JP2003238296A - Method and apparatus for growing group iii nitride crystal - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To more stably and continuously supply a group V raw material while suppressing evaporation of an alkaline metal. <P>SOLUTION: When a mixed melt 103 is formed from an alkaline metal and a substance containing at least a group III metal in a reaction vessel 101, and a group III nitride 110 constituted of the group III metal and nitrogen is grown from the mixed melt 103 and a substance containing at least nitrogen, the atmosphere in the reaction vessel 101 is constituted of a mixed gas of the substance containing at least nitrogen and an inert gas. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク用青紫
色光源，紫外光源（ＬＤやＬＥＤ），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なIII族
窒化物結晶成長方法およびIII族窒化物結晶成長装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a group III nitride crystal growth method applicable to blue-violet light sources for optical disks, ultraviolet light sources (LD and LED), blue-violet light sources for electrophotography, group III nitride electronic devices, and the like. And a group III nitride crystal growth apparatus.

【０００２】[0002]

【従来の技術】現在、紫〜青〜緑色光源として用いられ
ているＩｎＧａＡｌＮ系（III族窒化物）デバイスは、
その殆どがサファイア基板あるいはＳｉＣ基板上に、Ｍ
Ｏ−ＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法
（分子線結晶成長法）等を用いた結晶成長により作製さ
れている。サファイアやＳｉＣを基板として用いる場合
には、III族窒化物との熱膨張係数差や格子定数差が大
きいことに起因する結晶欠陥が多くなる。このために、
デバイス特性が悪く、例えば発光デバイスの寿命を長く
することが困難であったり、動作電力が大きくなったり
するという問題がある。2. Description of the Related Art InGaAlN (group III nitride) devices currently used as light sources of purple to blue to green are
Most of them are M on a sapphire substrate or SiC substrate.
It is produced by crystal growth using an O-CVD method (metal organic chemical vapor deposition method), MBE method (molecular beam crystal growth method), or the like. When sapphire or SiC is used as the substrate, there are many crystal defects due to a large difference in thermal expansion coefficient or lattice constant with the group III nitride. For this,
There are problems that the device characteristics are poor, for example, it is difficult to extend the life of the light emitting device, and the operating power is increased.

【０００３】更に、サファイア基板の場合には絶縁性で
あるために、従来の発光デバイスのように基板側からの
電極取り出しが不可能であり、結晶成長したIII族窒化
物半導体表面側からの電極取り出しが必要となる。その
結果、デバイス面積が大きくなり、高コストにつながる
という問題がある。また、サファイア基板上に作製した
III族窒化物半導体デバイスは、劈開によるチップ分離
が困難であり、レーザダイオード（ＬＤ）で必要とされ
る共振器端面を劈開で得ることが容易ではない。このた
め、現在はドライエッチングによる共振器端面形成や、
あるいはサファイア基板を１００μｍ以下の厚さまで研
磨した後に、劈開に近い形での共振器端面形成を行って
いるが、この場合にも、従来のＬＤのような共振器端面
とチップ分離を単一工程で容易に行うことが不可能であ
り、工程の複雑化ひいてはコスト高につながる。Further, since the sapphire substrate is insulative, it is impossible to take out the electrode from the substrate side as in the conventional light emitting device, and the electrode from the crystal-grown group III nitride semiconductor surface side is not possible. It needs to be taken out. As a result, there is a problem that the device area becomes large, leading to high cost. Also, it was fabricated on a sapphire substrate.
In the group III nitride semiconductor device, chip separation by cleavage is difficult, and it is not easy to obtain the cavity end face required for a laser diode (LD) by cleavage. For this reason, currently, cavity end face formation by dry etching,
Alternatively, after the sapphire substrate is polished to a thickness of 100 μm or less, the resonator end face is formed in a shape close to the cleavage, but in this case also, the resonator end face and the chip separation as in the conventional LD are separated by a single step. Therefore, it is impossible to easily carry out the process, and the process becomes complicated and the cost becomes high.

【０００４】これらの問題を解決するために、サファイ
ア基板上にIII族窒化物半導体膜を選択横方向成長やそ
の他の工夫を行うことで、結晶欠陥を低減させることが
提案されている。In order to solve these problems, it has been proposed to reduce the crystal defects by selectively laterally growing a group III nitride semiconductor film on a sapphire substrate or by taking other measures.

【０００５】例えば非特許文献１（以下、第１の従来技
術という）には、図９に示すようなレーザダイオード
（ＬＤ）が示されている。図９のレーザダイオードは、
ＭＯ−ＶＰＥ（有機金属気相成長）装置にてサファイア
基板１上にＧａＮ低温バッファ層２とＧａＮ層３を順次
成長した後に、選択成長用のＳｉＯ_２マスク４を形成す
る。このＳｉＯ_２マスク４は、別のＣＶＤ（化学気相堆
積）装置にて、ＳｉＯ_２膜を堆積した後に、フォトリソ
グラフィ，エッチング工程を経て形成される。次に、こ
のＳｉＯ_２マスク４上に再度、ＭＯ−ＶＰＥ装置にて２
０μｍの厚さのＧａＮ膜３’を成長することで、横方向
にＧａＮが選択成長し、選択横方向成長を行わない場合
に比較して結晶欠陥を低減させている。更に、その上層
に形成されている変調ドープ歪み超格子層（ＭＤ−ＳＬ
Ｓ）５を導入することで、活性層６へ結晶欠陥が延びる
ことを防いでいる。この結果、選択横方向成長及び変調
ドープ歪み超格子層を用いない場合に比較して、デバイ
ス寿命を長くすることが可能となる。For example, Non-Patent Document 1 (hereinafter referred to as "first conventional technology") discloses a laser diode (LD) as shown in FIG. The laser diode of FIG.
After the GaN low temperature buffer layer 2 and the GaN layer 3 are sequentially grown on the sapphire substrate 1 by a MO-VPE (metal organic chemical vapor deposition) apparatus, a SiO ₂ mask 4 for selective growth is formed. The SiO ₂ mask 4 is formed through a photolithography and etching process after depositing a SiO ₂ film by another CVD (chemical vapor deposition) device. Next, on the SiO ₂ mask 4, again using the MO-VPE apparatus,
By growing the GaN film 3 ′ having a thickness of 0 μm, GaN is selectively grown in the lateral direction, and the crystal defects are reduced as compared with the case where the selective lateral growth is not performed. Further, the modulation-doped strained superlattice layer (MD-SL) formed on the upper layer thereof.
By introducing S) 5, it is prevented that crystal defects extend to the active layer 6. As a result, it becomes possible to prolong the device lifetime as compared with the case where the selective lateral growth and the modulation-doped strained superlattice layer are not used.

【０００６】この第１の従来技術の場合には、サファイ
ア基板上にＧａＮ膜を選択横方向成長しない場合に比べ
て、結晶欠陥を低減させることが可能となるが、サファ
イア基板を用いることによる、絶縁性と劈開に関する前
述の問題は依然として残っている。更には、ＳｉＯ_２マ
スク形成工程を挟んで、ＭＯ−ＶＰＥ装置による結晶成
長が２回必要となり、工程が複雑化するという問題が新
たに生じる。In the case of the first conventional technique, it is possible to reduce the crystal defects as compared with the case where the GaN film is not selectively laterally grown on the sapphire substrate. However, by using the sapphire substrate, The aforementioned problems with insulation and cleavage still remain. Furthermore, the crystal growth by the MO-VPE apparatus is required twice between the SiO ₂ mask forming steps, which causes a new problem that the steps become complicated.

【０００７】また、別の方法として、例えば非特許文献
２（以下、第２の従来技術という）には、ＧａＮ厚膜基
板を応用することが提案されている。この第２の従来技
術では、前述の第１の従来技術での２０μｍの選択横方
向成長後に、Ｈ−ＶＰＥ（ハイドライド気相成長）装置
にて２００μｍのＧａＮ厚膜を成長し、その後に、この
厚膜成長したＧａＮ膜を１５０μｍの厚さになるよう
に、サファイア基板側から研磨することにより、ＧａＮ
基板を作製する。このＧａＮ基板上に、ＭＯ−ＶＰＥ装
置を用いて、ＬＤデバイスとして必要な結晶成長を順次
行ない、ＬＤデバイスを作製することで、結晶欠陥を低
減させることが可能になるとともに、サファイア基板を
用いることによる絶縁性と劈開に関する前述の問題点を
解決することが可能となる。なお、この第２の従来技術
と同様のものとして、特許文献１が提案されており、図
１０には特許文献１の半導体レーザが示されている。As another method, for example, Non-Patent Document 2 (hereinafter referred to as the second conventional technique) proposes to apply a GaN thick film substrate. In the second conventional technique, after the selective lateral growth of 20 μm in the first conventional technique described above, a GaN thick film of 200 μm is grown by an H-VPE (hydride vapor phase epitaxy) apparatus, and thereafter, The GaN film grown to a thickness of 150 μm is polished from the sapphire substrate side so that the GaN film has a thickness of 150 μm.
Make a substrate. By using the MO-VPE apparatus to sequentially perform the crystal growth necessary for an LD device on this GaN substrate to produce an LD device, it becomes possible to reduce crystal defects and use a sapphire substrate. It is possible to solve the above-mentioned problems relating to insulation and cleavage due to Note that Patent Document 1 is proposed as a technique similar to the second conventional technique, and FIG. 10 shows a semiconductor laser of Patent Document 1.

【０００８】しかしながら、この第２の従来技術は、第
１の従来技術よりも更に工程が複雑になっており、より
一層のコスト高になる。また、この第２の従来技術の方
法で２００μｍ程度の厚さのＧａＮ厚膜を成長する場合
には、基板であるサファイアとの格子定数差及び熱膨張
係数差に伴う応力が大きくなり、基板の反りやクラック
が生じるという問題が新たに発生する。However, the second conventional technique has more complicated steps than the first conventional technique, and the cost is further increased. Further, when a GaN thick film having a thickness of about 200 μm is grown by the method of the second conventional technique, stress due to a difference in lattice constant and a difference in thermal expansion coefficient with sapphire, which is a substrate, becomes large, so that the substrate A new problem occurs that warpage and cracks occur.

【０００９】この問題を回避するために、特許文献２に
は、厚膜成長する元の基板（サファイアとスピネル）の
厚さを１ｍｍ以上とすることが提案されている。このよ
うに、厚さ１ｍｍ以上の基板を用いることにより、２０
０μｍの厚膜のＧａＮ膜を成長させても、基板の反りや
クラックを生じさせないようにしている。しかしなが
ら、このように厚い基板は、基板自体のコストが高く、
また研磨に多くの時間を費やす必要があり、研磨工程の
コストアップにつながる。すなわち、厚い基板を用いる
場合には、薄い基板を用いる場合に比べて、コストが高
くなる。また、厚い基板を用いる場合には、厚膜のＧａ
Ｎ膜を成長した後には基板の反りやクラックが生じない
が、研磨の工程で応力緩和し、研磨途中で反りやクラッ
クが発生する。このため、厚い基板を用いても、容易
に、結晶品質の高いＧａＮ基板を大面積化で作製するこ
とはできない。In order to avoid this problem, Patent Document 2 proposes that the original substrate (sapphire and spinel) on which a thick film is grown has a thickness of 1 mm or more. In this way, by using a substrate with a thickness of 1 mm or more,
Even if a 0 μm thick GaN film is grown, the substrate is prevented from warping or cracking. However, such a thick substrate has a high cost of the substrate itself,
Further, it is necessary to spend a lot of time on polishing, which leads to an increase in the cost of the polishing process. That is, when using a thick substrate, the cost is higher than when using a thin substrate. When a thick substrate is used, a thick Ga film is used.
After growing the N film, the substrate does not warp or crack, but the stress is relieved in the polishing process and warpage or cracks occur during polishing. Therefore, even if a thick substrate is used, a GaN substrate with high crystal quality cannot be easily manufactured in a large area.

【００１０】一方、非特許文献３（以下、第３の従来技
術という）には、ＧａＮのバルク結晶を成長させ、それ
をホモエピタキシャル基板として用いることが提案され
ている。この第３の従来技術は、１４００〜１７００℃
の高温、及び数１０ｋｂａｒもの超高圧の窒素圧力中
で、液体ＧａからＧａＮを結晶成長させる手法となって
いる。この場合には、このバルク成長したＧａＮ基板を
用いて、デバイスに必要なIII族窒化物半導体膜を成長
することが可能となる。従って、第１及び第２の従来技
術のように工程を複雑化させることなく、ＧａＮ基板を
提供できる。On the other hand, Non-Patent Document 3 (hereinafter referred to as a third conventional technique) proposes to grow a GaN bulk crystal and use it as a homoepitaxial substrate. This third conventional technique is 1400 to 1700 ° C.
It is a method of crystal-growing GaN from liquid Ga at a high temperature and a nitrogen pressure of ultra-high pressure of several tens of kbar. In this case, using this bulk-grown GaN substrate, it becomes possible to grow a group III nitride semiconductor film necessary for a device. Therefore, the GaN substrate can be provided without complicating the process as in the first and second conventional techniques.

【００１１】しかしながら、第３の従来技術では、高
温，高圧中での結晶成長が必要となり、それに耐えうる
反応容器が極めて高価になるという問題がある。加え
て、このような成長方法をもってしても、得られる結晶
の大きさは高々１ｃｍ程度であり、デバイスを実用化す
るには小さ過ぎるという問題がある。However, in the third conventional technique, there is a problem that the crystal growth at high temperature and high pressure is required, and the reaction container that can withstand the growth becomes extremely expensive. In addition, even with such a growth method, the size of the crystal obtained is at most about 1 cm, which is a problem that the device is too small for practical use.

【００１２】この高温，高圧中でのＧａＮ結晶成長の問
題点を解決する手法として、非特許文献４（以下、第４
の従来技術という）には、Ｎａをフラックスとして用い
たＧａＮ結晶成長方法が提案されている。この方法はア
ジ化ナトリウム（ＮａＮ_３）と金属Ｇａを原料として、
ステンレス製の反応容器（容器内寸法；内径＝７．５ｍ
ｍ、長さ＝１００ｍｍ）に窒素雰囲気で封入し、その反
応容器を６００〜８００℃の温度で２４〜１００時間保
持することにより、ＧａＮ結晶を成長させるものであ
る。この第４の従来技術の場合には、６００〜８００℃
程度の比較的低温での結晶成長が可能であり、容器内圧
力も高々１００ｋｇ／ｃｍ^２程度と第３の従来技術に比
較して圧力を低くできる点が特徴である。しかし、この
第４の従来技術の問題点としては、得られる結晶の大き
さが１ｍｍに満たない程度に小さい点である。この程度
の大きさではデバイスを実用化するには第３の従来技術
と同様に小さすぎる。As a method for solving the problem of GaN crystal growth at high temperature and high pressure, Non-patent document 4 (hereinafter
), A GaN crystal growth method using Na as a flux has been proposed. This method uses sodium azide (NaN ₃ ) and metallic Ga as raw materials,
Stainless steel reaction vessel (inside the vessel; inner diameter = 7.5 m)
m, length = 100 mm) in a nitrogen atmosphere and the reaction vessel is kept at a temperature of 600 to 800 ° C. for 24 to 100 hours to grow a GaN crystal. In the case of this fourth conventional technique, 600 to 800 ° C.
It is possible to grow crystals at a relatively low temperature, and the pressure inside the container is at most about 100 kg / cm ² , which is a feature that the pressure can be lowered as compared with the third conventional technique. However, the problem of the fourth conventional technique is that the size of the obtained crystal is small to less than 1 mm. This size is too small for practical use of the device as in the third prior art.

【００１３】また、特許文献３（以下、第５の従来技術
という）には、上述の第４の従来技術と基板を用いたエ
ピタキシャル法を組み合わせた技術が提案されている。
この第５の従来技術では、予め基板表面にＧａＮあるい
はＡｌＮを成長させたものを基板として用い、この上に
第４の従来技術を用いてＧａＮ膜をエピタキシャル成長
させる。しかし、この第５の従来技術は基本的にエピタ
キシャル成長であり、第１や第２の従来技術と同様に結
晶欠陥の問題解決には至らない。更に、予めＧａＮ膜あ
るいはＡｌＮ膜を基板上に成長させるため、工程が複雑
となり高コストにつながる。Further, Patent Document 3 (hereinafter referred to as "fifth conventional technique") proposes a technique in which the above-mentioned fourth conventional technique and an epitaxial method using a substrate are combined.
In the fifth conventional technique, a substrate on which GaN or AlN is previously grown is used as a substrate, and a GaN film is epitaxially grown on the substrate by using the fourth conventional technique. However, the fifth conventional technique is basically epitaxial growth and cannot solve the problem of crystal defects as in the first and second conventional techniques. Furthermore, since the GaN film or AlN film is grown on the substrate in advance, the process becomes complicated and the cost is increased.

【００１４】また、最近、特許文献４及び特許文献５
（以下、第６の従来技術という）には、ＧａＡｓ基板を
用いてＧａＮ厚膜基板を作製する方法が提案されてい
る。図１１，図１２には、この第６の従来技術によるＧ
ａＮ厚膜基板の作製方法が示されている。先ず、図１１
を参照すると、（１１１）ＧａＡｓ基板６０上に第１の
従来技術と同様にＳｉＯ_２膜やＳｉＮ膜をマスク６１と
して、ＧａＮ膜６３を７０μｍ〜１ｍｍの厚さに選択成
長する（図１１（１）〜（３））。この結晶成長はＨ−
ＶＰＥにより行う。その後、王水によりＧａＡｓ基板６
０をエッチング，除去し、ＧａＮ自立基板６３を作製す
る（図１１（４））。このＧａＮ自立基板６３を元に、
更に再度Ｈ−ＶＰＥにより、数１０ｍｍの厚さのＧａＮ
結晶６４を気相成長させる（図１２（１））。この数１
０ｍｍの厚さのＧａＮ結晶６４をスライサーによりウェ
ハ状に切り出し、ＧａＮウェハを作製する（図１２
（２），（３））。Recently, Patent Documents 4 and 5
(Hereinafter, referred to as sixth prior art), a method of manufacturing a GaN thick film substrate using a GaAs substrate is proposed. 11 and 12 show G according to the sixth conventional technique.
A method of making an aN thick film substrate is shown. First, FIG.
Referring to FIG. 11, a GaN film 63 having a thickness of 70 μm to 1 mm is selectively grown on a (111) GaAs substrate 60 using a SiO ₂ film or a SiN film as a mask 61 as in the first conventional technique (see FIG. )-(3)). This crystal growth is H-
Performed by VPE. After that, with royal water
By etching and removing 0, a GaN free-standing substrate 63 is manufactured (FIG. 11 (4)). Based on this GaN free-standing substrate 63,
Furthermore, by H-VPE again, GaN with a thickness of several tens of mm
The crystal 64 is vapor-grown (FIG. 12 (1)). This number 1
A GaN crystal 64 having a thickness of 0 mm is cut into a wafer by using a slicer to produce a GaN wafer (FIG. 12).
(2), (3)).

【００１５】この第６の従来技術では、ＧａＮ自立基板
６３が得られ、更に数１０ｍｍの厚さのＧａＮ結晶６４
を得ることができる。しかしながら、第６の従来技術に
は次のような問題点がある。すなわち、ＳｉＮ膜やＳｉ
Ｏ_２膜を選択成長用マスクとして用いるため、その作製
工程が複雑になり、コスト高につながる。また、Ｈ−Ｖ
ＰＥにより数１０ｍｍの厚さのＧａＮ結晶を成長させる
際に、反応容器内にも同様の厚さのＧａＮ結晶（単結晶
や多結晶）やアモルファス状のＧａＮが付着し、このた
め、量産性に問題がある。また、ＧａＡｓ基板が犠牲基
板として一回の成長毎にエッチング，除去されるため、
コスト高につながる。また、結晶品質に関しても、基本
的にはＧａＡｓという異種基板上の結晶成長からくる、
格子不整、熱膨張係数の違いによる、欠陥密度が高いと
いう問題も残る。In the sixth conventional technique, a GaN free-standing substrate 63 is obtained, and a GaN crystal 64 having a thickness of several tens mm is further provided.
Can be obtained. However, the sixth conventional technique has the following problems. That is, SiN film or Si
Since the O ₂ film is used as a mask for selective growth, its manufacturing process becomes complicated, resulting in high cost. Also, H-V
When growing a GaN crystal with a thickness of several tens of millimeters by PE, a GaN crystal (single crystal or polycrystal) of similar thickness or amorphous GaN also adheres to the inside of the reaction vessel, which increases mass productivity. There's a problem. Moreover, since the GaAs substrate is etched and removed as a sacrificial substrate at each growth,
This leads to higher costs. Also, regarding the crystal quality, basically, it comes from the crystal growth on a heterogeneous substrate called GaAs.
There remains the problem of high defect density due to lattice mismatch and difference in thermal expansion coefficient.

【００１６】[0016]

【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physic
s Vol.36(1997) Part 2, No.12A, L1568-1571[Non-Patent Document 1] Japanese Journal of Applied Physic
s Vol.36 (1997) Part 2, No.12A, L1568-1571

【００１７】[0017]

【非特許文献２】Applied Physics Letters, Vol.73, N
o.6, p.832-834(1998)[Non-Patent Document 2] Applied Physics Letters, Vol.73, N
o.6, p.832-834 (1998)

【００１８】[0018]

【特許文献１】特開平１１−４０４８号[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 11-4048

【００１９】[0019]

【特許文献２】特開平１０−２５６６６２号[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 10-256662

【００２０】[0020]

【非特許文献３】Journal of Crystal Growth, Vol.189
/190, p.153-158(1998)[Non-Patent Document 3] Journal of Crystal Growth, Vol.189.
/ 190, p.153-158 (1998)

【００２１】[0021]

【非特許文献４】Chemistry of Materials Vol.9 (199
7) p.413-416[Non-Patent Document 4] Chemistry of Materials Vol.9 (199
7) p.413-416

【００２２】[0022]

【特許文献３】特開２０００−３２７４９５号[Patent Document 3] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-327495

【００２３】[0023]

【特許文献４】特開２０００−１２９００号[Patent Document 4] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-12900

【００２４】[0024]

【特許文献５】特開２０００−２２２１２号[Patent Document 5] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-22212

【００２５】[0025]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、第１，第
２，第５あるいは第６の従来技術の問題点である工程を
複雑化させることなく、また、第３の従来技術の問題点
である高価な反応容器を用いることも無く、かつ、第
３，第４の従来技術の問題点である結晶の大きさが小さ
くなることなく、高性能の発光ダイオードやＬＤ等のデ
バイスを作製するために実用的な大きさで、かつ、低コ
スト，高品質のIII族窒化物結晶を成長させることの可
能なIII族窒化物結晶成長方法およびIII族窒化物結晶成
長装置を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention does not complicate the steps, which are the problems of the first, second, fifth or sixth prior art, and the problems of the third prior art. A high-performance light-emitting diode, LD, or other device is manufactured without using an expensive reaction container and without reducing the crystal size, which is a problem of the third and fourth conventional techniques. An object of the present invention is to provide a group III nitride crystal growth method and a group III nitride crystal growth apparatus which are of a practical size, and are capable of growing high-quality group III nitride crystals at low cost. I am trying.

【００２６】また、本発明は、アルカリ金属の蒸発を抑
制しつつ、Ｖ族原料のより一層の継続的安定供給を行う
ことの可能なIII族窒化物結晶成長方法およびIII族窒化
物結晶成長装置を提供することを目的としている。The present invention also provides a Group III nitride crystal growth method and a Group III nitride crystal growth apparatus capable of further continuously and stably supplying a Group V raw material while suppressing evaporation of an alkali metal. Is intended to provide.

【００２７】[0027]

【課題を解決するための手段】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III族窒化物結晶成長方法であって、反応容器
内の気体雰囲気を、少なくとも窒素を含む物質と不活性
気体との混合気体とすることを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that in a reaction vessel, an alkali metal and a substance containing at least a Group III metal form a mixed melt, From the mixed melt and a substance containing at least nitrogen,
A group III nitride crystal growth method for crystal growing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, wherein the gas atmosphere in the reaction vessel is a mixed gas of a substance containing at least nitrogen and an inert gas. It is characterized by

【００２８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のIII族窒化物結晶成長方法において、少なくとも窒
素を含む物質の圧力と不活性気体の圧力とを独立に制御
することを特徴としている。The invention according to claim 2 is characterized in that, in the Group III nitride crystal growth method according to claim 1, the pressure of the substance containing at least nitrogen and the pressure of the inert gas are independently controlled. There is.

【００２９】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載のIII族窒化物結晶成長方法において、少なくとも窒
素を含む物質と不活性気体とを、予め制御された割合の
圧力で混合し、該混合気体を反応容器内に供給すること
を特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the Group III nitride crystal growth method according to the second aspect, a substance containing at least nitrogen and an inert gas are mixed at a pressure of a pre-controlled ratio, It is characterized in that the mixed gas is supplied into the reaction vessel.

【００３０】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶成
長方法において、少なくとも窒素を含む物質を、反応容
器内に継続的に供給することを特徴としている。Further, the invention according to claim 4 is the method for growing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein a substance containing at least nitrogen is continuously introduced into the reaction vessel. It is characterized by supplying to.

【００３１】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶成
長方法において、少なくとも窒素を含む物質が窒素ガス
であることを特徴としている。The invention according to claim 5 is the method for growing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the substance containing at least nitrogen is nitrogen gas. I am trying.

【００３２】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶成
長方法において、不活性気体がアルゴンガスであること
を特徴としている。The invention according to claim 6 is the method for growing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the inert gas is argon gas. .

【００３３】また、請求項７記載の発明は、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III族窒化物結晶成長装置にお
いて、反応時には、反応容器内の気体雰囲気を、少なく
とも窒素を含む物質と不活性気体との混合気体とするよ
うになっており、この場合に、少なくとも窒素を含む物
質の圧力と不活性気体の圧力とを独立に制御する圧力調
整手段が設けられていることを特徴としている。In the invention according to claim 7, a mixed melt of an alkali metal and a substance containing at least a Group III metal is formed in a reaction vessel, and the mixed melt and a substance containing at least nitrogen are mixed, In a group III nitride crystal growth apparatus for crystallizing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, at the time of reaction, a gas atmosphere in a reaction vessel is mixed with a substance containing at least nitrogen and an inert gas. It is designed to be a gas, and in this case, it is characterized in that a pressure adjusting means for independently controlling the pressure of the substance containing at least nitrogen and the pressure of the inert gas is provided.

【００３４】また、請求項８記載の発明は、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III族窒化物結晶成長装置にお
いて、混合融液を保持する混合融液保持容器と、混合融
液保持容器の開口部を覆う構造体とを有し、混合融液保
持容器の開口部を覆う構造体は、アルカリ金属蒸気が混
合融液保持容器から反応容器の内部空間へ出る通路を、
アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要な所定の長さの
ものにする構造となっていることを特徴としている。Further, in the invention described in claim 8, in the reaction vessel, a mixed melt of the alkali metal and the substance containing at least a group III metal is formed, and the mixed melt and the substance containing at least nitrogen are In a group III nitride crystal growth apparatus for crystal-growing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, a mixed melt holding container holding a mixed melt and an opening of the mixed melt holding container are covered. With the structure, the structure covering the opening of the mixed melt holding container has a passage through which the alkali metal vapor exits from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction container,
It is characterized in that it has a structure of a predetermined length necessary for suppressing evaporation of alkali metal.

【００３５】また、請求項９記載の発明は、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III族窒化物結晶成長装置にお
いて、混合融液を保持する混合融液保持容器と、混合融
液保持容器の開口部を覆う構造体とを有し、混合融液保
持容器の開口部を覆う構造体は、混合融液表面上の混合
融液保持容器内の空間を、アルカリ金属の蒸発を抑制す
るのに必要な容積に減少させる構造となっていることを
特徴としている。The invention according to claim 9 is characterized in that in the reaction vessel, a mixed melt of an alkali metal and a substance containing at least a Group III metal forms a mixed melt, and the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, In a group III nitride crystal growth apparatus for crystal-growing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, a mixed melt holding container holding a mixed melt and an opening of the mixed melt holding container are covered. A structure having a structure and covering the opening of the mixed melt holding container is a space in the mixed melt holding container on the surface of the mixed melt, and has a volume necessary to suppress the evaporation of the alkali metal. It is characterized by a structure that reduces it.

【００３６】また、請求項１０記載の発明は、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III族窒化物結晶成長装置に
おいて、混合融液を保持する混合融液保持容器と、混合
融液保持容器の開口部を覆う構造体とを有し、混合融液
保持容器の開口部を覆う構造体は、アルカリ金属蒸気が
混合融液保持容器から反応容器の内部空間へ出る通路
を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要な所定の長
さのものにし、かつ、混合融液表面上の混合融液保持容
器内の空間を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要
な容積に減少させる構造となっていることを特徴として
いる。According to a tenth aspect of the present invention, in the reaction vessel, a mixed melt of an alkali metal and a substance containing at least a Group III metal forms a mixed melt, and the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, Composed of Group III metal and nitrogen III
A group III nitride crystal growth apparatus for crystal-growing a group nitride, comprising a mixed melt holding container for holding a mixed melt, and a structure covering an opening of the mixed melt holding container, holding the mixed melt The structure that covers the opening of the container has a passage through which the alkali metal vapor exits from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction container and has a predetermined length necessary to suppress the evaporation of the alkali metal, and The structure is characterized in that the space inside the mixed melt holding container on the surface of the mixed melt is reduced to the volume necessary to suppress the evaporation of the alkali metal.

【００３７】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００３８】第１の実施形態 図１は本発明の第１の実施形態のIII族窒化物結晶成長
装置の構成例を示す図である。 First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a structural example of a group III nitride crystal growth apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【００３９】図１を参照すると、第１の実施形態では、
反応容器１０１内には、アルカリ金属(例えば、Ｎａ)と
少なくともIII族金属(例えば、Ｇａ)を含む物質との混
合融液１０３を保持する混合融液保持容器１０２が設置
されている。Referring to FIG. 1, in the first embodiment,
In the reaction vessel 101, a mixed melt holding vessel 102 for holding a mixed melt 103 of an alkali metal (for example, Na) and a substance containing at least a group III metal (for example, Ga) is installed.

【００４０】なお、アルカリ金属(例えば、Ｎａ)は、外
部から供給されても良いし、あるいは、最初から反応容
器１０１内に存在していても良い。The alkali metal (for example, Na) may be supplied from the outside or may be present in the reaction vessel 101 from the beginning.

【００４１】また、混合融液保持容器１０２の上には蓋
１０９があり、この混合融液保持容器１０２と蓋１０９
の間には、気体が出入できる程度の僅かな隙間がある。A lid 109 is provided on the mixed melt holding vessel 102, and the mixed melt holding vessel 102 and the lid 109 are provided.
There is a small gap between them so that gas can flow in and out.

【００４２】また、反応容器１０１は、例えばステンレ
スで形成されている。また、混合融液保持容器１０２
は、例えば、ＢＮ（窒化ホウ素）、あるいは、ＡｌＮ、
あるいは、パイロリティックＢＮで形成されている。The reaction vessel 101 is made of stainless steel, for example. In addition, the mixed melt holding container 102
Is, for example, BN (boron nitride) or AlN,
Alternatively, it is formed of pyrolytic BN.

【００４３】また、反応容器１０１には、III族窒化物
（例えばＧａＮ）を結晶成長可能な温度に反応容器１０
１内を制御するための加熱装置１０６が設けられてい
る。すなわち、加熱装置１０６による温度制御機能によ
って、反応容器１０１内を結晶成長可能な温度に上げる
こと、及び、結晶成長が停止する温度に下げること、及
び、それらの温度に任意の時間保持することが可能とな
っている。In the reaction vessel 101, the reaction vessel 10 is heated to a temperature at which Group III nitride (eg GaN) can be grown.
A heating device 106 for controlling the inside of the device 1 is provided. That is, by the temperature control function of the heating device 106, it is possible to raise the temperature in the reaction vessel 101 to a temperature at which crystal growth is possible, lower it to a temperature at which crystal growth is stopped, and hold those temperatures for an arbitrary time. It is possible.

【００４４】また、図１のIII族窒化物結晶成長装置に
は、反応容器１０１内に少なくとも窒素を含む物質（例
えば、窒素ガス，アンモニアガスまたはアジ化ナトリウ
ム）と不活性気体（例えば、アルゴンガス）との混合気
体を供給するための供給管１０４が設けられている。な
お、ここで言う窒素とは、窒素分子あるいは窒素を含む
化合物から生成された窒素分子や原子状窒素、および窒
素を含む原子団および分子団のことであり、本発明にお
いて、窒素とは、このようなものであるとする。In the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 1, the reaction vessel 101 contains a substance containing at least nitrogen (eg, nitrogen gas, ammonia gas or sodium azide) and an inert gas (eg, argon gas). ) Is provided with a supply pipe 104 for supplying a mixed gas. The term "nitrogen" as used herein means a nitrogen molecule or atomic nitrogen produced from a nitrogen molecule or a compound containing nitrogen, and an atomic group or molecular group containing nitrogen, and in the present invention, nitrogen means Let's say that

【００４５】また、ここでいう不活性気体とは、反応容
器１０１内で、アルカリ金属、少なくともIII族金属を
含む物質、及び少なくとも窒素を含む物質と反応しない
気体である。本発明において、不活性気体とは、このよ
うなものであるとする。The inert gas referred to here is a gas that does not react with the substance containing the alkali metal, at least the group III metal, and the substance containing at least nitrogen in the reaction vessel 101. In the present invention, the inert gas is such a gas.

【００４６】また、供給管１０４には、混合気体の圧力
を調整するために圧力調整機構１０５が設けられてい
る。なお、この圧力調整機構１０５は、圧力センサー及
び圧力調整弁等から構成されている。Further, the supply pipe 104 is provided with a pressure adjusting mechanism 105 for adjusting the pressure of the mixed gas. The pressure adjusting mechanism 105 is composed of a pressure sensor, a pressure adjusting valve, and the like.

【００４７】また、混合気体は、混合気体容器１０７に
圧縮気体として収納されている。The mixed gas is stored in the mixed gas container 107 as a compressed gas.

【００４８】本発明の具体例では、少なくとも窒素を含
む物質としては窒素ガスを用い、また、不活性気体とし
てはアルゴンガスを用いている。そして、窒素ガスとア
ルゴンガスとの混合気体を、ガス供給管１０４を通し
て、反応容器１０１外から反応容器内の空間１０８に供
給することができる。これらの混合気体は、図１に示さ
れているように、反応容器１０１の下側から供給するよ
うにしている。この混合気体の圧力は、圧力調整機構１
０５によって調整することができる。In the embodiment of the present invention, nitrogen gas is used as the substance containing at least nitrogen, and argon gas is used as the inert gas. Then, a mixed gas of nitrogen gas and argon gas can be supplied from the outside of the reaction container 101 to the space 108 inside the reaction container through the gas supply pipe 104. As shown in FIG. 1, these mixed gases are supplied from below the reaction vessel 101. The pressure of this mixed gas is controlled by the pressure adjusting mechanism 1.
05 can be adjusted.

【００４９】この混合気体は、混合気体容器１０７に圧
縮気体として収納されている。例えば、この混合気体容
器１０７内の混合気体の全圧力は１２０気圧である。こ
のうち、窒素ガスの圧力は６０気圧、アルゴンガスの圧
力は６０気圧である。This mixed gas is stored in the mixed gas container 107 as a compressed gas. For example, the total pressure of the mixed gas in the mixed gas container 107 is 120 atm. Among these, the pressure of nitrogen gas is 60 atm and the pressure of argon gas is 60 atm.

【００５０】圧力調整機構１０５により、反応容器１０
１の混合気体の全圧力を例えば８０気圧にする。この時
の反応容器１０１内の分圧は、窒素ガス４０気圧、アル
ゴンガス４０気圧となる。この状態で、反応容器１０１
内の温度を７７５℃まで昇温する。この成長条件を一定
時間保持することで、III族窒化物であるＧａＮ結晶１
１０が混合融液保持容器１０２内に成長する。このとき
ＧａＮが結晶成長し、消費した窒素は窒素ガスの状態で
供給管１０４を介して、混合気体容器１０７から反応容
器１０１内に供給される。The reaction vessel 10 is controlled by the pressure adjusting mechanism 105.
The total pressure of the mixed gas of 1 is set to 80 atm, for example. The partial pressure in the reaction vessel 101 at this time is 40 atm of nitrogen gas and 40 atm of argon gas. In this state, the reaction container 101
The temperature inside is raised to 775 ° C. By maintaining this growth condition for a certain period of time, a GaN crystal that is a group III nitride 1
10 grows in the mixed melt holding container 102. At this time, GaN crystallizes and the consumed nitrogen is supplied from the mixed gas container 107 into the reaction container 101 via the supply pipe 104 in the state of nitrogen gas.

【００５１】図２は反応容器１０１内の圧力に対するナ
トリウム（Ｎａ）の蒸発量を調べたものである。反応容
器１０１内の圧力を４０気圧とした場合に比べ、全圧を
８０気圧とした場合では、Ｎａの蒸発が約４０％抑制さ
れた。FIG. 2 shows the amount of evaporation of sodium (Na) with respect to the pressure inside the reaction vessel 101. When the total pressure was 80 atm, the evaporation of Na was suppressed by about 40% as compared with the case where the pressure in the reaction vessel 101 was 40 atm.

【００５２】第１の実施形態では、アルゴンガスと窒素
ガスの混合ガスの全圧が８０気圧であることから、混合
融液保持容器１０２内のＮａの蒸発が抑制され、融液と
して安定に保持される。この結果、混合融液中のＧａと
Ｎａの量比が制御可能となり、高い結晶品質のＧａＮ結
晶を継続的に成長させることができる。In the first embodiment, since the total pressure of the mixed gas of argon gas and nitrogen gas is 80 atm, the evaporation of Na in the mixed melt holding container 102 is suppressed, and the mixed melt is held stably as a melt. To be done. As a result, the amount ratio of Ga and Na in the mixed melt can be controlled, and a GaN crystal with high crystal quality can be continuously grown.

【００５３】第２の実施形態 図３は本発明の第２の実施形態のIII族窒化物結晶成長
装置の構成例を示す図である。 Second Embodiment FIG. 3 is a diagram showing a structural example of a group III nitride crystal growth apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【００５４】図３を参照すると、第２の実施形態は、第
１の実施形態と以下の点で相違している。すなわち、図
３を図１と比較すると、反応容器１０１と混合気体容器
１０７付近に関しては、図３の装置も図１の装置と同様
の構成となっている。図３の装置が図１の装置と異なっ
ているところは、混合気体容器１０７の外側に、窒素ガ
ス容器２１１と、アルゴンガス容器２１５が設けられて
いることである。Referring to FIG. 3, the second embodiment differs from the first embodiment in the following points. That is, comparing FIG. 3 with FIG. 1, the apparatus of FIG. 3 has the same configuration as the apparatus of FIG. 1 in the vicinity of the reaction vessel 101 and the mixed gas vessel 107. The apparatus of FIG. 3 differs from the apparatus of FIG. 1 in that a nitrogen gas container 211 and an argon gas container 215 are provided outside the mixed gas container 107.

【００５５】ここで、窒素ガス容器２１１とアルゴンガ
ス容器２１５は、混合気体容器１０７の外側に、混合気
体容器１０７とは別に設置されている。窒素ガス容器２
１１は、窒素ガス供給管２１２により混合気体容器１０
７に接続されており、窒素ガスが窒素ガス容器２１１か
ら混合気体容器１０７に供給可能に構成されている。ま
た、窒素ガス供給管２１２には、第１の圧力調整器２１
３と、第１のバルブ２１４とが付加されており、窒素ガ
ス容器２１１から混合気体容器１０７に、窒素圧力を制
御して、窒素ガスを供給することが可能となっている。Here, the nitrogen gas container 211 and the argon gas container 215 are installed outside the mixed gas container 107 outside the mixed gas container 107. Nitrogen gas container 2
Reference numeral 11 denotes a mixed gas container 10 via a nitrogen gas supply pipe 212.
7 and is configured to be able to supply nitrogen gas from the nitrogen gas container 211 to the mixed gas container 107. In addition, the nitrogen gas supply pipe 212 is connected to the first pressure regulator 21.
3 and a first valve 214 are added, and nitrogen gas can be supplied from the nitrogen gas container 211 to the mixed gas container 107 by controlling the nitrogen pressure.

【００５６】同様に、アルゴンガス容器２１５も、アル
ゴンガス供給管２１６を介して混合気体容器１０７に接
続されている。また、アルゴンガス供給管２１６には、
第２の圧力調整器２１７と、第２のバルブ２１８とが設
置されており、アルゴンガスの圧力を制御して、アルゴ
ンガス容器２１５から混合気体容器１０７にアルゴンガ
スを供給することが可能となっている。Similarly, the argon gas container 215 is also connected to the mixed gas container 107 via the argon gas supply pipe 216. In addition, the argon gas supply pipe 216,
A second pressure adjuster 217 and a second valve 218 are installed, and it becomes possible to control the pressure of the argon gas and supply the argon gas from the argon gas container 215 to the mixed gas container 107. ing.

【００５７】また、混合気体容器１０７を真空にして、
容器内雰囲気をパージするために、混合気体容器１０７
の外側には真空ポンプ２１９が設置されている。混合気
体容器１０７と真空ポンプ２１９は排気管２２０を介し
て接続されており、混合気体容器１０７内を真空に排気
することが可能となっている。また、排気管２２０の混
合気体容器１０７と真空ポンプ２１９の間には、排気バ
ルブ２２１が設置されている。Further, the mixed gas container 107 is evacuated,
In order to purge the atmosphere in the container, the mixed gas container 107
A vacuum pump 219 is installed outside the. The mixed gas container 107 and the vacuum pump 219 are connected via the exhaust pipe 220, and the inside of the mixed gas container 107 can be evacuated to a vacuum. Further, an exhaust valve 221 is installed between the mixed gas container 107 of the exhaust pipe 220 and the vacuum pump 219.

【００５８】このような装置における結晶成長方法，装
置の動作は第１の実施形態と基本的には同様である。異
なる点は、混合気体容器１０７への窒素ガスとアルゴン
ガスの混合ガスの充填に関してである。以下で、混合気
体容器１０７への混合ガスの充填の仕方について述べ
る。The crystal growth method and the operation of the apparatus in such an apparatus are basically the same as those in the first embodiment. The difference lies in filling the mixed gas container 107 with a mixed gas of nitrogen gas and argon gas. The method of filling the mixed gas container 107 with the mixed gas will be described below.

【００５９】先ず、真空ポンプ２１９を用いて、混合気
体容器１０７の雰囲気を真空排気する。このとき排気バ
ルブ２２１は開いた状態で、排気管２２０を介して混合
気体容器１０７の雰囲気を排気する。このとき、第１の
バルブ２１４及び第２のバルブ２１８は閉じており、混
合気体容器１０７のみ真空排気される。混合気体容器１
０７の雰囲気が真空排気されたら、排気バルブ２２１を
閉じ、混合気体容器１０７を真空状態に保持する。First, the atmosphere of the mixed gas container 107 is evacuated by using the vacuum pump 219. At this time, the exhaust valve 221 is opened to exhaust the atmosphere of the mixed gas container 107 via the exhaust pipe 220. At this time, the first valve 214 and the second valve 218 are closed, and only the mixed gas container 107 is evacuated. Mixed gas container 1
When the atmosphere of 07 is evacuated, the exhaust valve 221 is closed and the mixed gas container 107 is kept in a vacuum state.

【００６０】次に、第１のバルブ２１４を開け、窒素ガ
スを窒素ガス容器２１１から混合気体容器１０７に充填
する。このとき、第１の圧力調整器２１３を用いて、窒
素ガスの圧力を所定の圧力に設定する。この場合は、例
えば窒素ガスの圧力を４０気圧とする。窒素ガスを混合
気体容器１０７に所定の圧力を充填したら、第１のバル
ブ２１４を閉じる。この状態では、混合気体容器１０７
には窒素ガスのみが４０気圧の圧力で充填されている。Next, the first valve 214 is opened to fill the mixed gas container 107 with nitrogen gas from the nitrogen gas container 211. At this time, the pressure of the nitrogen gas is set to a predetermined pressure by using the first pressure regulator 213. In this case, for example, the pressure of nitrogen gas is set to 40 atm. After filling the mixed gas container 107 with nitrogen gas at a predetermined pressure, the first valve 214 is closed. In this state, the mixed gas container 107
Is filled with nitrogen gas only at a pressure of 40 atm.

【００６１】次に、アルゴンガスを、アルゴンガス容器
２１５から混合気体容器１０７に充填する。第２の圧力
調整器２１７の設定圧力を８０気圧にした状態で、第２
のバルブ２１８を開ける。混合気体容器には窒素ガスが
４０気圧充填された状態のため、アルゴンガスは４０気
圧分、混合気体容器１０７に充填される。アルゴンガス
充填後に、第２のバルブ２１８を閉じる。このとき、混
合気体容器１０７の全圧としては、８０気圧であり、窒
素ガス分圧は４０気圧、アルゴンガス分圧は４０気圧で
ある。Next, the mixed gas container 107 is filled with argon gas from the argon gas container 215. With the set pressure of the second pressure regulator 217 set to 80 atm,
Open the valve 218 of. Since the mixed gas container is filled with 40 atm of nitrogen gas, the mixed gas container 107 is filled with 40 atm of argon gas. After filling the argon gas, the second valve 218 is closed. At this time, the total pressure of the mixed gas container 107 is 80 atm, the nitrogen gas partial pressure is 40 atm, and the argon gas partial pressure is 40 atm.

【００６２】このようにして、混合ガスが混合気体容器
１０７に充填された後の、結晶成長方法に関しては、第
１の実施形態で述べた通りである。In this way, the crystal growth method after the mixed gas container 107 is filled with the mixed gas is as described in the first embodiment.

【００６３】ここで、第２の実施形態の特徴は、混合気
体を任意の全圧力、それぞれのガスの分圧に制御するこ
とが可能であることにある。このようにすることによ
り、アルカリ金属であるＮａの蒸発を抑制しつつ、結晶
成長条件のパラメータである窒素圧力を任意の圧力に設
定することが可能となる。すなわち、任意の窒素圧力，
アルゴン圧力の混合気体を準備することが可能となる。Here, the feature of the second embodiment resides in that the mixed gas can be controlled to an arbitrary total pressure or partial pressure of each gas. By doing so, it becomes possible to set the nitrogen pressure, which is a parameter of the crystal growth condition, to an arbitrary pressure while suppressing the evaporation of Na, which is an alkali metal. Ie any nitrogen pressure,
It is possible to prepare a gas mixture having an argon pressure.

【００６４】第３の実施形態 図４は本発明の第３の実施形態のIII族窒化物結晶成長
装置の構成例を示す図である。 Third Embodiment FIG. 4 is a diagram showing a structural example of a group III nitride crystal growth apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【００６５】図４を参照すると、第３の実施形態は、第
２の実施形態と以下の点で相違している。すなわち、図
４を参照すると、窒素ガス容器２１１と混合気体容器１
０７とをつないでいる窒素ガス供給管２１２から、第２
の窒素ガス供給管２５４が延び、この第２の窒素ガス供
給管２５４によって、窒素ガス供給管２１２と反応容器
１０１とが直接つながれている。ここで、窒素ガス供給
管２１２の第１の圧力調整器２１３と第１のバルブ２１
４の間から、第２の窒素ガス供給管２５４が分岐してお
り、反応容器１０１と窒素ガス供給管２１２の間には第
３のバルブ２５３が設けられている。Referring to FIG. 4, the third embodiment differs from the second embodiment in the following points. That is, referring to FIG. 4, the nitrogen gas container 211 and the mixed gas container 1
From the nitrogen gas supply pipe 212 connected to
Of the nitrogen gas supply pipe 254 extends, and the nitrogen gas supply pipe 212 and the reaction vessel 101 are directly connected by the second nitrogen gas supply pipe 254. Here, the first pressure regulator 213 of the nitrogen gas supply pipe 212 and the first valve 21
4, the second nitrogen gas supply pipe 254 is branched, and the third valve 253 is provided between the reaction vessel 101 and the nitrogen gas supply pipe 212.

【００６６】このような装置における結晶成長方法，装
置の動作は第１，第２の実施形態と基本的には同様であ
り、混合気体容器１０７への窒素ガスとアルゴンガスの
混合ガスの充填に関しても同様である。異なる点は、反
応容器１０１に窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスを充
填した後の、結晶成長時の外部からのガス供給に関して
である。すなわち、結晶成長開始前の手順は、第２の実
施形態で述べた通りである。以下で、反応容器１０１に
窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスを充填した後の、結
晶成長時の外部からのガス供給の仕方について述べる。The crystal growth method and the operation of the apparatus in such an apparatus are basically the same as those of the first and second embodiments, and regarding the filling of the mixed gas container 107 with the mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Is also the same. The difference lies in the gas supply from the outside during crystal growth after filling the reaction vessel 101 with a mixed gas of nitrogen gas and argon gas. That is, the procedure before the start of crystal growth is as described in the second embodiment. The method of supplying gas from the outside during crystal growth after filling the reaction container 101 with a mixed gas of nitrogen gas and argon gas will be described below.

【００６７】先ず、反応容器１０１に窒素ガスとアルゴ
ンガスの混合ガスを充填した後、混合気体容器１０７と
反応容器１０１との間を遮断する。このとき、混合ガス
を反応容器１０１に充填するまでは、第３のバルブ２５
３は閉じたままである。その後、第１のバルブ２１４を
閉じたままで、第３のバルブ２５３を開け、窒素ガスを
窒素ガス容器２１１から反応容器１０１に供給可能なよ
うにする。このとき、第１の圧力調整器２１３を用い
て、窒素ガスの供給圧力が、予め充填されていた反応容
器１０１内の混合ガス圧力（この場合８０気圧）と同じ
圧力となるように調整する。First, the reaction vessel 101 is filled with a mixed gas of nitrogen gas and argon gas, and then the space between the mixed gas vessel 107 and the reaction vessel 101 is shut off. At this time, until the reaction vessel 101 is filled with the mixed gas, the third valve 25
3 remains closed. After that, the third valve 253 is opened with the first valve 214 kept closed so that nitrogen gas can be supplied from the nitrogen gas container 211 to the reaction container 101. At this time, the first pressure adjuster 213 is used to adjust the supply pressure of the nitrogen gas to the same pressure as the mixed gas pressure (80 atm in this case) in the reaction vessel 101 that was previously filled.

【００６８】この状態で、第１の実施形態で述べたよう
に、反応容器１０１内の温度を上げ、結晶成長を開始す
る。ここで、第１の実施形態や第２の実施形態と異なる
点は、反応容器１０１内で消費される窒素ガスを補うた
めの窒素ガスの供給圧力である。すなわち、第１の実施
形態や第２の実施形態では、ＧａＮ結晶成長に伴い消費
された窒素ガスの圧力低下分を、混合ガスとして補充す
るために、窒素ガスの分圧が低下する。その結果、厳密
には窒素ガスの分圧を一定に保つことが困難となる。In this state, as described in the first embodiment, the temperature inside the reaction vessel 101 is raised to start crystal growth. Here, the difference from the first embodiment and the second embodiment is the supply pressure of nitrogen gas for compensating the nitrogen gas consumed in the reaction vessel 101. That is, in the first and second embodiments, the pressure drop of the nitrogen gas consumed along with the GaN crystal growth is replenished as a mixed gas, so the partial pressure of the nitrogen gas drops. As a result, strictly speaking, it becomes difficult to keep the partial pressure of nitrogen gas constant.

【００６９】これに対し、この第３の実施形態のよう
に、結晶成長開始時の最初の反応容器１０１内雰囲気を
混合ガスとして、結晶成長開始後の供給ガスを窒素ガス
のみとすることで、反応容器雰囲気の窒素分圧の低下を
抑制することができる。その結果、不活性ガスであるア
ルゴンガスの分圧と窒素原料である窒素ガスの分圧をほ
ぼ一定に保った状態で、結晶成長を継続することが可能
となる。On the other hand, as in the third embodiment, the first atmosphere in the reaction vessel 101 at the start of crystal growth is a mixed gas, and the supply gas after the start of crystal growth is only nitrogen gas, It is possible to suppress a decrease in the nitrogen partial pressure in the reaction vessel atmosphere. As a result, it becomes possible to continue the crystal growth in a state where the partial pressure of the argon gas which is the inert gas and the partial pressure of the nitrogen gas which is the nitrogen source are kept substantially constant.

【００７０】従って、第３の実施形態では、第２の実施
形態の特徴に加えて、窒素ガス圧力を一定にすることに
よる結晶成長条件の安定性が増し、窒素欠損の少ない、
より高品質なＧａＮ結晶の成長が可能となる。Therefore, in the third embodiment, in addition to the features of the second embodiment, the stability of the crystal growth condition is increased by keeping the nitrogen gas pressure constant, and the nitrogen deficiency is small.
Higher quality GaN crystals can be grown.

【００７１】第４の実施形態 図５は本発明の第４の実施形態のIII族窒化物結晶成長
装置の構成例を示す図である。第４の実施形態は、第３
の実施形態と以下の点で相違している。すなわち、図５
を参照すると、第４の実施形態では、混合融液保持容器
１０２の蓋（混合融液保持容器１０２の開口部を覆う構
造体）２６１の形状が、第３の実施形態のIII族窒化物
結晶装置の混合融液保持容器１０２の蓋１０９の形状と
異なっている。すなわち、第３の実施形態のIII族窒化
物結晶装置の混合融液保持容器１０２の蓋１０９は皿状
の形状であるのに対し、第４の実施形態のIII族窒化物
結晶装置の混合融液保持容器１０２の蓋２６１は筒状の
形状（円柱の内部をくりぬいた形状）をしている。 Fourth Embodiment FIG. 5 is a diagram showing a structural example of a group III nitride crystal growth apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment is the third
The embodiment is different from the above embodiment in the following points. That is, FIG.
Referring to FIG. 4, in the fourth embodiment, the shape of the lid (structure covering the opening of the mixed melt holding container 102) 261 of the mixed melt holding container 102 is the III-nitride crystal of the third embodiment. The shape is different from the shape of the lid 109 of the mixed melt holding container 102 of the apparatus. That is, while the lid 109 of the mixed melt holding container 102 of the group III nitride crystal device of the third embodiment has a dish shape, the mixed melt of the group III nitride crystal device of the fourth embodiment is mixed. The lid 261 of the liquid holding container 102 has a tubular shape (a shape obtained by hollowing out the inside of a cylinder).

【００７２】このような形状によって、この蓋２６１
は、アルカリ金属蒸気が混合融液保持容器１０２から反
応容器１０１の内部空間へ出る通路を、アルカリ金属の
蒸発を抑制するのに必要な所定の長さのものにする（長
くする）構造となっている。すなわち、混合融液保持容
器１０２の内壁と蓋２６１の側面との間には、わずかな
隙間があいており、この隙間を通して、反応容器１０１
の内部空間の窒素が混合融液保持容器１０２内に進入す
ると同時に、混合融液１０３中のアルカリ金属が反応容
器１０１の内部空間へ蒸発する。この隙間によって、ア
ルカリ金属蒸気が通る通路の長さが長くなることで（ア
ルカリ金属蒸気が混合融液保持容器から反応容器の内部
空間へ出る通路を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに
必要な所定の長さにすることで）、アルカリ金属の蒸発
が抑制される。従って、第４の実施形態では、第１，第
２，第３の実施形態よりも、アルカリ金属の蒸発が抑制
され、結晶成長条件の安定性が増し、より高品質なＧａ
Ｎ 結晶の成長が可能となる。なお、第４の実施形態で
は、蓋２６１は混合融液保持容器１０２の内部に挿入さ
れる形状になっているが、混合融液保持容器１０２の外
側を覆う形状になっていても良い。Due to such a shape, this lid 261
Has a structure in which the passage through which the alkali metal vapor flows from the mixed melt holding container 102 to the internal space of the reaction container 101 has a predetermined length (long) necessary for suppressing the evaporation of the alkali metal. ing. That is, there is a slight gap between the inner wall of the mixed melt holding container 102 and the side surface of the lid 261, and the reaction container 101 passes through this gap.
At the same time that nitrogen in the internal space of the mixed melt enters the mixed melt holding container 102, the alkali metal in the mixed melt 103 evaporates into the internal space of the reaction container 101. This gap increases the length of the passage through which the alkali metal vapor passes (the passage through which the alkali metal vapor exits from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction vessel is necessary to suppress the evaporation of the alkali metal. With a predetermined length), evaporation of alkali metal is suppressed. Therefore, in the fourth embodiment, as compared with the first, second, and third embodiments, the evaporation of the alkali metal is suppressed, the stability of the crystal growth condition is increased, and a higher quality Ga is obtained.
N 2 crystal can be grown. In addition, in the fourth embodiment, the lid 261 has a shape to be inserted into the mixed melt holding container 102, but may have a shape to cover the outside of the mixed melt holding container 102.

【００７３】第５の実施形態 図６は本発明の第５の実施形態のIII族窒化物結晶成長
装置の構成例を示す図である。第５の実施形態は、第
３，第４の実施形態と以下の点で相違している。すなわ
ち、図６を参照すると、第５の実施形態では、混合融液
保持容器１０２の蓋（開口部を覆う構造体）２６２の形
状が円柱状の形状となっている点で、第３，第４の実施
形態の混合融液保持容器１０２の蓋１０９，２６１の形
状と異なっている。 Fifth Embodiment FIG. 6 is a diagram showing a structural example of a group III nitride crystal growth apparatus of a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment differs from the third and fourth embodiments in the following points. That is, referring to FIG. 6, in the fifth embodiment, the lid (structure that covers the opening) 262 of the mixed melt holding container 102 has a columnar shape. The shape is different from the shapes of the lids 109 and 261 of the mixed melt holding container 102 of the fourth embodiment.

【００７４】この円柱状の形状によって、この蓋２６２
は、アルカリ金属蒸気が混合融液保持容器１０２から反
応容器１０１の内部空間へ出る通路を、アルカリ金属の
蒸発を抑制するのに必要な所定の長さのものにする（長
くする）構造となっているとともに、混合融液表面上の
混合融液保持容器１０２内の空間を、アルカリ金属の蒸
発を抑制するものに必要な容積に減少させる構造となっ
ている。すなわち、混合融液保持容器１０２の内壁と蓋
２６２の側面との間には、わずかな隙間があいており、
この隙間を通して、反応容器１０１の内部空間の窒素が
混合融液保持容器１０２内に進入すると同時に、混合融
液１０３中のアルカリ金属が反応容器１０１の内部空間
へ蒸発する。この隙間によって、アルカリ金属蒸気が通
る通路の長さが長くなることで（アルカリ金属蒸気が混
合融液保持容器から反応容器の内部空間へ出る通路を、
アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要な所定の長さに
することで）、アルカリ金属の蒸発が抑制される。さら
に、混合融液表面上の混合融液保持容器１０２内の空間
を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要な容積に減
少させることで、アルカリ金属の蒸発がより一層抑制さ
れる。従って、第５の実施形態では、第４の実施形態よ
りも、アルカリ金属の蒸発がより一層抑制され、結晶成
長条件の安定性がより一層増し、より高品質なＧａＮ結
晶の成長が可能となる。Due to this cylindrical shape, this lid 262 is
Has a structure in which the passage through which the alkali metal vapor flows from the mixed melt holding container 102 to the internal space of the reaction container 101 has a predetermined length (long) necessary for suppressing the evaporation of the alkali metal. In addition, the space inside the mixed melt holding container 102 on the surface of the mixed melt is reduced to a volume necessary for suppressing the evaporation of the alkali metal. That is, there is a slight gap between the inner wall of the mixed melt holding container 102 and the side surface of the lid 262,
Through this gap, nitrogen in the internal space of the reaction vessel 101 enters the mixed melt holding vessel 102, and at the same time, the alkali metal in the mixed melt 103 evaporates into the internal space of the reaction vessel 101. This gap increases the length of the passage through which the alkali metal vapor passes (the passage through which the alkali metal vapor exits from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction vessel,
Evaporation of the alkali metal is suppressed by setting a predetermined length required to suppress the evaporation of the alkali metal). Further, the space inside the mixed melt holding container 102 on the surface of the mixed melt is reduced to a volume necessary for suppressing the evaporation of the alkali metal, whereby the evaporation of the alkali metal is further suppressed. Therefore, in the fifth embodiment, as compared with the fourth embodiment, the evaporation of alkali metal is further suppressed, the stability of the crystal growth conditions is further increased, and it becomes possible to grow a higher quality GaN crystal. .

【００７５】図７は、混合融液保持容器１０２と混合融
液保持容器１０２の開口部を覆う構造体（蓋）の形状を
変えて、アルカリ金属（Ｎａ）の蒸発量を調べた結果を
示す図である。具体的には、融液保持容器１０２の開口
部を、第３の実施形態の皿状の蓋１０９で覆った場合、
第４の実施形態の円柱の内部をくりぬいた形状の蓋２６
１で覆った場合、第５の実施形態の円柱状の蓋２６２で
覆った場合のそれぞれの場合について、ナトリウム（Ｎ
ａ）の蒸発量を調べた。この結果、皿状の蓋１０９で覆
った場合のＮａの蒸発量を１とした場合、円柱の内部を
くりぬいた形状の蓋２６１で覆った場合では０．９、円
柱状の蓋２６２で覆った場合では０．７５となり、ナト
リウム（Ｎａ）の蒸発量は蓋の形状によって抑制された
（蓋２６１で覆った場合は、良好に抑制され、蓋２６２
で覆った場合は、非常に良好に抑制された）。このよう
に、アルカリ金属蒸気が混合融液保持容器１０２から反
応容器１０１の内部空間へ出る通路を長くする構造とす
ることにより、アルカリ金属の蒸発を抑制できる。さら
に、混合融液表面上の混合融液保持容器１０２内の空間
を減少させる構造とすることにより、アルカリ金属の蒸
発をより一層抑制できる。FIG. 7 shows the results of examining the evaporation amount of the alkali metal (Na) by changing the shapes of the mixed melt holding container 102 and the structure (cover) covering the opening of the mixed melt holding container 102. It is a figure. Specifically, when the opening of the melt holding container 102 is covered with the dish-shaped lid 109 of the third embodiment,
A lid 26 having a shape obtained by hollowing out the inside of the cylinder of the fourth embodiment.
1 and the case of being covered with the cylindrical lid 262 of the fifth embodiment.
The evaporation amount of a) was investigated. As a result, when the evaporation amount of Na when covered with the dish-shaped lid 109 is set to 1, when the inside of the cylinder is covered with the hollow-shaped lid 261, it is covered with 0.9 and with the cylindrical lid 262. In the case of 0.75, the amount of evaporation of sodium (Na) was suppressed by the shape of the lid (when covered with the lid 261, the amount of evaporation was satisfactorily suppressed, and the lid 262).
It was suppressed very well when covered with). As described above, the structure in which the passage through which the alkali metal vapor flows from the mixed melt holding container 102 to the internal space of the reaction container 101 is lengthened can suppress the evaporation of the alkali metal. Further, by adopting a structure in which the space inside the mixed melt holding container 102 on the mixed melt surface is reduced, the evaporation of alkali metal can be further suppressed.

【００７６】なお、上述の第５の実施形態では、開口部
を覆う構造体として、円形状の蓋２６２を用い、これに
よって、アルカリ金属蒸気が混合融液保持容器１０２か
ら反応容器１０１の内部空間へ出る通路を、アルカリ金
属の蒸発を抑制するのに必要な所定の長さのものにする
（長くする）構造となっているとともに、混合融液表面
上の混合融液保持容器１０２内の空間を、アルカリ金属
の蒸発を抑制するものに必要な容積に減少させる構造に
することができるが、開口部を覆う構造体としては、混
合融液表面上の混合融液保持容器１０２内の空間を減少
させる構造を有するもののみでも良い。この場合にも、
アルカリ金属の蒸発を抑制できる。In the fifth embodiment described above, a circular lid 262 is used as a structure for covering the opening, so that the alkali metal vapor is transferred from the mixed melt holding container 102 to the internal space of the reaction container 101. The structure is such that the passage for exiting is made to have a predetermined length (long) necessary to suppress the evaporation of the alkali metal, and the space inside the mixed melt holding container 102 on the surface of the mixed melt. Can be reduced to a volume necessary for suppressing the evaporation of the alkali metal, but as a structure for covering the opening, the space inside the mixed melt holding container 102 on the surface of the mixed melt can be used. Only those having a structure for reducing the number may be used. Also in this case,
The evaporation of alkali metal can be suppressed.

【００７７】以上のように、本発明のIII族窒化物結晶
成長装置，III族窒化物結晶成長方法（第１乃至第３の
実施形態）では、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
場合に、反応容器内の気体雰囲気を、少なくとも窒素を
含む物質と不活性気体との混合気体とするようにしてお
り、これにより、アルカリ金属の蒸発を抑制しつつ、継
続的なＶ族原料の一層の安定供給が可能となる。As described above, in the group III nitride crystal growth apparatus and group III nitride crystal growth method (first to third embodiments) of the present invention, the alkali metal and at least the group III metal are placed in the reaction vessel. A substance containing a to form a mixed melt, from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, in the case of crystal growth of a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, in the reaction vessel The gas atmosphere is made to be a mixed gas of a substance containing at least nitrogen and an inert gas, which makes it possible to continuously and stably supply the group V raw material while suppressing the evaporation of the alkali metal. Become.

【００７８】これは、不活性気体としてのアルゴンガス
を用いずに、窒素ガスのみを用いた場合に比較すると、
窒素原料の供給量の制御性を高められるという利点があ
る。すなわち、反応容器内の全圧はアルカリ金属の蒸発
速度に影響を与え、全圧が高いほど、アルカリ金属の蒸
発速度を抑制することが可能となる。少なくとも窒素を
含む物質の圧力は混合融液中への窒素溶解度に影響を与
える。少なくとも窒素を含む物質の圧力が高いほど、混
合融液中への窒素溶解度を増加させることができるが、
結晶成長条件としては、窒素ガスの圧力の適正範囲があ
る。すなわち、不活性気体を混合した場合には、アルカ
リ金属の蒸発を抑制しつつ、少なくとも窒素を含む物質
の圧力を独立して制御することができる。従って、より
制御性の高い結晶成長が可能となる。This is as compared with the case of using only nitrogen gas without using argon gas as an inert gas,
There is an advantage that the controllability of the supply amount of the nitrogen raw material can be improved. That is, the total pressure in the reaction container affects the evaporation rate of the alkali metal, and the higher the total pressure, the more the evaporation rate of the alkali metal can be suppressed. The pressure of the substance containing at least nitrogen affects the solubility of nitrogen in the mixed melt. The higher the pressure of the substance containing at least nitrogen, the more it is possible to increase the nitrogen solubility in the mixed melt,
The crystal growth conditions include an appropriate range of nitrogen gas pressure. That is, when the inert gas is mixed, the pressure of the substance containing at least nitrogen can be independently controlled while suppressing the evaporation of the alkali metal. Therefore, crystal growth with higher controllability is possible.

【００７９】このように、反応容器内の気体雰囲気を、
少なくとも窒素を含む物質と不活性気体との混合気体と
することによって、アルカリ金属とIII族金属との量比
を一定に保ったまま、継続的なIII族窒化物結晶を成長
することができ、欠陥密度の低い、良質なIII族窒化物
結晶を成長させることが可能となる。Thus, the gas atmosphere in the reaction vessel is
By using a mixed gas of a substance containing at least nitrogen and an inert gas, it is possible to continuously grow a group III nitride crystal while keeping the quantitative ratio of the alkali metal and the group III metal constant, It is possible to grow a high-quality group III nitride crystal having a low defect density.

【００８０】また、本発明では（第２，第３の実施形態
では）、少なくとも窒素を含む物質の圧力と不活性気体
の圧力とを独立に制御するようになっている。Further, in the present invention (in the second and third embodiments), the pressure of the substance containing at least nitrogen and the pressure of the inert gas are controlled independently.

【００８１】これにより、結晶成長条件の制御性をより
一層高めることが可能となり、成長条件が安定し、より
一層欠陥密度の低い、良質なIII族窒化物結晶を成長さ
せることが可能となる。This makes it possible to further enhance the controllability of the crystal growth conditions, stabilize the growth conditions, and grow a high-quality group III nitride crystal having a lower defect density.

【００８２】また、本発明では（第２，第３の実施形態
では）、少なくとも窒素を含む物質と不活性気体とを、
予め制御された割合の圧力で混合し、該混合気体を反応
容器内に供給するので、低コストでの結晶成長装置を実
現することができる。すなわち、混合気体が簡便な方法
で供給することが可能となっており、結晶成長装置全体
が簡便なシステムとなる。In the present invention (in the second and third embodiments), the substance containing at least nitrogen and the inert gas are
Since the mixed gas is mixed at a pressure controlled in advance and the mixed gas is supplied into the reaction vessel, it is possible to realize a crystal growth apparatus at low cost. That is, the mixed gas can be supplied by a simple method, and the entire crystal growth apparatus becomes a simple system.

【００８３】また、本発明では（第３の実施形態で
は）、少なくとも窒素を含む物質を、反応容器内に継続
的に供給するので、結晶成長条件の制御性のより一層高
い結晶成長装置を実現することが可能となる。すなわ
ち、少なくとも窒素を含む物質を反応容器内に継続的に
供給できることで、結晶成長条件の制御性を高め、窒素
欠損の少ない、高品質なIII族窒化物結晶を実現するこ
とが可能となる。Further, in the present invention (in the third embodiment), a substance containing at least nitrogen is continuously supplied into the reaction vessel, so that a crystal growth apparatus having higher controllability of crystal growth conditions is realized. It becomes possible to do. That is, by being able to continuously supply the substance containing at least nitrogen into the reaction vessel, it becomes possible to enhance the controllability of the crystal growth conditions and to realize a high-quality Group III nitride crystal with few nitrogen defects.

【００８４】また、本発明では（第４の実施形態で
は）、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III族窒化物
結晶成長装置において、混合融液を保持する混合融液保
持容器と、混合融液保持容器の開口部を覆う構造体とを
有し、混合融液保持容器の開口部を覆う構造体は、アル
カリ金属蒸気が混合融液保持容器から反応容器の内部空
間へ出る通路を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必
要な所定の長さのものにする構造となっているので、こ
れにより、アルカリ金属蒸気が融液保持容器外へ出る通
路が長くなり、アルカリ金属の蒸発が抑制され、結晶成
長条件の安定性が増し、より高品質なIII族窒化物結晶
（例えばＧａＮ結晶）の成長が可能となる。Further, in the present invention (in the fourth embodiment), the alkali metal and the substance containing at least a group III metal form a mixed melt in the reaction vessel, and the mixed melt contains at least nitrogen. From a substance, in a group III nitride crystal growth apparatus for crystallizing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, a mixed melt holding container for holding a mixed melt, and a mixed melt holding container The structure that covers the opening, and the structure that covers the opening of the mixed melt holding container has a passage through which the alkali metal vapor exits from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction vessel to evaporate the alkali metal. Since it has a structure of a predetermined length necessary for suppressing, the passage of alkali metal vapor out of the melt holding container is lengthened, evaporation of alkali metal is suppressed, and crystal growth is suppressed. More stable conditions and more Growth of quality III-nitride crystal (for example, GaN crystal) is possible.

【００８５】また、本発明では（第５の実施形態で
は）、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III族窒化物
結晶成長装置において、混合融液を保持する混合融液保
持容器と、混合融液保持容器の開口部を覆う構造体とを
有し、混合融液保持容器の開口部を覆う構造体は、アル
カリ金属蒸気が混合融液保持容器から反応容器の内部空
間へ出る通路を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必
要な所定の長さのものにし、かつ、混合融液表面上の混
合融液保持容器内の空間を、アルカリ金属の蒸発を抑制
するのに必要な容積に減少させる構造となっているの
で、アルカリ金属蒸気が融液保持容器外へ出る通路が長
くなり、かつ、混合融液表面上の混合融液保持容器内の
空間が減少し、これにより、アルカリ金属の蒸発がより
一層抑制され、結晶成長条件の安定性がより一層増し、
より高品質なIII族窒化物結晶（例えばＧａＮ結晶）の
成長が可能となる。In the present invention (in the fifth embodiment), the alkali metal and the substance containing at least a group III metal form a mixed melt in the reaction vessel, and the mixed melt contains at least nitrogen. From a substance, in a group III nitride crystal growth apparatus for crystallizing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, a mixed melt holding container for holding a mixed melt, and a mixed melt holding container The structure that covers the opening, and the structure that covers the opening of the mixed melt holding container has a passage through which the alkali metal vapor exits from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction vessel to evaporate the alkali metal. It has a predetermined length necessary to suppress, and the space in the mixed melt holding container on the surface of the mixed melt is reduced to the volume necessary to suppress the evaporation of the alkali metal. Therefore, the alkali metal vapor keeps the melt. The passage to the outside of the container becomes longer, and the space inside the mixed melt holding container on the surface of the mixed melt is reduced, which further suppresses the evaporation of alkali metal and stabilizes the crystal growth conditions. Further increase,
It is possible to grow a higher quality group III nitride crystal (for example, GaN crystal).

【００８６】また、本発明では、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III族窒化物結晶成長装置において、混合
融液を保持する混合融液保持容器と、混合融液保持容器
の開口部を覆う構造体とを有し、混合融液保持容器の開
口部を覆う構造体は、混合融液表面上の混合融液保持容
器内の空間を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要
な容積に減少させる構造となっているので、混合融液表
面上の混合融液保持容器内の空間が減少し、これによ
り、アルカリ金属の蒸発が抑制され、結晶成長条件の安
定性が増し、より高品質なIII族窒化物結晶（例えばＧ
ａＮ結晶）の成長が可能となる。In the present invention, the alkali metal and the substance containing at least the group III metal form a mixed melt in the reaction vessel, and the mixture melt and the substance containing at least nitrogen are converted into the group III metal. In a group III nitride crystal growth apparatus for crystal growing a group III nitride composed of nitrogen, a mixed melt holding container holding a mixed melt, and a structure covering an opening of the mixed melt holding container. Having a structure covering the opening of the mixed melt holding container, the space in the mixed melt holding container on the mixed melt surface is reduced to a volume necessary for suppressing the evaporation of the alkali metal. Since the space inside the mixed melt holding container on the surface of the mixed melt is reduced, evaporation of alkali metal is suppressed, stability of crystal growth conditions is increased, and higher quality Group III nitriding is performed. Crystal (eg G
aN crystal) can be grown.

【００８７】図８は本発明のIII族窒化物結晶を用いて
作製された半導体デバイスの構成例を示す図である。な
お、図８の半導体デバイスは、半導体レーザとして構成
されている。図８の半導体レーザは、本発明のIII族窒
化物結晶成長装置， III族窒化物結晶成長方法により作
製されたIII族窒化物結晶を用いたｎ型ＧａＮ基板３０
１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３０２、ｎ型ＧａＮ
ガイド層３０３、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ（多重量子井戸）
活性層３０４、ｐ型ＧａＮガイド層３０５、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層３０６、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０７
が順次に結晶成長されて積層されている。FIG. 8 is a diagram showing a structural example of a semiconductor device manufactured using the group III nitride crystal of the present invention. The semiconductor device of FIG. 8 is configured as a semiconductor laser. The semiconductor laser of FIG. 8 is an n-type GaN substrate 30 using a group III nitride crystal growing apparatus and a group III nitride crystal growing method of the present invention.
1, n-type AlGaN cladding layer 302, n-type GaN
Guide layer 303, InGaN MQW (multiple quantum well)
Active layer 304, p-type GaN guide layer 305, p-type AlG
aN cladding layer 306, p-type GaN contact layer 307
Are sequentially crystal-grown and laminated.

【００８８】この結晶成長方法としては、ＭＯ−ＶＰＥ
（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシ
ー）法等の薄膜結晶成長方法を用いることができる。The crystal growth method is MO-VPE.
A thin film crystal growth method such as a (metal organic chemical vapor deposition) method or an MBE (molecular beam epitaxy) method can be used.

【００８９】そして、このようなＧａＮ，ＡｌＧａＮ，
ＩｎＧａＮの積層膜にリッジ構造が形成され、ＳｉＯ_２
絶縁膜３０８がコンタクト層３０７のところでのみ穴開
けした状態で形成され、上部及び下部に、各々、ｐ側オ
ーミック電極（Ａｕ／Ｎｉ）３０９及びｎ側オーミック
電極（Ａｌ／Ｔｉ）３１０が形成されている。Then, such GaN, AlGaN,
A ridge structure is formed on the InGaN laminated film, and SiO ₂
An insulating film 308 is formed with holes only at the contact layer 307, and a p-side ohmic electrode (Au / Ni) 309 and an n-side ohmic electrode (Al / Ti) 310 are formed on the upper and lower portions, respectively. There is.

【００９０】この半導体レーザでは、ｐ側オーミック電
極３０９及びｎ側オーミック電極３１０から電流を注入
することで、レーザ発振し、図８の矢印方向にレーザ光
が出射される。In this semiconductor laser, by injecting a current from the p-side ohmic electrode 309 and the n-side ohmic electrode 310, laser oscillation occurs and laser light is emitted in the direction of the arrow in FIG.

【００９１】この半導体レーザは、本発明のIII族窒化
物結晶（ＧａＮ結晶）を基板として用いているため、半
導体レーザデバイス中の結晶欠陥が少なく、大出力動作
且つ長寿命のものとなっている。また、ＧａＮ基板はｎ
型であることから、基板に直接電極を形成することがで
き、第１の従来技術（図９）のようにｐ側とｎ側の２つ
の電極を表面からのみ取り出すことが必要なく、低コス
ト化を図ることが可能となる。更に、光出射端面を劈開
で形成することが可能となり、チップの分離と併せて、
低コストで高品質なデバイスを実現することができる。Since this semiconductor laser uses the group III nitride crystal (GaN crystal) of the present invention as a substrate, it has few crystal defects in the semiconductor laser device, and has a large output operation and a long life. . In addition, the GaN substrate is n
Since it is a mold, it is possible to directly form electrodes on the substrate, and unlike the first conventional technique (FIG. 9), it is not necessary to take out the two electrodes on the p side and the n side only from the surface, and the cost is low Can be realized. Furthermore, it becomes possible to form the light emitting end face by cleavage, and together with the separation of the chip,
It is possible to realize a high quality device at low cost.

【００９２】なお、上述の例では、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ
を活性層３０４としたが、ＡｌＧａＮ ＭＱＷを活性層
３０４として、発光波長の短波長化を図ることも可能で
ある。すなわち、本発明では、ＧａＮ基板の欠陥及び不
純物が少ないことで、深い順位からの発光が少なくな
り、短波長化しても高効率な発光デバイスが可能とな
る。In the above example, InGaN MQW is used.
Although the active layer 304 is made of AlGaN MQW, the active layer 304 may be made of AlGaN MQW to shorten the emission wavelength. That is, in the present invention, since the number of defects and impurities in the GaN substrate is small, the light emission from the deep order is small, and a highly efficient light emitting device is possible even if the wavelength is shortened.

【００９３】また、上述の例では、本発明を光デバイス
に適用した場合について述べたが、本発明を電子デバイ
スに適用することもできる。すなわち、欠陥の少ないＧ
ａＮ基板を用いることで、その上にエピタキシャル成長
したＧａＮ系薄膜も結晶欠陥が少なく、その結果、リー
ク電流を抑制できたり、量子構造にした場合のキャリア
閉じ込め効果を高めたり、高性能なデバイスが実現可能
となる。Further, in the above-mentioned example, the case where the present invention is applied to the optical device is described, but the present invention can also be applied to the electronic device. That is, G with few defects
By using the aN substrate, the GaN-based thin film epitaxially grown on it has few crystal defects, and as a result, leakage current can be suppressed, the carrier confinement effect in the case of a quantum structure can be enhanced, and a high-performance device can be realized. It will be possible.

【００９４】すなわち、本発明のIII族窒化物結晶は、
前述したように、結晶欠陥の少ない高品質な結晶であ
る。このIII族窒化物結晶を用いて、デバイスを作製あ
るいは基板として用いて、薄膜成長からデバイス作製を
行うことで、高性能なデバイスが実現できる。ここで言
う高性能とは、例えば半導体レーザや発光ダイオードの
場合には、従来実現できていない高出力且つ長寿命なも
のであり、電子デバイスの場合には低消費電力、低雑
音、高速動作、高温動作可能なものであり、受光デバイ
スとしては低雑音、長寿命等のものである。That is, the group III nitride crystal of the present invention is
As described above, it is a high quality crystal with few crystal defects. A high-performance device can be realized by producing a device by using this group III nitride crystal or by producing a device as a substrate or from thin film growth. The high performance referred to here is, for example, in the case of a semiconductor laser or a light emitting diode, high output and long life which have not been realized conventionally, and in the case of an electronic device, low power consumption, low noise, high speed operation, It can operate at high temperature and has low noise and long life as a light receiving device.

【００９５】[0095]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項７記載の発明によれば、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
長させる場合に、反応容器内の気体雰囲気を、少なくと
も窒素を含む物質と不活性気体との混合気体とすること
により、第１あるいは第２の従来技術で述べたような、
複雑な工程を必要とせず、低コストで高品質なIII族窒
化物結晶及びそれを用いたデバイスを得ることが可能と
なる。As described above, according to the inventions of claims 1 to 7, the alkali metal and the substance containing at least a Group III metal form a mixed melt in the reaction vessel, From the mixed melt and a substance containing at least nitrogen,
In the case of crystal growth of a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, the gas atmosphere in the reaction vessel is set to a mixed gas of a substance containing at least nitrogen and an inert gas. As described in the second prior art,
It is possible to obtain a high-quality group III nitride crystal and a device using the same at low cost without requiring complicated steps.

【００９６】更に、１０００℃以下と成長温度が低く、
１００気圧程度以下と圧力も低い条件下でIII族窒化物
の結晶成長が可能となることから、第３の従来技術のよ
うに超高圧，超高温に耐えうる高価な反応容器を用いる
必要がない。その結果、低コストでのIII族窒化物結晶
及びそれを用いたデバイスを得ることが可能となる。ま
た、少なくとも窒素を含む物質と不活性気体を用いるこ
とにより、アルカリ金属の蒸発を抑制しつつ、継続的な
Ｖ族原料の一層の安定供給が可能となる。Furthermore, the growth temperature is as low as 1000 ° C. or lower,
Since it is possible to grow a group III nitride crystal under a low pressure of about 100 atm or less, it is not necessary to use an expensive reaction container that can withstand ultrahigh pressure and ultrahigh temperature as in the third conventional technique. . As a result, it becomes possible to obtain a group III nitride crystal and a device using the same at low cost. Further, by using the substance containing at least nitrogen and the inert gas, it becomes possible to suppress the evaporation of the alkali metal and continuously and stably supply the group V raw material.

【００９７】特に、請求項２，請求項７記載の発明によ
れば、少なくとも窒素を含む物質の圧力と不活性気体の
圧力とを独立に制御することにより、結晶成長条件の制
御性をより一層高めることが可能となり、成長条件が安
定し、より一層欠陥密度の低い、良質なIII族窒化物結
晶を成長させることが可能となる。In particular, according to the second and seventh aspects of the invention, the controllability of the crystal growth conditions is further enhanced by independently controlling the pressure of the substance containing at least nitrogen and the pressure of the inert gas. It becomes possible to increase the temperature, the growth condition becomes stable, and it becomes possible to grow a high-quality group III nitride crystal having a lower defect density.

【００９８】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項２記載のIII族窒化物結晶成長方法において、少なく
とも窒素を含む物質と不活性気体とを、予め制御された
割合の圧力で混合し、該混合気体を反応容器内に供給す
るので、低コストでの結晶成長装置を実現することがで
きる。すなわち、混合気体が簡便な方法で供給すること
が可能となっており、結晶成長装置全体が簡便なシステ
ムとなる。According to the invention described in claim 3, in the method for growing group III nitride crystal according to claim 2, the substance containing at least nitrogen and the inert gas are mixed at a pressure of a pre-controlled ratio. However, since the mixed gas is supplied into the reaction vessel, it is possible to realize a crystal growth apparatus at low cost. That is, the mixed gas can be supplied by a simple method, and the entire crystal growth apparatus becomes a simple system.

【００９９】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のIII族窒化物
結晶成長方法において、少なくとも窒素を含む物質を、
反応容器内に継続的に供給するので、結晶成長条件の制
御性のより一層高い結晶成長装置を実現することが可能
となる。すなわち、少なくとも窒素を含む物質を反応容
器内に継続的に供給できることで、結晶成長条件の制御
性を高め、窒素欠損の少ない、高品質なIII族窒化物結
晶を実現することが可能となる。Further, according to the invention of claim 4, in the method for growing group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 3, a substance containing at least nitrogen is added,
Since it is continuously supplied into the reaction vessel, it becomes possible to realize a crystal growth apparatus with higher controllability of crystal growth conditions. That is, by being able to continuously supply the substance containing at least nitrogen into the reaction vessel, it becomes possible to enhance the controllability of the crystal growth conditions and to realize a high-quality Group III nitride crystal with few nitrogen defects.

【０１００】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のIII族窒化物
結晶成長方法において、少なくとも窒素を含む物質が窒
素ガスであるので、より一層低コストでの結晶成長を実
現することが可能となる。すなわち、窒素ガスは安価で
且つ高純度のガスが容易に入手可能であり、これを混合
気体として用いることで、Ｖ族原料と共に、アルカリ金
属蒸発防止のための圧力気体として用いることが可能と
なり、高品質なIII族窒化物結晶を低コストで結晶成長
することができる。Further, according to the invention described in claim 5, in the Group III nitride crystal growth method according to any one of claims 1 to 4, the substance containing at least nitrogen is nitrogen gas. Therefore, it becomes possible to realize crystal growth at a lower cost. That is, nitrogen gas is inexpensive and a high-purity gas is easily available. By using this gas as a mixed gas, it becomes possible to use it as a pressure gas for preventing alkali metal evaporation together with a group V raw material. High-quality group III nitride crystals can be grown at low cost.

【０１０１】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のIII族窒化物
結晶成長方法において、不活性気体がアルゴンガスであ
るので、より一層低コストでの結晶成長を実現すること
が可能となる。すなわち、アルゴンガスは安価で且つ高
純度のガスを容易に入手可能であり、これを不活性気体
として用いることで、Ｖ族原料と共に、アルカリ金属蒸
発防止のための圧力気体として用いることが可能とな
り、高品質なIII族窒化物結晶を低コストで結晶成長す
ることができる。Further, according to the invention of claim 6, in the Group III nitride crystal growth method according to any one of claims 1 to 4, since the inert gas is argon gas, It becomes possible to realize crystal growth at a lower cost. That is, as the argon gas, an inexpensive and highly pure gas can be easily obtained, and by using this as an inert gas, it becomes possible to use it as a pressure gas for preventing the evaporation of alkali metal together with the group V raw material. It is possible to grow a high-quality group III nitride crystal at low cost.

【０１０２】また、請求項８記載の発明によれば、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III族窒化物結晶成長装
置において、混合融液を保持する混合融液保持容器と、
混合融液保持容器の開口部を覆う構造体とを有し、混合
融液保持容器の開口部を覆う構造体は、アルカリ金属蒸
気が混合融液保持容器から反応容器の内部空間へ出る通
路を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要な所定の
長さのものにする構造となっているので、アルカリ金属
の蒸発が抑制され、結晶成長条件の安定性が増し、より
高品質なIII族窒化物結晶の成長が可能となる。According to the invention of claim 8, in the reaction vessel, the alkali metal and the substance containing at least the group III metal form a mixed melt, and the mixed melt and the substance containing at least nitrogen. From, in the group III nitride crystal growth apparatus for crystal growing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, a mixed melt holding container for holding a mixed melt,
And a structure covering the opening of the mixed melt holding container, the structure covering the opening of the mixed melt holding container has a passage through which the alkali metal vapor exits from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction vessel. Since the structure has a predetermined length necessary to suppress the evaporation of the alkali metal, the evaporation of the alkali metal is suppressed, the stability of the crystal growth conditions is increased, and a higher quality Group III It is possible to grow a nitride crystal.

【０１０３】また、請求項９記載の発明によれば、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III族窒化物結晶成長装
置において、混合融液を保持する混合融液保持容器と、
混合融液保持容器の開口部を覆う構造体とを有し、混合
融液保持容器の開口部を覆う構造体は、混合融液表面上
の混合融液保持容器内の空間を、アルカリ金属の蒸発を
抑制するのに必要な容積に減少させる構造となっている
ので、アルカリ金属の蒸発が抑制され、結晶成長条件の
安定性が増し、より高品質なIII族窒化物結晶の成長が
可能となる。According to the invention of claim 9, in the reaction vessel, the alkali metal and the substance containing at least a Group III metal form a mixed melt, and the mixed melt and the substance containing at least nitrogen. From, in the group III nitride crystal growth apparatus for crystal growing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, a mixed melt holding container for holding a mixed melt,
With a structure covering the opening of the mixed melt holding container, the structure covering the opening of the mixed melt holding container, the space in the mixed melt holding container on the mixed melt surface, of the alkali metal Since the structure reduces the volume to the extent necessary to suppress evaporation, the evaporation of alkali metals is suppressed, the stability of crystal growth conditions is increased, and it is possible to grow higher quality Group III nitride crystals. Become.

【０１０４】また、請求項１０記載の発明によれば、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III族窒化物結晶成長
装置において、混合融液を保持する混合融液保持容器
と、混合融液保持容器の開口部を覆う構造体とを有し、
混合融液保持容器の開口部を覆う構造体は、アルカリ金
属蒸気が混合融液保持容器から反応容器の内部空間へ出
る通路を、アルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要な所
定の長さのものにし、かつ、混合融液表面上の混合融液
保持容器内の空間を、アルカリ金属の蒸発を抑制するの
に必要な容積に減少させる構造となっているので、アル
カリ金属の蒸発がより一層抑制され、結晶成長条件の安
定性がより一層増し、より高品質なIII族窒化物結晶の
成長が可能となる。According to the tenth aspect of the present invention, the alkali metal and the substance containing at least a group III metal form a mixed melt in the reaction vessel, and the mixed melt and the substance containing at least nitrogen are mixed. From the above, in a group III nitride crystal growth apparatus for crystal-growing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, a mixed melt holding container for holding a mixed melt, and an opening of the mixed melt holding container And a structure that covers
The structure covering the opening of the mixed melt holding container has a passage of the alkali metal vapor from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction container, and has a predetermined length necessary for suppressing the evaporation of the alkali metal. In addition, since the space in the mixed melt holding container on the surface of the mixed melt is reduced to the volume necessary to suppress the evaporation of the alkali metal, the evaporation of the alkali metal is further improved. It is suppressed, the stability of the crystal growth conditions is further increased, and it becomes possible to grow a higher quality group III nitride crystal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の第１の実施形態のIII族窒化物結晶成
長装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a group III nitride crystal growth apparatus of a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の第１の実施形態のＮａの蒸発量の圧力
依存性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing pressure dependence of an evaporation amount of Na according to the first embodiment of the present invention.

【図３】本発明の第２の実施形態のIII族窒化物結晶成
長装置の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a Group III nitride crystal growth apparatus of a second embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第３の実施形態のIII族窒化物結晶成
長装置の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a group III nitride crystal growth apparatus of a third embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第４の実施形態のIII族窒化物結晶成
長装置の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a Group III nitride crystal growth apparatus of a fourth embodiment of the present invention.

【図６】本発明の第５の実施形態のIII族窒化物結晶成
長装置の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a Group III nitride crystal growth apparatus of a fifth embodiment of the present invention.

【図７】本発明の第５の実施形態のＮａの蒸発量の蓋形
状依存性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a lid shape dependency of an evaporation amount of Na according to a fifth embodiment of the present invention.

【図８】本発明に係る半導体デバイスの構成例を示す図
である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention.

【図９】従来のレーザダイオードを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a conventional laser diode.

【図１０】従来の半導体レーザを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a conventional semiconductor laser.

【図１１】第６の従来技術によるＧａＮ厚膜基板の作製
方法を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a method of manufacturing a GaN thick film substrate according to a sixth conventional technique.

【図１２】第６の従来技術によるＧａＮ厚膜基板の作製
方法を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a method of manufacturing a GaN thick film substrate according to a sixth conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０１ 反応容器 １０２ 混合融液保持容器 １０３ 混合融液 １０４ 供給管 １０５ 圧力調整機構 １０６ 加熱装置 １０７ 混合気体容器 １０８ 反応容器内の空間 １０９ 混合融液保持容器の蓋 １１０ III族窒化物（ＧａＮ）結晶 ２１１ 窒素ガス容器 ２１２ 窒素ガス供給管 ２１３ 第１の圧力調整器 ２１４ 第１のバルブ ２１５ アルゴンガス容器 ２１６ アルゴンガス供給管 ２１７ 第２の圧力調整器 ２１８ 第２のバルブ ２１９ 真空ポンプ ２２０ 排気管 ２２１ 排気バルブ ２５４ 第２の窒素ガス供給管 ２５３ 第３のバルブ ２６１ 混合融液保持容器の筒状の蓋 ２６２ 混合融液保持容器の円柱状の蓋 ３０１ ｎ型ＧａＮ基板 ３０２ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 ３０３ ｎ型ＧａＮガイド層 ３０４ ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活性層 ３０５ ｐ型ＧａＮガイド層 ３０６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ３０７ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ３０８ ＳｉＯ_２絶縁膜 ３０９ ｐ側オーミック電極 ３１０ ｎ側オーミック電極101 Reaction Container 102 Mixed Melt Holding Container 103 Mixed Melt 104 Supply Pipe 105 Pressure Adjusting Mechanism 106 Heating Device 107 Mixed Gas Container 108 Space in Reaction Container 109 Lid of Mixed Melt Holding Container 110 Group III Nitride (GaN) Crystal 211 Nitrogen Gas Container 212 Nitrogen Gas Supply Pipe 213 First Pressure Regulator 214 First Valve 215 Argon Gas Container 216 Argon Gas Supply Pipe 217 Second Pressure Regulator 218 Second Valve 219 Vacuum Pump 220 Exhaust Pipe 221 Exhaust Valve 254 Second nitrogen gas supply pipe 253 Third valve 261 Cylindrical lid of mixed melt holding vessel 262 Cylindrical lid of mixed melt holding vessel 301 n-type GaN substrate 302 n-type AlGaN cladding layer 303 n-type GaN guide layer 304 InGaN MQW active layer 305 p-type GaN guide layer 306 p-type lGaN cladding layer 307 p-type GaN contact layer 308 SiO ₂ insulating film 309 p-side ohmic electrode 310 n-side ohmic electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山根 久典 宮城県仙台市宮城野区鶴ヶ谷１−12−４ (72)発明者 島田 昌彦 宮城県仙台市青葉区貝ヶ森３−29−５ Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BE15 CC06 EA04 EA06 EG22 EG25 5F041 AA24 AA40 AA42 AA44 CA34 CA40 CA63 5F073 AA13 AA45 AA74 BA05 BA07 CA07 CB02 DA07 EA28    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hisanori Yamane             1-12-4 Tsurugaya, Miyagino-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture (72) Inventor Masahiko Shimada             3-29-5 Kaigamori, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture F-term (reference) 4G077 AA02 BE15 CC06 EA04 EA06                       EG22 EG25                 5F041 AA24 AA40 AA42 AA44 CA34                       CA40 CA63                 5F073 AA13 AA45 AA74 BA05 BA07                       CA07 CB02 DA07 EA28

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 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III
族窒化物結晶成長方法であって、反応容器内の気体雰囲
気を、少なくとも窒素を含む物質と不活性気体との混合
気体とすることを特徴とするIII族窒化物結晶成長方
法。1. A reaction vessel, in which an alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt, and the mixed melt and a substance containing at least nitrogen are used to form a group III metal and nitrogen. Growth of group III nitrides III
A Group III nitride crystal growth method, wherein the gas atmosphere in the reaction vessel is a mixed gas of a substance containing at least nitrogen and an inert gas. 【請求項２】 請求項１記載のIII族窒化物結晶成長方
法において、少なくとも窒素を含む物質の圧力と不活性
気体の圧力とを独立に制御することを特徴とするIII族
窒化物結晶成長方法。2. The Group III nitride crystal growth method according to claim 1, wherein the pressure of the substance containing at least nitrogen and the pressure of the inert gas are independently controlled. . 【請求項３】 請求項２記載のIII族窒化物結晶成長方
法において、少なくとも窒素を含む物質と不活性気体と
を、予め制御された割合の圧力で混合し、該混合気体を
反応容器内に供給することを特徴とするIII族窒化物結
晶成長方法。3. The Group III nitride crystal growth method according to claim 2, wherein a substance containing at least nitrogen and an inert gas are mixed at a pressure of a pre-controlled ratio, and the mixed gas is placed in a reaction vessel. A method for growing a group III nitride crystal characterized by supplying the same. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
記載のIII族窒化物結晶成長方法において、少なくとも
窒素を含む物質を、反応容器内に継続的に供給すること
を特徴とするIII族窒化物結晶成長方法。4. The Group III nitride crystal growth method according to claim 1, wherein a substance containing at least nitrogen is continuously supplied into the reaction vessel. Group III nitride crystal growth method. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載のIII族窒化物結晶成長方法において、少なくとも
窒素を含む物質が窒素ガスであることを特徴とするIII
族窒化物結晶成長方法。5. The Group III nitride crystal growth method according to claim 1, wherein the substance containing at least nitrogen is nitrogen gas.
Group nitride crystal growth method. 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載のIII族窒化物結晶成長方法において、不活性気体
がアルゴンガスであることを特徴とするIII族窒化物結
晶成長方法。6. The Group III nitride crystal growth method according to claim 1, wherein the inert gas is argon gas. 【請求項７】 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III
族窒化物結晶成長装置において、反応時には、反応容器
内の気体雰囲気を、少なくとも窒素を含む物質と不活性
気体との混合気体とするようになっており、この場合
に、少なくとも窒素を含む物質の圧力と不活性気体の圧
力とを独立に制御する圧力調整手段が設けられているこ
とを特徴とするIII族窒化物結晶成長装置。7. An alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt in a reaction vessel, and the mixture melt and the substance containing at least nitrogen are composed of a group III metal and nitrogen. Growth of group III nitrides III
In the group-nitride crystal growth apparatus, at the time of reaction, the gas atmosphere in the reaction vessel is made to be a mixed gas of a substance containing at least nitrogen and an inert gas. A group III nitride crystal growth apparatus comprising a pressure adjusting means for independently controlling the pressure and the pressure of the inert gas. 【請求項８】 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III
族窒化物結晶成長装置において、混合融液を保持する混
合融液保持容器と、混合融液保持容器の開口部を覆う構
造体とを有し、混合融液保持容器の開口部を覆う構造体
は、アルカリ金属蒸気が混合融液保持容器から反応容器
の内部空間へ出る通路を、アルカリ金属の蒸発を抑制す
るのに必要な所定の長さのものにする構造となっている
ことを特徴とする結晶成長装置。8. A reaction vessel, wherein an alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt, and the mixture melt and the substance containing at least nitrogen are composed of a group III metal and nitrogen. Growth of group III nitrides III
In the group-nitride crystal growth apparatus, a mixed melt holding container for holding the mixed melt, and a structure covering the opening of the mixed melt holding container, the structure covering the opening of the mixed melt holding container Is characterized in that the passage of the alkali metal vapor from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction container has a structure of a predetermined length necessary to suppress the evaporation of the alkali metal. Crystal growth equipment. 【請求項９】 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III
族窒化物結晶成長装置において、混合融液を保持する混
合融液保持容器と、混合融液保持容器の開口部を覆う構
造体とを有し、混合融液保持容器の開口部を覆う構造体
は、混合融液表面上の混合融液保持容器内の空間を、ア
ルカリ金属の蒸発を抑制するのに必要な容積に減少させ
る構造となっていることを特徴とする結晶成長装置。9. An alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt in a reaction vessel, and the mixture melt and the substance containing at least nitrogen are composed of a group III metal and nitrogen. Growth of group III nitrides III
In the group-nitride crystal growth apparatus, a mixed melt holding container for holding the mixed melt, and a structure covering the opening of the mixed melt holding container, the structure covering the opening of the mixed melt holding container Is a structure for reducing the space in the mixed melt holding container on the surface of the mixed melt to a volume necessary for suppressing evaporation of alkali metal. 【請求項１０】 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I
II族窒化物結晶成長装置において、混合融液を保持する
混合融液保持容器と、混合融液保持容器の開口部を覆う
構造体とを有し、混合融液保持容器の開口部を覆う構造
体は、アルカリ金属蒸気が混合融液保持容器から反応容
器の内部空間へ出る通路を、アルカリ金属の蒸発を抑制
するのに必要な所定の長さのものにし、かつ、混合融液
表面上の混合融液保持容器内の空間を、アルカリ金属の
蒸発を抑制するのに必要な容積に減少させる構造となっ
ていることを特徴とする結晶成長装置。10. An alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt in a reaction vessel, and the mixture melt and the substance containing at least nitrogen are composed of a group III metal and nitrogen. Growth of Group III Nitride I
In the group II nitride crystal growth apparatus, a mixed melt holding container for holding the mixed melt, and a structure covering the opening of the mixed melt holding container, the structure covering the opening of the mixed melt holding container The body has a passage through which the alkali metal vapor exits from the mixed melt holding container to the internal space of the reaction container and has a predetermined length necessary for suppressing the evaporation of the alkali metal, and on the surface of the mixed melt. A crystal growth apparatus having a structure in which a space in a mixed melt holding container is reduced to a volume required to suppress evaporation of an alkali metal.