(57)【要約】【課題】  混合融液からのアルカリ金属蒸気が融液保持容器から洩れるのを防止し、アルカリ金属とIII族金属との混合融液の混合比変化や、融液の液面低下を低減することの可能なIII族窒化物の結晶成長方法を提供する。【解決手段】  融液保持容器内２内にアルカリ金属とIII族窒化物を含む混合融液３を収容し、融液保持容器２の隙間（容器本体２ａと蓋２ｂとの隙間）を溶融金属で仕切っている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に設けられた融液保持容器内にアルカリ金属を含む融液が収容されており、アルカリ金属を含む融液中でＩＩＩ族窒化物を溶解し再結晶化させてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法であって、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切ってＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項２】
請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、溶融金属はＩｎまたはＧａであることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項３】
反応容器内に設けられた融液保持容器内にアルカリ金属を含む融液が収容されており、アルカリ金属を含む融液中でＩＩＩ族窒化物を溶解し再結晶化させてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置であって、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切る構造が設けられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置。
【請求項４】
請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、反応容器内にはインナーチャンバーが設けられ、インナーチャンバー内には融液保持容器が設けられており、インナーチャンバーの一部に、溶融金属で仕切る構造が設けられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置。
【請求項５】
請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器は、融液保持容器本体と蓋とを有しており、融液保持容器本体と蓋との間に、溶融金属で仕切る構造が設けられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置。
【請求項６】
請求項５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器本体と融液保持容器の蓋とにフランジを設け、融液保持容器本体側のフランジと融液保持容器の蓋側のフランジとの少なくとも一方のフランジに、フランジを一周する溝を設けて溶融金属の溜まり部分とすることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置。
【請求項７】
請求項５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器本体と融液保持容器の蓋とにフランジを設け、融液保持容器本体側のフランジにはフランジを一周する溝を設けて溶融金属の溜まり部分とし、融液保持容器の蓋側のフランジにはフランジを一周する突起を設けて融液保持容器本体側のフランジの溝とかみ合うようにしたことを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器本体側のフランジに設けられた溝の内側にもう一つ溝を設けたことを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置。
【請求項９】
請求項３乃至請求項８のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、溶融金属はＩｎまたはＧａであることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物の結晶成長方法及び結晶成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されているように、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させるフラックス法によるIII族窒化物の結晶成長方法（以下、フラックス法と呼ぶ）が知られている。
【特許文献１】特開２００３−２９２４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のフラックス法では、融液（混合融液）からのアルカリ金属蒸気が融液保持容器から洩れて、アルカリ金属とIII族金属との混合融液の混合比変化や、融液の液面低下があるという問題があった。
【０００４】
本発明は、混合融液からのアルカリ金属蒸気が融液保持容器から洩れるのを防止し、アルカリ金属とIII族金属との混合融液の混合比変化や、融液の液面低下を低減することの可能なIII族窒化物の結晶成長方法及び結晶成長装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、反応容器内に設けられた融液保持容器内にアルカリ金属を含む融液が収容されており、アルカリ金属を含む融液中でＩＩＩ族窒化物を溶解し再結晶化させてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法であって、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切ってＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、溶融金属はＩｎまたはＧａであることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３記載の発明は、反応容器内に設けられた融液保持容器内にアルカリ金属を含む融液が収容されており、アルカリ金属を含む融液中でＩＩＩ族窒化物を溶解し再結晶化させてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置であって、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切る構造が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、反応容器内にはインナーチャンバーが設けられ、インナーチャンバー内には融液保持容器が設けられており、インナーチャンバーの一部に、溶融金属で仕切る構造が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器は、融液保持容器本体と蓋とを有しており、融液保持容器本体と蓋との間に、溶融金属で仕切る構造が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器本体と融液保持容器の蓋とにフランジを設け、融液保持容器本体側のフランジと融液保持容器の蓋側のフランジとの少なくとも一方のフランジに、フランジを一周する溝を設けて溶融金属の溜まり部分とすることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項７記載の発明は、請求項５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器本体と融液保持容器の蓋とにフランジを設け、融液保持容器本体側のフランジにはフランジを一周する溝を設けて溶融金属の溜まり部分とし、融液保持容器の蓋側のフランジにはフランジを一周する突起を設けて融液保持容器本体側のフランジの溝とかみ合うようにしたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項８記載の発明は、請求項６または請求項７記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器本体側のフランジに設けられた溝の内側にもう一つ溝を設けたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項９記載の発明は、請求項３乃至請求項８のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置において、溶融金属はＩｎまたはＧａであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１乃至請求項９記載の発明によれば、反応容器内に設けられた融液保持容器内にアルカリ金属を含む融液が収容されており、アルカリ金属を含む融液中でIII族窒化物を溶解し再結晶化させてIII族窒化物結晶を成長させる場合に、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切ってIII族窒化物を結晶成長させるので、混合融液からのアルカリ金属蒸気が融液保持容器から洩れるのを防止し、アルカリ金属とIII族金属との混合融液の混合比変化や、融液の液面低下を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１６】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、反応容器内に設けられた融液保持容器内にアルカリ金属を含む融液が収容されており、アルカリ金属を含む融液中でIII族窒化物を溶解し再結晶化させてIII族窒化物結晶を成長させるIII族窒化物の結晶成長方法であって、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切ってIII族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００１７】
このように、第１の形態では、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切ってIII族窒化物を結晶成長させるので、混合融液からのアルカリ金属蒸気が融液保持容器から洩れるのを防止し、アルカリ金属とIII族金属との混合融液の混合比変化や、融液の液面低下を低減することができる。
【００１８】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、第１の形態のIII族窒化物の結晶成長方法において、溶融金属がＩｎまたはＧａであることを特徴としている。
【００１９】
Ｉｎの融点は１５６℃であり、また、Ｇａの融点は２９℃であり、Ｉｎ，Ｇａの両金属とも融点が低く、ヒーターで加熱することで溶けるため、溶融金属がＩｎまたはＧａである場合には、融液保持容器から結晶を取出しやすい。
【００２０】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、反応容器内に設けられた融液保持容器内にアルカリ金属を含む融液が収容されており、アルカリ金属を含む融液中でIII族窒化物を溶解し再結晶化させてIII族窒化物結晶を成長させるIII族窒化物の結晶成長装置であって、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切る構造が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
このように、第３の形態では、反応容器と融液保持容器とを溶融金属で仕切ってIII族窒化物を結晶成長させるので、混合融液からのアルカリ金属蒸気が融液保持容器から洩れるのを防止し、アルカリ金属とIII族金属との混合融液の混合比変化や、融液の液面低下を低減することができる。
【００２２】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第３の形態のIII族窒化物の結晶成長装置において、反応容器内にはインナーチャンバーが設けられ、インナーチャンバー内には融液保持容器が設けられており、インナーチャンバーの一部に、溶融金属で仕切る構造を有していることを特徴としている。
【００２３】
このように、第４の形態では、インナーチャンバーの一部に溶融金属によって仕切りをつけることで、融液保持容器からのアルカリ金属蒸気洩れを最小にすることができ、融液保持容器内の混合融液の液面低下を防ぎ、大きなIII族窒化物単結晶を得ることができる。また、インナーチャンバーを用いることで、融液保持容器は種類を選ぶ必要がないので、実験の範囲を広くすることができる。
【００２４】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第３の形態のIII族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器は、融液保持容器本体と蓋とを有しており、融液保持容器本体と蓋との間に、溶融金属で仕切る構造が設けられていることを特徴としている。
【００２５】
このように、第５の形態では、融液保持容器本体と蓋との間を溶融金属で仕切ることで、融液保持容器内のアルカリ金属蒸気の洩れを防ぐことができ、融液保持容器内の混合融液の液面低下を防ぎ、大きなIII族窒化物単結晶を得ることができる。
【００２６】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第５の形態のIII族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器本体と融液保持容器の蓋とにフランジを設け、融液保持容器本体側のフランジと融液保持容器の蓋側のフランジとの少なくとも一方のフランジに、フランジを一周する溝を設けて溶融金属の溜まり部分とすることを特徴としている。
【００２７】
このように、第６の形態では、融液保持容器にフランジを設け、フランジにフランジを一周する溝（凹部）を形成して溶融金属の溜まり部分とし、溶融金属で仕切ることで、融液保持容器内のアルカリ金属蒸気の洩れを防ぐことができ、融液保持容器内の混合融液の液面低下を防ぎ、大きなIII族窒化物単結晶を得ることができる。
【００２８】
（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第５の形態のIII族窒化物の結晶成長装置において、融液保持容器本体と融液保持容器の蓋とにフランジを設け、融液保持容器本体側のフランジにはフランジを一周する溝を設けて溶融金属の溜まり部分とし、融液保持容器の蓋側のフランジにはフランジを一周する突起を設けて融液保持容器本体側のフランジの溝とかみ合うようにしたことを特徴としている。
【００２９】
このように、フランジに凹部分と凸部分を形成して溶融金属の溜まり部分を設け、溶融金属で仕切ることで、融液保持容器内のアルカリ金属蒸気の洩れを防ぐことができ、融液保持容器内の混合融液の液面低下を防ぎ、大きなIII族窒化物単結晶を得ることができる。また、反応容器内圧力と融液保持容器内圧力に差が発生しても、アルカリ金属が連続して洩れる事がないため、安定して結晶成長を行うことが可能となる。
【００３０】
（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第６または第７の形態において、融液保持容器本体側のフランジに設けられた溝の内側にもう一つ溝を設けたことを特徴としている。
【００３１】
このように、第８の形態では、融液保持容器本体側のフランジに設けられた溝の内側にもう一つ溝を設けたので、フランジに設けられた溝により余った溶融金属は、もう一つの溝にトラップされ、混合融液中に混入することがなく、安定した結晶成長を行うことができる。
【００３２】
（第９の形態）
本発明の第９の形態は、第３乃至第８の形態において、溶融金属はＩｎまたはＧａであることを特徴としている。
【００３３】
前述したように、Ｉｎの融点は１５６℃であり、また、Ｇａの融点は２９℃であり、Ｉｎ，Ｇａの両金属とも融点が低く、ヒーターで加熱することで溶けるため、溶融金属がＩｎまたはＧａである場合には、融液保持容器から結晶を取出しやすい。
【実施例１】
【００３４】
図１は実施例１に用いられる結晶成長装置を示す図である。
【００３５】
図１を参照すると、反応容器１内には融液保持容器２が設置され、融液保持容器２内にはアルカリ金属とIII族窒化物との混合融液３が収容されており、ヒーター５により加熱できる構造となっている。ここで、融液保持容器２は、容器本体２ａと蓋２ｂからなっている。
【００３６】
通常であれば、温度を上げると、混合融液３からのアルカリ金属蒸気が、融液保持容器２の隙間（容器本体２ａと蓋２ｂとの隙間）から融液保持容器２外に洩れ、低温部に符号６で示すように凝集する。
【００３７】
これに対し、実施例１では、融液保持容器２の隙間を溶融金属で仕切ることで、アルカリ金属蒸気が反応容器１に洩れないようにしている。
【００３８】
すなわち、実施例１では、融液保持容器内２内にアルカリ金属とIII族窒化物を含む混合融液３を収容し、融液保持容器２の隙間（容器本体２ａと蓋２ｂとの隙間）を溶融金属で仕切っている。なお、実施例１では、アルカリ金属としてＮａを４ｇ、III族窒化物としてＧａＮを１ｇ仕込んだ。また、溶融金属としてＩｎを用い、Ｉｎを融液保持容器２の隙間（容器本体２ａと蓋２ｂとの隙間）に詰めた。
【００３９】
実施例１では、ヒーター５により混合融液３を８００度に加熱し、１５０時間成長させた結果、III族窒化物単結晶を得ることができた。このとき、反応容器１内部にはアルカリ金属の洩れはなかった。
【００４０】
このように融液保持容器２の隙間を溶融金属で仕切ることで、融液保持容器２内部のアルカリ金属蒸気が融液保持容器２の外部に洩れることなく、III族窒化物を結晶成長することができた。すなわち、反応容器１と融液保持容器２とを溶融金属で仕切ることで、融液保持容器２内のアルカリ金属蒸気が融液保持容器２外に洩れることを防止でき、これにより、融液保持容器２内の溶融金属の液面低下を防ぐことが可能となり、大きなIII族窒化物単結晶を得ることができた。
【実施例２】
【００４１】
図２（ａ），（ｂ）は実施例２に用いられる結晶成長装置を示す図である。なお、図２（ｂ）は図２（ａ）の部分拡大図である。
【００４２】
図２（ａ）を参照すると、この結晶成長装置は、反応容器１と、融液保持容器２（容器本体２ａ，蓋２ｂ）と、インナーチャンバー（４ａ，４ｂ）と、ヒーター５とを有し、融液保持容器２（２ａ，２ｂ）内には、アルカリ金属とIII族窒化物との混合融液３が収容されている。
【００４３】
インナーチャンバー（４ａ，４ｂ）は、図２（ｂ）に示すような形状をしており、４ｂに設けた凹部分（溝）に溶融金属７の溜まりを設けて、反応容器１と融液保持容器２（２ａ，２ｂ）との間を仕切っている。
【００４４】
実施例２では、実施例１に示した実験条件でIII族窒化物の結晶成長を行った結果、アルカリ金属蒸気は、融液保持容器２（２ａ，２ｂ）からインナーチャンバー（４ａ，４ｂ）内への洩れはあったが、インナーチャンバー（４ａ，４ｂ）から反応容器１内への漏れはなく、III族窒化物結晶を得ることができた。
【００４５】
なお、融液保持容器２（２ａ，２ｂ）からインナーチャンバー（４ａ，４ｂ）内へのアルカリ金属洩れは、インナーチャンバー（４ａ，４ｂ）の容積が小さいため、洩れ量としては少なく、結晶成長に与える影響は少ない。
【００４６】
このように、実施例２では、インナーチャンバーの一部に溶融金属によって仕切りをつけることで、融液保持容器からのアルカリ金属蒸気洩れを最小にすることができ、融液保持容器内の混合融液の液面低下を防ぎ、大きなIII族窒化物単結晶を得ることができる。また、インナーチャンバーを用いることで、融液保持容器は種類を選ぶ必要がないので、実験の範囲を広くすることができる。
【実施例３】
【００４７】
図３（ａ）は実施例３に用いられる結晶成長装置を示す図である。図３（ａ）を参照すると、この結晶成長装置は、反応容器１と、融液保持容器２（２ａ，２ｂ）と、ヒーター５とを有し、融液保持容器２（２ａ，２ｂ）内には、アルカリ金属とIII族窒化物との混合融液３が収容されている。
【００４８】
この結晶成長装置では、図３（ｂ）に示すように（なお、図３（ｂ）は図３（ａ）の融液保持容器フランジの拡大図である）、融液保持容器本体２ａと蓋２ｂとにフランジを設け、フランジにはフランジを一周する凹部（フランジを一周する溝）を形成し、この凹部に溶融金属７の溜まりを設けて反応容器１と融液保持容器（２ａ，２ｂ）との仕切りとしている。
【００４９】
なお、図３（ｂ）の例では、凹部は融液保持容器本体２ａ側に設けているが、この他に、図３（ｃ）に示すように融液保持容器の蓋２ｂ側にも設けることができる。
【００５０】
実施例３では、実施例１に示した実験条件でIII族窒化物の結晶成長を行った結果、アルカリ金属蒸気は、融液保持容器２（２ａ，２ｂ）から反応容器１内への漏れはなく、大きなIII族窒化物結晶を得ることができた。
【００５１】
このように、実施例３では、融液保持容器にフランジを設け、フランジにフランジを一周する溝（凹部）を形成して溶融金属の溜まり部分とし、溶融金属で仕切ることで、融液保持容器内のアルカリ金属蒸気の洩れを防ぐことができ、融液保持容器内の混合融液の液面低下を防ぎ、大きなIII族窒化物単結晶を得ることができる。
【００５２】
なお、図４に示すように、融液保持容器本体２ａ側のフランジに凹部分を形成し、融液保持容器の蓋２ｂ側のフランジに凸部分を形成し、互いがかみ合うようにし、融液保持容器本体２ａ側のフランジの凹部分に溶融金属７の溜まりを設けて反応容器１と融液保持容器（２ａ，２ｂ）との仕切りとすることもできる。
【００５３】
図４のような構造のものは、反応容器１内の圧力と融液保持容器（２ａ，２ｂ）内の圧力とに差が生じた場合には、差圧分のガスが洩れるが、アルカリ金属蒸気が連続して洩れる事がないため、融液保持容器（２ａ，２ｂ）内の混合融液３の液面の変化がなく安定して結晶成長を行うことが可能となる。
【００５４】
図４のように、フランジに凹部分と凸部分を形成して溶融金属の溜まりを設け、溶融金属で仕切ることで、融液保持容器内のアルカリ金属蒸気の洩れを防ぐことができ、融液保持容器内の混合融液の液面低下を防ぎ、大きなIII族窒化物単結晶を得ることができる。また、反応容器内圧力と融液保持容器内圧力とに差が発生しても、アルカリ金属が連続して洩れる事がないため、安定して結晶成長を行うことが可能となる。
【００５５】
また、図５に示すように、図４の構成においてフランジの溶融金属７の溜まり部分よりも内側にさらにもう１つの凹部分（溝）８を設けることもできる。
【００５６】
すなわち、図４のように溶融金属７を融液保持容器本体２ａの溜まり部分に設置し、蓋２ｂをする場合、溶融金属７の量が多いと、溶けた溶融金属７が融液保持容器２内の混合融液３内に入りこみ、混合融液３の組成が変化する可能性がある。これに対し、図５のように融液保持容器（２ａ，２ｂ）のフランジの溶融金属７の溜まり部分よりも内側にもう一つ凹部分（溝）８を設けたものでは、余った溶融金属７をこの凹部分８にトラップできるため、余った溶融金属７が混合融液３内に混入することがなく、安定したIII族窒化物結晶成長ができる。
【００５７】
このように、図５の構成では、フランジに形成したもう一つの凹部分８により余った溶融金属がトラップされ、混合融液中に混入することがなく、安定した結晶成長を行うことができる。
【００５８】
なお、本発明において、溶融金属７には、ＩｎまたはＧａを用いることができる。
【００５９】
Ｉｎの融点は１５６℃であり、また、Ｇａの融点は２９℃であり、Ｉｎ，Ｇａの両金属とも融点が低く、ヒーターで加熱することで溶けるため、溶融金属がＩｎまたはＧａである場合には、融液保持容器２（２ａ，２ｂ）から結晶を取出しやすい。
【００６０】
溶融金属７で仕切る手順は、例えば実施例３を例にとると、融液保持容器２（２ａ，２ｂ）のフランジの凹部分（溝）に予めＩｎまたはＧａを塗っておく。塗る際は融液保持容器２（２ａ，２ｂ）をヒーターで温めて溶融金属７が溶ける温度にする。
【００６１】
そして、融液保持容器本体２ａにアルカリ金属とIII族窒化物を収容し、融液保持容器本体２ａをヒーターで温め、溶融金属７が溶けたら蓋２ｂをし、溶融金属７が硬化するまで待つ。これにより、溶融金属で仕切ることができる。取出しは、この逆の工程を行えばよい。
【００６２】
このように、溶融金属７をＩｎまたはＧａとすることで、工程が簡単になる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、光ディスク用青紫色光源、紫外光源（全面）、電子写真用青紫色光源、III族窒化物電子デバイスなどに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１に用いられる結晶成長装置を示す図である。
【図２】実施例２に用いられる結晶成長装置を示す図である。
【図３】実施例３に用いられる結晶成長装置を示す図である。
【図４】図３の変形例を示す図である。
【図５】図４の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１          反応容器
２          融液保持容器
３          混合融液
４ａ，４ｂ          インナーチャンバー
５          ヒーター
７          溶融金属
８          凹部分（溝）
【図１】
2005263572.tif 000003
【図２】
2005263572.tif 000004
【図３】
2005263572.tif 000005
【図４】
2005263572.tif 000006
【図５】
2005263572.tif 000007