンレス製で、耐圧・耐熱性を有している。反応容器１０の内部には、回転軸１３に接続するトレイ２０によって保持された坩堝１１が配置されている。
【００１７】
坩堝１１は、円筒形状のＢＮ（窒化ホウ素）製である。内部にIII 族金属とアルカリ金属との混合融液１９、および種結晶１４が配置された種結晶ホルダ１５が保持される。アルカリ金属としてＮａが通常用いられるが、Ｋ（カリウム）を用いてもよく、Ｌｉ（リチウム）や、ＭｇやＣａなどのアルカリ土類金属が添加されていてもよい。
【００１８】
加熱装置１２は、反応容器１０外側の側部に配置されている。この加熱装置１２によって反応容器１０内部の温度が制御される。
【００１９】
回転軸１３は、反応容器１０外部から内部へと貫通して設けられている。回転駆動装置１８によって回転軸１３の回転、および上下の移動が制御される。回転軸１３の反応容器１０内部側の端部にはトレイ２０が接続し、このトレイ２０上に坩堝１１が配置される。
【００２０】
種結晶１４は、III 族窒化物半導体のテンプレート基板でも自立基板でもよい。また、ｃ面基板以外にも、ａ面、ｍ面、ｒ面などの面方位の基板を用いてもよい。
【００２１】
種結晶ホルダ１５は、坩堝１１底面に対して傾斜した４枚の羽根１５ａを有したプロペラ形状であり、この傾斜を有した羽根１５ａ上にそれぞれ種結晶１４が配置され、保持される（図２参照）。種結晶ホルダ１５の材料は、混合融液１９に融解しないものであればよく、たとえば、ＰＢＮ、ＢＮ、アルミナ、イットリア、マグネシアなどである。また、坩堝１１と種結晶ホルダ１５は同じ材料であってもよい。
【００２２】
なお、種結晶ホルダ１５は羽根を４枚としているが、もちろんこの枚数に限るものではなく、複数枚の羽根を有したプロペラ形状であればよい。
【００２３】
供給管１６および排気管１７は、反応容器１０内部に開口して接続している。供給管１６は、反応容器１０内に窒素を供給し、排気管１７は、反応容器１０内部から外部への排気をするものである。この供給管１６および排気管１７による窒素供給量、排気量によって反応容器１０内部の圧力が制御される。なお、窒素に替えて窒素を含む気体の化合物、たとえばアンモニアを供給するようにしてもよい。また、アルゴンなどの不活性ガスを窒素や窒素を含む気体の化合物に混合して供給してもよい。
【００２４】
実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置は、加熱装置１２で温度を、供給管１６および排気管１７で圧力を制御し、回転駆動装置１８によって坩堝１１を回転させながら坩堝１１に保持された混合融液１９と窒素を反応させて種結晶１４にIII 族窒化物半導体結晶を成長させる製造装置である。たとえば、III 族金属としてＧａ、アルカリ金属としてＮａを用い、種結晶１５としてサファイア基板上にＧａＮを成長させたテンプレート基板を用い、種結晶１４を種結晶ホルダ１５に配置してＧａとＮａの混合融液１９と種結晶１４を坩堝１１に保持し、温度８００度、圧力５０気圧とすれば、種結晶１４にＧａＮ結晶を成長させることができる。
【００２５】
この結晶成長中において、坩堝１１の回転に伴って種結晶ホルダ１５も回転する。そして、種結晶ホルダ１５の回転により、混合融液１９は攪拌される。したがって、混合融液１９の濃度が一定に保たれ、雑晶の発生が抑制され、均一で高品質に結晶成長させることができる。
【実施例２】
【００２６】
実施例２のIII 族窒化物半導体製造装置は、実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置における種結晶ホルダ１５に替えて、図３に示す種結晶ホルダ２５を用いるものである。
【００２７】
種結晶ホルダ２５は、平板状の形状である。この種結晶ホルダ２５は、図３のように坩堝１１の側面に立て掛けるようにして配置されていて、坩堝１１底面に対して傾斜した状態で坩堝１１内に配置される。そして、その傾斜した種結晶ホルダ２５の面に種結晶２４が配置される。この種結晶ホルダ２５もまた、坩堝１１の回転に伴って回転するため、混合融液１９を効率的に攪拌することができる。
【００２８】
なお、種結晶ホルダの形状は実施例１、２に示したものに限るものではなく、坩堝の回転に伴って回転する形状であればよい。
【００２９】
また、III 族窒化物半導体製造装置の構成は実施例に限るものではない。坩堝を回転させる機構を備えたＮａフラックス法によるIII 族窒化物半導体結晶の製造に用いるIII 族窒化物半導体製造装置であれば、本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、III 族窒化物半導体のＮａフラックス法による製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図。
【図２】種結晶ホルダについて拡大して示す図。
【図３】実施例２の種結晶ホルダについて示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１０：反応容器
１１：坩堝
１２：反応容器
１３：回転軸
１４、２４：種結晶
１５、２５：種結晶ホルダ
１６：供給管
１７：排気管
１８：回転駆動装置
【図１】
0004849092.tif 000002
【図２】
0004849092.tif 000003
【図３】
0004849092.tif 000004