氮化铝单晶的制造装置和制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的氮化铝单晶的制造装置是通过加热氮化铝原料而使其升华，使氮化铝在晶种上再结晶，从而制造氮化铝单晶的氮化铝单晶的制造装置，具备：收纳氮化铝原料且由对氮化铝原料升华时产生的铝气具有耐腐蚀性的材料构成的生长容器和设置于生长容器的外侧且介由生长容器加热氮化铝原料的发热体；并且，生长容器具备具有收纳氮化铝的收纳部的主体部和将主体部的收纳部密闭的盖体，发热体由含有钨的金属材料构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
氮化铝系半导体具有6.2eV这样的宽的带隙，所以向蓝色 紫外发光元件、白色LED、高耐压 高频电源IC等的应用备受期待。另外，氮化铝单晶与氮化镓的晶格失配度小，为2.4%，所以也期待用作将氮化镓系半导体生长时的生长用基板。作为这样的氮化铝单晶的制造方法，已知有各种方法。例如溶液法中已知助熔剂法、气相法中已知MOVPE法、氢化物气相外延法(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)、升华法等。其中，升华法由于通常生长速度快，所以是对大块晶体的制作有效的方法。升华法是如下方法:加热作为生长容器的坩埚，对坩埚的上部和下部设置温度差，使装载于下部的原料升华，使该升华气体在比下部温度低的上部的生长部进行再结晶，由此使晶体生长。在该升华法中，使用氮化铝粉末作为原料，氮化铝粉末升华产生铝气和氮气。氮化铝单晶是在2000°C附近进行培育，但在该温度区域产生的铝气的腐蚀性高。因此，坩埚可使用的材料受限制。作为这样的材料，已知可使用碳化钽(TaC)、钨(W)(非专利文献I和专利文献I)。具体而言，下述非专利文献I中公开了将TaC坩埚设置在石墨制的发热体的内侧。另外，下述专利文献I中公开了通过使用如下的钨坩埚来避免坩埚的破损的技术:所述钨坩埚由含有多个钨晶体，吸收铝而进行膨胀地构成的壁组织构成。非专利文献1:C.Hartmann et al.Journal of Crystal Growth310 (2008) 930专利文献1:日本特表2005 - 519841号公报`
技术实现思路
但是，使用了上述非专利文献I和专利文献I中记载的坩埚的氮化铝晶体的制造方法中存在以下课题。S卩，使用非专利文献I中记载的坩埚时，存在生长的氮化铝中会混入大量的碳这样的问题。这样，如果AlN晶体中混入碳这样的杂质，则晶体品质降低。另外，碳呈块状混入时，有时AlN会以该碳为基点进行生长，发生多晶化。另一方面，使用专利文献I中记载的坩埚时，在2320°C这样的高温下钨坩埚与铝气反应。其结果，在坩埚内的钨坩埚与铝气反应的部位和未反应的部位之间产生热膨胀系数差，在降温时坩埚有可能破损。另外，即使坩埚不破损，坩埚的体积也发生变化，坩埚在生长前后发生变形，难以反复利用坩埚。特别是钨与作为坩埚材料经常使用的碳相比，一般价格较高，所以无法反复利用这一点将在工业使用上成为问题。本专利技术是根据上述情况而进行的，其目的在于，提供一种能够充分减少氮化铝晶体中的碳的混入量且可反复利用的氮化铝单晶的制造装置以及制造方法。本专利技术人等为了解决上述课题，对非专利文献I中氮化铝的单晶中混入碳的原因进行了研究。即，研究了混入氮化铝的单晶的碳是来自作为生长容器的TaC坩埚，还是来自设置在Tac坩埚的外侧的石墨制的发热体。在最初的预想中，由于TaC坩埚是密闭的，所以本专利技术人等认为来自石墨制的发热体的碳混入氮化铝单晶的可能性很小。所以，本专利技术人等认为混入氮化铝的单晶的碳应该是来自TaC坩埚。但是，出乎意料的是混入氮化铝的单晶的碳主要不是来自TaC坩埚，而来自设置在TaC坩埚的外侧的石墨制的发热体。因此，为了防止来自发热体的碳混入氮化铝单晶，本专利技术人等考虑配置由钨构成的发热体作为设置在TaC坩埚的外侧的发热体。此处，因设置在TaC坩埚的外侧的石墨制发热体的碳会混入单晶，所以由此认为在TaC坩埚内产生的铝气从TaC坩埚漏出而与钨的发热体反应，其结果会导致钨的发热体的破损。但是，出乎意料的是没有观察到钨发热体的破损。由此，本专利技术人等完成了本专利技术。S卩，本专利技术是通过加热氮化铝原料而使其升华，使氮化铝在晶种上再结晶，从而制造氮化铝单晶的氮化铝单晶的制造装置，其具备:收纳上述氮化铝原料，由对上述氮化铝原料升华时产生的铝气具有耐腐蚀性的材料构成的生长容器以及设置在上述生长容器的外侦牝介由上述生长容器加热上述氮化铝原料的发热体；并且，上述生长容器具备具有收纳上述氮化铝的收纳部的主体部和将上述主体部的上述收纳部密闭的盖体，上述发热体由含有钨的金属材料构成。根据该制造装置，氮化铝原料被收纳于生长容器的主体部中的收纳部，晶种被固定于盖体，收纳部被盖体密闭。然后，发热体发热，氮化铝原料介由生长容器被加热而升华。此时，产生铝气和氮气。然后，氮化铝在固定于盖体的晶种上再结晶，制造氮化铝单晶。此时，设置在生长容器的外侧的发热体由含有钨的金属材料构成。因此，没有从发热体向生长的氮化铝单晶的碳的混入。其结果，能够充分减少向氮化铝单晶的碳的混入。另外，生长容器由对铝气具有耐腐蚀性的材料构成。因此，可充分抑制生长容器被铝气腐蚀。因此，可充分抑制铝气从生长容器漏出，充分抑制铝混入发热体中。其结果，在发热体中，能够充分减小热膨胀系数差。因此，在发热体的降温时，能够充分抑制发热体的变形、发热体中的裂纹的产生。在上述氮化铝单晶的制造装置中，优选构成上述生长容器的材料为离子半径是铝的离子半径的1.37倍 1.85倍的的金属的碳化物或氮化物。此时，上述金属的碳化物或氮化物中的金属由于如上所述其离子半径大于铝的离子半径，所以能够抑制与由氮化铝原料的升华而产生的铝气的一部分铝发生置换而形成固溶体。因此，上述金属的碳化物或氮化物对铝气的耐腐蚀性更优异。因此，具有杂质更不易混入氮化铝单晶这样的优点。在上述氮化铝单晶的制造装置中，优选构成上述生长容器的材料为选自碳化钽、氮化锆、氮化钨以及氮化钽中的至少I种。这些材料对铝气的耐腐蚀性更优异，化学性更稳定，所以具有杂质更不易混入氮化铝单晶这样的优点。在上述氮化铝单晶的制造装置中，优选构成上述发热体的金属材料为钨单质。此时，通过使发热体的金属材料为钨单质，能够进一步提高发热体的耐热性，能够使氮化铝单晶的制造装置的反复利用变更容易。 在上述氮化铝单晶的制造装置中，优选上述发热体与上述生长容器接触。 此时，由于高效地进行从发热体到生长容器的导热，所以能够更高效地进行氮化铝原料的升华。在上述氮化铝单晶的制造装置中，上述发热体可以与上述生长容器分开。此时，能够通过来自发热体的辐射热而介由生长容器加热氮化铝原料。另外，如果发热体与生长容器分开，则即使铝气从生长容器漏出，铝气也在被稀释后与发热体接触。因此，与发热体和生长容器接触的情况相比，钨与铝气的反应得到更充分的抑制，能够更充分地抑制发热体在降温时的变形、发热体中的裂纹的产生。另外，本专利技术是使用上述氮化铝单晶的制造装置制造氮化铝单晶的氮化铝单晶的制造方法，其包括:第I工序，将上述氮化铝原料收纳于上述生长容器的上述主体部中的上述收纳部，将晶种固定于上述盖体，用上述盖体将上述收纳部密闭；以及，第2工序，通过使上述发热体发热，介由上述生长容器加热上述氮化铝原料使其升华，使氮化铝在固定于上述盖体的上述晶种上再结晶，从而制造上述氮化铝单晶。根据该制造方法，设置在生长容器的外侧的发热体由含有钨的金属材料构成，所以没有从发热体向生长的氮化铝单晶的碳的混入。其结果，能够充分减少碳向氮化铝单晶混入。另外，生长容器由对铝气具有耐腐蚀性的材料构成，所以可充分抑制生长容器被铝气腐蚀。因此，可充分抑制铝气从生长容器漏出，充分抑制铝混入发热体中。其结果，在发热体中，能够充分减小热膨胀系数差，在发热体的降温时，能够充分抑制发热体中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：镰田弘之，加藤智久，长井一郎，三浦知则，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：
国别省市：