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JP2013175580A - Nitride single crystal with through hole, and method of manufacturing the same - Google Patents

Nitride single crystal with through hole, and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2013175580A
JP2013175580A JP2012038833A JP2012038833A JP2013175580A JP 2013175580 A JP2013175580 A JP 2013175580A JP 2012038833 A JP2012038833 A JP 2012038833A JP 2012038833 A JP2012038833 A JP 2012038833A JP 2013175580 A JP2013175580 A JP 2013175580A
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single crystal
hole
nitride single
nitride
tool
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Application number
JP2012038833A
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Tetsuji Kajimoto
哲治 梶本
Hirobumi Uchida
博文 内田
Narihiro Doi
成博 土井
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】厚みの大きな窒化物単結晶に対して、特定の大きさの貫通孔を精度良く形成できる、貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法の提供。
【解決手段】100〜1000μmの厚みを有する窒化物単結晶101の主面103と工具の間に遊離砥粒を介在させ、前記工具を超音波振動させながら前記窒化物単結晶101および前記工具のうち少なくとも一方を押圧して前記窒化物単結晶101を厚み方向に穿孔し、厚み方向の70%以上が200〜600μmの範囲内の径を有する貫通孔102を形成する貫通孔102を有する窒化物単結晶の製造方法。
【選択図】図1
Provided is a method for producing a nitride single crystal having a through-hole, in which a through-hole of a specific size can be accurately formed with respect to a nitride single crystal having a large thickness.
SOLUTION: A single abrasive grain is interposed between a main surface 103 of a nitride single crystal 101 having a thickness of 100 to 1000 μm and a tool, and the nitride single crystal 101 and the tool of the tool are vibrated while ultrasonically vibrating the tool. The nitride single crystal 101 is punched in the thickness direction by pressing at least one of them, and nitride having a through hole 102 that forms a through hole 102 having a diameter in the range of 200 to 600 μm in 70% or more of the thickness direction. A method for producing a single crystal.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、貫通孔を有する窒化物単結晶とその製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride single crystal having a through hole and a method for producing the same.

アモノサーマル法や液相法によりGaNなどの窒化物結晶を製造しようとする場合、同種の結晶を種結晶として、その上に窒化物結晶を育成することにより製造するのが一般的である。種結晶は、通常は板状や棒状に成型加工された単結晶であり、反応容器中において位置決めして設置したうえで窒化物結晶の育成に用いられる。このときの種結晶の位置決めや設置は、種々の方法により行われている。   When a nitride crystal such as GaN is to be manufactured by an ammonothermal method or a liquid phase method, it is generally manufactured by growing a nitride crystal on the same type of crystal as a seed crystal. The seed crystal is usually a single crystal molded into a plate shape or a rod shape, and is used for growing a nitride crystal after being positioned in a reaction vessel. At this time, positioning and installation of the seed crystal are performed by various methods.

例えば、特許文献1には、12.6〜48.4mgの小型の結晶に高出力レーザーで貫通孔をあけておき、その貫通孔にワイヤーを通して反応容器中に吊り下げたうえで、アモノサーマル法によりGaN結晶を育成する方法が記載されている(特許文献1、実施例1〜5参照)。
特許文献1には、径が130μmのワイヤーを貫通孔に通したことが記載されているが、結晶に形成した貫通孔のサイズや位置、加工条件などの詳細については記載されていない。
For example, in Patent Document 1, a small crystal of 12.6 to 48.4 mg is drilled with a high-power laser, and a wire is passed through the through hole and suspended in a reaction vessel. A method for growing a GaN crystal by a method is described (see Patent Document 1, Examples 1 to 5).
Patent Document 1 describes that a wire having a diameter of 130 μm is passed through the through-hole, but does not describe details such as the size and position of the through-hole formed in the crystal and processing conditions.

特許文献2には、水熱合成法でZnOを結晶する技術が記載されており、図6(c)に孔あきの種結晶の記載がある。しかしながら、孔の大きさ、加工方法などの詳細な記載はない。   Patent Document 2 describes a technique for crystallizing ZnO by a hydrothermal synthesis method, and FIG. 6C describes a perforated seed crystal. However, there is no detailed description of the hole size, processing method, and the like.

特許文献3には、自立型窒化物半導体の円形基板は外周部に結晶欠陥が多いことから外周部の結晶欠陥を除去する理由で、内側が所望の全体形状である輪の形状をした工具を用いた超音波加工によって、輪の内側の形状に対応する全体形状を有する所望の窒化物半導体基板(ウエハ)をくり抜くことを特徴とする外周加工方法が記載されている。ここで、一般にウエハは直径50mm以上の大きさであり、特許文献3の実施例で用いている輪の形状をした工具の肉厚は1mm(1000μm)と記載されていることから、特許文献3は少なくとも1000μmを超える幅の孔を大面積で加工しているものである。   In Patent Document 3, since a circular substrate of a self-standing nitride semiconductor has many crystal defects in the outer peripheral portion, a tool having a ring shape whose inner shape is a desired overall shape is provided for the reason of removing crystal defects in the outer peripheral portion. There is described a peripheral processing method characterized by hollowing out a desired nitride semiconductor substrate (wafer) having an overall shape corresponding to the shape inside the ring by the ultrasonic processing used. Here, in general, the wafer has a diameter of 50 mm or more, and the thickness of a ring-shaped tool used in the embodiment of Patent Document 3 is described as 1 mm (1000 μm). Is a large area processed hole having a width exceeding 1000 μm.

特許文献4には、[0058]に窒化物単結晶である種結晶にワイヤーを通すための孔を、レーザー、ダイヤモンドドリル、研磨ドリルまたは超音波ドリルによって形成することができる旨の記載がある。ここで、超音波ドリルとは一般的なドリル(らせん状の刃)に超音波を付加した工具であり、通常、切削抵抗を減少させるために超音波を使用するものである。すなわち、窒化物単結晶を切削するための砥粒が遊離砥粒である態様は開示も示唆もされていなかった。   In Patent Document 4, there is a description in [0058] that a hole for passing a wire through a seed crystal that is a nitride single crystal can be formed by a laser, a diamond drill, a polishing drill, or an ultrasonic drill. Here, the ultrasonic drill is a tool obtained by adding ultrasonic waves to a general drill (spiral blade), and usually uses ultrasonic waves to reduce cutting resistance. That is, the aspect in which the abrasive grains for cutting the nitride single crystal are free abrasive grains has not been disclosed or suggested.

特表2006−513122号公報JP-T-2006-513122 特開2003−146799号公報JP 2003-146799 A 特開2006−339431号公報JP 2006-339431 A 特表2010−509178号公報Special table 2010-509178 gazette

特許文献1の方法では、レーザー加工による加工熱の発生が大きく、加工物に対する影響が懸念されるうえ、同文献には小型結晶に対する孔あけしか記載されていないため、加工性が悪い大型のGaN結晶の孔あけ法について示唆を得ることができなかった。
特許文献2には、加工物である種結晶の材質は窒化物ではない。窒化物単結晶は、ZnOよりも硬く、例えばGaNの硬さ(ビッカース)はZnOの硬さの17倍程度である。そのため、特許文献2に記載されたZnOに孔あけをした態様を参照しても、特定の厚みの窒化物単結晶に対して特定の大きさの貫通孔を形成する方法は不明であった。
特許文献3では輪の形状をした工具を用いているため、特に工具の内側の型の湾曲が抑制され、精密な加工条件の設定は不要となる。また、特許文献3では加工前の自立型窒化物半導体の外周部を除去することを前提としており、輪の形状をした工具の外側と接していた側の基板の断面の精度は不明である。さらに、特許文献3の方法で径が200〜600μm程度の小面積の貫通孔を加工する場合、輪の形状をした工具の肉厚を非常に薄くする必要があるが、特許文献3には輪の形状をした工具の大きさを変更することは何ら記載されていなかった。そのため、特許文献3では、径が200〜600μm程度の小面積の貫通孔を加工することは想定されていなかった。超音波加工によって径が200〜600μm程度の小面積の貫通孔をあける場合、加工条件が全く違うことは明らかであり、条件を適宜調整して貫通孔の加工にあう加工条件を設定し、目的の貫通孔を空けることは、たとえ特許文献3を参照しても容易になし得るものではなかった。
本発明者らが上記特許文献に記載されている方法について検討を行った結果、厚みの大きな窒化物単結晶に対して、特定の大きさの貫通孔を精度良く形成することはいずれも困難であることがわかった。本発明が解決しようとする課題は、厚みの大きな窒化物単結晶に対して、特定の大きさの貫通孔を精度良く形成できる、貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法を提供することである。
In the method of Patent Document 1, generation of processing heat due to laser processing is large, and there is a concern about the influence on the workpiece. In addition, since only the drilling of small crystals is described in the same document, large GaN with poor workability No suggestion could be made about the crystal drilling method.
In Patent Document 2, the material of a seed crystal that is a processed product is not a nitride. A nitride single crystal is harder than ZnO. For example, the hardness (Vickers) of GaN is about 17 times the hardness of ZnO. Therefore, even when referring to the aspect of drilling ZnO described in Patent Document 2, the method of forming a through hole having a specific size for a nitride single crystal having a specific thickness has not been known.
In Patent Document 3, since a tool having a ring shape is used, the bending of the inner mold of the tool is particularly suppressed, and it is not necessary to set precise machining conditions. Further, in Patent Document 3, it is assumed that the outer peripheral portion of the self-standing nitride semiconductor before processing is removed, and the accuracy of the cross section of the substrate on the side in contact with the outside of the ring-shaped tool is unknown. Furthermore, when processing a through-hole having a small area with a diameter of about 200 to 600 μm by the method of Patent Document 3, it is necessary to make the wall thickness of the ring-shaped tool very thin. There was no description of changing the size of the tool having the shape of. Therefore, in Patent Document 3, it is not assumed that a through-hole having a small area with a diameter of about 200 to 600 μm is processed. When drilling through holes with a small area of 200 to 600 μm in diameter by ultrasonic processing, it is clear that the processing conditions are completely different, and the processing conditions for setting the through holes are set by appropriately adjusting the conditions. However, it was not easy to make a through hole even if referring to Patent Document 3.
As a result of the inventors examining the method described in the above-mentioned patent document, it is difficult to accurately form a through hole of a specific size for a nitride single crystal having a large thickness. I found out. The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a nitride single crystal having a through hole, which can accurately form a through hole of a specific size with respect to a nitride single crystal having a large thickness. is there.

本発明者らは鋭意検討した結果、窒化物単結晶の主面と工具との間に、遊離砥粒を介在させ、工具を超音波振動させながら窒化物単結晶の主面または工具を押圧して前記窒化物単結晶の厚み方向に特定の範囲の径の貫通孔を形成すれば、上記課題を解決できることを見出した。その結果、以下の構成を有する本発明を提供するに至った。   As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have pressed the main surface of the nitride single crystal or the tool while ultrasonically vibrating the tool by interposing loose abrasive grains between the main surface of the nitride single crystal and the tool. Thus, it has been found that the above-mentioned problems can be solved by forming through holes having a specific range of diameters in the thickness direction of the nitride single crystal. As a result, the present invention having the following configuration has been provided.

[1] 100〜1000μmの厚みを有する窒化物単結晶の主面と工具との間に遊離砥粒を介在させ、前記工具を超音波振動させながら前記窒化物単結晶および前記工具のうち少なくとも一方を押圧して前記窒化物単結晶を厚み方向に穿孔し、厚み方向の70%以上が200〜600μmの範囲内の径を有する貫通孔を形成することを特徴とする、貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[2] 前記窒化物単結晶が窒化ガリウムの単結晶であることを特徴とする[1]に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[3] 前記遊離砥粒が、砥粒が潤滑液中に分散されたスラリーであることを特徴とする[1]または[2]に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[4] 前記貫通孔の最小径の長さの最大径の長さに対する比(最小径/最大径)が0.5〜1となるように制御することを特徴とする[1]〜[3]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[5] 前記窒化物単結晶の前記工具側とは反対側の表面の面内における貫通孔の面積の、前記窒化物単結晶の前記工具側の表面の面内における貫通孔の面積に対する比(工具と反対側の表面における貫通孔の面積/工具側の表面における貫通孔の面積)が、0.5〜1となるように制御することを特徴とする[1]〜[4]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[6] 前記窒化物単結晶の前記工具側の表面における面だれ領域の幅が100μm以内となるように制御することを特徴とする[1]〜[5]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[7] 前記窒化物単結晶の前記工具側の表面において、500μm以内の幅のはく離領域が形成されるように制御することを特徴とする[1]〜[6]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[8] 前記窒化物単結晶の主面の面積が50mm2以上であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[9] 前記窒化物単結晶の周縁から内側へ500〜10000μmの領域に貫通孔を形成することを特徴とする[1]〜[8]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[10] 前記工具として、前記窒化物単結晶側の底部の形状が平面または凸型である工具を用いることを特徴とする[1]〜[9]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[11] 前記工具の前記窒化物単結晶側の表面への投影像の最大の幅が100〜1500μmであることを特徴とする[1]〜[10]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[12] 前記砥粒がSiCであることを特徴とする[1]〜[11]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[13] 前記工具を超音波振動させる方向が、前記窒化物単結晶の主面に向かう方向であることを特徴とすることを特徴とする[1]〜[12]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[14] 前記窒化物単結晶の主面が非極性面または半極性面であることを特徴とする[1]〜[13]のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。
[15] [1]〜[14]のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする貫通孔を有する窒化物単結晶。
[1] At least one of the nitride single crystal and the tool while free abrasive grains are interposed between the main surface of the nitride single crystal having a thickness of 100 to 1000 μm and the tool, and the tool is ultrasonically vibrated. The nitride single crystal is perforated in the thickness direction by pressing and forming a through-hole having a diameter in the range of 200 to 600 μm at 70% or more of the thickness direction. A method for producing a single crystal.
[2] The method for producing a nitride single crystal having a through hole according to [1], wherein the nitride single crystal is a single crystal of gallium nitride.
[3] The method for producing a nitride single crystal having a through-hole according to [1] or [2], wherein the loose abrasive is a slurry in which abrasive is dispersed in a lubricating liquid.
[4] The control is performed such that the ratio of the minimum diameter to the maximum diameter (minimum diameter / maximum diameter) of the through-hole is 0.5 to 1. ] The manufacturing method of the nitride single crystal which has a through-hole as described in any one of.
[5] Ratio of the area of the through hole in the surface of the nitride single crystal opposite to the tool side to the area of the through hole in the surface of the nitride single crystal on the tool side ( Any one of [1] to [4], wherein control is performed such that the area of the through hole on the surface opposite to the tool / the area of the through hole on the surface on the tool side is 0.5 to 1. A method for producing a nitride single crystal having through-holes according to one item.
[6] The penetration according to any one of [1] to [5], wherein the nitride single crystal is controlled so that a width of a drooping region on a surface on the tool side is within 100 μm. A method for producing a nitride single crystal having holes.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein a control is performed so that a separation region having a width of 500 μm or less is formed on the surface of the nitride single crystal on the tool side. For producing a nitride single crystal having through-holes.
[8] The method for producing a nitride single crystal having a through hole according to any one of [1] to [7], wherein an area of a main surface of the nitride single crystal is 50 mm 2 or more. .
[9] The nitride having a through hole according to any one of [1] to [8], wherein a through hole is formed in a region of 500 to 10,000 μm inward from the periphery of the nitride single crystal. A method for producing a single crystal.
[10] The through hole according to any one of [1] to [9], wherein a tool having a flat or convex shape at the bottom on the nitride single crystal side is used as the tool. The manufacturing method of the nitride single crystal which has.
[11] The through hole according to any one of [1] to [10], wherein the maximum width of an image projected onto the surface of the nitride single crystal side of the tool is 100 to 1500 μm. The manufacturing method of the nitride single crystal which has this.
[12] The method for producing a nitride single crystal having a through hole according to any one of [1] to [11], wherein the abrasive grains are SiC.
[13] The direction in which the tool is ultrasonically vibrated is a direction toward the main surface of the nitride single crystal, according to any one of [1] to [12], For producing a nitride single crystal having through-holes.
[14] The nitride single crystal having a through hole according to any one of [1] to [13], wherein a main surface of the nitride single crystal is a nonpolar plane or a semipolar plane. Production method.
[15] A nitride single crystal having a through-hole, which is manufactured by the manufacturing method according to any one of [1] to [14].

本発明の製造方法によれば、厚みの大きな窒化物単結晶に対して、特定の大きさの貫通孔を精度良く形成した、貫通孔を有する窒化物単結晶を製造することができる。   According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a nitride single crystal having a through hole in which a through hole having a specific size is accurately formed with respect to a nitride single crystal having a large thickness.

本発明において形成される貫通孔を有する窒化物単結晶の具体例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific example of the nitride single crystal which has a through-hole formed in this invention. 円柱状の貫通孔を有する窒化物単結晶の上面図である。It is a top view of the nitride single crystal which has a cylindrical through-hole. 本発明の貫通孔を有する窒化物単結晶上に窒化物結晶を成長させるために用いることができる、アモノサーマル法による結晶製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the crystal manufacturing apparatus by the ammonothermal method that can be used for growing a nitride crystal on the nitride single crystal having a through hole of the present invention. 工具と最初に接触する側の窒化物単結晶の表面方向から見た、貫通孔を有する窒化物単結晶の表面の概略図である。It is the schematic of the surface of the nitride single crystal which has a through-hole seen from the surface direction of the nitride single crystal of the side which contacts a tool first. 図4における貫通孔102を有する窒化物単結晶101のa−a’断面の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of an a-a ′ cross section of the nitride single crystal 101 having the through hole 102 in FIG. 4. 貫通孔102の形成時に生じるはく離領域を説明するための窒化物単結晶101の断面の概略図である。2 is a schematic cross-sectional view of nitride single crystal 101 for explaining a separation region generated when through-hole 102 is formed. FIG. 実施例1〜6で用いた超音波加工装置における窒化物単結晶、工具、遊離砥粒の位置関係を表す概略図である。It is the schematic showing the positional relationship of the nitride single crystal, tool, and loose abrasive grain in the ultrasonic processing apparatus used in Examples 1-6. 比較例1で用いたブラスト装置における窒化物単結晶、噴射口、遊離砥粒の位置関係を表す概略図である。It is the schematic showing the positional relationship of the nitride single crystal in the blast apparatus used in the comparative example 1, the injection port, and a free abrasive grain.

以下において、本発明の貫通孔を有する窒化物単結晶とその製造方法について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
Hereinafter, the nitride single crystal having a through hole of the present invention and a method for producing the same will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In the present specification, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

なお、以下の記載において「C面」とは、六方晶構造(ウルツ鋼型結晶構造)における{0001}面と等価な面であり、極性面である(0001)面または(000−1)面を指す。III族窒化物結晶では、C面はIII族面又はV族面であり、窒化ガリウムではそれぞれGa面又はN面に相当する。また、以下の記載において「M面」とは、{1−100}面、{01−10}面、[−1010]面、{−1100}面、{0−110}面、{10−10}面として包括的に表される非極性面であり、具体的には(1−100)面や、(01−10)面、(−1010)面、(−1100)面、(0−110)面、(10−10)面を意味する。また、以下の記載において「A面」とは、{2−1−10}面、{−12−10}面、{−1−120}面、{−2110}面、{1−210}面、{11−20}面として包括的に表される非極性面であり、具体的には(2−1−10)面、(−12−10)面、(−1−120)面、(−2110)面、(1−210)面、(11−20)面を意味する。
本明細書において「半極性面」とは、六方晶構造におけるミラー指数(hklm)において、[0001]面以外で、m=0ではない面をいう。すなわち(0001)面に対して傾いた面で、かつ非極性面ではない面をいう。h、k、l、mはそれぞれ独立に−5〜5のいずれかの整数であることが好ましく、−2〜2のいずれかの整数であることがより好ましく、低指数面であることが好ましい。半極性面として、例えば(10−11)面、(10−1−1)面、(20−21)面、(20−2−1)面、(10−12)面、(10−1−2)面、(11−22)面、(10−13)面、(11−24)面などを挙げることができる。
In the following description, the “C plane” is a plane equivalent to the {0001} plane in a hexagonal crystal structure (wurtzite type crystal structure), and is a polar plane (0001) plane or (000-1) plane. Point to. In the group III nitride crystal, the C plane is a group III plane or a group V plane, and in gallium nitride, it corresponds to a Ga plane or an N plane, respectively. In the following description, the “M plane” refers to {1-100} plane, {01-10} plane, [-1010] plane, {−1100} plane, {0-110} plane, {10-10 } Non-polar planes comprehensively represented as planes, specifically (1-100) plane, (01-10) plane, (-1010) plane, (-1100) plane, (0-110). ) Plane and (10-10) plane. Further, in the following description, the “A plane” means {2-1-10} plane, {-12-10} plane, {-1-120} plane, {-2110} plane, {1-210} plane. , {11-20} plane, which is comprehensively represented as a plane, specifically, (2-1-10) plane, (-12-10) plane, (-1-120) plane, ( -2110) plane, (1-210) plane, and (11-20) plane.
In the present specification, the “semipolar plane” refers to a plane other than the [0001] plane and not m = 0 in the Miller index (hklm) in the hexagonal crystal structure. That is, it refers to a plane that is inclined with respect to the (0001) plane and is not a nonpolar plane. h, k, l and m are each independently preferably an integer of -5 to 5, more preferably an integer of -2 to 2, and preferably a low index surface. . As the semipolar plane, for example, (10-11) plane, (10-1-1) plane, (20-21) plane, (20-2-1) plane, (10-12) plane, (10-1- 2) plane, (11-22) plane, (10-13) plane, (11-24) plane, and the like.

[貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法]
本発明の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法(以下、本発明の製造方法とも言う)は、100〜1000μmの厚みを有する窒化物単結晶の主面と工具との間に遊離砥粒を介在させ、前記工具を超音波振動させながら前記窒化物単結晶および前記工具のうち少なくとも一方を押圧して前記窒化物単結晶を厚み方向に穿孔し、厚み方向の70%以上が200〜600μmの範囲内の径を有する貫通孔を形成することを特徴とする。
このような構成により、厚みの大きな窒化物単結晶に対して、特定の大きさの貫通孔を精度良く形成できる。
[Method for producing nitride single crystal having through-hole]
The method for producing a nitride single crystal having a through-hole according to the present invention (hereinafter also referred to as the production method of the present invention) comprises free abrasive grains between the main surface of the nitride single crystal having a thickness of 100 to 1000 μm and the tool. The nitride single crystal is pressed in the thickness direction by pressing at least one of the nitride single crystal and the tool while ultrasonically vibrating the tool, and 70% or more of the thickness direction is 200 to 600 μm. A through-hole having a diameter within the range of is formed.
With such a configuration, a through hole having a specific size can be formed with high accuracy for a nitride single crystal having a large thickness.

本発明の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法は、超音波加工を利用する方法である。本明細書において超音波加工とは、超音波を付与することによって所望の形状を有する工具に振動を起こさせ、工具と加工物(本発明では「貫通孔を形成される窒化物単結晶」を意味する。)との間に介在する遊離砥粒が工具からの振動波を繰り返し加工物に与えることで、加工物を破砕していく加工のことである。
本発明の製造方法の好ましい態様ではエッチングのためのマスクなどが不要のため、厚みの大きな窒化物単結晶に対して、特定の大きさの貫通孔を精度良く形成できる、貫通孔を有する窒化物単結晶を簡便に製造することができる。また、本発明の製造方法の好ましい態様では工具(棒など)の形状に対応した貫通孔の加工が可能である。また、レーザー加工では加工熱の発生が多く、貫通孔を形成される窒化物単結晶に対する熱影響が多くなるのに対し、本発明の製造方法の好ましい態様では比較的加工熱の発生が少ないために貫通孔を形成される窒化物単結晶への熱影響を少なくすることができるので、窒化物単結晶の劣化を防ぐことができる。
以下、本発明の製造方法に用いられる材料と貫通孔の形成条件などについて、好ましい態様の詳細を説明する。
The method for producing a nitride single crystal having a through hole according to the present invention is a method utilizing ultrasonic processing. In this specification, ultrasonic machining means that a tool having a desired shape is vibrated by applying ultrasonic waves, and the tool and the workpiece (in the present invention, a “nitride single crystal in which a through hole is formed”). This is a process of crushing the work piece by repeatedly applying the vibration wave from the tool to the work piece.
Since the preferred embodiment of the manufacturing method of the present invention does not require a mask for etching or the like, a nitride having a through-hole that can accurately form a through-hole of a specific size with respect to a nitride single crystal having a large thickness A single crystal can be easily produced. Moreover, in the preferable aspect of the manufacturing method of this invention, the through-hole corresponding to the shape of a tool (a rod etc.) is processable. Also, laser processing generates a lot of processing heat, and the thermal effect on the nitride single crystal in which the through-holes are formed increases. On the other hand, the preferred embodiment of the manufacturing method of the present invention generates relatively little processing heat. Therefore, it is possible to reduce the influence of heat on the nitride single crystal in which the through-hole is formed, so that the deterioration of the nitride single crystal can be prevented.
Hereinafter, the details of preferred embodiments of the materials used in the production method of the present invention and the conditions for forming the through holes will be described.

(窒化物単結晶の種類と構成)
本発明の製造方法では、貫通孔を形成される窒化物単結晶として、100〜1000μmの厚みを有する窒化物単結晶を用いる。また、本発明の製造方法では、前記窒化物単結晶に厚み方向の70%以上が200〜600μmの範囲内の径を有する貫通孔を形成するため、所望とする貫通孔よりも大きい窒化物単結晶を用いる。
本発明の製造方法に用いる窒化物単結晶は、本発明の製造方法によって特定の大きさの貫通孔を形成される。その後、得られた貫通孔を有する窒化物単結晶は、反応容器中に設置して、その上にIII族窒化物結晶などの窒化物結晶を成長させるための種結晶(以下、「窒化物結晶成長における種結晶」という場合がある。)用いられることが好ましい。
(Type and composition of nitride single crystal)
In the manufacturing method of the present invention, a nitride single crystal having a thickness of 100 to 1000 μm is used as the nitride single crystal in which the through hole is formed. In the manufacturing method of the present invention, since a through hole having a diameter in the range of 200 to 600 μm is formed in the nitride single crystal at 70% or more in the thickness direction, the nitride single crystal larger than the desired through hole is formed. Use crystals.
The nitride single crystal used in the manufacturing method of the present invention is formed with through holes of a specific size by the manufacturing method of the present invention. Thereafter, the obtained nitride single crystal having through-holes is placed in a reaction vessel, and a seed crystal (hereinafter referred to as “nitride crystal”) for growing a nitride crystal such as a group III nitride crystal thereon. It is sometimes referred to as “seed crystal in growth.”) It is preferably used.

本発明の製造方法で用いる窒化物単結晶としては、より顕著な効果が見られることからIII族窒化物単結晶であることが好ましい。
III族窒化物単結晶の種類としては、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、AllnGaNなどを挙げることができる。好ましいのは少なくともGaとNを含む単結晶であり、より好ましくはGaN、AlGaN、AllnGaNであり、さらに好ましくはGaNである。本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として、その窒化物単結晶上に成長させようとしている窒化物結晶と同一種の材料を用いることが好ましい。例えば、種結晶上にGaN結晶を成長させることを意図している場合は、種結晶として用いられる貫通孔を有する窒化物単結晶としてGaN単結晶を選択することが好ましい。すなわち、貫通孔を形成される窒化物単結晶としても、GaN単結晶を選択することが好ましい。
The nitride single crystal used in the production method of the present invention is preferably a group III nitride single crystal because a more remarkable effect is seen.
Examples of the group III nitride single crystal include GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, and AllnGaN. A single crystal containing at least Ga and N is preferable, GaN, AlGaN, and AllnGaN are more preferable, and GaN is more preferable. The nitride single crystal having a through-hole obtained by the manufacturing method of the present invention is used as a seed crystal in the growth of the nitride crystal, and the same material as the nitride crystal to be grown on the nitride single crystal is used. Is preferred. For example, when a GaN crystal is intended to grow on a seed crystal, it is preferable to select a GaN single crystal as a nitride single crystal having a through hole used as a seed crystal. That is, it is preferable to select a GaN single crystal as the nitride single crystal in which the through hole is formed.

窒化物単結晶の形状は特に制限されない。立方体、長方体、円柱状、多角柱状などの種々の形状を有する結晶を窒化物単結晶として用いることができる。好ましいのは、大きな主面を有する結晶である。ここでいう主面とは、結晶中において最も面積が大きい面を意味する。窒化物単結晶の主面の種類は特に制限されず、極性面であっても、非極性面であっても、半極性面であってもよい。本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶は、その後に主面を含む面上に窒化物結晶を成長させることが好ましく、貫通孔を有する窒化物単結晶の主面上に主として窒化物結晶を成長させることがより好ましい。したがって、本発明の製造方法に用いられる窒化物単結晶の主面の面方位も、最終的に使用したい窒化物結晶やウエハの主面やサイズ等を考慮して決定することができる。本発明の製造方法では、前記窒化物単結晶の主面が非極性面または半極性面であることが、本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として用いて、主面が非極性面または半極性面である窒化物結晶を成長させやすい観点から好ましく、主面がM面または半極性面であることがより好ましい。
なお、貫通孔を形成される前の窒化物単結晶の主面と、最終的に貫通孔を有する窒化物単結晶上に成長させて使用したい窒化物結晶やウエハの主面は一致させることが好ましいが、貫通孔を有する窒化物単結晶上に育成した窒化物結晶を所望の方向に切り出してウエハを切り出すこともできるため主面は一致させなくても構わない。
The shape of the nitride single crystal is not particularly limited. Crystals having various shapes such as a cube, a rectangular parallelepiped, a cylinder, and a polygonal column can be used as the nitride single crystal. Preferred is a crystal having a large principal surface. The main surface here means a surface having the largest area in the crystal. The type of the main surface of the nitride single crystal is not particularly limited, and may be a polar surface, a nonpolar surface, or a semipolar surface. The nitride single crystal having through-holes obtained by the production method of the present invention preferably grows a nitride crystal on the surface including the main surface thereafter, on the main surface of the nitride single crystal having the through-holes More preferably, nitride crystals are mainly grown. Therefore, the plane orientation of the main surface of the nitride single crystal used in the manufacturing method of the present invention can also be determined in consideration of the nitride crystal to be finally used, the main surface and size of the wafer, and the like. In the production method of the present invention, the nitride single crystal having through-holes obtained by the production method of the present invention is grown by nitride crystal growth, wherein the main surface of the nitride single crystal is a nonpolar surface or a semipolar surface. From the viewpoint of easily growing a nitride crystal having a main surface that is a nonpolar surface or a semipolar surface, the main surface is more preferably an M surface or a semipolar surface.
Note that the main surface of the nitride single crystal before the through hole is formed and the main surface of the nitride crystal or wafer to be grown and used on the nitride single crystal finally having the through hole may be aligned. Although it is preferable, since the nitride crystal grown on the nitride single crystal having through-holes can be cut out in a desired direction and the wafer can be cut out, the main surfaces do not have to coincide.

本発明の製造方法では、窒化物単結晶の主面の面積は、50mm2以上であることが好ましく、200mm2以上であることがより好ましく、400mm2以上であることがさらに好ましい。また、窒化物単結晶の最大径は10mm以上であることが好ましく、20mm以上であることがより好ましく、50mm以上であることがさらに好ましい。 In the production method of the present invention, the area of the main surface of the nitride single crystal is preferably 50 mm 2 or more, more preferably 200 mm 2 or more, and further preferably 400 mm 2 or more. The maximum diameter of the nitride single crystal is preferably 10 mm or more, more preferably 20 mm or more, and further preferably 50 mm or more.

本発明の製造方法では、窒化物単結晶の厚み(典型的には主面に垂直な方向の厚み)は、取り扱い易さと貫通孔形成の容易性の観点から100〜1000μmである。窒化物単結晶の厚みの下限値は200μm以上であることが好ましく、300μm以上であることがより好ましい。窒化物単結晶の厚みの上限値は、600μm以下であることが好ましく、400μm以下であることがより好ましい。なお、前記窒化物単結晶は、厚み方向が縦横方向よりも短い板状だけでなく、柱状など厚みのあるものを用いてもよい。   In the manufacturing method of the present invention, the thickness of the nitride single crystal (typically, the thickness in the direction perpendicular to the main surface) is 100 to 1000 μm from the viewpoint of ease of handling and ease of forming through holes. The lower limit of the thickness of the nitride single crystal is preferably 200 μm or more, and more preferably 300 μm or more. The upper limit of the thickness of the nitride single crystal is preferably 600 μm or less, and more preferably 400 μm or less. The nitride single crystal may be not only a plate shape whose thickness direction is shorter than the vertical and horizontal directions but also a thick one such as a columnar shape.

本発明の製造方法で、貫通孔を形成される窒化物単結晶の製造法は特に制限されない。例えば、ハイドライド気相成長(HVPE)法、アモノサーマル法、フラックス法などで製造した単結晶を用いることができる。なかでもアモノサーマル法で製造した窒化物単結晶を用いることが、欠陥密度が低く、結晶性が高い点で好ましい。また、製造した窒化物単結晶は本発明の製造方法に使用する前に、研磨、エッチングなどの方法により表面を平滑化しておくことが好ましい。   In the production method of the present invention, the production method of the nitride single crystal in which the through hole is formed is not particularly limited. For example, a single crystal manufactured by a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, an ammonothermal method, a flux method, or the like can be used. In particular, it is preferable to use a nitride single crystal produced by an ammonothermal method in terms of low defect density and high crystallinity. Moreover, it is preferable that the surface of the produced nitride single crystal is smoothed by a method such as polishing or etching before being used in the production method of the present invention.

(超音波加工に用いる工具)
本発明の製造方法では、超音波加工に用いる工具としては特に制限はなく、公知の超音波加工に用いられている工具を用いることができる。従来、超音波加工装置として、例えば特開平6−143099号公報に記載された超音波加工装置などが知られており、超音波振動が超音波振動発生部から、例えば1または2以上のホーン(増幅器)を介して、および/または直接、前記工具に伝達される。超音波振動させた工具と窒化物単結晶の間に、遊離砥粒を介在させ、さらに工具を適当な圧力でワークに押しつけて超音波による衝撃的な破壊力を利用し、徐々に工具をその形そのまま窒化物単結晶にめりこませていく。工具と窒化物単結晶の間に入った砥粒粒子は、工具先端で大きな衝撃を受け、その衝撃で窒化物単結晶を少しずつ砕いていく。なお、1回の衝撃で破砕される量はごくわずかであるが、前記のように繰り返し回数を多くすることで、実用上十分な速さと精度で工具先端面形状が窒化物単結晶に彫り込まれていくこととなる。
(Tools used for ultrasonic processing)
In the manufacturing method of the present invention, the tool used for ultrasonic machining is not particularly limited, and a tool used for known ultrasonic machining can be used. Conventionally, as an ultrasonic processing apparatus, for example, an ultrasonic processing apparatus described in JP-A-6-143099 is known, and ultrasonic vibration is generated from an ultrasonic vibration generating unit, for example, one or two or more horns ( Via the amplifier) and / or directly to the tool. Free abrasive grains are interposed between the ultrasonically vibrated tool and the nitride single crystal, and the tool is pressed against the workpiece with an appropriate pressure to use the shocking destructive force of ultrasonic waves. The shape is immersed in the nitride single crystal as it is. Abrasive grains that have entered between the tool and the nitride single crystal are subjected to a large impact at the tip of the tool, and the nitride single crystal is crushed little by little by the impact. Although the amount crushed by a single impact is negligible, increasing the number of repetitions as described above allows the tool tip surface shape to be engraved into the nitride single crystal with sufficient speed and accuracy for practical use. It will be followed.

以下、超音波加工に用いる工具について説明するが、本明細書中では特に断りが無い限りにおいて、単に「工具」という場合、「貫通孔形成時に窒化物単結晶を貫通する部材または領域」を意味し、窒化物単結晶を貫通しない保持部や接続部(超音波振動発生部と接続する部分)などは除外される。
前記工具の材質は、本発明の趣旨に反しない限りにおいて特に制限はないが、ステンレスや鋳鉄,アルミなどを用いることができる。その中でも前記工具の材質がステンレスであることが工具磨耗,耐腐食性の観点から好ましい。
Hereinafter, a tool used for ultrasonic machining will be described. In the present specification, unless otherwise specified, the term “tool” simply means “a member or region that penetrates a nitride single crystal when a through hole is formed”. In addition, a holding portion and a connecting portion (portion connected to the ultrasonic vibration generating portion) that do not penetrate the nitride single crystal are excluded.
The material of the tool is not particularly limited as long as it is not contrary to the gist of the present invention, but stainless steel, cast iron, aluminum or the like can be used. Among these, the material of the tool is preferably stainless steel from the viewpoint of tool wear and corrosion resistance.

前記工具の長手方向の長さは、100〜1000μmの厚みを有する窒化物単結晶の主面に貫通孔を形成できる限りにおいて特に制限はないが、1000μm以上であることが好ましく、3000μm以上であることがより好ましく、6000μm以上であることが特に好ましい。前記工具の長手方向の長さは、20000μm以下であることが好ましく、15000μm以下であることがより好ましく、10000μm以下であることが特に好ましい。   The length in the longitudinal direction of the tool is not particularly limited as long as a through-hole can be formed in the main surface of the nitride single crystal having a thickness of 100 to 1000 μm, but is preferably 1000 μm or more and preferably 3000 μm or more. It is more preferable, and it is especially preferable that it is 6000 micrometers or more. The length of the tool in the longitudinal direction is preferably 20000 μm or less, more preferably 15000 μm or less, and particularly preferably 10,000 μm or less.

本発明の製造方法では、前記工具の前記窒化物単結晶側の表面への投影像の最大の幅は形成する貫通孔の大きさに応じて変更することが可能であるが、100μm以上であることが好ましく、200μm以上であることがより好ましく、300μm以上であることが特に好ましい。前記工具の前記窒化物単結晶側の表面への投影像の最大の幅は、1500μm以下であることが好ましく、1000μm以下であることがより好ましく、700μm以下であることが特に好ましい。なお、前記工具を前記窒化物単結晶側の表面へ垂直に接触させる場合には、前記投影像の最大の幅は前記工具の最大幅と一致する。   In the manufacturing method of the present invention, the maximum width of the projected image on the nitride single crystal side surface of the tool can be changed according to the size of the through hole to be formed, but is 100 μm or more. Is preferably 200 μm or more, and particularly preferably 300 μm or more. The maximum width of the projected image on the nitride single crystal side surface of the tool is preferably 1500 μm or less, more preferably 1000 μm or less, and particularly preferably 700 μm or less. When the tool is brought into perpendicular contact with the surface on the nitride single crystal side, the maximum width of the projected image matches the maximum width of the tool.

本発明の製造方法では、前記工具として、前記窒化物単結晶側の底部の形状が平面または凸型である工具を用いることが好ましい。ここで、特開2006−339431号公報に記載されているような輪の形状の工具などの底部の形状が凹型(中央に穴を有するドーナツ型を含む)である工具が知られている。本発明の製造方法のように、厚みが厚い窒化物単結晶に対して200〜600μm程度の径の貫通孔を形成する場合は、底面の形状が平面または凸型である工具を用いる方が力の伝達,切粉の排出性の観点から好ましい。
ここで、底部の形状が平面である工具とは、具体的には、先端が平面で円柱状である形状や、先端が平面でテーパーがついているような円錐の頂点を平面で切断した形状や、先端が平面で多角柱状である形状などを挙げることができる。また、底部の形状が凸型である工具とは、具体的には、先端が曲面(半球状など)になっている形状や、先端が針状にとがっている形状を含む。これらの中でも、本発明の製造方法では、底部の形状が平面である工具が好ましく、先端が平面で円柱状である工具または先端が平面で多角柱状である工具がより好ましく、先端が平面で円柱状である工具が特に好ましい。
In the manufacturing method of the present invention, it is preferable to use a tool having a flat or convex shape at the bottom on the nitride single crystal side as the tool. Here, a tool having a concave shape (including a donut shape having a hole in the center) such as a ring-shaped tool as described in JP-A-2006-339431 is known. When a through-hole having a diameter of about 200 to 600 μm is formed on a thick nitride single crystal as in the manufacturing method of the present invention, it is more effective to use a tool whose bottom shape is flat or convex. It is preferable from the viewpoints of the transmission of powder and the discharge of chips.
Here, a tool whose bottom shape is a plane is specifically a shape whose tip is flat and cylindrical, or a shape where the apex of a cone whose tip is flat and tapered is cut in a plane, And a shape having a polygonal column shape at the tip. In addition, the tool having a convex bottom shape includes a shape in which the tip is a curved surface (such as a hemisphere) and a shape in which the tip is sharpened like a needle. Among these, in the manufacturing method of the present invention, a tool having a flat bottom portion is preferable, a tool having a flat tip and a cylindrical shape or a tool having a flat tip and a polygonal column is more preferable, and the tip is flat and circular. A columnar tool is particularly preferred.

(遊離砥粒)
本発明の製造方法では、100〜1000μmの厚みを有する窒化物単結晶の主面と工具の間に、遊離砥粒を介在させる。
本発明の製造方法では、前記遊離砥粒が、砥粒が潤滑液中に分散されたスラリーであることが好ましい。
前記潤滑液としては特に制限はないが、例えば水を用いることができる。前記スラリーにおける潤滑液と遊離砥粒との混合割合(質量比)については特に制限はないが、例えば1:9以上であることが好ましく、3:7以上であることがより好ましい。また、前記スラリーにおける潤滑液と遊離砥粒との混合割合は9:1以下であることが好ましく、8:2以下であることがより好ましい。さらに、前記スラリーにおける潤滑液と遊離砥粒との混合割合は6:4が特に好ましい。
(Free abrasive)
In the production method of the present invention, loose abrasive grains are interposed between the main surface of the nitride single crystal having a thickness of 100 to 1000 μm and the tool.
In the production method of the present invention, the loose abrasive grains are preferably a slurry in which abrasive grains are dispersed in a lubricating liquid.
Although there is no restriction | limiting in particular as said lubricating liquid, For example, water can be used. Although there is no restriction | limiting in particular about the mixing ratio (mass ratio) of the lubricating liquid in the said slurry, and a free abrasive grain, For example, it is preferable that it is 1: 9 or more, and it is more preferable that it is 3: 7 or more. The mixing ratio of the lubricating liquid and the free abrasive grains in the slurry is preferably 9: 1 or less, and more preferably 8: 2 or less. Furthermore, the mixing ratio of the lubricating liquid and free abrasive grains in the slurry is particularly preferably 6: 4.

前記遊離砥粒のサイズは、本発明の趣旨に反しない限りにおいて特に制限はないが、平均一次粒子径が1μm以上であることが好ましく、7.5μm以上であることがより好ましく、15μm以上であることが特に好ましい。前記遊離砥粒のサイズは、200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることが特に好ましい。
前記遊離砥粒の材質は、本発明の趣旨に反しない限りにおいて特に制限はないが、前記窒化物単結晶の種類に応じて、特定の範囲の硬度の材質とすることが好ましい。前記遊離砥粒は、ビッカース硬さが15000MPa以上の材質であることが好ましく、17500MPa以上の材質であることがより好ましく、20000MPa以上の材質であることが特に好ましい。また、前記遊離砥粒は、ビッカース硬さが45000MPa以下の材質であることが好ましく、40000MPa以下の材質であることがより好ましく、30000MPa以下の材質であることが特に好ましい。
前記遊離砥粒の材質は、例えば、Si(ビッカース硬さ9804MPa)、SiC(ビッカース硬さ24510MPa)、B4C(ビッカース硬さ41000MPa)などを用いることができる。その中でも前記窒化物単結晶としてGaNなどのIII族窒化物単結晶を用いる場合は貫通孔形成の容易さや、工具磨耗などの観点からSiCであることが好ましく、緑色炭化珪素砥粒(GC)であることが破砕性の観点からより好ましい。なお、GaNのビッカース硬さは14980MPaである。
The size of the free abrasive grains is not particularly limited as long as it is not contrary to the gist of the present invention, but the average primary particle diameter is preferably 1 μm or more, more preferably 7.5 μm or more, and 15 μm or more. It is particularly preferred. The size of the loose abrasive is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less, and particularly preferably 50 μm or less.
The material of the loose abrasive is not particularly limited as long as it is not contrary to the gist of the present invention, but it is preferable to use a material having a specific range of hardness according to the kind of the nitride single crystal. The loose abrasive is preferably made of a material having a Vickers hardness of 15000 MPa or more, more preferably a material of 17500 MPa or more, and particularly preferably a material of 20000 MPa or more. The loose abrasive is preferably made of a material having a Vickers hardness of 45000 MPa or less, more preferably a material of 40000 MPa or less, and particularly preferably a material of 30000 MPa or less.
For example, Si (Vickers hardness 9804 MPa), SiC (Vickers hardness 24510 MPa), B 4 C (Vickers hardness 41000 MPa) or the like can be used as the material of the loose abrasive grains. Among them, when a group III nitride single crystal such as GaN is used as the nitride single crystal, SiC is preferable from the viewpoint of ease of forming a through hole and tool wear, and green silicon carbide abrasive grains (GC). It is more preferable from the viewpoint of friability. Note that the Vickers hardness of GaN is 14980 MPa.

(超音波加工の条件)
前記工具に付与する超音波の周波数は、16kHz以上であることが好ましく、20kHz以上であることがより好ましく、23KHz以上であることが特に好ましい。また、前記工具に付与する超音波の周波数は、25KHz以下であることが特に好ましい。
前記工具に付与する超音波の出力は、10W以上であることが好ましく、15W以上であることがより好ましく、20W以上であることが貫通孔の縦横比を1に近づける観点から特に好ましい。前記工具に付与する超音波の出力は、100W以下であることが好ましく、50W以下であることがより好ましく、30W以下であることが貫通孔の縦横比を1に近づける観点から特に好ましい。
前記工具を超音波振動させる方向は、前記窒化物単結晶の主面に平行な方向や前記主面に向かう方向が挙げられるが、工具の長手方向であって、前記主面に向かう方向であることが好ましい。また、前記工具を超音波振動させる方向が前記窒化物単結晶の表面に対して垂直方向となるように前記工具を設置することが好ましい。
(Conditions for ultrasonic processing)
The frequency of the ultrasonic wave applied to the tool is preferably 16 kHz or more, more preferably 20 kHz or more, and particularly preferably 23 KHz or more. The frequency of the ultrasonic wave applied to the tool is particularly preferably 25 KHz or less.
The output of the ultrasonic wave applied to the tool is preferably 10 W or more, more preferably 15 W or more, and particularly preferably 20 W or more from the viewpoint of bringing the aspect ratio of the through hole close to 1. The output of the ultrasonic wave applied to the tool is preferably 100 W or less, more preferably 50 W or less, and particularly preferably 30 W or less from the viewpoint of bringing the aspect ratio of the through hole close to 1.
The direction of ultrasonic vibration of the tool includes a direction parallel to the main surface of the nitride single crystal and a direction toward the main surface, but is a longitudinal direction of the tool and is a direction toward the main surface. It is preferable. Moreover, it is preferable to install the tool so that the direction in which the tool is ultrasonically vibrated is perpendicular to the surface of the nitride single crystal.

本発明の製造方法では、前記窒化物単結晶および前記工具のうち少なくとも一方を押圧して、前記窒化物単結晶に貫通孔を形成する。その中でも、前記窒化物単結晶を固定し、前記工具を押圧する方法が、好ましい。
前記窒化物単結晶を固定する方法としては特に制限はないが、例えばカーボン板などの任意の固定板に、ワックスを用いて貼り付けることができる。
In the manufacturing method of the present invention, at least one of the nitride single crystal and the tool is pressed to form a through hole in the nitride single crystal. Among them, a method of fixing the nitride single crystal and pressing the tool is preferable.
Although there is no restriction | limiting in particular as the method of fixing the said nitride single crystal, For example, it can affix on arbitrary fixing plates, such as a carbon plate, using a wax.

前記工具を押圧するときの加圧力としては特に制限はないが、0.05kg/cm2以上であることが好ましく、0.1kg/cm2以上であることがより好ましく、0.2kg/cm2以上であることが特に好ましい。前記工具を押圧するときの加圧力は、0.8kg/cm2以下であることが好ましく、0.5kg/cm2以下であることがより好ましく、0.3kg/cm2以下であることが特に好ましい。
その他前記工具を押圧する方法としては、定圧制御であることが好ましい。
The pressure applied when pressing the tool is not particularly limited, but is preferably 0.05 kg / cm 2 or more, more preferably 0.1 kg / cm 2 or more, and 0.2 kg / cm 2. The above is particularly preferable. Pressure when pressing the tool, is preferably 0.8 kg / cm 2 or less, more preferably 0.5 kg / cm 2 or less, particularly not less 0.3 kg / cm 2 or less preferable.
As another method of pressing the tool, constant pressure control is preferable.

前記窒化物単結晶および前記工具のうち少なくとも一方を押圧して、前記窒化物単結晶に貫通孔を形成するときの時間は特に制限はなく、該窒化物単結晶の厚みによるが、例えば5秒以上であることが好ましく、6秒以上であることがより好ましく、8秒以上であることが特に好ましい。前記窒化物単結晶に貫通孔を形成するときの時間は60秒以下であることが好ましく、40秒以下であることがより好ましく、35秒以下であることが特に好ましい。
前記窒化物単結晶および前記工具のうち少なくとも一方を押圧して、前記窒化物単結晶に貫通孔を形成するときの加工速度は、1μm/sec以上であることが好ましく、5μm/sec以上であることがより好ましく、10μm/sec以上であることが特に好ましい。前記窒化物単結晶に貫通孔を形成するときの加工速度は、50μm/sec以下であることが好ましく、40μm/sec以下であることがより好ましく、35μm/sec以下であることが特に好ましい。
The time for pressing at least one of the nitride single crystal and the tool to form a through hole in the nitride single crystal is not particularly limited, and depends on the thickness of the nitride single crystal, for example, 5 seconds. Preferably, it is 6 seconds or more, and more preferably 8 seconds or more. The time for forming the through hole in the nitride single crystal is preferably 60 seconds or less, more preferably 40 seconds or less, and particularly preferably 35 seconds or less.
The processing speed when pressing at least one of the nitride single crystal and the tool to form a through hole in the nitride single crystal is preferably 1 μm / sec or more, and preferably 5 μm / sec or more. It is more preferable that it is 10 μm / sec or more. The processing speed when forming a through hole in the nitride single crystal is preferably 50 μm / sec or less, more preferably 40 μm / sec or less, and particularly preferably 35 μm / sec or less.

(貫通孔)
本発明の製造方法では、窒化物単結晶に、少なくとも1つの貫通孔を形成する。1つの窒化物単結晶に形成する貫通孔の数は、1〜6であることが好ましく、1〜5であることがより好ましく、1〜4であることがさらに好ましい。本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶をアモノサーマル法での窒化物結晶成長における種結晶に用いる場合は、1つの窒化物単結晶に形成する貫通孔の数は1個であることが特に好ましく、化学平衡法などの液相法での窒化物結晶成長における種結晶に用いる場合は2個であることが回転防止の観点から特に好ましい。貫通孔を複数設けた窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として用いれば、結晶成長中の種結晶の回転、揺れを抑制し高品質な結晶を成長させることが可能である。また、複数設けた貫通孔のそれぞれにワイヤーやフックなどの位置決め手段を適用することにより、反応容器中で窒化物結晶が成長する場のより正確な位置決めを行うことが可能になり、反応温度の設定などが容易になるため好ましい。また、複数設けた貫通孔のそれぞれにワイヤーやフックなどを通して固定することにより、主面の傾きを鉛直方向に対して平行から垂直まで任意の傾きに固定することが可能となり、これにより結晶の成長速度や品質を制御することが可能となる。一方、貫通孔を1つにすれば一段と簡便に本発明の製造方法を実施することができるうえ、貫通孔を除く領域を広く確保することができるため、その上に窒化物結晶をより多く育成して利用することが可能になる。1つの窒化物単結晶に2つ以上の貫通孔を形成する場合、各貫通孔のサイズはそれぞれ異なっていても同一であってもよい。
(Through hole)
In the manufacturing method of the present invention, at least one through hole is formed in the nitride single crystal. The number of through holes formed in one nitride single crystal is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 5, and still more preferably 1 to 4. When the nitride single crystal having through holes obtained by the manufacturing method of the present invention is used as a seed crystal in nitride crystal growth by the ammonothermal method, the number of through holes formed in one nitride single crystal is One is particularly preferable, and when using it as a seed crystal in the growth of a nitride crystal by a liquid phase method such as a chemical equilibrium method, two is particularly preferable from the viewpoint of preventing rotation. If a nitride single crystal provided with a plurality of through-holes is used as a seed crystal in the growth of nitride crystals, it is possible to grow a high quality crystal while suppressing the rotation and shaking of the seed crystal during crystal growth. In addition, by applying positioning means such as wires and hooks to each of the plurality of through holes provided, it becomes possible to perform more accurate positioning of the field where the nitride crystal grows in the reaction vessel, and the reaction temperature is reduced. This is preferable because setting and the like are easy. In addition, by fixing each of the multiple through-holes through wires or hooks, the inclination of the main surface can be fixed at an arbitrary inclination from parallel to vertical with respect to the vertical direction. Speed and quality can be controlled. On the other hand, if the number of through-holes is one, the manufacturing method of the present invention can be carried out more easily, and a wide area except for the through-holes can be secured, so that more nitride crystals are grown thereon. Can be used. When two or more through holes are formed in one nitride single crystal, the size of each through hole may be different or the same.

窒化物単結晶に形成される貫通孔は、窒化物単結晶の1つの表面を起点として、別の表面を終点とする孔である。貫通孔は必ずしも直線状である必要はないが、形成しやすさの点から一定の径を持った直線状の孔であることが好ましい。また、貫通孔は主面上に形成されていても、主面以外の面上に形成されていてもよいが、好ましいのは主面上に形成されている場合である。貫通孔は、主面に対して垂直な方向に伸長していることが好ましい。図1に、本発明において窒化物結晶成長における種結晶として用いることができる典型的な貫通孔を有する窒化物単結晶101の具体例を示す。貫通孔102は、主面103に対して垂直な方向に直線状に伸長している。   The through-hole formed in the nitride single crystal is a hole starting from one surface of the nitride single crystal and ending with another surface. The through hole is not necessarily linear, but is preferably a linear hole having a certain diameter from the viewpoint of ease of formation. Moreover, although the through-hole may be formed on the main surface or may be formed on a surface other than the main surface, the case where it is formed on the main surface is preferable. The through hole preferably extends in a direction perpendicular to the main surface. FIG. 1 shows a specific example of a nitride single crystal 101 having a typical through hole that can be used as a seed crystal in nitride crystal growth in the present invention. The through hole 102 extends linearly in a direction perpendicular to the main surface 103.

図4および図5に、本発明の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法で形成された、貫通孔102の詳細を示す。図4は、工具と最初に接触する側(以下、工具側と称する場合がある)の貫通孔を有する窒化物単結晶の表面方向から見た、貫通孔を有する窒化物単結晶の表面の概略図である。貫通孔102の周りには、面だれ115部分が形成されていてもよい。また、貫通孔102には、加工変質層116が形成されていてもよい。加工変質層の深さd116は150μm以下であることが好ましく、130μm以下であることがより好ましい。
図5は、図4における貫通孔102を有する窒化物単結晶101のa−a’断面の概略図である。
4 and 5 show details of the through hole 102 formed by the method for producing a nitride single crystal having a through hole according to the present invention. FIG. 4 is a schematic view of the surface of a nitride single crystal having a through-hole, as viewed from the surface direction of the nitride single crystal having a through-hole on the side that first comes into contact with the tool (hereinafter sometimes referred to as a tool side). FIG. Around the through hole 102, a fringe 115 portion may be formed. Further, a work-affected layer 116 may be formed in the through hole 102. Preferably the depth d 116 of the damaged layer is 150μm or less, and more preferably less 130 .mu.m.
FIG. 5 is a schematic diagram of the aa ′ cross section of the nitride single crystal 101 having the through hole 102 in FIG. 4.

本発明の製造方法で形成される前記貫通孔は、厚み方向の70%以上が200〜600μmの範囲内の径を有する。厚み方向の70%以上が200μm以上の径を有することが好ましく、厚み方向の70%以上が250μm以上の径を有することがより好ましい。また、厚み方向の70%以上が300μm以下の径を有することが好ましく、厚み方向の70%以上が500μm以下の径を有することがより好ましく、厚み方向の70%以上が420μm以下の径を有することが特に好ましい。
このとき、本発明の製造方法で形成される前記貫通孔の200〜600μmの範囲内の径を有する部分は、図5における貫通孔を有する窒化物単結晶内部における貫通孔の平均径w102bと等しいことが好ましい。また、貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側とは反対側の表面の面内における貫通孔の幅は、結晶内部における貫通孔の平均径w102bと等しいことが好ましい。
貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面(工具と最初に接触する窒化物単結晶の表面と同義;但し、本発明では工具と窒化物単結晶の間に遊離砥粒を介在させて貫通孔を形成するため、工具と窒化物単結晶が接触しなくてもよく、工具が最初に近づく側の窒化物単結晶の表面と同義である。)の面内における貫通孔の平均径w102aは200μm以上であることが好ましく、300μm以上であることがより好ましく、350μm以上であることあることが特に好ましい。窒化物単結晶の前記工具側の表面の面内における貫通孔の平均径w102aは600μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、420μm以下であることあることが特に好ましい。
ここで、本発明の製造方法で得られる貫通孔を有する窒化物単結晶は、貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面に、微細な面だれが形成されることがある。そのため、貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面の面内における貫通孔の平均径w102aは、面だれが生じた場合には面だれの幅w115を含む長さを表す。
貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側表面における貫通孔の最小径は200μm以上であり、300μm以上であることが好ましく、400μm以上であることがさらに好ましい。
貫通孔の最大径は600μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることがさらに好ましい。貫通孔の最大径が600μm以下であれば、本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶をアモノ法などでの窒化物結晶成長における種結晶として用いてその上に窒化物結晶を結晶成長させたときに、結晶成長過程で貫通孔が埋まり、高品質な窒化物結晶を成長させることができる。
As for the said through-hole formed with the manufacturing method of this invention, 70% or more of the thickness direction has a diameter in the range of 200-600 micrometers. 70% or more in the thickness direction preferably has a diameter of 200 μm or more, and more preferably 70% or more in the thickness direction has a diameter of 250 μm or more. Further, 70% or more in the thickness direction preferably has a diameter of 300 μm or less, more preferably 70% or more in the thickness direction has a diameter of 500 μm or less, and 70% or more in the thickness direction has a diameter of 420 μm or less. It is particularly preferred.
At this time, a portion having a diameter in the range of 200 to 600 μm of the through hole formed by the manufacturing method of the present invention is the average diameter w 102b of the through hole inside the nitride single crystal having the through hole in FIG. Preferably equal. In addition, the width of the through hole in the surface of the nitride single crystal having the through hole on the side opposite to the tool side is preferably equal to the average diameter w 102b of the through hole in the crystal.
The surface of the nitride single crystal having a through hole on the surface of the tool (synonymous with the surface of the nitride single crystal that first comes into contact with the tool; however, in the present invention, free abrasive grains are interposed between the tool and the nitride single crystal. In order to form a through-hole, the tool and the nitride single crystal do not need to be in contact with each other, which is synonymous with the surface of the nitride single crystal on the first approaching side of the tool. w 102a is preferably 200 μm or more, more preferably 300 μm or more, and particularly preferably 350 μm or more. Preferably has an average diameter w 102a of the through hole in the plane of the tool-side surface of the nitride single crystal is 600μm or less, more preferably 500μm or less, and particularly preferably in at most 420 [mu] m.
Here, in the nitride single crystal having a through-hole obtained by the manufacturing method of the present invention, a fine surface sag may be formed on the tool-side surface of the nitride single crystal having a through-hole. Therefore, the average diameter w 102a of the through hole in the plane of the surface of the tool side of the nitride single crystal having a through hole, when the surface sag occurs represents the length including the surface whose width w 115.
The minimum diameter of the through-hole on the tool side surface of the nitride single crystal having a through-hole is 200 μm or more, preferably 300 μm or more, and more preferably 400 μm or more.
The maximum diameter of the through hole is preferably 600 μm or less, more preferably 500 μm or less, and further preferably 400 μm or less. If the maximum diameter of the through-hole is 600 μm or less, the nitride single crystal having the through-hole obtained by the production method of the present invention is used as a seed crystal in nitride crystal growth by an ammono method or the like, and the nitride is formed thereon When the crystal is grown, the through hole is filled in the crystal growth process, and a high-quality nitride crystal can be grown.

本発明の製造方法では、前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面における面だれ115の幅w115が100μm以内となるように制御することが好ましく、50μm以内となるように制御することがより好ましく、10μm以内となるように制御することが特に好ましい。
一方、本発明の製造方法では、前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面における面だれ115の深さd115は100μm以内となるように制御することが好ましく、50μm以内となるように制御することがより好ましく、10μm以内となるように制御することが特に好ましい。
前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面における面だれ115の幅および深さを制御する方法は、砥粒径,加工時間,周波数,工具長さの調整などが挙げられるが、制御方法はそのような態様に限定されるものではない。
In the manufacturing method of the present invention, it is preferable to control the width w 115 of the runner 115 on the tool-side surface of the nitride single crystal having the through-hole to be within 100 μm, and control to be within 50 μm. It is more preferable to control the distance to be within 10 μm.
On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, it is preferable to control the depth d 115 of the flank 115 on the surface on the tool side of the nitride single crystal having the through holes to be within 100 μm, and within 50 μm. It is more preferable to control so that it is within 10 μm.
Examples of the method for controlling the width and depth of the face 115 on the surface of the tool side of the nitride single crystal having the through holes include adjustment of the abrasive grain size, processing time, frequency, and tool length. The control method is not limited to such a mode.

一方、貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側とは反対側の表面の面内における貫通孔は、面だれ115がほとんど無いことが好ましい。すなわち、貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側とは反対側の表面の面内における貫通孔の幅の平均値w102bは、貫通孔の側面間の距離と等しいことが好ましい。 On the other hand, it is preferable that the through-holes in the surface of the nitride single crystal having the through-holes on the surface opposite to the tool side have almost no surface runoff 115. That is, it is preferable that the average value w 102b of the width of the through hole in the surface of the nitride single crystal having the through hole on the side opposite to the tool side is equal to the distance between the side surfaces of the through holes.

本発明の製造方法では、前記工具側の表面の面内における貫通孔の最小径の長さの最大径の長さに対する比(最小径/最大径)(縦横比とも言う)が0.5〜1となるように制御することが好ましく、0.6〜1となるように制御することがより好ましく、0.7〜1となるように制御することが特に好ましい。前記工具側の表面の面内における貫通孔の最小径の長さの最大径の長さに対する比(最小径/最大径)を制御する方法は、砥粒径,工具長さの調整などが挙げられるが、制御方法はそのような態様に限定されるものではない。
また、本発明の製造方法では、前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側とは反対側の表面の面内における貫通孔の面積の、前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面の面内における貫通孔の面積に対する比(工具と反対側の表面における貫通孔の面積/工具側の表面における貫通孔の面積)が、0.5〜1となるように制御することが好ましく、0.6〜1となるように制御することがより好ましく、0.7〜1となるように制御することが特に好ましい。前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側とは反対側の表面の面内における貫通孔の面積の、前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面の面内における貫通孔の面積に対する比を制御する方法は、砥粒径,加工時間の調整などが挙げられるが、制御方法はそのような態様に限定されるものではない。
In the manufacturing method of the present invention, the ratio of the minimum diameter length of the through hole in the surface of the tool side to the maximum diameter (minimum diameter / maximum diameter) (also referred to as aspect ratio) is 0.5 to 0.5. It is preferably controlled to be 1, more preferably controlled to be 0.6 to 1, and particularly preferably controlled to be 0.7 to 1. The method for controlling the ratio of the minimum diameter length to the maximum diameter length (minimum diameter / maximum diameter) of the through hole in the surface on the tool side includes adjustment of the abrasive grain size and the tool length. However, the control method is not limited to such a mode.
Further, in the manufacturing method of the present invention, the nitride single crystal tool having a through hole in the area of the through hole in the surface of the nitride single crystal having the through hole opposite to the tool side is provided. The ratio to the area of the through hole in the surface of the side surface (the area of the through hole on the surface opposite to the tool / the area of the through hole on the surface on the tool side) is controlled to be 0.5 to 1. It is more preferable, and it is more preferable to control so that it may become 0.6-1, and it is especially preferable to control so that it may become 0.7-1. A through-hole in the surface of the surface of the nitride single crystal having the through-hole in the area of the surface of the nitride single crystal having the through-hole on the surface opposite to the tool side. Examples of the method for controlling the ratio to the area include adjustment of the abrasive grain size and processing time, but the control method is not limited to such an embodiment.

なお、貫通孔の深さd102は、前記貫通孔を有する窒化物単結晶101の、該貫通孔が形成された位置における厚みと同義である。 The depth d 102 of the through hole is synonymous with the thickness of the nitride single crystal 101 having the through hole at the position where the through hole is formed.

貫通孔を有する窒化物単結晶の表面面内において貫通孔を形成する位置は、貫通孔を有する窒化物単結晶の周縁に近すぎないことが好ましい。貫通孔を有する窒化物単結晶の周縁から、貫通孔の最も窒化物単結晶周縁に近い孔端までの距離は、500μm超であることが好ましく、800μm超であることがより好ましく、1000μm超であることがさらに好ましい。貫通孔を有する窒化物単結晶の周縁から内側へ500μm以内の領域に貫通孔が存在しないように窒化物結晶成長における種結晶を製造すれば、窒化物結晶を育成するために昇温した際に貫通孔と周縁までの間の領域が溶融して貫通孔が周縁の一部となってしまうのを防ぎやすくなる。こうすることによって、例えば貫通孔にワイヤーを通して窒化物結晶成長における種結晶として貫通孔を有する窒化物単結晶を反応容器内に設置したときに、該種結晶がワイヤーから外れて脱落する事態をより防ぎやすくなる。一方、貫通孔の位置は、貫通孔を有する窒化物単結晶の周縁部から遠すぎないことも好ましい。貫通孔近傍に成長する窒化物結晶は他の主面上に成長する窒化物結晶に比べて品質が劣ることが多いため、種結晶として用いられる貫通孔を有する窒化物単結晶の貫通孔が形成されていない主面領域をできるだけ広くしておいて、その上に良質な窒化物結晶を育成することが好ましい。このような観点から、貫通孔を有する窒化物単結晶の周縁から、貫通孔の最も窒化物単結晶周縁に遠い孔端までの距離は、10000μm以下であることが好ましく、5000μm以下であることがより好ましく、2000μm以下であることがさらに好ましい。
図4および図5では、貫通孔を有する窒化物単結晶の周縁111から貫通孔の最も窒化物単結晶周縁に近い孔端までの距離は、w111で表される長さである。
The position where the through hole is formed in the surface of the nitride single crystal having the through hole is preferably not too close to the periphery of the nitride single crystal having the through hole. The distance from the periphery of the nitride single crystal having a through hole to the hole end closest to the periphery of the nitride single crystal of the through hole is preferably more than 500 μm, more preferably more than 800 μm, more than 1000 μm. More preferably it is. If the seed crystal in the nitride crystal growth is manufactured so that the through-hole does not exist in a region within 500 μm inward from the periphery of the nitride single crystal having the through-hole, when the temperature is raised to grow the nitride crystal, It becomes easy to prevent the region between the through hole and the periphery from melting and the through hole from becoming a part of the periphery. By doing so, for example, when a nitride single crystal having a through-hole as a seed crystal in nitride crystal growth is placed in the reaction vessel through a wire through the through-hole, the situation where the seed crystal is detached from the wire and dropped off is further reduced. It becomes easy to prevent. On the other hand, the position of the through hole is preferably not too far from the peripheral edge of the nitride single crystal having the through hole. Nitride crystals that grow near the through-holes are often inferior in quality compared to nitride crystals that grow on other major surfaces, so that a single-crystal nitride through-hole with a through-hole used as a seed crystal is formed It is preferable to make a main surface region that is not made as wide as possible and to grow a high-quality nitride crystal thereon. From such a viewpoint, the distance from the periphery of the nitride single crystal having the through hole to the hole end farthest from the nitride single crystal periphery of the through hole is preferably 10000 μm or less, and preferably 5000 μm or less. More preferably, it is more preferably 2000 μm or less.
4 and 5, the distance from the peripheral edge 111 of the nitride single crystal having a through hole to the hole end closest to the peripheral edge of the nitride single crystal of the through hole is a length represented by w 111 .

貫通孔を有する窒化物単結晶の周縁から内側へ500〜10000μmの領域だけに貫通孔が存在するように窒化物結晶成長における種結晶を製造することが、昇温時に種結晶の脱落を防ぎやすくなるうえ、より大きくて良質な窒化物結晶を育成しやすくなるため好ましい。例えば、種結晶として円柱状の貫通孔を有する窒化物単結晶を用いる場合、図2に示すように周縁111から内側へ500μmまでの周縁近傍領域112と、周縁111から内側へ10000μm超の中央領域114には貫通孔を形成せず、中間領域113にのみ貫通孔を形成すれば、昇温中に周縁近傍領域112の周縁付近が溶融したとしても貫通孔は維持され、なおかつ中央領域114を含む広い領域に良質な窒化物結晶を育成することができる。   Producing a seed crystal in the growth of a nitride crystal so that the through-hole exists only in the region of 500 to 10000 μm inward from the periphery of the nitride single crystal having a through-hole can easily prevent the seed crystal from dropping off at the time of temperature rise. Moreover, it is preferable because it is easy to grow a larger and better nitride crystal. For example, when a nitride single crystal having a cylindrical through hole is used as a seed crystal, as shown in FIG. 2, a peripheral vicinity region 112 from the peripheral edge 111 to the inner side of 500 μm and a central region from the peripheral edge 111 to the inner side of more than 10,000 μm If a through-hole is formed only in the intermediate region 113 without forming a through-hole in 114, the through-hole is maintained even if the vicinity of the periphery of the peripheral vicinity region 112 is melted during the temperature rise, and the central region 114 is included. Good quality nitride crystals can be grown in a wide area.

前記貫通孔を有する窒化物単結晶の主面の面内における前記貫通孔の形状は、特に制限はなく、貫通孔を有する窒化物単結晶にワイヤーを通して吊るすことができれば円形であっても、六角形であっても、その他の様々な形であってもよい。前記貫通孔を有する窒化物単結晶の主面の面内における前記貫通孔の形状は、前記工具の前記貫通孔を有する窒化物単結晶側の表面への投影像を変更することで、これらの形状に加工することが可能となる。また、得られた貫通孔を有する窒化物単結晶の結晶方位がわかるようにすることも可能である。   The shape of the through hole in the plane of the main surface of the nitride single crystal having the through hole is not particularly limited. If the nitride single crystal having the through hole can be suspended through a wire, It may be a square or various other shapes. The shape of the through-hole in the plane of the main surface of the nitride single crystal having the through-hole can be changed by changing the projected image of the tool on the surface of the nitride single crystal having the through-hole. It can be processed into a shape. It is also possible to make the crystal orientation of the obtained nitride single crystal having through-holes clear.

(はく離領域)
本発明の製造方法では、前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側とは反対の表面において、貫通孔から500μm以内の幅のはく離領域が形成される(すなわち、はく離領域の幅がその領域となる)ように制御することが好ましく、400μm以内の幅のはく離領域が形成されることがより好ましく、300μm以内の幅のはく離領域が形成されることが特に好ましい。前記はく離領域は、図6のように前記工具側とは反対の側の前記貫通孔を有する窒化物単結晶に、工具の進行方向と交差する方向へ走り、貫通孔の周囲に主面から傾いた面として存在する面状のクラックである。具体的には、貫通孔の横断面を100倍にて顕微鏡観察することにより、はく離領域にはスジ状の線が観察される。
図6では、はく離領域117の幅は、w117で表され、貫通孔の側壁からクラックの終点までの長さである。
また、はく離領域117が前記貫通孔の周りにドーナツ状に形成される場合、その外周の径は1500μm以内であることが好ましく、1300μm以内であることがより好ましく、1100μm以内であることが特に好ましい。
一方、前記はく離領域117の高さ(深さ、または厚みと同義である)d117は特に制限はないが、例えば前記貫通孔を有する窒化物単結晶の前記工具側の表面から300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましく、150μm以下であることがさらに好ましい。
前記はく離領域の幅および高さを制御する方法は、面方位,切込速度,出力,砥粒径の調整などが挙げられるが、制御方法はそのような態様に限定されるものではない。はく離領域117の発生メカニズムとしては、いかなる理論に拘泥するものでもないが、貫通孔を形成する過程で孔部分が薄膜化した時、工具の切込速度が工具の除去能力を上回ると薄膜化した加工物(窒化物単結晶)に圧力が加わることで発生すると考えられる。
(Peeling area)
In the manufacturing method of the present invention, a separation region having a width within 500 μm from the through hole is formed on the surface of the nitride single crystal having the through hole opposite to the tool side (that is, the width of the separation region is It is preferable to form a separation region having a width of 400 μm or less, and it is particularly preferable to form a separation region having a width of 300 μm or less. As shown in FIG. 6, the peeling region runs on the nitride single crystal having the through hole on the side opposite to the tool side in a direction crossing the traveling direction of the tool, and is inclined from the main surface around the through hole. It is a planar crack that exists as a rough surface. Specifically, by observing the cross section of the through hole with a microscope at a magnification of 100, a streak-like line is observed in the peeled area.
In FIG. 6, the width of the peeling region 117 is represented by w 117 and is the length from the side wall of the through hole to the end point of the crack.
Further, when the peeling region 117 is formed in a donut shape around the through hole, the outer diameter thereof is preferably within 1500 μm, more preferably within 1300 μm, and particularly preferably within 1100 μm. .
On the other hand, the height (synonymous with depth or thickness) d 117 of the peeling region 117 is not particularly limited, and is, for example, 300 μm or less from the surface on the tool side of the nitride single crystal having the through hole. Is preferably 200 μm or less, and more preferably 150 μm or less.
Examples of the method for controlling the width and height of the separation region include adjustment of surface orientation, cutting speed, output, and abrasive grain size, but the control method is not limited to such a mode. The generation mechanism of the peeling region 117 is not limited to any theory, but when the hole portion is thinned in the process of forming the through hole, the thinning is performed when the cutting speed of the tool exceeds the removal capability of the tool. It is considered that this occurs when pressure is applied to the workpiece (nitride single crystal).

(貫通孔形成後の処理)
貫通孔形成後は、貫通孔形成箇所およびその近傍を含む領域について表面処理を行うことが好ましい。表面処理法としては、例えばケミカルエッチング、研磨、バフ研磨等を挙げることができ、ケミカルエッチングを採用することがコストや簡便性の点で好ましい。ケミカルエッチングの具体例として飽和KOH溶液などの強アルカリ溶液を用いて100℃程度でエッチングする方法を好ましい方法として例示することができる。このように、貫通孔形成後に表面処理を行うことによって、貫通孔の形成により生じた加工変質層を除去することができ、その上に育成される窒化物結晶の品質を良化することができる。
(Treatment after through-hole formation)
After the through hole is formed, it is preferable to perform a surface treatment on a region including the through hole forming portion and its vicinity. Examples of the surface treatment method include chemical etching, polishing, buffing, and the like. Adopting chemical etching is preferable in terms of cost and simplicity. As a specific example of chemical etching, a method of etching at about 100 ° C. using a strong alkali solution such as a saturated KOH solution can be exemplified as a preferable method. Thus, by performing the surface treatment after forming the through hole, the work-affected layer generated by the formation of the through hole can be removed, and the quality of the nitride crystal grown thereon can be improved. .

[本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を用いた結晶成長]
(位置決め)
本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶は、反応容器内に設置して、その上に窒化物結晶を成長させることが好ましい。このとき、貫通孔を有する窒化物単結晶は、位置決め手段を用いて反応容器内で位置決めしておくことが好ましい。位置決め手段としては、ワイヤー、フック、あるいはこれらの組み合わせなどを用いることが可能であるが、ワイヤーを用いることが好ましい。ワイヤーを用いる場合、ワイヤーを貫通孔を有する窒化物単結晶の貫通孔に挿通し、反応容器に固定されている治具や反応容器側面にワイヤーを保持することにより貫通孔を有する窒化物単結晶を位置決めすることができる。ここでいう位置決めとは、窒化物結晶成長における種結晶として用いられる貫通孔を有する窒化物単結晶が動かないように固定する場合と、貫通孔を有する窒化物単結晶がある限られた領域内を移動しうるようにする場合の両方を含むものである。例えば、貫通孔を有する窒化物単結晶に2つ以上の貫通孔を設けておき、各貫通孔にワイヤーを挿通してワイヤーの端を反応容器内に設置されている治具や反応容器側壁に固定することにより、貫通孔を有する窒化物単結晶が動かないように固定することができる。また、貫通孔を有する窒化物単結晶に設けられた1つの貫通孔にワイヤーを挿通し、ワイヤーの端を反応容器内に設置されている治具(例えばシードラックなど)に結びつけることにより、治具から貫通孔を有する窒化物単結晶が吊り下げられた状態にして一定の領域内を貫通孔を有する窒化物単結晶が移動できるようにしてもよい。後者のように、一定の領域内を貫通孔を有する窒化物単結晶が移動できるように位置決めしておくことが、貫通孔を有する窒化物単結晶上により均一な窒化物結晶を育成しうる点で好ましい。また、1本のワイヤーに複数の貫通孔を有する窒化物単結晶を挿通してもよい。
[Crystal growth using a nitride single crystal having a through-hole obtained by the production method of the present invention]
(Positioning)
The nitride single crystal having a through-hole obtained by the production method of the present invention is preferably placed in a reaction vessel and a nitride crystal is preferably grown thereon. At this time, the nitride single crystal having a through hole is preferably positioned in the reaction vessel using positioning means. As the positioning means, a wire, a hook, or a combination thereof can be used, but a wire is preferably used. When using a wire, the nitride single crystal having a through hole is formed by inserting the wire into a through hole of the nitride single crystal having a through hole and holding the wire on a jig fixed to the reaction vessel or the side surface of the reaction vessel. Can be positioned. Positioning here refers to the case where a nitride single crystal having a through-hole used as a seed crystal in nitride crystal growth is fixed so as not to move, and the case where a nitride single crystal having a through-hole is in a limited region. It includes both of cases where it is possible to move. For example, two or more through holes are provided in a nitride single crystal having a through hole, a wire is inserted into each through hole, and the end of the wire is attached to a jig or reaction vessel side wall installed in the reaction vessel. By fixing, the nitride single crystal having the through hole can be fixed so as not to move. Further, by inserting a wire into one through-hole provided in the nitride single crystal having a through-hole, and connecting the end of the wire to a jig (for example, a seed rack) installed in the reaction vessel, the treatment can be performed. The nitride single crystal having through holes may be suspended from the tool so that the nitride single crystal having through holes can move within a certain region. Positioning the nitride single crystal having a through-hole within a certain region so that the nitride single crystal can move as in the latter can grow a more uniform nitride crystal on the nitride single crystal having a through-hole. Is preferable. Moreover, you may penetrate the nitride single crystal which has several through-holes in one wire.

ワイヤーを用いる場合、ワイヤーの直径は、100μm以上であることが好ましく、150μm以上であることがより好ましく、200μm以上であることがさらに好ましい。また、ワイヤーの直径は1900μm以下であることが好ましく、1500μm以下であることがより好ましく、1000μm以下であることがさらに好ましい。ワイヤーの直径は、貫通孔を有する窒化物単結晶の貫通孔の直径よりも小さくなければならず、その直径の差は10μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましく、100μm以上であることがさらに好ましく、また、1900μm以下であることが好ましく、1500μm以下であることがより好ましく、1000μm以下であることがさらに好ましい。   When using a wire, the diameter of the wire is preferably 100 μm or more, more preferably 150 μm or more, and even more preferably 200 μm or more. Moreover, it is preferable that the diameter of a wire is 1900 micrometers or less, It is more preferable that it is 1500 micrometers or less, It is further more preferable that it is 1000 micrometers or less. The diameter of the wire must be smaller than the diameter of the through hole of the nitride single crystal having the through hole, and the difference in diameter is preferably 10 μm or more, more preferably 50 μm or more, and 100 μm or more. More preferably, it is 1900 μm or less, more preferably 1500 μm or less, and even more preferably 1000 μm or less.

前記ワイヤーの強度は10kg/mm2以上であることが好ましく、15kg/mm2以上であることがより好ましく、20kg/mm2以上であることがさらに好ましい。また、上限値については例えば400kg/mm2以下にすることができる。ワイヤーは耐食性の材料で構成されていることが好ましく、例えばPt、Pt合金、W、W合金、Ta、Ta合金、Ti、Ti合金、Nb、Nb合金、Ni、Ni合金、Ag、Ag合金、Au、Au合金製のワイヤーを好ましく採用することができる。 The strength of the wire is preferably 10 kg / mm 2 or more, more preferably 15 kg / mm 2 or more, and further preferably 20 kg / mm 2 or more. Further, the upper limit value can be 400 kg / mm 2 or less, for example. The wire is preferably made of a corrosion-resistant material, such as Pt, Pt alloy, W, W alloy, Ta, Ta alloy, Ti, Ti alloy, Nb, Nb alloy, Ni, Ni alloy, Ag, Ag alloy, A wire made of Au or an Au alloy can be preferably used.

本発明の製造方法にしたがって得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として用いれば、上記のように種結晶をより簡便な方法で効率良く位置決めすることができる。従来技術のようにシードラックやホルダー内に種結晶を固定すると、種結晶に応力がかかるため、種結晶に歪みや割れが発生することがあったが、本発明にしたがって得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を種結晶として用いれば、そのような問題を解消させることができる。特にシードホルダーの場合は種結晶との接触面積が大きく、結晶成長過程でシードラックが結晶内部に取り込まれると、シードラックと成長した窒化物結晶との熱膨張差により、成長した窒化物結晶が破損することがあった。太すぎるワイヤーを用いた場合も同様に破損の可能性があるが、2.0mm以下のワイヤーを用いれば破損の確率を大幅に低減させ良質な結晶を成長させることができる。また、固定具に種結晶を固定すると、固定具に接している種結晶の面からは窒化物結晶を成長させることができないが、貫通孔を有する窒化物単結晶を吊すなどの位置決めを行えば、窒化物結晶成長における種結晶の全面を有効に活用することができ、歩留まりを向上させることができる。さらに、本発明にしたがって得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を種結晶として用いれば、大型の結晶であっても窒化物結晶成長における種結晶として用いることができ、比較的大きな貫通孔を形成して太いワイヤーを用いることもできる。また、貫通孔以外の領域を広くしておくことにより、種結晶上に高品質な窒化物結晶を育成できるようにすることもできる。   If a nitride single crystal having a through hole obtained according to the production method of the present invention is used as a seed crystal in nitride crystal growth, the seed crystal can be efficiently positioned by a simpler method as described above. When a seed crystal is fixed in a seed rack or holder as in the prior art, stress is applied to the seed crystal, which may cause distortion or cracking in the seed crystal. Such a problem can be solved by using a nitride single crystal as a seed crystal. In particular, in the case of a seed holder, the contact area with the seed crystal is large, and when the seed rack is taken into the crystal during the crystal growth process, the grown nitride crystal is caused by the difference in thermal expansion between the seed rack and the grown nitride crystal. It was sometimes damaged. Even if a wire that is too thick is used, there is a possibility of breakage, but if a wire of 2.0 mm or less is used, the probability of breakage can be greatly reduced and a good quality crystal can be grown. Also, if the seed crystal is fixed to the fixture, the nitride crystal cannot be grown from the surface of the seed crystal in contact with the fixture, but if positioning such as suspending the nitride single crystal having a through hole is performed. In addition, the entire surface of the seed crystal in the nitride crystal growth can be used effectively, and the yield can be improved. Furthermore, if a nitride single crystal having a through-hole obtained according to the present invention is used as a seed crystal, even a large crystal can be used as a seed crystal in the growth of nitride crystals. A thick wire can also be used. In addition, by widening the region other than the through holes, it is possible to grow a high-quality nitride crystal on the seed crystal.

(結晶成長)
反応容器内に設置した貫通孔を有する窒化物単結晶上には、ソルボサーマル法や液相法により窒化物結晶を育成することが好ましい。このとき、貫通孔を有する窒化物単結晶の主面を含む表面上に窒化物結晶を育成することが好ましい。窒化物結晶は、貫通孔を有する窒化物単結晶の貫通孔を覆うように育成することが可能であり、また、貫通孔に挿通しているワイヤー等も覆うように育成することが可能である。貫通孔の径、ワイヤーの径が上記の好ましい範囲内であれば、貫通孔およびワイヤー部を覆うように成長した部分からクラックなどの破損が進展することなく良質な結晶を成長させることが出来る。貫通孔を有する窒化物単結晶上への窒化物結晶の育成は、育成される窒化物結晶の重量が例えば10g以上、好ましくは30g以上、さらに好ましくは50g以上になるまで行うことが可能である。上限については、貫通孔を有する窒化物単結晶を吊り下げているワイヤーの耐加重や最終的に使用したい窒化物結晶のサイズなどに応じて決定することができる。ワイヤーに吊り下げられている貫通孔を有する窒化物単結晶上への窒化物結晶の成長は、成長後の窒化物結晶全体の重量がワイヤーの耐加重の1/4を超えない範囲で行うことが好ましく、1/6を超えない範囲で行うことがより好ましく、1/10を超えない範囲で行うことがさらに好ましい。
(Crystal growth)
It is preferable to grow a nitride crystal by a solvothermal method or a liquid phase method on the nitride single crystal having a through-hole installed in the reaction vessel. At this time, it is preferable to grow a nitride crystal on the surface including the main surface of the nitride single crystal having a through hole. A nitride crystal can be grown so as to cover a through-hole of a nitride single crystal having a through-hole, and can be grown so as to cover a wire or the like inserted through the through-hole. . If the diameter of the through hole and the diameter of the wire are within the above preferable ranges, a good quality crystal can be grown without progressing breakage such as cracks from the portion grown so as to cover the through hole and the wire portion. The growth of the nitride crystal on the nitride single crystal having the through hole can be performed until the weight of the nitride crystal to be grown becomes, for example, 10 g or more, preferably 30 g or more, and more preferably 50 g or more. . The upper limit can be determined according to the load resistance of the wire hanging the nitride single crystal having a through hole, the size of the nitride crystal to be finally used, and the like. Growth of nitride crystals on nitride single crystals having through-holes suspended from the wire should be performed in such a range that the weight of the entire nitride crystal after growth does not exceed 1/4 of the load resistance of the wire. Is preferable, it is more preferably performed within a range not exceeding 1/6, and further preferably performed within a range not exceeding 1/10.

結晶成長の方法については特に限定されないが、アモノサーマル法、水熱合成法などのソルボサーマル法や化学平衡法、温度差法、Naフラックス法などの液相法を挙げることができる。本発明では、特にアモノサーマル法を用いることが好ましい。「アモノサーマル法」は、超臨界状態及び/又は亜臨界状態にあるアンモニア溶媒などの窒素を含有する溶媒を用いて、原材料の溶解−析出反応を利用して所望の材料を製造する方法である。アモノサーマル法を結晶成長へ適用するときは、溶媒への原料溶解度の温度依存性を利用して温度差により過飽和状態を発生させて結晶を析出させる。たとえば溶媒としてアンモニアを用いる場合には、アモノサーマル法による結晶成長は、高温高圧の超臨界アンモニア環境下での反応であり、さらに、超臨界状態の純アンモニア中への窒化物(例えばIII族窒化物)の溶解度が極めて小さいため、溶解度を向上させ結晶成長を促進させるために鉱化剤が用いられる。種結晶として貫通孔を有する窒化物単結晶、窒素を含有する溶媒、原料、ならびに鉱化剤を入れた反応容器内の温度及び圧力を、前記溶媒が超臨界状態及び/又は亜臨界状態となるように制御して前記貫通孔を有する窒化物単結晶の表面に窒化物結晶を成長させる工程を含むことが好ましい。   The method of crystal growth is not particularly limited, and examples thereof include solvothermal methods such as ammonothermal method and hydrothermal synthesis method, liquid phase methods such as chemical equilibrium method, temperature difference method, and Na flux method. In the present invention, it is particularly preferable to use an ammonothermal method. “Amonothermal method” is a method for producing a desired material using a dissolution-precipitation reaction of raw materials using a solvent containing nitrogen such as an ammonia solvent in a supercritical state and / or a subcritical state. is there. When the ammonothermal method is applied to crystal growth, crystals are precipitated by generating a supersaturated state due to a temperature difference utilizing the temperature dependence of the solubility of the raw material in the solvent. For example, when ammonia is used as the solvent, crystal growth by the ammonothermal method is a reaction in a high-temperature and high-pressure supercritical ammonia environment, and nitrides into pure ammonia in a supercritical state (for example, group III) Since the solubility of (nitride) is extremely small, a mineralizer is used to improve the solubility and promote crystal growth. A single crystal nitride having a through-hole as a seed crystal, a nitrogen-containing solvent, a raw material, and a temperature and pressure in a reaction vessel containing a mineralizer are changed to a supercritical state and / or a subcritical state. It is preferable to include a step of growing a nitride crystal on the surface of the nitride single crystal having the through-holes under control.

以下において、アモノサーマル法を用いて窒化物結晶を製造する方法について詳しく説明するが、本発明の貫通孔を有する窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として用いる結晶育成工程はこれに限定されるものではない。   In the following, a method for producing a nitride crystal using the ammonothermal method will be described in detail, but the crystal growth process using the nitride single crystal having a through hole of the present invention as a seed crystal in nitride crystal growth is described here. It is not limited.

1)鉱化剤
一般にアモノサーマル法において用いられる鉱化剤を適宜選択して用いることができる。用いる鉱化剤は、塩基性鉱化剤であっても、酸性鉱化剤であってもよい。塩基性鉱化剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属と窒素原子を含む化合物で、アルカリ土類金属アミド、希土類アミド、窒化アルカリ金属、窒化アルカリ土類金属、アジド化合物、その他ヒドラジン類の塩が挙げられる。好ましくは、アルカリ金属アミドで、具体例としてはナトリウムアミド(NaNH2)、カリウムアミド(KNH2)、リチウムアミド(LiNH2)が挙げられる。また、酸性鉱化剤としては、ハロゲン原子を含む化合物で、ハロゲン化アンモニウム等が挙げられる、例えば塩化アンモニウム(NH4Cl)、ヨウ化アンモニウム(NH4I)、臭化アンモニウム(NH4Br)、フッ化アンモニウム(NH4F)である。本発明では、ハロゲン化アンモニウムを含む酸性鉱化剤を用いることが好ましい。前記ハロゲン化アンモニウムを鉱化剤として添加する代わりに、ハロゲン化水素ガスとして添加してもよい。ハロゲン化水素ガスは反応容器中でアンモニアと反応することによりハロゲン化アンモニウムを生成する。ここで用いる鉱化剤としては、上記のうち1種を単独で用いても、複数種を混合して用いてもよい。
1) Mineralizer A mineralizer generally used in the ammonothermal method can be appropriately selected and used. The mineralizer used may be a basic mineralizer or an acidic mineralizer. Basic mineralizers include alkali metals, alkaline earth metals, compounds containing rare earth metals and nitrogen atoms, alkaline earth metal amides, rare earth amides, alkali nitride metals, alkaline earth metal nitrides, azide compounds, and other hydrazines. Class of salts. Preferably, it is an alkali metal amide, and specific examples include sodium amide (NaNH 2 ), potassium amide (KNH 2 ), and lithium amide (LiNH 2 ). The acidic mineralizer is a compound containing a halogen atom, and examples thereof include ammonium halides. For example, ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium iodide (NH 4 I), ammonium bromide (NH 4 Br) , Ammonium fluoride (NH 4 F). In the present invention, it is preferable to use an acidic mineralizer containing ammonium halide. Instead of adding the ammonium halide as a mineralizer, it may be added as a hydrogen halide gas. The hydrogen halide gas reacts with ammonia in the reaction vessel to produce ammonium halide. As a mineralizer used here, 1 type may be used independently among the above, or multiple types may be mixed and used for it.

なお、前記結晶成長を行う際には、反応容器にハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化リン、ハロゲン化シリコン、ハロゲン化ゲルマニウム、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化ヒ素、ハロゲン化スズ、ハロゲン化アンチモン、ハロゲン化ビスマスなどを存在させておいてもよい。   When performing the crystal growth, aluminum halide, phosphorus halide, silicon halide, germanium halide, zinc halide, arsenic halide, tin halide, antimony halide, bismuth halide, etc. are used in a reaction vessel. May be present.

鉱化剤に含まれるハロゲン元素のアンモニアに対するモル濃度は0.1mol%以上とすることが好ましく、0.3mol%以上とすることがより好ましく、0.5mol%以上とすることがさらに好ましい。また、鉱化剤に含まれるハロゲン元素のアンモニアに対するモル濃度は30mol%以下とすることが好ましく、20mol%以下とすることがより好ましく、10mol%以下とすることがさらに好ましい。濃度が低すぎる場合、溶解度が低下し成長速度が低下する傾向がある。一方濃度が濃すぎる場合、溶解度が高くなりすぎて自発核発生が増加したり、過飽和度が大きくなりすぎたりするため制御が困難になるなどの傾向がある。   The molar concentration of the halogen element contained in the mineralizer with respect to ammonia is preferably 0.1 mol% or more, more preferably 0.3 mol% or more, and further preferably 0.5 mol% or more. The molar concentration of the halogen element contained in the mineralizer with respect to ammonia is preferably 30 mol% or less, more preferably 20 mol% or less, and even more preferably 10 mol% or less. If the concentration is too low, the solubility tends to decrease and the growth rate tends to decrease. On the other hand, when the concentration is too high, the solubility tends to be too high and the generation of spontaneous nuclei increases, or the degree of supersaturation becomes too high and control tends to be difficult.

2)溶媒
アモノサーマル法に用いられる溶媒としては、窒素を含有する溶媒を用いることができる。窒素を含有する溶媒としては、成長させる窒化物単結晶の安定性を損なうことのない溶媒が挙げられる。前記溶媒としては、例えば、アンモニア、ヒドラジン、尿素、アミン類(例えば、メチルアミンのような第1級アミン、ジメチルアミンのような第二級アミン、トリメチルアミンのような第三級アミン、エチレンジアミンのようなジアミン)、メラミン等を挙げることができる。これらの溶媒は単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。
2) Solvent As the solvent used in the ammonothermal method, a solvent containing nitrogen can be used. Examples of the solvent containing nitrogen include a solvent that does not impair the stability of the grown nitride single crystal. Examples of the solvent include ammonia, hydrazine, urea, amines (for example, primary amines such as methylamine, secondary amines such as dimethylamine, tertiary amines such as trimethylamine, and ethylenediamine. Diamine) and melamine. These solvents may be used alone or in combination.

溶媒に含まれる水や酸素の量はできるだけ少ないことが望ましく、これらの含有量は1000ppm以下であることが好ましく、10ppm以下であることがより好ましく、0.1ppm以下であることがさらに好ましい。アンモニアを溶媒として用いる場合、その純度は通常99.9%以上であり、好ましくは99.99%以上であり、さらに好ましくは99.999%以上であり、特に好ましくは99.9999%以上である。   The amount of water and oxygen contained in the solvent is desirably as small as possible, and the content thereof is preferably 1000 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and further preferably 0.1 ppm or less. When ammonia is used as a solvent, the purity is usually 99.9% or more, preferably 99.99% or more, more preferably 99.999% or more, and particularly preferably 99.9999% or more. .

3)原料
窒化物結晶成長における種結晶上に成長させようとしている窒化物結晶を構成する元素を含む原料を用いる。好ましくはIII族窒化物結晶の多結晶原料及び/又はIII族元素の金属であり、より好ましくは窒化ガリウム及び/又はガリウムである。多結晶原料は、完全な窒化物である必要はなく、条件によってはIII族元素がメタルの状態(ゼロ価)である金属成分を含有してもよく、例えば、結晶が窒化ガリウムである場合には、窒化ガリウムと金属ガリウムの混合物が挙げられる。
前記多結晶原料の製造方法は、特に制限されない。例えば、アンモニアガスを流通させた反応容器内で、金属又はその酸化物もしくは水酸化物をアンモニアと反応させることにより生成した窒化物多結晶を用いることができる。また、より反応性の高い金属化合物原料として、ハロゲン化物、アミド化合物、イミド化合物、ガラザンなどの共有結合性M−N結合を有する化合物などを用いることができる。さらに、Gaなどの金属を高温高圧で窒素と反応させて作製した窒化物多結晶を用いることもできる。
3) Raw material The raw material containing the element which comprises the nitride crystal which is going to grow on the seed crystal in nitride crystal growth is used. Preferred are polycrystal raw materials for group III nitride crystals and / or metals of group III elements, more preferably gallium nitride and / or gallium. The polycrystalline raw material need not be a complete nitride, and may contain a metal component in which the group III element is in a metal state (zero valence) depending on conditions. For example, when the crystal is gallium nitride Is a mixture of gallium nitride and metal gallium.
The method for producing the polycrystalline raw material is not particularly limited. For example, a nitride polycrystal produced by reacting a metal or an oxide or hydroxide thereof with ammonia in a reaction vessel in which ammonia gas is circulated can be used. In addition, as a metal compound raw material having higher reactivity, a compound having a covalent MN bond such as a halide, an amide compound, an imide compound, or galazan can be used. Furthermore, a nitride polycrystal produced by reacting a metal such as Ga with nitrogen at a high temperature and a high pressure can also be used.

原料として用いる多結晶原料に含まれる水や酸素の量は、少ないことが好ましい。多結晶原料中の酸素含有量は、通常10000ppm以下、好ましくは1000ppm以下、特に好ましくは1ppm以下である。多結晶原料への酸素の混入のしやすさは、水分との反応性又は吸収能と関係がある。多結晶原料の結晶性が悪いほど表面にNH基などの活性基が多く存在し、それが水と反応して一部酸化物や水酸化物が生成する可能性がある。このため、多結晶原料としては、通常、できるだけ結晶性が高い物を使用することが好ましい。結晶性は粉末X線回折の半値幅で見積もることができ、(100)の回折線(ヘキサゴナル型窒化ガリウムでは2θ=約32.5°)の半値幅が、通常0.25°以下、好ましくは0.20°以下、さらに好ましくは0.17°以下である。   The amount of water or oxygen contained in the polycrystalline raw material used as the raw material is preferably small. The oxygen content in the polycrystalline raw material is usually 10,000 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, particularly preferably 1 ppm or less. The ease of mixing oxygen into the polycrystalline raw material is related to the reactivity with water or the absorption capacity. The worse the crystallinity of the polycrystalline raw material, the more active groups such as NH groups exist on the surface, which may react with water and partially generate oxides or hydroxides. For this reason, it is usually preferable to use a polycrystalline material having as high crystallinity as possible. The crystallinity can be estimated by the half width of powder X-ray diffraction. The half width of the (100) diffraction line (2θ = about 32.5 ° for hexagonal gallium nitride) is usually 0.25 ° or less, preferably It is 0.20 ° or less, more preferably 0.17 ° or less.

4)反応容器
アモノサーマル法は、反応容器中で実施することができる。
前記反応容器は、窒化物結晶を成長させるときの高温高圧条件に耐え得るもの中から選択することができる。前記反応容器としては、特表2003−511326号公報(国際公開第01/024921号パンフレット)や特表2007−509507号公報(国際公開第2005/043638号パンフレット)に記載されるように反応容器の外から反応容器とその内容物にかける圧力を調整する機構を備えたものであってもよいし、そのような機構を有さないオートクレーブであってもよい。
4) Reaction vessel The ammonothermal method can be carried out in a reaction vessel.
The reaction vessel can be selected from those capable of withstanding high temperature and high pressure conditions when growing nitride crystals. Examples of the reaction vessel include those described in JP-T-2003-511326 (International Publication No. 01/024921 pamphlet) and JP-T-2007-509507 (International Publication No. 2005/043638 pamphlet). A mechanism that adjusts the pressure applied to the reaction vessel and its contents from the outside may be provided, or an autoclave that does not have such a mechanism may be used.

前記反応容器は、耐圧性と耐浸食性を有する材料で構成されているものが好ましく、特にアンモニア等の溶媒に対する耐浸食性に優れたNi系の合金、ステライト(デロロ・ステライト・カンパニー・インコーポレーテッドの登録商標)等のCo系合金を用いることが好ましい。より好ましくはNi系の合金であり、具体的には、Inconel625(Inconelはハンティントン アロイズ カナダ リミテッドの登録商標、以下同じ)、Nimonic90(Nimonicはスペシャル メタルズ ウィギン リミテッドの登録商標、以下同じ)、RENE41(Teledyne Allvac, Inc.の登録商標)、Inconel718(Inconelはハンティントン アロイズ カナダ リミテッドの登録商標)、ハステロイ(Haynes International, Inc.の登録商標)、ワスパロイ(United Technologies, Inc.の登録商標)が挙げられる。   The reaction vessel is preferably made of a material having pressure resistance and erosion resistance, and in particular, a Ni-based alloy, stellite (Deroro Stellite Company, Inc.) having excellent erosion resistance against solvents such as ammonia. It is preferable to use a Co-based alloy such as More preferably, it is a Ni-based alloy. Specifically, Inconel 625 (Inconel is a registered trademark of Huntington Alloys Canada Limited, the same applies hereinafter), Nimonic 90 (Nimonic is a registered trademark of Special Metals Wiggin Limited, the same applies hereinafter), RENE41 (Teledyne). Allvac, Inc.), Inconel 718 (Inconel is a registered trademark of Huntington Alloys Canada Limited), Hastelloy (registered trademark of Haynes International, Inc.), Waspaloy (registered trademark of United Technologies, Inc.).

これらの合金の組成比率は、系内の溶媒の温度や圧力条件、及び系内に含まれる鉱化剤及びそれらの反応物との反応性及び/又は酸化力・還元力、pHの条件に従い、適宜選択すればよい。これらを反応容器の内面を構成する材料として用いるには、反応容器自体をこれらの合金を用いて製造してもよく、内筒として薄膜を形成して反応容器内に設置してもよく、任意の反応容器の材料の内面にメッキ処理を施してもよい。   The composition ratio of these alloys depends on the temperature and pressure conditions of the solvent in the system, and the reactivity with the mineralizers and their reactants contained in the system and / or the oxidizing power / reducing power, pH conditions, What is necessary is just to select suitably. In order to use these as materials constituting the inner surface of the reaction vessel, the reaction vessel itself may be manufactured using these alloys, or a thin film may be formed as an inner cylinder and placed in the reaction vessel. The inner surface of the material of the reaction vessel may be plated.

反応容器の耐食性をより向上させるために、貴金属の優れた耐食性を利用して、貴金属を反応容器の内表面をライニング又はコーティングしてもよい。また、反応容器の材質を貴金属とすることもできる。ここでいう貴金属としては、Pt、Au、Ir、Ru、Rh、Pd、Ag、及びこれらの貴金属を主成分とする合金が挙げられ、中でも優れた耐浸食性を有するPtを用いることが好ましい。   In order to further improve the corrosion resistance of the reaction vessel, the inner surface of the reaction vessel may be lined or coated using the excellent corrosion resistance of the noble metal. Moreover, the material of the reaction vessel can be a noble metal. Examples of the noble metal include Pt, Au, Ir, Ru, Rh, Pd, Ag, and alloys containing these noble metals as main components, and among these, it is preferable to use Pt having excellent erosion resistance.

窒化物結晶の製造方法に用いることのできる反応容器を含む結晶製造装置の具体例を図3に示す。図3は、本発明で用いることができる結晶製造装置の模式図である。図3に示される結晶製造装置においては、オートクレーブ1中に反応容器として装填されるカプセル20中で結晶成長を行う。カプセル20中は、原料を溶解するための原料溶解領域9と結晶を成長させるための結晶成長領域6から構成されている。原料溶解領域9には原料8とともに溶媒や鉱化剤を入れることができ、結晶成長領域6には種結晶7をワイヤーで吊すなどして設置することができる。原料溶解領域9と結晶成長領域6の間には、2つの領域を区画バッフル板5が設置されている。バッフル板5の開孔率は2〜60%であるものが好ましく、3〜40%であるものがより好ましい。バッフル板の表面の材質は、反応容器であるカプセル20の材料と同一であることが好ましい。また、より耐浸食性を持たせ、成長させる結晶を高純度化するために、バッフル板の表面は、Ni、Ta、Ti、Nb、Pd、Pt、Au、Ir、pBNであることが好ましく、Pd、Pt、Au、Ir、pBNであることがより好ましく、Ptであることが特に好ましい。図3に示される結晶製造装置では、オートクレーブ1の内壁とカプセル20の間の空隙には、第2溶媒を充填することができるようになっている。ここには、バルブ10を介して窒素ボンベ13から窒素ガスを充填したり、アンモニアボンベ12からマスフローメーター14で流量を確認したりしながら第2溶媒としてアンモニアを充填することができる。また、真空ポンプ11により必要な減圧を行うこともできる。なお、用いる結晶製造装置には、バルブ、マスフローメーター、導管は必ずしも設置されていなくてもよい。   A specific example of a crystal manufacturing apparatus including a reaction vessel that can be used in a method for manufacturing a nitride crystal is shown in FIG. FIG. 3 is a schematic view of a crystal manufacturing apparatus that can be used in the present invention. In the crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 3, crystal growth is performed in a capsule 20 loaded as a reaction vessel in the autoclave 1. The capsule 20 includes a raw material dissolution region 9 for dissolving the raw material and a crystal growth region 6 for growing crystals. A solvent and a mineralizer can be placed in the raw material dissolution region 9 together with the raw material 8, and the seed crystal 7 can be installed in the crystal growth region 6 by suspending it with a wire. Between the raw material dissolution region 9 and the crystal growth region 6, a partition baffle plate 5 is installed in two regions. The baffle plate 5 has a hole area ratio of preferably 2 to 60%, more preferably 3 to 40%. The material of the surface of the baffle plate is preferably the same as the material of the capsule 20 that is a reaction vessel. Further, in order to give more erosion resistance and to purify the crystal to be grown, the surface of the baffle plate is preferably Ni, Ta, Ti, Nb, Pd, Pt, Au, Ir, pBN, Pd, Pt, Au, Ir, and pBN are more preferable, and Pt is particularly preferable. In the crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the space between the inner wall of the autoclave 1 and the capsule 20 can be filled with the second solvent. Here, ammonia can be filled as the second solvent while filling the nitrogen gas from the nitrogen cylinder 13 through the valve 10 or confirming the flow rate from the ammonia cylinder 12 with the mass flow meter 14. In addition, the vacuum pump 11 can perform necessary pressure reduction. Note that the crystal production apparatus to be used does not necessarily include a valve, a mass flow meter, and a conduit.

前記オートクレーブにより耐食性を持たせるためにライニングを使用することもできる。ライニングする材料として、Pt、Ir、Ag、Pd、Rh、Cu、Au及びCのうち少なくとも一種類以上の金属又は元素、もしくは、少なくとも一種類以上の金属を含む合金又は化合物であることが好ましく、より好ましくは、ライニングがしやすいという理由でPt,Ag、Cu及びCのうち少なくとも一種類以上の金属又は元素、もしくは、少なくとも一種類以上の金属を含む合金又は化合物である。例えば、Pt単体、Pt−Ir合金、Ag単体、Cu単体やグラファイトなどが挙げられる。   A lining can also be used to provide corrosion resistance by the autoclave. The lining material is preferably at least one metal or element of Pt, Ir, Ag, Pd, Rh, Cu, Au and C, or an alloy or compound containing at least one metal, More preferably, it is an alloy or compound containing at least one or more metals or elements of Pt, Ag, Cu and C, or at least one or more metals because it is easy to line. For example, Pt simple substance, Pt-Ir alloy, Ag simple substance, Cu simple substance, graphite, etc. are mentioned.

5)製造工程
アモノサーマル法による窒化物結晶の育成手順について説明する。まず、反応容器内に、種結晶として貫通孔を有する窒化物単結晶、窒素を含有する溶媒、原料、及び鉱化剤を入れて封止する。これらを反応容器内に導入するのに先だって、反応容器内は脱気しておいてもよい。また、材料の導入時には、窒素ガスなどの不活性ガスを流通させてもよい。反応容器内への種結晶の装填は、通常は、原料及び鉱化剤を充填する際に同時又は充填後に装填する。種結晶は、反応容器内表面を構成する貴金属と同様の貴金属製の治具に固定することが好ましい。装填後には、必要に応じて加熱脱気をしてもよい。
5) Manufacturing process A procedure for growing a nitride crystal by the ammonothermal method will be described. First, a nitride single crystal having a through hole as a seed crystal, a nitrogen-containing solvent, a raw material, and a mineralizer are put in a reaction vessel and sealed. Prior to introducing them into the reaction vessel, the reaction vessel may be deaerated. Moreover, you may distribute | circulate inert gas, such as nitrogen gas, at the time of introduction | transduction of material. The seed crystal is usually charged into the reaction vessel at the same time or after the raw material and the mineralizer are charged. The seed crystal is preferably fixed to a noble metal jig similar to the noble metal constituting the inner surface of the reaction vessel. After loading, heat deaeration may be performed as necessary.

図3に示す製造装置を用いる場合は、反応容器であるカプセル20内に種結晶、窒素を含有する溶媒、原料、及び鉱化剤を入れて封止した後に、カプセル20を耐圧性容器(オートクレーブ)1内に装填し、好ましくは耐圧性容器と該反応容器の間の空隙に第2溶媒を充填して耐圧容器を密閉する。   When the production apparatus shown in FIG. 3 is used, the capsule 20 is sealed with a seed crystal, a nitrogen-containing solvent, a raw material, and a mineralizer in the reaction container 20, and then the capsule 20 is sealed in a pressure-resistant container (autoclave). ) 1 is loaded, and the space between the pressure-resistant vessel and the reaction vessel is preferably filled with a second solvent to seal the pressure-resistant vessel.

その後、全体を加熱して反応容器内を超臨界状態又は亜臨界状態とする。超臨界状態では一般的には、粘度が低く、液体よりも容易に拡散されるが、液体と同様の溶媒和力を有する。亜臨界状態とは、臨界温度近傍で臨界密度とほぼ等しい密度を有する液体の状態を意味する。例えば、原料充填部では、超臨界状態として原料を溶解し、結晶成長部では亜臨界状態となるように温度を変化させて超臨界状態と亜臨界状態の原料の溶解度差を利用した結晶成長も可能である。   Thereafter, the whole is heated to bring the inside of the reaction vessel into a supercritical state or a subcritical state. In the supercritical state, the viscosity is generally low and it is more easily diffused than the liquid, but has the same solvating power as the liquid. The subcritical state means a liquid state having a density substantially equal to the critical density near the critical temperature. For example, in the raw material filling part, the raw material is melted in a supercritical state, and in the crystal growth part, the temperature is changed so that it becomes a subcritical state, and crystal growth using the difference in solubility between the supercritical state and the subcritical state raw material is also performed. Is possible.

超臨界状態にする場合、反応混合物は、一般に溶媒の臨界点よりも高い温度に保持する。アンモニア溶媒を用いた場合、臨界点は臨界温度132℃、臨界圧力11.35MPaであるが、反応容器の容積に対する充填率が高ければ、臨界温度以下の温度でも圧力は臨界圧力を遥かに越える。本発明において「超臨界状態」とは、このような臨界圧力を越えた状態を含む。反応混合物は、一定の容積の反応容器内に封入されているので、温度上昇は流体の圧力を増大させる。一般に、T>Tc(1つの溶媒の臨界温度)及びP>Pc(1つの溶媒の臨界圧力)であれば、流体は超臨界状態にある。   When in the supercritical state, the reaction mixture is generally maintained at a temperature above the critical point of the solvent. When an ammonia solvent is used, the critical point is a critical temperature of 132 ° C. and a critical pressure of 11.35 MPa. However, if the filling rate with respect to the volume of the reaction vessel is high, the pressure far exceeds the critical pressure even at a temperature below the critical temperature. In the present invention, the “supercritical state” includes such a state exceeding the critical pressure. Since the reaction mixture is enclosed in a constant volume reaction vessel, the increase in temperature increases the pressure of the fluid. In general, if T> Tc (critical temperature of one solvent) and P> Pc (critical pressure of one solvent), the fluid is in a supercritical state.

超臨界条件では、窒化物結晶の十分な成長速度が得られる。反応時間は、特に鉱化剤の反応性及び熱力学的パラメータ、すなわち温度及び圧力の数値に依存する。窒化物結晶の合成中あるいは成長中、反応容器内の圧力は120MPa以上にすることが好ましく、150MPa以上にすることがより好ましく、180MPa以上にすることがさらに好ましい。また、反応容器内の圧力は700MPa以下にすることが好ましく、500MPa以下にすることがより好ましく、350MPa以下にすることがさらに好ましく、300MPa以下にすることが特に好ましい。圧力は、温度及び反応容器の容積に対する溶媒体積の充填率によって適宜決定される。本来、反応容器内の圧力は、温度と充填率によって一義的に決まるものではあるが、実際には、原料、鉱化剤などの添加物、反応容器内の温度の不均一性、及びフリー容積の存在によって多少異なる。   Under supercritical conditions, a sufficient growth rate of nitride crystals can be obtained. The reaction time depends in particular on the reactivity of the mineralizer and the thermodynamic parameters, ie temperature and pressure values. During the synthesis or growth of the nitride crystal, the pressure in the reaction vessel is preferably 120 MPa or more, more preferably 150 MPa or more, and further preferably 180 MPa or more. The pressure in the reaction vessel is preferably 700 MPa or less, more preferably 500 MPa or less, further preferably 350 MPa or less, and particularly preferably 300 MPa or less. The pressure is appropriately determined depending on the filling rate of the solvent volume with respect to the temperature and the volume of the reaction vessel. Originally, the pressure in the reaction vessel is uniquely determined by the temperature and the filling rate, but in reality, additives such as raw materials and mineralizers, temperature non-uniformity in the reaction vessel, and free volume Depending on the presence of

反応容器内の温度範囲は、下限値が500℃以上であることが好ましく、515℃以上であることがより好ましく、530℃以上であることがさらに好ましい。上限値は、700℃以下であることが好ましく、650℃以下であることがより好ましく、630℃以下であることがさらに好ましい。反応容器内における原料溶解領域の温度が、結晶成長領域の温度よりも高いことが好ましい。結晶成長領域と原料溶解領域との温度差(|ΔT|)は、結晶品質の維持と自発核発生結晶の制御の観点から、5℃以上であることが好ましく、10℃以上であることがより好ましく、100℃以下であることが好ましく、80℃以下であることがより好ましく、60℃以下が特に好ましい。反応容器内の最適な温度や圧力は、結晶成長の際に用いる鉱化剤や添加剤の種類や使用量等によって、適宜決定することができる。   The lower limit of the temperature range in the reaction vessel is preferably 500 ° C or higher, more preferably 515 ° C or higher, and further preferably 530 ° C or higher. The upper limit value is preferably 700 ° C. or lower, more preferably 650 ° C. or lower, and further preferably 630 ° C. or lower. It is preferable that the temperature of the raw material melting region in the reaction vessel is higher than the temperature of the crystal growth region. The temperature difference (| ΔT |) between the crystal growth region and the raw material dissolution region is preferably 5 ° C. or more, and more preferably 10 ° C. or more, from the viewpoint of maintaining crystal quality and controlling spontaneous nucleation crystals. Preferably, it is 100 ° C. or less, more preferably 80 ° C. or less, and particularly preferably 60 ° C. or less. The optimum temperature and pressure in the reaction vessel can be appropriately determined depending on the type and amount of mineralizer and additive used during crystal growth.

前記の反応容器内の温度範囲、圧力範囲を達成するための反応容器への溶媒の注入割合、すなわち充填率は、反応容器のフリー容積、すなわち、反応容器に多結晶原料、及び種結晶とそれを設置する構造物の体積を反応容器の容積から差し引いて残存する容積、またバッフル板を設置する場合には、さらにそのバッフル板の体積を反応容器の容積から差し引いて残存する容積の溶媒の沸点における液体密度を基準として、通常20〜95%、好ましくは30〜80%、さらに好ましくは40〜70%とする。   In order to achieve the above temperature range and pressure range in the reaction vessel, the injection rate of the solvent into the reaction vessel, that is, the filling rate, is the free volume of the reaction vessel, that is, the polycrystalline raw material and the seed crystal in the reaction vessel. Subtract the volume of the structure to install the reaction vessel from the volume of the reaction vessel, and if a baffle plate is installed, subtract the volume of the baffle plate from the reaction vessel volume to the boiling point of the remaining volume of solvent. Based on the liquid density, the content is usually 20 to 95%, preferably 30 to 80%, more preferably 40 to 70%.

反応容器内での窒化物結晶の成長は、熱電対を有する電気炉などを用いて反応容器を加熱昇温することにより、反応容器内をアンモニア等の溶媒の亜臨界状態又は超臨界状態に保持することにより行われる。加熱の方法、所定の反応温度への昇温速度に付いては特に限定されないが、通常、数時間から数日かけて行われる。必要に応じて、多段の昇温を行ったり、温度域において昇温スピードを変えたりすることもできる。また、部分的に冷却しながら加熱したりすることもできる。   Nitride crystal growth in the reaction vessel is maintained in a subcritical or supercritical state of a solvent such as ammonia by heating and heating the reaction vessel using an electric furnace with a thermocouple. Is done. The heating method and the rate of temperature increase to a predetermined reaction temperature are not particularly limited, but are usually performed over several hours to several days. If necessary, the temperature can be raised in multiple stages, or the temperature raising speed can be changed in the temperature range. It can also be heated while being partially cooled.

なお、前記の「反応温度」は、反応容器の外面に接するように設けられた熱電対、及び/又は外表面から一定の深さの穴に差し込まれた熱電対によって測定され、反応容器の内部温度へ換算して推定することができる。これら熱電対で測定された温度の平均値をもって平均温度とする。通常は、原料溶解領域の温度と結晶成長領域の温度の平均値を平均温度とする。   The “reaction temperature” is measured by a thermocouple provided so as to be in contact with the outer surface of the reaction vessel and / or a thermocouple inserted into a hole having a certain depth from the outer surface. It can be estimated in terms of temperature. The average value of the temperatures measured with these thermocouples is taken as the average temperature. Usually, an average value of the temperature of the raw material melting region and the temperature of the crystal growth region is defined as the average temperature.

所定の温度に達した後の反応時間については、窒化物結晶の種類、用いる原料、鉱化剤の種類、製造する結晶の大きさや量によっても異なるが、通常、数時間から数百日とすることができる。反応中、反応温度は一定にしてもよいし、徐々に昇温又は降温させることもできる。また、反応中に温度差(|ΔT|)を変化させてもよい。所望の結晶を生成させるための反応時間を経た後、降温させる。降温方法は特に限定されないが、ヒーターの加熱を停止してそのまま炉内に反応容器を設置したまま放冷してもかまわないし、反応容器を電気炉から取り外して空冷してもかまわない。必要であれば、冷媒を用いて急冷することも好適に用いられる。   The reaction time after reaching a predetermined temperature varies depending on the type of nitride crystal, the raw material used, the type of mineralizer, and the size and amount of the crystal to be produced, but is usually several hours to several hundred days. be able to. During the reaction, the reaction temperature may be constant, or the temperature may be gradually raised or lowered. Further, the temperature difference (| ΔT |) may be changed during the reaction. After a reaction time for producing desired crystals, the temperature is lowered. The temperature lowering method is not particularly limited, but the heating may be stopped while the heating of the heater is stopped and the reaction vessel is installed in the furnace as it is, or the reaction vessel may be removed from the electric furnace and air cooled. If necessary, quenching with a refrigerant is also preferably used.

反応容器外面の温度、あるいは推定される反応容器内部の温度が所定温度以下になった後、反応容器を開栓する。このときの所定温度は特に限定はなく、通常、−80℃〜200℃、好ましくは−33℃〜100℃である。ここで、反応容器に付属したバルブの配管接続口に配管を接続し、水などを満たした容器に通じておき、バルブを開けてもよい。さらに必要に応じて、真空状態にするなどして反応容器内のアンモニアなどの溶媒を十分に除去した後、乾燥し、反応容器の蓋等を開けて生成した窒化物結晶及び未反応の原料や鉱化剤等の添加物を取り出すことができる。
なお、窒化ガリウムを製造する場合、前記以外の材料、製造条件、製造装置、工程の詳細については特開2009−263229号公報を好ましく参照することができる。該公開公報の開示全体を本明細書に引用して援用する。
After the temperature of the outer surface of the reaction vessel or the estimated temperature inside the reaction vessel is below a predetermined temperature, the reaction vessel is opened. The predetermined temperature at this time is not particularly limited, and is usually −80 ° C. to 200 ° C., preferably −33 ° C. to 100 ° C. Here, the valve may be opened by connecting a pipe to the pipe connection port of the valve attached to the reaction vessel, leading to a vessel filled with water or the like. Further, if necessary, after sufficiently removing a solvent such as ammonia in the reaction vessel by making a vacuum state, etc., it is dried, and the nitride crystal produced by opening the lid of the reaction vessel and the unreacted raw material or Additives such as mineralizers can be removed.
In the case of manufacturing gallium nitride, JP 2009-263229 A can be preferably referred to for details of materials, manufacturing conditions, manufacturing apparatuses, and processes other than those described above. The entire disclosure of this publication is incorporated herein by reference.

[窒化物結晶]
本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として用いれば、比較的大きなサイズの窒化物結晶を製造することができる。例えば最大径が25mm以上の窒化物結晶を製造することが可能であり、好ましくは50mm以上の窒化物結晶を製造することが可能であり、より好ましくは75mm以上の窒化物結晶を製造することが可能である。
[Nitride crystals]
If the nitride single crystal having a through-hole obtained by the production method of the present invention is used as a seed crystal in nitride crystal growth, a relatively large size nitride crystal can be produced. For example, a nitride crystal having a maximum diameter of 25 mm or more can be produced, preferably a nitride crystal having 50 mm or more can be produced, more preferably a nitride crystal having 75 mm or more can be produced. Is possible.

製造された窒化物結晶は、種結晶やワイヤーを包含する形で利用に供してもよい。例えば、窒化物結晶成長における種結晶である貫通孔を有する窒化物単結晶やワイヤーを包含したまま表面に育成された窒化物結晶を表面処理して、さらなる窒化物結晶成長における種結晶として再度用いることが可能である。得られた種結晶はワイヤーが装着されているため、そのワイヤーの端を反応容器中の治具や反応容器壁面に固定することにより、簡便に新たな結晶成長反応を進めることができる。なお、結晶端部を切断するなどして、ワイヤーを除去したうえで結晶を使用することも可能である。   The manufactured nitride crystal may be used in a form including a seed crystal and a wire. For example, a nitride single crystal having a through-hole that is a seed crystal in nitride crystal growth or a nitride crystal grown on the surface while including a wire is surface-treated, and is used again as a seed crystal in further nitride crystal growth It is possible. Since the obtained seed crystal is equipped with a wire, a new crystal growth reaction can be easily advanced by fixing the end of the wire to a jig in the reaction vessel or the reaction vessel wall surface. It is also possible to use the crystal after removing the wire by cutting the end of the crystal.

育成した窒化物結晶は、特定の方向に切断することによって所望の主面を有するウエハ(窒化物結晶基板)とすることが可能である。例えば、本発明の製造方法によって厚くて大口径のM面を有する窒化物結晶を製造した場合は、M面に平行な方向に切り出すことにより、大口径のM面ウエハを得ることができる。また、大口径の半極性面を有する窒化物結晶を製造した場合は、半極性面に平行に切り出すことにより、大口径の半極性面ウエハを得ることができる。なお、特に高い結晶品質を有するものを取得したい場合は、貫通孔の近傍に形成された結晶を避けるように切り出すことにより高品質な結晶を得ることができる。   The grown nitride crystal can be cut into a specific direction to form a wafer (nitride crystal substrate) having a desired main surface. For example, when a nitride crystal having a large and large-diameter M-plane is manufactured by the manufacturing method of the present invention, a large-diameter M-plane wafer can be obtained by cutting in a direction parallel to the M-plane. In addition, when a nitride crystal having a large-diameter semipolar surface is produced, a large-diameter semipolar surface wafer can be obtained by cutting in parallel to the semipolar surface. In addition, when it is desired to obtain a crystal having a particularly high crystal quality, a high-quality crystal can be obtained by cutting out so as to avoid a crystal formed in the vicinity of the through hole.

本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として用いれば、転位密度が1×107/cm2以下の窒化物結晶を製造することが可能であり、好ましくは1×105/cm2以下の窒化物結晶を製造することが可能であり、より好ましくは1×103/cm2以下の窒化物結晶を製造することが可能である。また、本発明の製造方法で得られた貫通孔を有する窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として用いて製造された窒化物結晶は、積層欠陥密度が小さいという特徴も有することが好ましい。 If a nitride single crystal having a through hole obtained by the production method of the present invention is used as a seed crystal in the growth of nitride crystals, a nitride crystal having a dislocation density of 1 × 10 7 / cm 2 or less can be produced. Preferably, a nitride crystal of 1 × 10 5 / cm 2 or less can be produced, and more preferably, a nitride crystal of 1 × 10 3 / cm 2 or less can be produced. In addition, a nitride crystal manufactured using a nitride single crystal having a through-hole obtained by the manufacturing method of the present invention as a seed crystal in nitride crystal growth preferably has a feature that the stacking fault density is small. .

育成した窒化物結晶や上記のウエハは、デバイス、即ち発光素子や電子デバイスなどの用途に好適に用いられる。窒化物結晶やウエハが用いられる発光素子としては、発光ダイオード、レーザーダイオード、それらと蛍光体を組み合わせた発光素子などを挙げることができる。また、窒化物結晶やウエハが用いられる電子デバイスとしては、高周波素子、高耐圧高出力素子などを挙げることができる。高周波素子の例としては、トランジスター(HEMT、HBT)があり、高耐圧高出力素子の例としては、サイリスター(IGBT)がある。本発明の窒化物結晶やウエハは、高品質であるという特徴を有することから、前記のいずれの用途にも適している。   The grown nitride crystal and the above wafer are suitably used for devices such as light emitting elements and electronic devices. Examples of light-emitting elements using nitride crystals and wafers include light-emitting diodes, laser diodes, and light-emitting elements combining these with phosphors. In addition, examples of electronic devices using nitride crystals and wafers include high-frequency elements and high-voltage high-power elements. Examples of the high frequency element include a transistor (HEMT, HBT), and an example of the high breakdown voltage high output element includes a thyristor (IGBT). Since the nitride crystal and wafer of the present invention are characterized by high quality, they are suitable for any of the above applications.

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。   The features of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.

[実施例1]
(1)カーボン板に、HVPE法により成長した六方晶系GaN単結晶より切り出した(20−21)面を主面とする縦×横が5×20mm、厚さ530μmの円形ウエハ(主面面積約100mm2のGaN単結晶)基板を、ワックスを用いて固定した。この基板上の周縁から内側へ1mmの位置を含む任意の位置に、水と粒径が125μmのSiC粉を6:4の割合で混合したスラリーを塗布した。底面が直径300μmの平面真円形であり、長さ20cmのステンレス鋼製(具体的にはSUS304)である円柱状の加工工具を備えた超音波加工装置(株式会社シノダ社製、品番SOM−121)を用いて、24kHz、25Wの振動(超音波)を基板に対して鉛直方向に与えた加工工具を、塗布したスラリーを通過するように基板に押付けた。実施例1で用いた超音波加工装置における窒化物単結晶、工具、遊離砥粒の位置関係を図7に示した。
[Example 1]
(1) A circular wafer (main surface area) having a length × width of 5 × 20 mm and a thickness of 530 μm with a main surface of (20-21) plane cut out from a hexagonal GaN single crystal grown by the HVPE method on a carbon plate A substrate of about 100 mm 2 GaN single crystal) was fixed using wax. A slurry in which water and SiC powder having a particle diameter of 125 μm were mixed at a ratio of 6: 4 was applied to an arbitrary position including a position of 1 mm inward from the periphery on the substrate. An ultrasonic processing apparatus (product number SOM-121, manufactured by Shinoda Co., Ltd.) having a cylindrical processing tool made of stainless steel (specifically, SUS304) having a flat bottom surface of 300 μm in diameter and made of stainless steel having a length of 20 cm. ) Was pressed against the substrate so as to pass through the applied slurry. The processing tool applied vibration (ultrasound) of 24 kHz and 25 W in the vertical direction to the substrate. FIG. 7 shows the positional relationship among the nitride single crystal, the tool, and the free abrasive grains in the ultrasonic machining apparatus used in Example 1.

(2)スラリーが変色後、加工工具を基板から数秒離して切り粉が工具と基板との間から除去されるのを待ち、その後再度加工工具を基板に押付けた。これらの動作を数秒の間隔でスラリーがカーボン色になるまで繰り返した。穴あけに要した時間は31秒であり、穴あけの速度は17.1μm/秒であった。 (2) After the slurry was discolored, the processing tool was separated from the substrate for several seconds to wait for the chips to be removed from between the tool and the substrate, and then the processing tool was pressed against the substrate again. These operations were repeated at intervals of several seconds until the slurry became a carbon color. The time required for drilling was 31 seconds, and the drilling speed was 17.1 μm / second.

(3)加工工具を基板から離し、水で基板を洗浄した。洗浄後、穴の貫通をデジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE製、VHX−900)を用い確認したところ、周縁から内側へ1mmの位置に平均径410μmの穴が貫通し、クラックは発生していなかった。なお、貫通孔の厚み方向の70%以上が上記平均径の範囲の径を有していた。貫通孔の縦横比は0.93であり、貫通孔周囲のチッピングは多少見られた。得られた貫通孔の形状の詳細を、下記表1、図4および図5に示した。
なお、貫通孔の最大径、最小径は上記のデジタルマイクロスコープによって測定し、得られた値を元に縦横比(貫通孔の最小径/最大径)を計算した。貫通孔を有する窒化物単結晶内部における貫通孔の平均径は、以下の方法で測定および計算した。
貫通孔を通過する直線に沿ってワークを破断し,その断面からデジタルマイクロスコープにより結晶内部の貫通孔の径を測定した。基板表面から厚み方向に等間隔に貫通孔の径を5点測定し,その5点の算術平均を貫通孔の平均径とした。
貫通孔の厚み方向の70%以上が上記貫通孔を有する窒化物単結晶内部における貫通孔の平均径の範囲の径を有していたことは、上記のデジタルマイクロスコープによって確認した。また、貫通孔を有する窒化物単結晶内部における貫通孔の平均径は、貫通孔を有する窒化物単結晶の工具とは反対側の表面面内における貫通孔の平均径W102bと一致することも確認した。
(3) The processing tool was separated from the substrate, and the substrate was washed with water. After cleaning, the penetration of the hole was confirmed using a digital microscope (manufactured by KEYENCE, Inc., VHX-900), and a hole with an average diameter of 410 μm penetrated from the periphery to the inside at a position of 1 mm, and no crack was generated. . In addition, 70% or more of the through holes in the thickness direction had a diameter in the above average diameter range. The aspect ratio of the through hole was 0.93, and some chipping around the through hole was observed. Details of the shape of the obtained through hole are shown in Table 1, FIG. 4 and FIG.
The maximum diameter and the minimum diameter of the through hole were measured by the above digital microscope, and the aspect ratio (minimum diameter / maximum diameter of the through hole) was calculated based on the obtained value. The average diameter of the through holes inside the nitride single crystal having the through holes was measured and calculated by the following method.
The workpiece was broken along a straight line passing through the through-hole, and the diameter of the through-hole inside the crystal was measured from the cross section with a digital microscope. Five diameters of the through holes were measured at equal intervals in the thickness direction from the substrate surface, and the arithmetic average of the five points was taken as the average diameter of the through holes.
It was confirmed by the digital microscope that 70% or more of the through holes in the thickness direction had a diameter in the range of the average diameter of the through holes inside the nitride single crystal having the through holes. In addition, the average diameter of the through-holes in the nitride single crystal having through-holes may coincide with the average diameter W 102b of the through-holes in the surface surface opposite to the tool of the nitride single crystal having through-holes. confirmed.

[実施例2]
出力を15Wにした以外は実施例1と同様にして、超音波加工を行った。
加工工具を基板から離し、基板を水で基板を洗浄した。洗浄後、穴の貫通をデジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE製、VHX−900)を用い確認したところ、周縁から内側へ1mmの位置に平均径374μmの穴が貫通し、クラックは発生していなかった。なお、貫通孔の厚み方向の70%以上が上記平均径の範囲の径を有していた。貫通孔の縦横比は0.83であり、貫通孔周囲の加工変質層(チッピング)は少なかった。その他の貫通孔の形状の特徴は実施例1とほぼ同様であった。
[Example 2]
Ultrasonic processing was performed in the same manner as in Example 1 except that the output was 15 W.
The processing tool was separated from the substrate, and the substrate was washed with water. After cleaning, when the penetration of the hole was confirmed using a digital microscope (manufactured by KEYENCE, VHX-900), a hole with an average diameter of 374 μm penetrated from the periphery to the inside at a position of 1 mm, and no crack was generated. . In addition, 70% or more of the through holes in the thickness direction had a diameter in the above average diameter range. The aspect ratio of the through hole was 0.83, and there was little work-affected layer (chipping) around the through hole. The other features of the shape of the through hole were almost the same as in Example 1.

[実施例3]
(1)カーボン板に、HVPE法により成長した六方晶系GaN単結晶より切り出した(10−10)面を主面とする縦×横が5×20mm、厚さ530μmの円形ウエハ(主面面積約100mm2基板を、ワックスを用いて基板を固定した。実施例1と同様にこの基板上の周縁から内側へ1mmの位置を含む任意の位置に、水とSiC粉を6:4の割合で混合したスラリーを塗布し、実施例1で用いた超音波加工装置を用いて24kHz、25Wの振動(超音波)を与えた加工工具を、塗布したスラリーを通過するように基板に押付けた。なお、用いたSiC粉は、一次粒子径36μmであった。
[Example 3]
(1) A circular wafer (main surface area) having a length × width of 5 × 20 mm and a thickness of 530 μm having a main surface of (10-10) plane cut out from a hexagonal GaN single crystal grown by HVPE on a carbon plate About 100 mm 2 substrate was fixed with wax using the same manner as in Example 1. Water and SiC powder were added at a ratio of 6: 4 at any position including 1 mm inward from the periphery on the substrate. The mixed slurry was applied, and the processing tool applied with vibrations (ultrasonic waves) of 24 kHz and 25 W using the ultrasonic processing apparatus used in Example 1 was pressed against the substrate so as to pass the applied slurry. The SiC powder used had a primary particle size of 36 μm.

(2)スラリーが変色後、加工工具を基板から数秒離して切り粉が工具と基板との間から除去されるのを待ち、その後再度加工工具を基板に押付けた。この動作を数秒の間隔でスラリーがカーボン色になるまで繰り返した。 (2) After the slurry was discolored, the processing tool was separated from the substrate for several seconds to wait for the chips to be removed from between the tool and the substrate, and then the processing tool was pressed against the substrate again. This operation was repeated at intervals of several seconds until the slurry became a carbon color.

(3)加工工具を基板から離し、水で基板を洗浄した。洗浄後、穴の貫通をデジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE製、VHX−900)を用い確認したところ、周縁から内側へ1mmの位置に平均径402μmの穴が貫通し、クラックは発生しなかった。なお、貫通孔の厚み方向の70%以上が上記平均径の範囲の径を有していた。穴の縦横比は0.95であり、穴周囲の加工変質層(チッピング)は顕著であった。その他の貫通孔の形状の特徴は実施例1とほぼ同様であった。 (3) The processing tool was separated from the substrate, and the substrate was washed with water. After cleaning, the penetration of the holes was confirmed using a digital microscope (manufactured by Keyence Corporation, VHX-900). As a result, holes with an average diameter of 402 μm penetrated from the periphery to the inside at a position of 1 mm, and no cracks were generated. In addition, 70% or more of the through holes in the thickness direction had a diameter in the above average diameter range. The aspect ratio of the hole was 0.95, and the work-affected layer (chipping) around the hole was remarkable. The other features of the shape of the through hole were almost the same as in Example 1.

[実施例4]
出力を15Wにした以外は実施例3と同様にして、超音波加工を行った。
加工工具を基板から離し、基板を水で基板を洗浄した。洗浄後、穴の貫通をデジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE製、VHX−900)を用い確認したところ、周縁から内側へ1mmの位置に平均径387μmの穴が貫通し、クラックは発生しなかった。なお、貫通孔の厚み方向の70%以上が上記平均径の範囲の径を有していた。穴の縦横比は0.87であり、穴周囲の加工変質層(チッピング)は顕著であった。その他の貫通孔の形状の特徴は実施例1とほぼ同様であった。
[Example 4]
Ultrasonic machining was performed in the same manner as in Example 3 except that the output was 15 W.
The processing tool was separated from the substrate, and the substrate was washed with water. After cleaning, the penetration of the hole was confirmed using a digital microscope (manufactured by KEYENCE, VHX-900). As a result, a hole with an average diameter of 387 μm penetrated from the periphery to the inside at a position of 1 mm, and no crack was generated. In addition, 70% or more of the through holes in the thickness direction had a diameter in the above average diameter range. The aspect ratio of the hole was 0.87, and the work-affected layer (chipping) around the hole was remarkable. The other features of the shape of the through hole were almost the same as in Example 1.

[実施例5]
(1)カーボン板に、HVPE法により成長した六方晶系GaN単結晶より切り出した(0001)面を主面とする直径50mm、厚さ530μmの円形ウエハ(主面面積約1963.5mm2)基板を、ワックスを用いて固定した。実施例1と同様にこの基板上の周縁から内側へ1mmの位置を含む任意の位置に水と粒径が125μmのSiC粉を6:4の割合で混合したスラリーを塗布し、実施例1で用いた超音波加工装置を用いて24kHz、25Wの振動(超音波)を与えた加工工具が塗布したスラリーを通過するように基板に押付けた。
[Example 5]
(1) A circular wafer (major surface area of about 1963.5 mm 2 ) substrate having a diameter of 50 mm and a thickness of 530 μm having a (0001) plane as a main surface cut from a hexagonal GaN single crystal grown by the HVPE method on a carbon plate Was fixed with wax. As in Example 1, slurry mixed with water and SiC powder having a particle size of 125 μm at a ratio of 6: 4 was applied to any position including 1 mm from the periphery to the inside on the substrate. Using the ultrasonic processing apparatus used, the processing tool applied with vibrations (ultrasonic waves) of 24 kHz and 25 W was pressed against the substrate so as to pass the applied slurry.

(2)スラリーが変色後、加工工具を基板から数秒離して切り粉が工具と基板との間から除去されるのを待ち、その後再度加工工具を基板に押付けた。この動作を数秒の間隔でスラリーがカーボン色になるまで繰り返した。 (2) After the slurry was discolored, the processing tool was separated from the substrate for several seconds to wait for the chips to be removed from between the tool and the substrate, and then the processing tool was pressed against the substrate again. This operation was repeated at intervals of several seconds until the slurry became a carbon color.

(3)加工工具を基板から離し、水で基板を洗浄した。洗浄後、穴の貫通をデジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE製、VHX−900)を用い確認したところ、周縁から内側へ1mmの位置に平均径393μmの穴が貫通し、クラックは発生しなかった。なお、貫通孔の厚み方向の70%以上が上記平均径の範囲の径を有していた。穴の縦横比は0.95であり、穴周囲の加工変質層(チッピング)は多少見られた。その他の貫通孔の形状の特徴は実施例1とほぼ同様であった。 (3) The processing tool was separated from the substrate, and the substrate was washed with water. After cleaning, when the penetration of the hole was confirmed using a digital microscope (manufactured by KEYENCE, VHX-900), a hole with an average diameter of 393 μm penetrated from the periphery to the inside at a position of 1 mm, and no crack was generated. In addition, 70% or more of the through holes in the thickness direction had a diameter in the above average diameter range. The aspect ratio of the hole was 0.95, and a work-affected layer (chipping) around the hole was somewhat observed. The other features of the shape of the through hole were almost the same as in Example 1.

[実施例6]
出力を15Wにした以外は実施例5と同様にして、超音波加工を行った。
加工工具を基板から離し、基板を水で基板を洗浄した。洗浄後、穴の貫通をデジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE製、VHX−900)を用い確認したところ、周縁から内側へ1mmの位置に平均径384μmの穴が貫通し、クラックは発生しなかった。なお、貫通孔の厚み方向の70%以上が上記平均径の範囲の径を有していた。穴の縦横比は0.87であり、穴周囲の加工変質層(チッピング)は少なかった。その他の貫通孔の形状の特徴は実施例1とほぼ同様であった。
[Example 6]
Ultrasonic machining was performed in the same manner as in Example 5 except that the output was 15 W.
The processing tool was separated from the substrate, and the substrate was washed with water. After cleaning, the penetration of the hole was confirmed using a digital microscope (manufactured by KEYENCE, VHX-900). As a result, a hole with an average diameter of 384 μm penetrated from the periphery to the inside at a position of 1 mm, and no crack was generated. In addition, 70% or more of the through holes in the thickness direction had a diameter in the above average diameter range. The aspect ratio of the hole was 0.87, and there was little work-affected layer (chipping) around the hole. The other features of the shape of the through hole were almost the same as in Example 1.

[比較例1]
(1)カーボン板に、HVPE法により成長した六方晶系GaN単結晶より切り出した(0001)面を主面とする直径50mm、厚さ530μmの円形ウエハ(主面面積約1963.5mm2)基板を、ワックスを用いて基板を固定した。
[Comparative Example 1]
(1) A circular wafer (major surface area of about 1963.5 mm 2 ) substrate having a diameter of 50 mm and a thickness of 530 μm having a (0001) plane as a main surface cut from a hexagonal GaN single crystal grown by the HVPE method on a carbon plate The substrate was fixed using wax.

(2)ブラスト装置の噴射口を基板表面から1cm、基板表面に対し90°の位置に設置し、30秒間のブラストを行った。この時、ブラストの砥粒径は50μm、圧空は0.4MPaである。用いたブラスト装置の詳細を図8に示した。 (2) The injection port of the blasting apparatus was installed at a position 1 cm from the substrate surface and 90 ° with respect to the substrate surface, and blasting was performed for 30 seconds. At this time, the abrasive grain size of the blast is 50 μm, and the pressure air is 0.4 MPa. Details of the blasting apparatus used are shown in FIG.

(3)基板表面にクレータ状の窪みは発生したが、貫通穴は開かなかった。 (3) Although a crater-like depression occurred on the substrate surface, no through hole was opened.

各実施例および比較例で得られた結果を下記表1にまとめた。なお、実施例1〜6で形成されたはく離領域は、いずれも100倍にて顕微鏡観察して確認した。   The results obtained in each example and comparative example are summarized in Table 1 below. In addition, all the peeling area | regions formed in Examples 1-6 were confirmed by microscopic observation at 100 times.

Figure 2013175580
Figure 2013175580

<実施例7>
図3に示す装置を用いて、以下の手順にしたがってアモノサーマル法によるGaN結晶成長を行った。
<Example 7>
Using the apparatus shown in FIG. 3, GaN crystal growth was performed by the ammonothermal method according to the following procedure.

内寸が直径70mmで長さが1050mmのRENE41製オートクレーブ1を耐圧容器として用い、内寸が直径59mmで長さが950mmのPt−Ir製カプセル20を反応容器として結晶成長を行った。原料として多結晶GaN粒子1500gを秤量し、カプセル下部領域(図3における原料溶解領域9)内に設置した。次に鉱化剤として十分に乾燥した純度99.999%のヨウ化アンモニウムと純度99.999%のフッ化ガリウムをカプセル内に投入した。   Crystal growth was performed using the RENE41 autoclave 1 with an inner dimension of 70 mm in diameter and a length of 1050 mm as a pressure vessel, and a Pt-Ir capsule 20 with an inner dimension of 59 mm in diameter and a length of 950 mm as a reaction vessel. As a raw material, 1500 g of polycrystalline GaN particles were weighed and placed in the capsule lower region (raw material dissolution region 9 in FIG. 3). Next, sufficiently dried ammonium iodide having a purity of 99.999% and gallium fluoride having a purity of 99.999% were charged into the capsule as a mineralizer.

さらにカプセル下部の原料溶解領域9と上部の結晶成長領域6との間に、白金製バッフル板5を設置した。種結晶として、実施例1で製造した貫通孔を有する窒化物単結晶を用いた。貫通孔を有する窒化物単結晶の周縁から内側へ1mmの位置に形成された直径410μmの貫通孔に、直径200μmの白金ワイヤー(強度14kg/mm2)を通した。白金ワイヤーを白金合金製のシード支持枠に結び、貫通孔を有する窒化物単結晶を吊り下げるように固定した。このとき貫通孔を有する窒化物単結晶は支持枠の水平位置の中央部近傍になるように位置決めし、シード支持枠に触れることがないようにした。このシード支持枠を結晶成長領域に設置したのち、アンモニア充填用のチューブが付属したキャップをカプセル上部に溶接により接続した。その後、チューブを通じて真空ポンプを用いてカプセル内を真空脱気して、カプセル内を窒素ガスにて5回パージした後、真空ポンプに通じた状態でカプセル外壁に設置したバンドヒーターにてカプセルを数時間加熱しカプセル内の吸着ガスおよび水分を除去した。 Further, a platinum baffle plate 5 was installed between the raw material dissolution region 9 at the lower part of the capsule and the crystal growth region 6 at the upper part. As a seed crystal, the nitride single crystal having a through hole manufactured in Example 1 was used. A platinum wire (strength 14 kg / mm 2 ) having a diameter of 200 μm was passed through a through-hole having a diameter of 410 μm formed at a position of 1 mm inward from the periphery of the nitride single crystal having the through-hole. A platinum wire was tied to a seed support frame made of a platinum alloy, and a nitride single crystal having a through hole was fixed to be suspended. At this time, the nitride single crystal having a through hole was positioned so as to be near the center of the horizontal position of the support frame so as not to touch the seed support frame. After this seed support frame was placed in the crystal growth region, a cap with an ammonia-filled tube was connected to the top of the capsule by welding. After that, the inside of the capsule is vacuum deaerated using a vacuum pump through a tube, the inside of the capsule is purged with nitrogen gas five times, and then the capsule is numbered with a band heater installed on the outer wall of the capsule while being connected to the vacuum pump. The adsorbed gas and moisture in the capsule were removed by heating for a period of time.

続いて、カプセルを、ドライアイスエタノールを用いて冷却しながらアンモニアを充填し、チューブを封じ、カプセルを密閉した。   Subsequently, the capsule was filled with ammonia while being cooled with dry ice ethanol, the tube was sealed, and the capsule was sealed.

カプセル20をオートクレーブ1内に挿入してオートクレーブ蓋を閉じた。オートクレーブ内を真空脱気して窒素ガスパージを複数回行った後、オートクレーブをドライアイスエタノールで冷却しながら流量制御に基づき、カプセル内のアンモニア量とバランスする量のアンモニアをオートクレーブ内でオートクレーブとカプセルの空隙に充填した。   The capsule 20 was inserted into the autoclave 1 and the autoclave lid was closed. After degassing the inside of the autoclave and purging with nitrogen gas multiple times, based on the flow control while cooling the autoclave with dry ice ethanol, the amount of ammonia that balances the amount of ammonia in the capsule is separated in the autoclave and the capsule. The gap was filled.

続いて、オートクレーブ1を上下に2分割されたヒーターで構成された電気炉内に収納した。オートクレーブ外壁から19mmの深さに差し込んだ熱電対で測定したオートクレーブの結晶成長領域の温度が585℃、同じく19mmの深さに差し込んだ熱電対で測定した原料溶解領域の温度が630℃(温度差45℃:平均温度607℃)になるように昇温し、設定温度に達した後、その温度にて20日間保持した。オートクレーブ内の圧力は210MPaであった。   Subsequently, the autoclave 1 was housed in an electric furnace composed of a heater divided into two parts in the vertical direction. The temperature of the crystal growth region of the autoclave measured by a thermocouple inserted at a depth of 19 mm from the outer wall of the autoclave was 585 ° C., and the temperature of the raw material dissolution region measured by a thermocouple inserted at a depth of 19 mm was 630 ° C. (temperature difference) (45 ° C .: average temperature 607 ° C.). After reaching the set temperature, the temperature was maintained for 20 days. The pressure in the autoclave was 210 MPa.

結晶成長終了後、オートクレーブを冷却しカプセル外およびカプセル内のアンモニアを排出後、カプセルを開きカプセル上部開口部から目視にて内部を観察した。得られた窒化物結晶はそれぞれシード支持枠に白金ワイヤーにて吊るされた状態であった。得られた窒化物結晶を取り出すためシード支持枠を手作業にて引き上げた。育成後の窒化物結晶の重量は34.6gであった。貫通孔を有する窒化物単結晶を吊るすための使用した白金ワイヤーは得られた窒化物結晶中に一部埋もれていたが、その部分から目視で確認できるクラックなどの欠陥は確認されなかった。貫通孔は塞がり、ここからも目視で確認できるクラックなどの発生は確認されなかった。
なお、実施例2〜6で製造した貫通孔を有する窒化物単結晶を窒化物結晶成長における種結晶として用いた場合も、実施例7と同様に結晶生成を行うことができ、得られた窒化物結晶は貫通孔が塞がり、目視で確認できるクラックなどの発生は確認されなかった。
After completion of the crystal growth, the autoclave was cooled and ammonia outside the capsule and inside the capsule was discharged. The obtained nitride crystals were each suspended from a seed support frame by a platinum wire. In order to take out the obtained nitride crystal, the seed support frame was manually pulled up. The weight of the grown nitride crystal was 34.6 g. The platinum wire used for suspending the nitride single crystal having a through hole was partially buried in the obtained nitride crystal, but defects such as cracks that could be visually confirmed from the portion were not confirmed. The through hole was closed, and the occurrence of cracks that could be visually confirmed from here was not confirmed.
In addition, when the nitride single crystal having through holes manufactured in Examples 2 to 6 is used as a seed crystal in nitride crystal growth, crystal formation can be performed in the same manner as in Example 7, and the obtained nitride In the product crystal, the through-hole was blocked, and generation of cracks that could be visually confirmed was not confirmed.

101 窒化物単結晶(基板)
102 貫通孔
102a 工具と最初に接触する窒化物単結晶の表面の面内における貫通孔の平均径
102b 結晶内部における貫通孔の平均径
102a 貫通孔の深さ
103 窒化物単結晶の主面
111 窒化物単結晶の周縁
111 窒化物単結晶の周縁から貫通孔の最も窒化物単結晶周縁に近い孔端までの距離
112 周縁近傍領域
113 中間領域
114 中央領域
115 面だれ
115 面だれの幅
115 面だれの深さ
116 加工変質層
116 加工変質層の深さ
117 はく離領域
117 はく離領域の幅
117 はく離領域の高さ(深さ)
201 工具
202 遊離砥粒(潤滑液中に分散されたスラリーでもよい)
203 工具の振動方向
204 噴射口
205 砥粒(砥粒を含む圧縮空気でもよい)
1 オートクレーブ
2 オートクレーブ内面
3 ライニング
4 ライニング内面
5 バッフル板
6 結晶成長領域
7 種結晶(シード)
8 原料
9 原料溶解領域
10 バルブ
11 真空ポンプ
12 アンモニアボンベ
13 窒素ボンベ
14 マスフローメーター
20 カプセル
21 カプセル内面
101 Nitride single crystal (substrate)
102 Through-hole w 102a Average diameter of the through-hole in the plane of the surface of the nitride single crystal that first comes into contact with the tool w 102b Average diameter of the through-hole d inside the crystal d 102a Depth of the through-hole 103 Main nitride single crystal surface 111 nitride single crystal of the periphery w 111 distance from the periphery of the nitride single crystal to bore end closest to the nitride single crystal periphery of the through hole 112 near the peripheral edge region 113 intermediate area 114 central region 115 side anyone w 115 face anyone Width d 115 Depth of surface dripping 116 Processed altered layer d 116 Processed altered layer depth 117 Peeling area w 117 Peeling area width d 117 Peeling area height (depth)
201 Tool 202 Free abrasive grains (slurry dispersed in lubricating liquid)
203 Vibration direction of tool 204 Injection port 205 Abrasive grain (compressed air containing abrasive grains may be used)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Autoclave 2 Autoclave inner surface 3 Lining 4 Lining inner surface 5 Baffle plate 6 Crystal growth region 7 Seed crystal (seed)
8 Raw material 9 Raw material melting area 10 Valve 11 Vacuum pump 12 Ammonia cylinder 13 Nitrogen cylinder 14 Mass flow meter 20 Capsule 21 Capsule inner surface

Claims (15)

100〜1000μmの厚みを有する窒化物単結晶の主面と工具との間に遊離砥粒を介在させ、前記工具を超音波振動させながら前記窒化物単結晶および前記工具のうち少なくとも一方を押圧して前記窒化物単結晶を厚み方向に穿孔し、厚み方向の70%以上が200〜600μmの範囲内の径を有する貫通孔を形成することを特徴とする、貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   A loose abrasive is interposed between the main surface of the nitride single crystal having a thickness of 100 to 1000 μm and the tool, and at least one of the nitride single crystal and the tool is pressed while ultrasonically vibrating the tool. The nitride single crystal having a through hole is formed by drilling the nitride single crystal in the thickness direction and forming a through hole having a diameter in the range of 200 to 600 μm at 70% or more of the thickness direction. Production method. 前記窒化物単結晶が窒化ガリウムの単結晶である、請求項1に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The method for producing a nitride single crystal having a through hole according to claim 1, wherein the nitride single crystal is a gallium nitride single crystal. 前記遊離砥粒が、砥粒が潤滑液中に分散されたスラリーである、請求項1または2に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The manufacturing method of the nitride single crystal which has a through-hole of Claim 1 or 2 whose said free abrasive grain is the slurry by which the abrasive grain was disperse | distributed in the lubricating liquid. 前記貫通孔の最小径の長さの最大径の長さに対する比(最小径/最大径)が0.5〜1となるように制御する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   It controls so that ratio (minimum diameter / maximum diameter) with respect to the length of the maximum diameter of the length of the minimum diameter of the said through-hole may be set to 0.5-1. A method for producing a nitride single crystal having a through hole. 前記窒化物単結晶の前記工具側とは反対側の表面の面内における貫通孔の面積の、前記窒化物単結晶の前記工具側の表面の面内における貫通孔の面積に対する比(工具と反対側の表面における貫通孔の面積/工具側の表面における貫通孔の面積)が、0.5〜1となるように制御する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The ratio of the area of the through hole in the surface of the nitride single crystal opposite to the tool side to the area of the through hole in the surface of the nitride single crystal on the tool side (opposite to the tool) The through-hole according to any one of claims 1 to 4, which is controlled so that the area of the through-hole on the surface on the side / the area of the through-hole on the surface on the tool side) is 0.5-1. A method for producing a nitride single crystal. 前記窒化物単結晶の前記工具側の表面における面だれ領域の幅が100μm以内となるように制御する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The manufacture of a nitride single crystal having a through-hole according to any one of claims 1 to 5, wherein a width of a fringe region on the surface on the tool side of the nitride single crystal is controlled to be within 100 µm. Method. 前記窒化物単結晶の前記工具側の表面において、500μm以内の幅のはく離領域が形成されるように制御する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The nitride single crystal having a through hole according to any one of claims 1 to 6, which is controlled so that a separation region having a width of 500 µm or less is formed on a surface of the nitride single crystal on the tool side. Manufacturing method. 前記窒化物単結晶の主面の面積が50mm2以上である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。 The manufacturing method of the nitride single crystal which has a through-hole as described in any one of Claims 1-7 whose area of the main surface of the said nitride single crystal is 50 mm < 2 > or more. 前記窒化物単結晶の周縁から内側へ500〜10000μmの領域に貫通孔を形成する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The manufacturing method of the nitride single crystal which has a through-hole as described in any one of Claims 1-8 which forms a through-hole in the area | region of 500-10000 micrometers inside from the periphery of the said nitride single crystal. 前記工具として、前記窒化物単結晶側の底部の形状が平面または凸型である工具を用いる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The manufacturing method of the nitride single crystal which has a through-hole as described in any one of Claims 1-9 using the tool in which the shape of the bottom part by the side of the said nitride single crystal is a plane or a convex type as the said tool. 前記工具の前記窒化物単結晶側の表面への投影像の最大の幅が100〜1500μmである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The manufacturing method of the nitride single crystal which has a through-hole as described in any one of Claims 1-10 whose maximum width of the projection image to the surface at the side of the said nitride single crystal of the said tool is 100-1500 micrometers. . 前記砥粒がSiCである、請求項1〜11のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The manufacturing method of the nitride single crystal which has a through-hole as described in any one of Claims 1-11 whose said abrasive grain is SiC. 前記工具を超音波振動させる方向が、前記窒化物単結晶の主面に向かう方向である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The method for producing a nitride single crystal having a through hole according to any one of claims 1 to 12, wherein a direction in which the tool is ultrasonically vibrated is a direction toward a main surface of the nitride single crystal. 前記窒化物単結晶の主面が非極性面または半極性面である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の貫通孔を有する窒化物単結晶の製造方法。   The manufacturing method of the nitride single crystal which has a through-hole as described in any one of Claims 1-13 whose main surface of the said nitride single crystal is a nonpolar surface or a semipolar surface. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする貫通孔を有する窒化物単結晶。   A nitride single crystal having a through-hole, which is manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
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JP2006339431A (en) * 2005-06-02 2006-12-14 Hitachi Cable Ltd Nitride semiconductor substrate processing method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002307266A (en) * 2001-04-12 2002-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic processing method and ultrasonic processing device
JP2006339431A (en) * 2005-06-02 2006-12-14 Hitachi Cable Ltd Nitride semiconductor substrate processing method

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