(57)【要約】      （修正有）【課題】均質なＳｉドープＧａＮ結晶を製造することができるIII 族窒化物半導体製造装置を提供する。【解決手段】III 族窒化物半導体製造装置は、窒素とシランを供給する供給管１５と、坩堝１１にＧａ融液を供給するＧａ供給装置１６と、坩堝１１にＮａ融液を供給するＮａ供給装置１７と、を有している。従来のようにドーパントを供給する配管を別途設けずに、窒素とドーパントを混合して１つの供給管１５で供給するようにしている。そのためデッドスペースが増えないので、Ｎａの蒸発が抑制され、高品質なＳｉドープＧａＮ結晶を製造することができる。【選択図】図１
2009114035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、加熱装置と、前記反応容器の内部に配置された坩堝と、を有し、前記坩堝に保持した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、少なくとも窒素を含む気体とを前記反応容器内で反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造装置において、
前記少なくとも窒素を含む気体と、気体のドーパントと、を混合して供給する第１供給管を有す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】
反応容器と、加熱装置と、前記反応容器の内部に配置された坩堝と、を有し、前記坩堝に保持した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、少なくとも窒素を含む気体とを前記反応容器内で反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造装置において、
前記少なくとも窒素を含む気体を供給する第１供給管と、
前記III 族金属に可溶なドーパントを融解させた前記III 族金属融液を供給する第２供給管と、
を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置。
【請求項３】
反応容器と、加熱装置と、前記反応容器の内部に配置された坩堝と、を有し、前記坩堝に保持した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、少なくとも窒素を含む気体とを前記反応容器内で反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造装置において、
前記少なくとも窒素を含む気体を供給する第１供給管と、
前記アルカリ金属に可溶なドーパントを融解させた前記アルカリ金属融液を供給する第３供給管と、
を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置。
【請求項４】
気体の前記ドーパント用ガスは、構成元素にＳｉまたはＯを含む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５】
前記III 族金属に可溶な前記ドーパントは、２族、１２族、１４族元素単体であることを特徴とする請求項２に記載のIII 族窒化物半導体製造装置。
【請求項６】
前記アルカリ金属に可溶な前記ドーパントは、酸化物であることを特徴とする請求項３に記載のIII 族窒化物半導体製造装置。
【請求項７】
前記アルカリ金属を供給する第３供給管を有し、
前記アルカリ金属をミスト状にして供給することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体製造装置。
【請求項８】
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、少なくとも窒素を含む気体とを反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体結晶の製造方法において、
結晶成長中に、少なくとも窒素を含む気体、およびドーパントを供給する工程を有し、
前記ドーパントは気体であり、
前記ドーパントは、前記少なくとも窒素を含む気体に混合されて供給される、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項９】
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、少なくとも窒素を含む気体とを反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体結晶の製造方法において、
結晶成長中に、III 族金属融液、少なくとも窒素を含む気体、およびドーパントを供給する工程を有し、
前記ドーパントは、前記III 族金属に可溶であり、
前記ドーパントは、前記III 族金属融液中に融解されて供給される、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項１０】
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、少なくとも窒素を含む気体とを反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体結晶の製造方法において、
結晶成長中に、アルカリ金属融液、少なくとも窒素を含む気体、およびドーパントを供給する工程を有し、
前記ドーパントは、前記アルカリ金属に可溶であり、
前記ドーパントは、前記アルカリ金属融液中に融解されて供給される、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項１１】
気体の前記ドーパント用ガスは、構成元素にＳｉまたはＯを含むことを特徴とする請求項８に記載のIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記III 族金属に可溶な前記ドーパントは、２族、１２族、１４族元素単体であることを特徴とする請求項９に記載のIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項１３】
前記アルカリ金属に可溶な前記ドーパントは、酸化物であることを特徴とする請求項１０に記載のIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項１４】
結晶成長中に前記アルカリ金属融液を供給する工程を有し、
前記アルカリ金属融液は、ミスト状にして供給することを特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。
【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 族窒化物半導体結晶の製造方法、およびその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、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知られている。これは、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）を種結晶表面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III 族窒化物半導体結晶の製造に用いる製造装置において、窒素、Ｇａ、Ｎａ、ドーパントを供給する配管をそれぞれ独立に設けたものが特許文献１に示されている。この製造装置によると、窒素、Ｇａ、Ｎａ、ドーパントを随時供給することで、これらの比を一定に保持して結晶成長させることができるので、結晶の均一性が高いIII 族窒化物半導体を製造することができる。
【特許文献１】特開２００４−２９２２８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に示された製造装置は、ドーパントを供給する配管を独立に設けているので配管の数が多くなり、デッドスペースが増大する。そのため、Ｎａの蒸発が増えてしまい、配管内でＮａが液化、固化して詰まらせ、原料の供給を阻害してしまう。
【０００５】
そこで本発明の目的は、Ｎａの蒸発が抑制された、ドーパントのドープされた高品質なIII 族窒化物半導体結晶を製造する方法、およびその製造装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、反応容器と、加熱装置と、反応容器の内部に配置された坩堝と、を有し、坩堝に保持した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、少なくとも窒素を含む気体とを反応容器内で反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造装置において、少なくとも窒素を含む気体と、気体のドーパントと、を混合して供給する第１供給管を有す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】
第２の発明は、反応容器と、加熱装置と、反応容器の内部に配置された坩堝と、を有し、坩堝に保持した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、少なくとも窒素を含む気体とを反応容器内で反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造装置において、少なくとも窒素を含む気体を供給する第１供給管と、III 族金属に可溶なドーパントを融解させたIII 族金属融液を供給する第２供給管と、を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置である。
【０００８】
第３の発明は、反応容器と、加熱装置と、反応容器の内部に配置された坩堝と、を有し、坩堝に保持した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、少なくとも窒素を含む気体とを反応容器内で反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造装置において、少なくとも窒素を含む気体を供給する第１供給管と、アルカリ金属に可溶なドーパントを融解させたアルカリ金属融液を供給する第３供給管と、を有す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】
本発明において、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２族金属や、Ｌｉ（リチウム）などを混合させてもよい。また、窒素を含む気体とは、窒素分子や窒素化合物の気体を含む単一または混合気体をいい、希ガス等の不活性ガスを含んでいてもよい。
【００１０】
本発明におけるドーパントとは、下記のドーパントとなる元素の単体だけでなく、ドーパントとなる元素を含む化合物も含む。ｎ型ドーパントは、１４族元素であるＣ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｐｂ（鉛）や、１６族元素であるＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）である。またｐ型ドーパントは、２族元素であるＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）や、１２族元素であるＺｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）である。
【００１１】
気体のドーパント用ガスは、たとえば、構成元素としてＳｉやＯを含むガスであり、ＳｉＨ4 （シラン）、Ｈ2 Ｏ（水）、Ｏ2 （酸素）などである。また、III 族金属、アルカリ金属の双方に可溶なドーパントは、III 族金属、アルカリ金属のどちらに融解させて供給してもかまわない。
【００１２】
また、第１の発明は、III 族金属融液を供給する第２供給管や、アルカリ金属融液を供給する第３供給管を有していてもよく、第２の発明は、アルカリ金属融液を供給する第３供給管を有していてもよく、第３の発明は、III 族金属融液を供給する第２供給管を有していてもよい。
【００１３】
第４の発明は、第１の発明において、気体のドーパント用ガスは、構成元素にＳｉまたはＯを含むことを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置である。
【００１４】
第５の発明は、第２の発明において、III 族金属に可溶なドーパントは、２族、１２族、１４族元素単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。
【００１５】
第６の発明は、第３の発明において、アルカリ金属に可溶なドーパントは、酸化物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。
【００１６】
アルカリ金属に可溶で酸化物であるドーパントは、たとえば、ＳｉＯ2 （二酸化ケイ素）、Ｇａ2 Ｏ3 （酸化ガリウム）、Ａｌ2 Ｏ3 （酸化アルミニウム）、Ｉｎ2 Ｏ3 （酸化インジウム）などである。
【００１７】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、アルカリ金属を供給する第３供給管を有し、第３供給管は、アルカリ金属をミスト状にして供給することを特徴とするIII 族窒化物半導体製造装置である。
【００１８】
第８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、少なくとも窒素を含む気体とを反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体結晶の製造方法において、結晶成長中に、少なくとも窒素を含む気体、およびドーパントを供給する工程を有し、ドーパントは気体であり、ドーパントは、少なくとも窒素を含む気体に混合されて供給される、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。
【００１９】
第９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、少なくとも窒素を含む気体とを反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体結晶の製造方法において、結晶成長中に、III 族金属融液、少なくとも窒素を含む気体、およびドーパントを供給する工程を有し、ドーパントは、III 族金属に可溶であり、ドーパントは、III 族金属融液中に融解されて供給されることを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。
【００２０】
第１０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、少なくとも窒素を含む気体とを反応させてIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体結晶の製造方法において、結晶成長中に、アルカリ金属融液、少なくとも窒素を含む気体、およびドーパントを供給する工程を有し、ドーパントは、アルカリ金属に可溶であり、ドーパントは、アルカリ金属融液中に融解されて供給される、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。
【００２１】
第１１の発明は、第８の発明において、気体のドーパント用ガスは、構成元素にＳｉまたはＯを含むことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。
【００２２】
第１２の発明は、第９の発明において、III 族金属に可溶なドーパントは、２族、１２族、１４族元素単体であることを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。
【００２３】
第１３の発明は、第１０の発明において、アルカリ金属に可溶なドーパントは、酸化物であることを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。
【００２４】
第１４の発明は、第８の発明から第１３の発明において、結晶成長中にアルカリ金属融液を供給する工程を有し、アルカリ金属融液は、ミスト状にして供給することを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、ドーパントは、少なくとも窒素を含む気体、III 族金属融液、アルカリ金属融液のいずれかとともに供給される。したがって、ドーパントの供給のみに用いる供給管を要せず、配管の数を増やす必要がないので、デットスペースの増加を防止でき、アルカリ金属の蒸発が抑制される。その結果、混合融液の組成比を一定に保つことができ、ドーパントがドープされた高品質なIII 族窒化物半導体結晶を得ることができる。
【００２６】
また、第７、１４の発明のように、アルカリ金属をミスト状にして蒸発しやすい状態で供給することで、反応容器内のアルカリ金属の蒸気圧を平衡に近い状態に保つことができ、アルカリ金属の蒸発を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
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。図１に示すように、実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置は、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２４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、種結晶２３を固定する支持部１３と、その支持部１３により固定された種結晶２３を回転、移動させる回転軸１４と、反応容器１０に開口して接続し、回転軸１４と反応容器１０との隙間から反応容器１０内へ窒素およびドーパントガスを供給する供給管１５（本発明の第１供給管に相当）と、坩堝１１にＧａ融液を供給するＧａ供給装置１６と、坩堝１１にＮａ融液を供給するＮａ供給装置１７と、反応容器１０内部の雰囲気を外部へ排気する排気管１８と、により構成されている。
【００２９】
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、坩堝１１が配置されている。
【００３０】
坩堝１１は、ＢＮ（窒化ホウ素）からなり、反応容器１０内部に配置されている。坩堝１１内部には、ＧａとＮａとの混合融液２４が保持される。また、坩堝１１には、供給管２１（本発明の第２供給管に相当）、供給管２２（本発明の第３供給管に相当）が接続している。供給管２１を介してＧａ供給装置１６からＧａ融液が、供給管２２を介してＮａ供給装置１７からＮａ融液が、坩堝１１内の混合融液２４中に供給される。
【００３１】
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内部の温度を制御する。
【００３２】
支持部１３は種結晶２３を固定し、支持部１３に接続した回転軸１４によって、種結晶２３を回転させ、鉛直方向上下に移動させる。回転軸１４は、反応容器１０を鉛直上方向に貫通していて、回転軸１４と反応容器１０には隙間が生じている。
【００３３】
供給管１５は、反応容器１０に開口して接続し、回転軸１４と反応容器１０との間の隙間から窒素とドーパントガスを反応容器１０内へ供給する。また、供給管１５の上流側は、窒素とドーパントガスとの混合ガスを供給する供給管１９と、窒素を供給する供給管２０とに分岐している。ドーパントガスは、ドーパントである元素を構成元素とする化合物である。供給管２０から供給される窒素と、供給管１９から供給される窒素とドーパントガスの混合ガスとは、供給管１５内で混合され、反応容器１０内へと供給される。また、供給管１９、２０にはそれぞれバルブ１９ｖ、２０ｖが設けられていて、窒素およびドーパントガスの供給量を制御する。
【００３４】
ドーパントガスは、たとえばシランや水、酸素である。シランはｎ型ドーパントであるＳｉを構成元素とする化合物であり、水はｎ型ドーパントである酸素を構成元素とする化合物である。
【００３５】
Ｇａ供給装置１６は、供給管２１を通して坩堝１１内の混合融液２４中にＧａ融液を供給し、Ｎａ供給装置１７は、供給管２２を通して坩堝１１内の混合融液２４中にＮａ融液を供給する。また、供給管２１、２２には、それぞれバルブ２１ｖ、２２ｖが設けられていて、Ｇａ、Ｎａの供給を制御する。
【００３６】
次に、実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置を用いたＳｉドープＧａＮ結晶の製造について説明する。
【００３７】
まず、回転軸１４を鉛直上方向に移動させた状態で、支持部１３に種結晶２３を固定した後、反応容器１０を閉じ、種結晶２３が坩堝１１内となる位置まで回転軸１４を鉛直下方向に移動させて、排気管１８により反応容器１０内部の雰囲気を排気する。
【００３８】
その後、Ｇａ供給装置１６とＮａ供給装置１７とから坩堝１１内へＧａ融液とＮａ融液を供給し、坩堝１１内にＧａとＮａが一定の比で混合された混合融液２４を保持する。そして、供給管１５から反応容器１０内へ窒素と、ドーパントであるシランとの混合ガスを供給する。また、反応容器１０内部の圧力が５０気圧となるように、供給量と排気量を調整する。
【００３９】
次に、加熱装置１２によって反応容器１０内を加熱し、反応容器１０内部を５０気圧、８００度の状態を維持し、種結晶２３表面にＳｉがドープされたＧａＮを結晶成長させる。また、回転軸１４を回転させることで種結晶２３を回転させ、均一に結晶成長するようにする。また、供給管１５から反応容器１０内部へ常時窒素およびシランを供給するようにし、Ｇａの消費、Ｎａの蒸発に合わせて随時、Ｇａ供給装置１６とＮａ供給装置１７により混合融液２４中にＧａ融液とＮａ融液を供給する。これにより、混合融液２４のＧａとＮａの比が一定となるようにする。
【００４０】
結晶成長中、蒸発したＮａは反応容器１０内に拡散する。しかし、実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置は、シラン供給用の配管を独立して設けずに、窒素とともにシランを供給するようにしている。シラン供給用の配管がない分、従来よりも蒸発したＮａが入り込むスペースが小さくなり、Ｎａの蒸発が抑制される。その結果、混合融液２４のＧａとＮａの比がより一定に保たれることになり、結晶の均一性が向上する。
【００４１】
その後、反応容器１０の温度を常温まで下げ、ＳｉドープＧａＮ結晶の製造を終了する。
【００４２】
以上のように、実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置によると、Ｎａの蒸発が抑制されるため、混合融液の組成比がより一定に保たれ、ドーパントがドープされた高品質なIII 族窒化物半導体結晶を製造することができる。
【００４３】
なお、実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置において、Ｇａ供給装置１６、Ｎａ供給装置１７、およびＧａ融液を供給する供給管２１、Ｎａ融液を供給する２２は必ずしも必要ではなく、坩堝１１内にはじめからＧａとＮａを入れておき、結晶成長中にＧａ融液とＮａ融液を供給せずにIII 族窒化物半導体結晶を製造してもよい。しかし、Ｇａ供給装置１６、Ｎａ供給装置１７、および供給管２１、２２を設け、結晶成長中にＧａ融液、Ｎａ融液を供給できるようにした方が、坩堝１１内の混合融液２４のＧａ、Ｎａ組成比をより一定に保つことができるので望ましい。
【実施例２】
【００４４】
図２は、実施例２のIII 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図である。実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置との構成の違いは、供給管１９と供給管２０に分岐した供給管１５に替えて分岐のない供給管１１５を有していることと、Ｇａ融液を供給するＧａ供給装置１６に替えて、ドーパントを融解させたＧａ融液を供給するＧａ供給装置１１６を有していることである。実施例１では、供給管１５によって窒素とシランを混合して反応容器１０内に供給してるが、実施例２では、供給管１１５によって窒素のみを供給する。Ｇａ融液に融解するドーパントは、たとえば２族、１２族、１４族元素単体である。２族、１２族元素はｐ型ドーパントであり、１４族元素はｎ型ドーパントである。
【００４５】
実施例２のIII 族窒化物半導体製造装置を用いた、ドーパントがドープされたIII 族窒化物半導体結晶の製造方法は、実施例１と同様である。たとえば、Ｓｉを融解させたＧａ融液をＧａ供給装置１１６により供給するようにすれば、実施例１に示した製造工程を経ることで、ＳｉドープＧａＮ結晶を製造することができる。
【００４６】
この実施例２のIII 族窒化物半導体製造装置もまた、ドーパント供給用の配管を設けていないので、従来よりもＮａの蒸発が抑制される。そのため、ドーパントがドープされた高品質なIII 族窒化物半導体結晶を製造することができる。
【００４７】
なお、実施例２のIII 族窒化物半導体製造装置において、Ｎａ供給装置１７、供給管２２は必ずしも必要ではなく、結晶成長中にＮａを供給せずにIII 族窒化物半導体結晶を製造してもよい。ただし、Ｎａ供給装置１７、供給管２２を設け、結晶成長中にＮａ融液を供給できるようにした方が、坩堝１１内の混合融液２４のＧａ、Ｎａ組成比をより一定に保つことができるので望ましい。
【実施例３】
【００４８】
図３は、実施例３のIII 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図である。実施例１のIII 族窒化物半導体製造装置との構成の違いは、供給管１９と供給管２０に分岐した供給管１５に替えて分岐のない供給管１１５を有していることと、Ｎａ融液を供給するＮａ供給装置１７に替えて、ドーパントを融解させたＮａ融液を供給するＧａ供給装置２１７を有していることである。Ｎａ融液に融解するドーパントは、たとえばＳｉＯ2 、Ｇａ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｉｎ2 Ｏ3 などの酸化物である。
【００４９】
実施例３のIII 族窒化物半導体製造装置を用いた、ドーパントがドープされたIII 族窒化物半導体結晶の製造方法は、実施例１と同様である。たとえば、ＳｉＯ2 を融解させたＮａ融液をＮａ供給装置２１７により供給するようにすれば、実施例１に示した製造工程を経ることで、Ｓｉと酸素がドープされたＧａＮ結晶を製造することができる。また、Ａｌ2 Ｏ3 やＩｎ2 Ｏ3 をＮａ融液に融解させてＮａ供給装置２１７により供給するようにすれば、酸素がドープされたＡｌＧａＮ結晶やＩｎＧａＮ結晶を製造することができる。
【００５０】
この実施例３のIII 族窒化物半導体製造装置もまた、ドーパント供給用の配管を設けていないので、従来よりもＮａの蒸発が抑制される。そのため、ドーパントがドープされた高品質なIII 族窒化物半導体結晶を製造することができる。
【００５１】
なお、実施例３のIII 族窒化物半導体製造装置において、Ｇａ供給装置１６、供給管２１は必ずしも必要ではなく、結晶成長中にＧａを供給せずにIII 族窒化物半導体結晶を製造してもよい。ただし、Ｇａ供給装置１６、供給管２１を設け、結晶成長中にＧａ融液を供給できるようにした方が、坩堝１１内の混合融液２４のＧａ、Ｎａ組成比をより一定に保つことができるので望ましい。
【実施例４】
【００５２】
図４は、実施例４のIII 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図である。実施例４のIII 族窒化物半導体製造装置は、反応容器３１０と、反応容器３１０内部に配置され、ＧａとＮａとの混合融液３２４と、種結晶３２３を保持する坩堝３１１と、反応容器３１０を加熱する加熱装置３１２と、坩堝３１１を保持する支持部３１３と、その支持部３１３に接続し坩堝１１を回転、移動させる回転軸３１４と、反応容器３１０と回転軸３１４との隙間から反応容器１０内に窒素とドーパントガスを供給する供給管３１５と、坩堝３１１にＧａ融液を供給するＧａ供給装置３１６と、坩堝３１１にＮａ融液を供給するＮａ供給装置３１７と、反応容器３１０内部の雰囲気を外部へ排気する排気管３１８と、により構成されている。
【００５３】
支持部３１３は坩堝３１１を保持し、支持部３１３に接続した回転軸３１４によって、坩堝３１１を回転させ、鉛直方向上下に移動させる。回転軸３１４は、反応容器１０を鉛直下方向に貫通していて、回転軸３１４と反応容器３１０には隙間が生じている。
【００５４】
供給管３１５は、上流側が窒素とドーパントガスとの混合ガスを供給する供給管３１９と、窒素を供給する供給管３２０とに分岐している。また、供給管３１９、３２０には、それぞれバルブ３１９ｖ、３２０ｖが設けられていて、バルブ３１９ｖ、３２０ｖにより窒素およびドーパントガスの供給量を制御する。
【００５５】
Ｇａ供給装置３１６は、供給管３２１を介して坩堝３１１に保持された混合融液３２４中にＧａ融液を供給する。供給管３２１にはバルブ３２１ｖが設けられていて、Ｇａ融液の供給量を調整する。
【００５６】
Ｎａ供給装置３１７は、供給管３２２を介して反応容器３１０内にミスト状のＮａ融液を供給する。供給管３２２にはバルブ３２２ｖが設けられていて、Ｎａ融液の供給量を調整する。
【００５７】
次に、実施例４のIII 族窒化物半導体製造装置を用いたＳｉドープＧａＮ結晶の製造について説明する。
【００５８】
まず、回転軸３１４を鉛直上方向に移動させた状態で、坩堝３１１内部に種結晶３２３、Ｇａ、Ｎａを入れて支持部３１３に配置する。そして回転軸３１４を鉛直下方向に移動させて坩堝３１１を反応容器３１０の内部に移動させ、反応容器３１０に蓋をする。
【００５９】
次に、排気管３１８に設けたバルブ３１８ｖを開いて、反応容器３１０内部の雰囲気を排気する。その後、供給管３１５から反応容器１０の内部に窒素と、ドーパントであるシランとの混合ガスを供給する。また、反応容器１０内部の圧力が５０気圧となるように、供給量と排気量を調整する。
【００６０】
次に、加熱装置３１２によって反応容器３１０内を加熱し、反応容器３１０内部を５０気圧、８００度の状態を維持し、種結晶３２３表面にＳｉがドープされたＧａＮを結晶成長させる。また、回転軸３１４を回転させることで坩堝３１１を回転させて混合融液３２４を攪拌し、均一に結晶成長するようにする。また、供給管３１５から反応容器３１０内部へ常時窒素およびシランを供給するようにし、Ｇａの消費、Ｎａの蒸発に合わせて随時、Ｇａ供給装置３１６とＮａ供給装置３１７により混合融液２４中にＧａ融液とＮａ融液を供給する。これにより、混合融液３２４のＧａとＮａの比が一定となるようにする。
【００６１】
この結晶成長中、他の実施例と同様に、シラン供給用の配管を独立して設けていないため、従来よりもＮａの蒸発が抑制される。また、Ｎａ融液はミスト状にして供給されるため、すみやかに蒸発し、Ｎａの蒸気圧を平衡に近い状態に保つことができる。その結果、混合融液３２４からのＮａの蒸発はより抑制される。
【００６２】
その後、反応容器３１０の温度を常温まで下げ、ＳｉドープＧａＮ結晶の製造を終了する。
【００６３】
以上のように、実施例４のIII 族窒化物半導体製造装置では、Ｎａをミスト状にして供給することによってＮａの蒸発をより抑制することができるので、ドーパントがドープされたIII 族窒化物半導体結晶を、より高品質に製造することができる。
【００６４】
実施例では、フラックスとしてＮａを用いているが、他にもＬｉやＫなどのアルカリ金属や、ＭｇやＣａなどのアルカリ土類金属、およびそれらの混合物を用いることができる。また、反応容器内部に窒素を供給しているが、アンモニアなどの窒素を含む化合物を供給するようにしてもよく、アルゴンなどの不活性ガスを混合して供給してもよい。
【００６５】
また、実施例では、ドーパントは、窒素、Ｇａ融液、Ｎａ融液のいずれか１つに混合、融解して供給しているが、いずれか２以上とともに供給するようにしてもよい。たとえば、窒素にシランを混合し、ＧａにＭｇを融解させることで、ｎ型ドーパントであるＳｉと、ｐ型ドーパントであるＭｇの双方を供給するようにしてもよい。
【００６６】
また、実施例１、４では、窒素とドーパントガスの混合ガスと、窒素とを供給管内で混合させて反応容器内に供給しているが、窒素とドーパントガスの混合ガスを直接反応容器内に供給してもよいし、ドーパントガスと窒素とを供給管内で混合させて供給してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、III 族窒化物半導体結晶の製造に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【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】実施例２のIII 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図。
【図３】実施例３のIII 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図。
【図４】実施例４のIII 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図。
【符号の説明】
【００６９】
１０、３１０：反応容器
１１、３１１：坩堝
１２、３１２：加熱装置
１３、３１３：支持部
１４、３１４：回転軸
１５、１９、２０、２１、２２、３１５、３１９、３２０、３２１、３２２：供給管
１６、１１６、３１６：Ｇａ供給装置
１７、２１７、３１７：Ｎａ供給装置
１８、３１８：排気管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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