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WO2024214391A1 - Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造装置 - Google Patents

Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造装置 Download PDF

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Publication number
WO2024214391A1
WO2024214391A1 PCT/JP2024/005816 JP2024005816W WO2024214391A1 WO 2024214391 A1 WO2024214391 A1 WO 2024214391A1 JP 2024005816 W JP2024005816 W JP 2024005816W WO 2024214391 A1 WO2024214391 A1 WO 2024214391A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
group iii
iii nitride
nitride crystal
raw material
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/005816
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
淳一 滝野
暢行 布袋田
俊一 松野
Original Assignee
パナソニックホールディングス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックホールディングス株式会社 filed Critical パナソニックホールディングス株式会社
Publication of WO2024214391A1 publication Critical patent/WO2024214391A1/ja

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38—Nitrides

Definitions

  • This disclosure relates to an apparatus for manufacturing Group III nitride crystals.
  • it relates to an apparatus for manufacturing Group III nitride crystals using a vapor phase growth method.
  • III-nitride crystals such as GaN are expected to be applied to next-generation optical devices such as high-output LEDs (light-emitting diodes) and LDs (laser diodes), as well as next-generation electronic devices such as high-output power transistors mounted on EVs (electric vehicles) and PHVs (plug-in hybrid vehicles).
  • OVPE Oxide Vapor Phase Epitaxy
  • An example of a reaction system in the OVPE method is as follows: H2O gas is introduced while Ga is heated. The introduced H2O gas reacts with Ga to generate Ga2O gas (represented by formula (1) below). Then, NH3 gas is introduced, and the NH3 gas reacts with the generated Ga2O gas to generate GaN crystals on the seed substrate (represented by formula (2) below).
  • Figure 1A is a graph showing the relationship between the saturated vapor pressure of H 2 O and the temperature of the thermostatic bath of liquid H 2 O
  • Figure 1B is a graph showing the relationship between the supply amount of H 2 O gas and the temperature of the thermostatic bath when N 2 is supplied as a carrier gas at 0.5 L/min when H 2 O gas is introduced.
  • the saturated vapor pressure of H 2 O varies depending on the temperature of the thermostatic bath of liquid H 2 O.
  • the supply amount of H 2 O gas varies depending on the temperature of the thermostatic bath, and especially when the supply amount of H 2 O gas is large, the supply amount of H 2 O gas is greatly affected by the fluctuation in the temperature of the thermostatic bath.
  • the temperature of the entire thermostatic chamber needs to be controlled within ⁇ 0.3° C.
  • the supply amount of Ga 2 O gas which is the raw material, also increases (see formula (2)).
  • a thermostatic chamber with a bottom surface of 78.54 cm 2 and a height of 11.1 cm or more is required. It is very difficult to control the temperature of liquid H 2 O in a thermostatic chamber of such a size within ⁇ 0.3° C.
  • the object of the present disclosure is to solve the above-mentioned problems of the conventional art and to provide a manufacturing apparatus for Group III nitride crystals that can easily stabilize the amount of Group III oxide gas produced in the production of Group III nitride crystals.
  • the Group III nitride crystal manufacturing apparatus is a Group III nitride crystal manufacturing apparatus that includes a source of a Group III element and that is equipped with a source chamber that supplies a Group III element oxide gas, and two or more gas supply pipes connected to the source chamber, in which an oxidizing gas and a reducing gas are separately supplied to the source chamber via the two or more gas supply pipes, and react in the source chamber to generate a reactive gas, and the generated reactive gas reacts with the Group III element source to generate a Group III element oxide gas.
  • the Group III nitride crystal manufacturing apparatus can facilitate stabilization of the amount of Group III oxide gas produced during the production of Group III nitride crystals.
  • 1 is a graph showing the relationship between the saturated vapor pressure of H 2 O and the temperature of a thermostatic bath for liquid H 2 O.
  • 11 is a graph showing the relationship between the supply amount of H 2 O gas and the temperature of the thermostatic chamber when N 2 is supplied at 0.5 L/min as a carrier gas when H 2 O gas is introduced.
  • 1 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the configuration of a group III nitride crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3 is a schematic partial cross-sectional view showing another example of the configuration of the source chamber of the Group III nitride crystal manufacturing apparatus of FIG. 2.
  • 3 is a schematic partial cross-sectional view showing another example of the configuration of the source chamber of the Group III nitride crystal manufacturing apparatus of FIG. 2.
  • 3 is a schematic partial cross-sectional view showing another example of the configuration of the source chamber of the Group III nitride crystal manufacturing apparatus of FIG. 2.
  • 1 is a flowchart showing an example of a Group III nitride crystal manufacturing process using a Group III nitride crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 7 is a flow chart showing the operation of a group III nitride crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present disclosure in a growth step of the manufacturing process of FIG. 6.
  • 1 is a table showing measurement results of Group III nitride crystals according to examples and comparative examples related to an embodiment of the present disclosure. 1 is a graph showing evaluations of growth rates of Group III nitride crystals according to examples and comparative examples according to an embodiment of the present disclosure. 1 is a graph showing evaluation of crystallinity of Group III nitride crystals according to examples and comparative examples according to an embodiment of the present disclosure.
  • a manufacturing apparatus for Group III nitride crystals comprising a source chamber including a Group III element source and supplying a Group III element oxide gas, and two or more gas supply pipes connected to the source chamber, in which an oxidizing gas and a reducing gas are separately supplied to the source chamber via the two or more gas supply pipes, react in the source chamber to generate a reactive gas, and the generated reactive gas reacts with the Group III element source to generate a Group III element oxide gas.
  • This aspect makes it easier to stabilize the amount of Group III oxide gas produced in the production of Group III nitride crystals.
  • a Group III nitride crystal manufacturing apparatus as described in the first aspect, in which the raw material chamber includes a reactive gas synthesis section located on the upstream side and a raw material reaction section located on the downstream side and in gas flow communication with the reactive gas synthesis section, two or more gas supply pipes are connected to the reactive gas synthesis section, and a Group III element source is disposed in the raw material reaction section.
  • a Group III nitride crystal manufacturing apparatus as described in the second aspect, in which the reactive gas synthesis section and the raw material reaction section are separated by a partition plate.
  • an apparatus for producing Group III nitride crystals as described in the second or third aspect in which the reactive gas synthesis section includes one or more reflector plates.
  • a Group III nitride crystal manufacturing apparatus as described in the third aspect, in which the partition plate is composed of one or more reflector plates.
  • a Group III nitride crystal manufacturing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, in which the raw material chamber is cylindrical and has one or more connection ports on its side, and at least some of the two or more gas supply pipes are connected to the raw material chamber via the connection ports.
  • connection ports are multiple and are arranged at equal intervals around the circumference of the side surface.
  • an apparatus for producing Group III nitride crystals according to any one of the first to seventh aspects, in which the source chamber contains at least one material selected from the group consisting of quartz, carbon, PG, PBN, SiC, transition metals, and stainless steel.
  • the gas supply pipe includes at least one material selected from the group consisting of quartz, carbon, PG, PBN, SiC, transition metals, and stainless steel.
  • an apparatus for producing Group III nitride crystals as described in the second or third aspect further comprising a heating section, which maintains the temperature of the reactive gas synthesis section at 290°C or higher and the temperature of the raw material reaction section at 800°C or higher and lower than 1800°C.
  • a Group III nitride crystal manufacturing apparatus as described in the tenth aspect, further comprising a seed substrate, the Group III nitride crystal being grown on the seed substrate, and the heating section maintaining the temperature of the seed substrate at or above the temperature of the raw material reaction section.
  • a method for producing a Group III nitride crystal comprising: a gas supply step of separately supplying an oxidizing gas and a reducing gas; a reactive gas generation step of reacting the supplied oxidizing gas with the reducing gas to generate a reactive gas; a Group III element oxide gas generation step of reacting the generated reactive gas with a Group III element source to generate a Group III element oxide gas; and a Group III nitride crystal generation step of reacting the generated Group III element oxide gas with a nitrogen-containing gas to generate a Group III nitride crystal.
  • Fig. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the configuration of a Group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the Group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 shown in Fig. 2 comprises a source chamber 100, a growth chamber 110, a heating section 120, and gas supply pipes 130 and 140.
  • the Group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 can be used to manufacture Group III nitride crystals by a vapor phase growth method.
  • Fig. 2 is a schematic view, and the sizes, ratios, etc. of the respective constituent members may differ from the actual ones.
  • the raw material chamber 100 and the growth chamber 110 of the III-nitride crystal manufacturing apparatus 10 can each be configured to have a cylindrical shape.
  • the raw material chamber 100 is disposed inside the growth chamber 110 and communicates with the growth chamber 110 at a gas supply port 107, and the gas inside the manufacturing apparatus 10 flows from the upstream side to the downstream side in the illustrated flow direction A.
  • the heating section 120 includes heaters 121, 122, and 123 disposed on the outer periphery of the growth chamber 110, and maintains the temperature inside the raw material chamber 100 and the growth chamber 110.
  • the raw material chamber 100 is provided with a starting group III element source 105, and the gas supply pipes 130 and 140 are connected to the raw material chamber 100 upstream of the starting group III element source 105.
  • an oxidizing gas and a reducing gas are separately supplied to the raw material chamber 100 via the gas supply pipes 130 and 140, and react in the raw material chamber 100 to generate a reactive gas.
  • the generated reactive gas reacts with the starting group III element source to generate a group III element oxide gas, and the generated group III element oxide gas is supplied to the growth chamber 110 via the gas supply port 107.
  • the configuration of the raw material chamber 100 will be described in more detail later.
  • a seed substrate 115 and a substrate susceptor 116 that holds the seed substrate 115 are disposed.
  • the seed substrate 115 and the substrate susceptor 116 are circular and disposed downstream of the gas supply port 107 of the source chamber 100.
  • the substrate susceptor 116 is connected to a rotating shaft 114, and can be rotated together with the seed substrate 115 by being driven by the rotating shaft 114 during Group III nitride crystal growth.
  • a nitrogen-containing gas is introduced into the growth chamber 110 through a nitrogen-containing gas supply port 111.
  • a carrier gas for the nitrogen-containing gas is introduced through carrier gas supply ports 112 and 113.
  • the carrier gas may be, but is not limited to, an inert gas such as Ar or N2 .
  • the introduced nitrogen-containing gas reacts with the Group III element oxide gas supplied from the source chamber 100 in the growth chamber 110 to produce a Group III nitride crystal on the seed substrate 115.
  • the source gas containing the unreacted Group III element oxide gas and the nitrogen-containing gas, and the carrier gas such as Ar or N2 are exhausted from an exhaust port 117 provided at the bottom of the growth chamber 110.
  • FIG. 1 ⁇ Configuration of Source Chamber 100>
  • the configuration of source chamber 100 according to this embodiment will be described with reference to Figures 3 to 5 in addition to Figure 2.
  • Figures 3 to 5 are schematic partial cross-sectional views showing another example of the configuration of the source chamber of Group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 of Figure 2, and are schematic partial cross-sectional views showing the configurations of source chambers 100a, 100b, and 100c, respectively. Note that in Figures 2 to 5, the same or similar components are given the same reference numerals, and detailed description will be omitted.
  • the raw material chamber 100 shown in FIG. 2 includes a reactive gas synthesis section 101 located on the upstream side, and a raw material reaction section 102 located on the downstream side and in gas flow communication with the reactive gas synthesis section 101.
  • Connection ports 103 and 104 are provided in the reactive gas synthesis section 101, and gas supply pipes 130 and 140 are connected to the raw material chamber 100 via the connection ports 103 and 104, respectively.
  • a raw material boat 106 is disposed in the raw material reaction section 102, and a starting group III element source 105 is placed on the raw material boat 106.
  • the starting group III element source 105 is a Ga source.
  • the raw material boat 106 in the raw material reaction section 102 can be configured in a shape that can increase the contact area between the reactive gas and the starting group III element source 105.
  • the raw material boat 106 in order to prevent the reactive gas from passing through the raw material reaction section 102 without contacting the starting group III element source 105, can be configured, for example, in a multi-stage dish shape.
  • the reactive gas synthesis section 101 and the raw material reaction section 102 of the raw material chamber 100 are separated by a partition plate 108.
  • a reducing gas and an oxidizing gas introduced separately through gas supply pipes 130 and 140 react with each other to generate a reactive gas.
  • an opening through which gas flows is formed near the partition plate 108, and the generated reactive gas flows into the raw material reaction section 102 through the opening and reacts with the starting group III element source to generate a group III element oxide gas.
  • H2 gas is used as the reducing gas
  • O2 gas is used as the oxidizing gas.
  • H2O gas which is a reactive gas
  • Ga2O gas which is a group III element oxide gas
  • the partition plate 108 can be composed of a reflector plate.
  • the partition plate 108 may have one or more reflector plates.
  • one or more reflector plates can be arranged in the reactive gas synthesis section 101.
  • a partition plate 108a composed of multiple reflector plates is arranged.
  • multiple reflector plates 108b1 are arranged in the center of the raw material chamber 100 in the reactive gas synthesis section 101, and multiple reflector plates 108b2 as partition plates are arranged between the reactive gas synthesis section 101 and the raw material reaction section 102.
  • multiple reflector plates 108c1 and a reflector plate 108c2 as partition plates are arranged in the reactive gas synthesis section 101.
  • the reflector plate 108c1 is configured so that the individual reflector plates 108A1, 108B1, 108C1, and 108D1 are arranged along the inner wall of the source chamber 100 with their ends alternately offset.
  • a partition plate between the reactive gas synthesis section 101 and the raw material reaction section 102, and/or a reflector plate within the reactive gas synthesis section 101, convection between the reducing gas and the oxidizing gas introduced into the reactive gas synthesis section 101 is easily formed, and the reaction efficiency can be improved.
  • the shape, dimensions, and installation position of the partition plate or the reflector plate within the reactive gas synthesis section can be designed according to the application, and the present disclosure is not limited thereto.
  • connection ports 103, 104 of the gas supply pipes 130, 140 are provided on the end face and side face of the raw material chamber 100, respectively, but the present disclosure is not limited to this.
  • the connection ports 103, 104 of the gas supply pipes 130, 140 may both be installed on the end face of the raw material chamber 100, or both on the side face of the raw material chamber 100.
  • the reducing gas and oxidizing gas supplied to the reactive gas synthesis section are supplied separately through the gas supply pipes 130, 140. This prevents damage to the piping or chamber caused by the reducing gas and oxidizing gas reacting in the gas supply pipe and the reaction heat causing a chain reaction upstream of the supply.
  • a check valve structure (not shown) may be provided in the gas supply pipes 130, 140.
  • connection ports 104a, 104b of gas supply pipes 140a, 140b are provided on the side of the raw material chamber.
  • the plurality of connection ports 104a, 104b installed on the side of the cylindrical raw material chamber can be arranged at equal intervals on the circumference of the side. This allows the reactive gas to be generated more uniformly.
  • the plurality of connection ports can be configured to be arranged symmetrically on the circumference of the side of the raw material chamber. Note that the present disclosure does not specify whether the gas supply pipes are oxidizing gas supply pipes or reducing gas supply pipes, and one of the gas supply pipes 130, 140 can be used as an oxidizing gas supply pipe and the other can be used as a reducing gas supply pipe.
  • the raw material chamber 100, the partition plate 108, the reflector plate, and the gas supply pipes 130 and 140 can be configured to include at least one material selected from the group consisting of quartz, carbon, PG, PBN, SiC, transition metals, and stainless steel.
  • the reactive gas synthesis unit 101 in the source chamber 100 is heated by the first heater 121 and the second heater 122 of the heating unit 120.
  • the temperature of the reactive gas synthesis unit 101 can be maintained at 290° C. or higher in consideration of the ignition points of H2 gas and O2 gas.
  • the raw material reaction section 102 is heated by the first heater 121 and the second heater 122 of the heating section 120.
  • the temperature of the raw material reaction section 102 can be maintained at 800° C. or higher, which is higher than the boiling point of the Group III element oxide gas generated in the raw material reaction section 102, for example, Ga 2 O gas in this embodiment.
  • the first heater 121 and the second heater 122 of the heating section 120 can maintain the temperature of the raw material reaction section 102 lower than that of the seed substrate 115.
  • the temperature of the raw material reaction section 102 can be set to, for example, less than 1800° C.
  • the seed substrate 115 is heated by the third heater 123 of the heating section 120.
  • the temperature of the seed substrate 115 can be controlled so that the temperature of the seed substrate 115 does not fall below the temperature of the raw material reaction section 102 and the temperature of the Group III oxide gas supply port 107.
  • the third heater 123 can maintain the temperature of the seed substrate 115 at 1000°C or higher and 1800°C or lower.
  • the III-nitride crystal manufacturing apparatus 10 configured in this manner, when the reducing gas and the oxidizing gas are supplied via, for example, a mass flow controller, a stable supply with a supply error of less than 1% is possible. This stabilizes the amount of reactive gas generated, making it easier to stabilize the amount of III oxide gas generated. This allows the growth rate of the III-nitride crystal to be kept constant, making it possible to manufacture III-nitride crystals with highly stable quality.
  • a thermostatic bath or a container filled with liquid H 2 O, which are used in the bubbling method becomes unnecessary, making it possible to manufacture III-nitride crystals with a simple apparatus. Furthermore, precise temperature control of the thermostatic bath becomes unnecessary, simplifying the manufacturing process.
  • FIG. 6 is a flow chart showing an example of a manufacturing process for Group III nitride crystals using the manufacturing apparatus 10 for Group III nitride crystals according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 7 is a flow chart showing the operation of the manufacturing apparatus 10 for Group III nitride crystals according to an embodiment of the present disclosure in the growth step of the manufacturing process of Figure 6.
  • the manufacturing process for III-nitride crystals can include steps S501 to S510. Each step is described below.
  • the seed substrate 115 is placed on the substrate susceptor 116.
  • the seed substrate 115 is heated to 100°C or higher and less than 500°C in an inert gas atmosphere.
  • the temperature of seed substrate 115 is increased to 500° C. or more and less than 1100° C. in an NH 3 gas atmosphere.
  • the temperature of the seed substrate 115 is further raised to 1100° C. or higher and lower than 1500° C. in an atmosphere of Ga 2 O gas and NH 3 gas.
  • an atmosphere of NH 3 gas only, decomposition of the Group III nitride crystal may occur. Therefore, in the heating step 2, Ga 2 O gas is introduced together with NH 3 gas, and decomposition in the high-temperature environment in which the Group III nitride crystal is grown can be suppressed.
  • the growth step S505 will be described with reference to FIG. 7.
  • a Group III nitride crystal is generated on a seed substrate 115 using a Group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the growth step S505 of the Group III nitride crystal can include steps S601a to S607. Note that each step included in the growth step S505 may be performed simultaneously in the Group III nitride crystal manufacturing apparatus 10.
  • an oxidizing gas is supplied to the reactive gas synthesis section 101 of the raw material chamber 100 by an oxidizing gas supply pipe.
  • the oxidizing gas supply pipe may be a gas supply pipe 130 connected to a connection port 103 on the end face of the raw material chamber 100, or a gas supply pipe 140 connected to a connection port 104 on the side face of the raw material chamber 100 (see FIG. 2).
  • O2 gas is used as the oxidizing gas.
  • CO gas, CO2 gas, NO gas, N2O gas, NO2 gas, and N2O4 gas may be used as the oxidizing gas.
  • a reducing gas is supplied to the reactive gas synthesis section 101 of the raw material chamber 100 through a reducing gas supply pipe.
  • the reducing gas supply pipe may be the gas supply pipe 130 or the gas supply pipe 140 (see FIG. 2).
  • H2 gas is used as the reducing gas.
  • other reducing gases such as CH4 gas, C2H4 gas , C2H6 gas , C3H6 gas , C3H8 gas, and C4H10 gas may be used.
  • an inert gas can be introduced into the reactive gas synthesis unit 101.
  • N2 gas can be introduced into the reactive gas synthesis unit 101 as a carrier gas.
  • the oxidizing gas and reducing gas supplied through the gas supply pipes 103 and 104 are mixed and reacted in the reactive gas synthesis section 101 to generate a reactive gas.
  • the oxidizing gas O2 gas reacts with the reducing gas H2 gas to generate the reactive gas H2O gas.
  • the reactive gas synthesis unit 101 is maintained at a temperature of 290° C. or higher by the first heater 121 and the second heater 122 of the heating unit 120.
  • the reactive gas is supplied from the reactive gas synthesis section 101 to the raw material reaction section 102.
  • the H 2 O gas generated in the reactive gas synthesis section 101 is sent to the raw material reaction section 102 through an opening near the partition plate 108.
  • the reactive gas fed from the reactive gas synthesis section 101 reacts with the starting group III element source 105 in the raw material reaction section 102 to generate group III element oxide gas.
  • the reactive gas H2O gas reacts with Ga, which is the starting group III element source 105, to generate Ga2O gas, which is a group III element oxide gas (formula (1)).
  • Ga which is the starting group III element source 105
  • Ga2O gas which is a group III element oxide gas (formula (1)).
  • the raw material reaction section 102 is maintained at a temperature of 800°C or higher, which is higher than the boiling point of Ga2O gas, by the first heater 121 and the second heater 122 of the heating section 120.
  • the group III element oxide gas generated in the group III element oxide gas generation step S604 is supplied to the growth chamber 111.
  • the Ga 2 O gas generated in the raw material reaction section 102 is supplied to the growth chamber 110 via the gas supply port 107.
  • the seed substrate 115 is heated by the third heater 123 of the heating section 120 so as to prevent a reverse reaction of the reaction generating Ga 2 O gas, which is a group III oxide gas, from occurring, and the temperature of the seed substrate 115 is maintained so as not to fall below the temperatures of the raw material reaction section 102 and the gas supply port 107.
  • the nitrogen-containing gas is supplied to the growth chamber 110 through the nitrogen-containing gas supply port 111.
  • the carrier gas used to supply the nitrogen-containing gas is introduced through the carrier gas supply ports 112 and 113 (see FIG. 2).
  • NH3 gas is used as the nitrogen-containing gas.
  • other nitrogen-containing gases may be used, such as NO gas, NO2 gas , N2O gas , N2O4 gas , N2H2 gas , N2H4 gas, and HCN gas.
  • the group III element oxide gas supplied in the group III element oxide gas supplying step S605a reacts with the nitrogen-containing gas supplied in the nitrogen-containing gas supplying step S605b in the growth chamber 110 to grow a group III nitride crystal on the seed substrate 115.
  • the growth chamber 110 is heated by the heating unit 120 to a temperature at which the group III element oxide gas and the nitrogen-containing gas react.
  • Ga2O gas which is a group III element oxide gas
  • NH3 gas which is a nitrogen-containing gas
  • the seed substrate 115 in the growth chamber 110 is maintained at a temperature of 1000°C or higher and 1800°C or lower by the third heater 123 of the heating unit 120.
  • the process proceeds to the decomposition protection temperature-reducing step S506.
  • the temperature of the seed substrate 115 is reduced to 800° C. or lower in an NH 3 gas atmosphere. Then, the temperature of the Group III nitride crystal on the seed substrate 115 is reduced to room temperature through the temperature-reducing step S507.
  • the Group III nitride crystals that have been cooled to room temperature are then processed into products through a removal step S508, a slicing step S509, and a polishing step S510.
  • Conventionally known methods can be used for these steps, so detailed explanations are omitted.
  • Group III nitride crystals can be manufactured.
  • the above method for manufacturing Group III nitride crystals is merely one example, and the manufacturing of Group III nitride crystals is not limited to the above method.
  • the materials and manufacturing conditions used in the growth step S505 of the Group III nitride crystal GaN are also only one example, and are not limited to the above.
  • Examples and Comparative Examples Group III nitride crystal growth was carried out using a Group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 according to an embodiment of the present disclosure. Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 according to an embodiment of the present disclosure will be described below.
  • Group III nitride crystal GaN was grown. Liquid Ga was used as the starting Ga source, and the liquid Ga was reacted with H 2 O gas, which is a reactive gas, and the generated Ga 2 O gas was used as a Group III element oxide gas. GaN crystal growth was performed so that the GaN crystal had a thickness of about 0.5 to 1.5 mm in one growth. The target value of the growth rate was set to 200 ⁇ m/h.
  • the growth rate of the GaN crystal and the quality of the generated GaN crystal were measured in each of the cases where H 2 gas and O 2 gas were synthesized and H 2 O gas was supplied to generate H 2 O gas, which is a reactive gas, in the manufacturing apparatus 10 (Example 1-3) and where H 2 O gas, which is a reactive gas, was supplied into the manufacturing apparatus 10 by a bubbling method (Comparative Example 1-3).
  • Examples 1 to 3 In Examples 1-3, the temperature of the raw material reaction section was set to 1030°C, and the surface temperature of the seed substrate was set to 1150°C.
  • H2 gas as a reducing gas was supplied at 27 L/min
  • O2 gas as an oxidizing gas was supplied at 0.18 L/min
  • N2 gas as a carrier gas was supplied at 0.5 L/min to the reactive gas synthesis section of the raw material chamber to generate reactive gas H2O gas.
  • NH3 gas As a nitrogen-containing gas, NH3 gas was supplied to the growth chamber at 5 L/min.
  • the growth time of the GaN crystal was set to 150 minutes in Example 1, 300 minutes in Example 2, and 450 minutes in Example 3.
  • Comparative Example 1-3 In Comparative Example 1-3, the temperature of the raw material reaction section and the surface temperature of the seed substrate were set to 1030°C and 1150°C, respectively, as in the Examples.
  • Reactive H2O gas was supplied to the raw material chamber at 0.36 L/min by bubbling with 26.64 L/min of H2 gas and 0.5 L/min of N2 gas.
  • NH3 gas As a nitrogen-containing gas, NH3 gas was supplied to the growth chamber at 5 L/min.
  • the growth time of the GaN crystal was 150 minutes in Comparative Example 1, 300 minutes in Comparative Example 2, and 450 minutes in Comparative Example 3.
  • Figure 8 is a table showing the measurement results of the Group III nitride crystals in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 9 is a graph showing the evaluation of the growth rates of the Group III nitride crystals in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 10 is a graph showing the evaluation of the crystallinity of the Group III nitride crystals in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the GaN crystal obtained in Example 1-3 had an average growth rate S1 of 199.9 ⁇ m/h, a maximum value of 201.2 ⁇ m/h, a minimum value of 199.1 ⁇ m/h, and a fluctuation range ⁇ s1 of the growth rate of 2.1 ⁇ m/h.
  • the GaN crystal obtained in Comparative Example 1-3 had an average growth rate S2 of 193.8 ⁇ m/h, a maximum value of 215.0 ⁇ m/h, a minimum value of 180.5 ⁇ m/h, and a fluctuation range ⁇ s2 of the growth rate of 34.5 ⁇ m/h.
  • Example 1-3 Compared to Comparative Example 1-3, it was confirmed that a stable GaN crystal growth rate was achieved in Example 1-3.
  • H 2 gas and O 2 gas to generate H 2 O gas, the amount of H 2 O gas generated is stabilized, and the amount of Group III oxide gas Ga 2 O gas generated can be stabilized. This allowed GaN crystals to be grown on the seed substrate at a stable growth rate.
  • the crystal mosaic property of the GaN crystal was measured by the (0002) XRC half-width in the as-grown state.
  • the average value A1 of the XRC half-width was 155.3 arcsec
  • the maximum value was 158 arcsec
  • the minimum value was 153 arcsec
  • the fluctuation range ⁇ a1 of the XRC half-width was 5 arcsec.
  • the average value A2 of the XRC half-width was 326.3 arcsec, the maximum value was 390 arcsec, the minimum value was 287 arcsec, and the fluctuation range ⁇ a2 of the XRC half-width was 103 arcsec. It was confirmed that the GaN crystal obtained in Example 1-3 achieved stable and excellent crystallinity compared to Comparative Example 1-3. It was shown that when GaN crystals were grown by separately introducing H2 gas and O2 gas to generate H2O gas, the crystal mosaic property was improved and the variation was reduced, thereby ensuring the stability of the quality of the GaN crystals.
  • the present disclosure is applicable to the production of Group III nitride crystals.
  • the amount of Group III element oxide gas produced can be stabilized in the production of Group III nitride substrates, making it possible to produce GaN crystals with highly stable quality.
  • Group III nitride crystal manufacturing apparatus 100 Source chamber 100a, 100b, 100c Source chamber 101 Reactive gas synthesis section 102 Source reaction section 103, 104 Connection port 104a, 104b Connection port 105 Starting Group III element source 106 Source boat 107 Gas supply port 108 Partition plate 108a, 108b1, 108b2, 108c1, 108c2 Reflector plate 110 Growth chamber 111 Nitrogen-containing gas supply port 112, 113 Carrier gas supply port 114 Rotating shaft 115 Seed substrate 116 Substrate susceptor 117 Exhaust port 120 Heating section 130, 140 Gas supply pipe 121, 122, 123 Heater

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Abstract

本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、ＩＩＩ族元素源を含み、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを供給する原料チャンバと、原料チャンバに接続された２つ以上のガス供給管と、を備え、２つ以上のガス供給管を介して、酸化性ガスと還元性ガスとが別々に原料チャンバに供給され、原料チャンバ内で反応して反応性ガスを生成し、生成された反応性ガスがＩＩＩ族元素源と反応してＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する。

Description

ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置
　本開示は、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置に関する。特に、気相成長法によるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置に関する。
　ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物結晶は、高出力ＬＥＤ（発光ダイオード）及びＬＤ（レーザ－ダイオード）等の次世代光デバイスや、ＥＶ（電気自動車）及びＰＨＶ（プラグインハイブリッド自動車）等に搭載される高出力パワートランジスタ等の次世代電子デバイスへの応用が期待されている。ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法として、ＩＩＩ族酸化物を原料とするＯｘｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ（ＯＶＰＥ）法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
　ＯＶＰＥ法における反応系の例は、以下に示す通りである。Ｇａを加熱した状態で、Ｈ２Ｏガスを導入する。導入されたＨ２Ｏガスは、Ｇａと反応して、Ｇａ２Ｏガスを生成させる（下記式（１））。そして、ＮＨ３ガスを導入し、ＮＨ３ガスと、生成されたＧａ２Ｏガスとを反応させて、種基板上にＧａＮ結晶を生成する（下記式（２））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
国際公開ＷＯ２０１５／０５３３４１号
　特許文献１に記載の製造方法では、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造させる際に、ＩＩＩ族元素酸化物ガスの生成量を安定させるためには、一定の供給量でＨ２Ｏガスを供給する必要がある。製造工程において、Ｈ２Ｏガスの供給は、例えば、バブリング方式を採用することができる。このとき、安定なＨ２Ｏガスの供給量を維持するためには、液体Ｈ２Ｏを載置する恒温槽全体の温度を精密に制御する必要がある。
　ＩＩＩ族窒化物結晶の製造工程における液体Ｈ２Ｏの恒温槽の温度制御について、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。図１Ａは、Ｈ２Ｏの飽和蒸気圧と液体Ｈ２Ｏの恒温槽の温度との関係を示すグラフであって、図１Ｂは、Ｈ２Ｏガスを導入するとき、キャリアガスとしてのＮ２を０．５Ｌ／ｍｉｎで供給する場合に、Ｈ２Ｏガスの供給量と恒温槽の温度との関係を示すグラフである。図１Ａに示すように、Ｈ２Ｏの飽和蒸気圧は、液体Ｈ２Ｏの恒温槽の温度によって変動する。したがって、図１Ｂに示すように、Ｈ２Ｏガスの供給量は、恒温槽の温度によって変動し、特にＨ２Ｏガスの供給量が多い場合、Ｈ２Ｏガスの供給量は、恒温槽の温度の変動により大きく影響される。
　例えば、Ｈ２Ｏガスを３６０ｍＬ／ｍｉｎ、供給誤差±１％の精度で供給する場合、恒温槽全体の温度を±０．３℃以下で制御する必要がある。成長させるＧａＮ結晶の大型化を目指す場合、原料であるＧａ２Ｏガスの供給量も増加する（式（２）参照）。そのとき、Ｈ２Ｏガスの供給量を増加させるため、液体Ｈ２Ｏの恒温槽の容量を増加させる必要がある。例えば、ＧａＮ結晶を厚さ１０ｍｍ、直径６インチの大きさで成長させるためには、ＧａとＨ２Ｏの反応率が３６．６％、ＧａＮ結晶成長におけるＧａ収率が３７.１％とした場合、８６８ｍＬの液体Ｈ２Ｏが必要となる。これを載置するためには、例えば、底面７８．５４ｃｍ２、高さ１１．１ｃｍ以上の恒温槽が必要となる。このような大きさの恒温槽内の液体Ｈ２Ｏの温度を±０．３℃以下で制御することは非常に困難である。
　ＩＩＩ族窒化物結晶の製造において、液体Ｈ２Ｏの恒温槽の温度を高精度で制御することが難しいため、ＩＩＩ族元素酸化物ガスの生成量の安定化が困難である。その結果、ＧａＮ結晶の品質の安定性を確保することができない課題を有している。
　そこで、本開示の目的は、上記従来の課題を解決するものであって、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造において、ＩＩＩ族酸化物ガスの生成量の安定化を容易にすることができるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供することにある。
　前記目的を達成するために、本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置であって、ＩＩＩ族元素源を含み、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを供給する原料チャンバと、原料チャンバに接続された２つ以上のガス供給管と、を備え、２つ以上のガス供給管を介して、酸化性ガスと還元性ガスとが別々に原料チャンバに供給され、原料チャンバ内で反応して反応性ガスを生成し、生成された反応性ガスが、ＩＩＩ族元素源と反応してＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する。
　本開示の一態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置によれば、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造において、ＩＩＩ族酸化物ガスの生成量の安定化を容易にすることができる。
Ｈ２Ｏの飽和蒸気圧と液体Ｈ２Ｏの恒温槽の温度との関係を示すグラフである。 Ｈ２Ｏガスを導入するとき、キャリアガスとしてのＮ２を０．５Ｌ／ｍｉｎで供給する場合に、Ｈ２Ｏガスの供給量と恒温槽の温度との関係を示すグラフである。 本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の構成の一例を示す概略部分断面図である。 図２のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の原料チャンバの構成の他の一例を示す概略部分断面図である。 図２のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の原料チャンバの構成の他の一例を示す概略部分断面図である。 図２のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の原料チャンバの構成の他の一例を示す概略部分断面図である。 本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を用いたＩＩＩ族窒化物結晶の製造プロセスの一例を示すフローチャートである。 図６の製造プロセスの成長工程において、本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の動作を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係る実施例及び比較例によるＩＩＩ族窒化物結晶の測定結果を示す表である。 本開示の実施の形態に係る実施例及び比較例によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度の評価を示すグラフである。 本開示の実施の形態に係る実施例及び比較例によるＩＩＩ族窒化物結晶の結晶性の評価を示すグラフである。
　本開示の第１態様によれば、ＩＩＩ族元素源を含み、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを供給する原料チャンバと、原料チャンバに接続された２つ以上のガス供給管と、を備え、２つ以上のガス供給管を介して、酸化性ガスと還元性ガスとが別々に原料チャンバに供給され、原料チャンバ内で反応して反応性ガスを生成し、生成された反応性ガスが、ＩＩＩ族元素源と反応してＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　この態様によれば、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造において、ＩＩＩ族酸化物ガスの生成量の安定化を容易にすることができる。
　本開示の第２態様によれば、原料チャンバは、上流側に位置する反応性ガス合成部と、下流側に位置し、反応性ガス合成部とガスの流れが連通している原料反応部と、を含み、２つ以上のガス供給管は、反応性ガス合成部に接続され、ＩＩＩ族元素源は、原料反応部に配置されている、第１態様に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第３態様によれば、反応性ガス合成部と原料反応部とは、仕切り板により仕切られている、第２態様に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第４態様によれば、反応性ガス合成部は、１つ以上のリフレクタ板を含む、第２又は第３態様に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第５態様によれば、仕切り板は、１つ以上のリフレクタ板により構成されている、第３態様に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第６態様によれば、原料チャンバは、円筒形状であって、側面に１つ以上の接続口が設けられ、２つ以上のガス供給管のうちの少なくとも一部は、接続口を介して原料チャンバに接続されている、第１から第５態様のいずれか１つに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第７態様によれば、接続口は、複数であって、側面の円周上に等間隔に配置されている、第６態様に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第８態様によれば、原料チャンバは、石英、カーボン、ＰＧ、ＰＢＮ、ＳｉＣ、遷移金属、ステンレスからなる群から選択された少なくとも１つの材質を含む、第１から第７態様のいずれか１つに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第９態様によれば、ガス供給管は、石英、カーボン、ＰＧ、ＰＢＮ、ＳｉＣ、遷移金属、ステンレスからなる群から選択される少なくとも一つの材質を含む、第１から第８態様のいずれか１つに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第１０態様によれば、加熱部を更に備え、加熱部は、反応性ガス合成部の温度を２９０℃以上であるように維持し、原料反応部の温度を８００℃以上、１８００℃未満であるように維持する、第２又は第３態様に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第１１態様によれば、種基板を更に備え、ＩＩＩ族窒化物結晶は種基板上に生成され、加熱部は、種基板の温度を、原料反応部の温度以上であるように維持する、第１０態様に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
　本開示の第１２態様によれば、酸化性ガスと還元性ガスとを別々に供給するガス供給工程と、供給された酸化性ガスと還元性ガスとを反応させて反応性ガスを生成する反応性ガス生成工程と、生成された反応性ガスを、ＩＩＩ族元素源と反応させてＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成するＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程と、生成されたＩＩＩ族元素酸化物ガスを、窒素元素含有ガスと反応させてＩＩＩ族窒化物結晶を生成させるＩＩＩ族窒化物結晶生成工程と、を含む、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供する。
　なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　本開示の実施の形態に係るフロー合成装置について、図２乃至図９を参照しながら説明する。添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。なお、図面において実質的に同一の部材については、同一の符号を付している。
（実施の形態）
＜ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の構成＞
　図２は、本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０の構成の一例を示す概略部分断面図である。図２に示すＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０は、原料チャンバ１００と、育成チャンバ１１０と、加熱部１２０と、ガス供給管１３０，１４０と、を備えている。ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０は、気相成長法によるＩＩＩ族窒化物結晶を製造するために利用することができる。なお、図２は概略図であり、各構成部材の大きさ、比率等は実際とは異なる場合がある。
　本実施の形態では、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０の原料チャンバ１００と育成チャンバ１１０とは、それぞれ円筒形状で構成することができる。原料チャンバ１００は、育成チャンバ１１０の内部に配置され、ガス供給口１０７において育成チャンバ１１０と連通し、製造装置１０内のガスは、図示流れ方向Ａで上流側から下流側に向けて流れる。加熱部１２０は、育成チャンバ１１０の外周部に配置されたヒータ１２１，１２２，１２３を含み、原料チャンバ１００及び育成チャンバ１１０内の温度を維持する。
　原料チャンバ１００には、出発ＩＩＩ族元素源１０５が配置され、ガス供給管１３０，１４０は、出発ＩＩＩ族元素源１０５の上流側において、原料チャンバ１００に接続されている。本実施の形態では、ガス供給管１３０，１４０を介して、酸化性ガスと還元性ガスとは別々に原料チャンバ１００に供給され、原料チャンバ１００内で反応して反応性ガスを生成する。生成された反応性ガスは、出発ＩＩＩ族元素源と反応してＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成し、生成されたＩＩＩ族元素酸化物ガスは、ガス供給口１０７を介して育成チャンバ１１０に供給する。原料チャンバ１００の構成について、後段において更に詳述する。
　育成チャンバ１１０には、種基板１１５と、種基板１１５を保持する基板サセプタ１１６が配置されている。本実施の形態では、種基板１１５と基板サセプタ１１６とは、円形であって、原料チャンバ１００のガス供給口１０７の下流に配置されている。また、基板サセプタ１１６は、回転シャフト１１４に接続され、ＩＩＩ族窒化物結晶成長中に、種基板１１５とともに回転シャフト１１４の駆動により回転することができる。
　育成チャンバ１１０の上部において、窒素含有ガスが窒素含有ガス供給口１１１を介して育成チャンバ１１０内に導入される。また、窒素含有ガスの搬送ガスは、搬送ガス供給口１１２，１１３を介して導入される。搬送ガスは、これに限定されないが、ＡｒやＮ２などの不活性ガスを用いることができる。導入された窒素含有ガスと、原料チャンバ１００から供給されたＩＩＩ族元素酸化物ガスとは、育成チャンバ１１０内で反応することによって、種基板１１５上にＩＩＩ族窒化物結晶が生成される。未反応のＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素含有ガスとを含む原料ガス、及びＡｒやＮ２などの搬送ガスは、育成チャンバ１１０の底部に設けられた排気口１１７から排出される。
＜原料チャンバ１００の構成＞
　本実施の形態に係る原料チャンバ１００の構成について、図２に併せて、図３から図５を参照して説明する。図３から図５は、図２のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０の原料チャンバの構成の他の一例を示す概略部分断面図であって、それぞれ、原料チャンバ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの構成を示す概略部分断面図である。なお、図２から図５において、同様又は類似の構成要素は、同一の符号を付しており、詳細な説明を省略する。
　図２に示す原料チャンバ１００は、上流側に位置する反応性ガス合成部１０１と、下流側に位置し、反応性ガス合成部１０１とはガスの流れが連通している原料反応部１０２とを含む。反応性ガス合成部１０１において、接続口１０３，１０４が設けられ、ガス供給管１３０，１４０はそれぞれ、接続口１０３，１０４を介して原料チャンバ１００に接続されている。原料反応部１０２には、原料ボート１０６が配置され、原料ボート１０６上に出発ＩＩＩ族元素源１０５が載置されている。本実施形態では、出発ＩＩＩ族元素源１０５はＧａ源である。
　原料反応部１０２における原料ボート１０６は、反応性ガスと出発ＩＩＩ族元素源１０５との接触面積を大きくすることができる形状で構成することができる。また、反応性ガスが出発ＩＩＩ族元素源１０５と非接触の状態で原料反応部１０２を通過することを防ぐために、原料ボート１０６は、例えば、多段の皿形状で構成することができる。
　本実施の形態では、原料チャンバ１００の反応性ガス合成部１０１と原料反応部１０２とは、仕切り板１０８によって仕切られている。反応性ガス合成部１０１において、ガス供給管１３０，１４０を通して別々に導入された還元性ガスと酸化性ガスとが反応し、反応性ガスが生成される。仕切り板１０８付近に、図示のように、ガスが流れる開口部が形成され、生成された反応性ガスは開口部を経由して、原料反応部１０２に流入し、出発ＩＩＩ族元素源と反応してＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する。本実施形態では、還元性ガスにＨ２ガスを用い、酸化性ガスにＯ２ガスを用いる。反応性ガス合成部１０１において、反応性ガスであるＨ２Ｏガスが生成され、原料反応部１０２において、ＩＩＩ族元素酸化物ガスであるＧａ２Ｏガスが生成される。
　本実施の形態では、仕切り板１０８は、リフレクタ板で構成することができる。仕切り板１０８を構成するリフレクタ板は、１つでもよく、複数でもよい。また、反応性ガス合成部１０１内に、１つ以上のリフレクタ板を配置することができる。例えば、図３に示す原料チャンバ１００ａの構成例では、複数のリフレクタ板により構成された仕切り板１０８ａが配置されている。図４に示す原料チャンバ１００ｂの構成例では、反応性ガス合成部１０１内に、複数のリフレクタ板１０８ｂ１が原料チャンバ１００の中央部に配置され、更に仕切り板としての複数のリフレクタ板１０８ｂ２が、反応性ガス合成部１０１と原料反応部１０２との間に配置されている。また、図５に示す原料チャンバ１００ｃの構成例では、反応性ガス合成部１０１内の複数のリフレクタ板１０８ｃ１と、仕切り板としてのリフレクタ板１０８ｃ２とが配置されている。リフレクタ板１０８ｃ１は、個々のリフレクタ板１０８Ａ１，１０８Ｂ１，１０８Ｃ１，１０８Ｄ１を、交互に端部をずらして、原料チャンバ１００の内壁に沿って配置するように構成されている。
　反応性ガス合成部１０１と原料反応部１０２との間の仕切り板、及び／又は反応性ガス合成部１０１内のリフレクタ板を配置することによって、反応性ガス合成部１０１内に導入された還元性ガスと酸化性ガスとの対流が形成しやすくなり、反応効率が向上することができる。仕切り板又は反応性ガス合成部内のリフレクタ板の形状、寸法、又は設置位置は、用途に応じて設計することができ、本開示はこれに限定されない。
　本実施の形態では、図２に示すように、ガス供給管１３０，１４０の接続口１０３，１０４は、それぞれ原料チャンバ１００の端面と側面とに設けられているが、本開示はこれに限定されない。ガス供給管１３０，１４０の接続口１０３，１０４は、ともに原料チャンバ１００の端面、又はともに原料チャンバ１００の側面に設置されてもよい。反応性ガス合成部に供給される還元性ガスと酸化性ガスとは、ガス供給管１３０，１４０を通して別々に供給される。これによって、還元性ガスと酸化性ガスとがガス供給管において反応し、その反応熱により、供給の上流側において反応の連鎖が生じることによる配管又はチャンバの破損を防止することができる。
　また、酸化性ガス供給管と還元性ガス供給管とは、互いに離れて設置することによって、還元性ガスが酸化性ガス供給管への逆流、又は、酸化性ガスが還元性ガス供給管への逆流を防止することができる。なお、還元性ガス又は酸化性ガスの逆流を防止するために、例えば、ガス供給管１３０，１４０に逆止弁構造（図示せず）を設けてもよい。
　本開示は、ガス供給管の数が２の場合に限定されない。複数の酸化性ガス供給管及び／又は還元性ガス供給管を設けることができる。例えば、図３から図５に示すように、原料チャンバの側面に、ガス供給管１４０ａ，１４０ｂの接続口１０４ａ，１０４ｂが設けられている。円筒形状の原料チャンバの側面に設置された複数の接続口１０４ａ，１０４ｂは、側面の円周上に等間隔に配置することができる。これによって、反応性ガスをより均一に生成することができる。更に、複数の接続口が原料チャンバ側面において、円周上に対称的に並ぶように構成することができる。なお、本開示は、ガス供給管のうち、酸化性ガス供給管又は還元性ガス供給管の特定をせず、ガス供給管１３０，１４０は、いずれかの一方が酸化性ガス供給管として用いられ、いずれかの他方が還元性ガス供給管として用いることができる。
　本実施の形態では、原料チャンバ１００、又仕切り板１０８及びリフレクタ板、及びガス供給管１３０，１４０は、石英、カーボン、ＰＧ、ＰＢＮ、ＳｉＣ、遷移金属、ステンレスからなる群から選択された少なくとも１つの材質を含むように構成することができる。
＜加熱部１２０の機能＞
　本実施の形態では、加熱部１２０の第１ヒータ１２１及び第２ヒータ１２２によって原料チャンバ１００内の反応性ガス合成部１０１を加熱する。本実施の形態では、還元性ガスにＨ２ガスを用い、酸化性ガスにＯ２ガスを用いるため、Ｈ２ガスとＯ２ガスの発火点を考慮して、反応性ガス合成部１０１の温度を２９０℃以上であるように維持することができる。
　本実施の形態では、加熱部１２０の第１ヒータ１２１及び第２ヒータ１２２によって原料反応部１０２を加熱する。原料反応部１０２の温度は、原料反応部１０２で生成されるＩＩＩ族元素酸化物ガス、例えば、本実施の形態では、Ｇａ２Ｏガスの沸点よりも高い８００℃以上であるように維持することができる。また、ＩＩＩ族酸化物ガス供給口１０７の温度が種基板１１５よりも高い場合、ＩＩＩ族酸化物ガスを生成する反応の逆反応が生じ、出発ＩＩＩ族元素源１０５が種基板１１５上に析出する恐れがある。そのため、加熱部１２０の第１ヒータ１２１及び第２ヒータ１２２によって、原料反応部１０２の温度を、種基板１１５よりも低温であるように維持することができる。後述のように、加熱部１２０の第３ヒータ１２３によって、種基板１１５の温度を１８００℃以下であるように維持する場合には、原料反応部１０２の温度を、例えば、１８００℃未満とすることができる。
　本実施の形態では、加熱部１２０の第３ヒータ１２３によって、種基板１１５を加熱する。このとき、上述したように、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する反応の逆反応が生じないようにするため、種基板１１５の温度が、原料反応部１０２の温度及びＩＩＩ族酸化物ガス供給口１０７の温度より低下しないよう、種基板１１５の温度を制御することができる。本実施の形態では、第３ヒータ１２３によって、種基板１１５の温度を、１０００℃以上１８００℃以下であるように維持することができる。
　このように構成されたＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０において、還元性ガスと酸化性ガスとは、例えば、マスフローコントローラを介して供給される場合、供給誤差１％未満の安定した供給が可能である。よって、反応性ガスの生成量が安定し、ＩＩＩ族酸化物ガスの生成量の安定化を容易にすることができる。これによって、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度を一定に保つことができ、品質の安定性が高いＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。また、バブリング方式で用いられる恒温槽や液体Ｈ２Ｏの充填容器などが不要となり、簡便な装置でＩＩＩ族窒化物結晶の製造が可能となる。更に、恒温槽の精密な温度制御も不要となり、製造プロセスを簡素化することができる。
＜ＩＩＩ族窒化物結晶の製造プロセス＞
　図６及び図７を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造プロセスについて説明する。図６は、本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０を用いたＩＩＩ族窒化物結晶の製造プロセスの一例を示すフローチャートである。図７は、図６の製造プロセスの成長工程において、本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０の動作を示すフローチャートである。
　図６に示すように、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造プロセスは、ステップＳ５０１からステップＳ５１０の工程を含むことができる。以下に、それぞれの工程について説明する。
　種基板準備工程Ｓ５０１では、基板サセプタ１１６上に種基板１１５を載置する。
　昇温工程Ｓ５０２では、不活性ガス雰囲気で種基板１１５を１００℃以上５００℃未満まで昇温する。
　分解保護昇温工程１Ｓ５０３では、ＮＨ３ガス雰囲気で種基板１１５を５００℃以上１１００℃未満まで昇温する。
　分解保護昇温工程２Ｓ５０４では、Ｇａ２Ｏガス及びＮＨ３ガス雰囲気で種基板１１５を１１００℃以上１５００℃未満まで更に昇温する。ＮＨ3ガスのみの雰囲気ではＩＩＩ族窒化物結晶の分解が生じる恐れがある。そのため、昇温工程２では、ＮＨ3ガスとともにＧａ２Ｏガスを導入し、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長を行う高温環境下での分解を抑制することができる。
　成長工程Ｓ５０５は、図７を参照して説明する。成長工程Ｓ５０５では、本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０を用いて、種基板１１５上でＩＩＩ族窒化物結晶の生成を行う。図７に示すように、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程Ｓ５０５は、ステップＳ６０１ａからステップＳ６０７の工程を含むことができる。なお、成長工程Ｓ５０５に含まれる各工程は、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０において同時に行われてもよい。
（ＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程）
　本実施形態では、出発ＩＩＩ族元素源１０５として、金属Ｇａが用いられる。
　（１）酸化性ガス供給工程Ｓ６０１ａでは、酸化性ガス供給管により、酸化性ガスを、原料チャンバ１００の反応性ガス合成部１０１へ供給する。なお、酸化性ガス供給管は、原料チャンバ１００の端面の接続口１０３に接続されたガス供給管１３０であってもよく、原料チャンバ１００の側面の接続口１０４に接続されたガス供給管１４０であってもよい（図２参照）。
　本実施形態では、酸化性ガスとして、Ｏ２ガスが用いられる。なお、Ｏ２ガスの他、酸化性ガスとしては、例えば、ＣＯガス、ＣＯ２ガス、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏ４ガスを用いてもよい。
　（２）還元性ガス供給工程Ｓ６０１ｂでは、還元性ガス供給管により、還元性ガスを、原料チャンバ１００の反応性ガス合成部１０１へ供給する。なお、還元性ガス供給管は、ガス供給管１３０であってもよく、ガス供給管１４０であってもよい（図２参照）。
　本実施形態では、還元性ガスとして、Ｈ２ガスが用いられる。なお、Ｈ２ガスの他、還元性ガスとしては、例えば、ＣＨ４ガス、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｃ２Ｈ６ガス、Ｃ３Ｈ６ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｃ４Ｈ１０ガスを用いてもよい。
　なお、酸化性ガス及び還元性ガスのキャリアガスとして、不活性ガスを反応性ガス合成部１０１に導入することができる。本実施形態では、例えば、キャリアガスとして、Ｎ２ガスを反応性ガス合成部１０１に導入することができる。
　（３）反応性ガス生成工程Ｓ６０２では、反応性ガス合成部１０１において、ガス供給管１０３，１０４を通して供給された酸化性ガスと還元性ガスとが混合して反応することによって、反応性ガスを生成する。
　本実施形態では、酸化性ガスＯ２ガスと還元性ガスＨ２ガスとが反応し、反応性ガスＨ２Ｏガスが生成される。このとき、反応性ガス合成部１０１は、加熱部１２０の第１ヒータ１２１及び第２ヒータ１２２によって、温度が２９０℃以上であるように維持される。
　（４）反応性ガス供給工程Ｓ６０３では、反応性ガスを、反応性ガス合成部１０１から原料反応部１０２へ供給する。本実施形態では、反応性ガス合成部１０１で生成されたＨ２Ｏガスは、仕切り板１０８付近の開口部を経由して、原料反応部１０２に送入される。
　（５）ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程Ｓ６０４では、原料反応部１０２において、反応性ガス合成部１０１から送入された反応性ガスと、出発ＩＩＩ族元素源１０５とが反応することによって、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する。
　本実施形態では、反応性ガスＨ２Ｏガスと出発ＩＩＩ族元素源１０５であるＧａとが反応し、ＩＩＩ族元素酸化物ガスであるＧａ２Ｏガスが生成される（式（１））。このとき、原料反応部１０２は、加熱部１２０の第１ヒータ１２１及び第２ヒータ１２２によって、温度がＧａ２Ｏガスの沸点よりも高い８００℃以上であるように維持される。
　（６）ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程Ｓ６０５ａでは、ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程Ｓ６０４で生成されたＩＩＩ族元素酸化物ガスを、育成チャンバ１１１へ供給する。
　本実施形態では、原料反応部１０２で生成されたＧａ２Ｏガスは、ガス供給口１０７を経由して、育成チャンバ１１０に供給される。このとき、ＩＩＩ族酸化物ガスであるＧａ２Ｏガスを生成する反応の逆反応が生じないように、加熱部１２０の第３ヒータ１２３によって、種基板１１５を加熱して、種基板１１５の温度を、原料反応部１０２及びガス供給口１０７の温度より低下しないよう維持する。
　（７）窒素元素含有ガス供給工程Ｓ６０５ｂでは、窒素元素含有ガス供給口１１１により、窒素元素含有ガスを育成チャンバ１１０へ供給する。なお、窒素含有ガスの供給に用いられる搬送ガスは、搬送ガス供給口１１２，１１３を介して導入される（図２参照）。
　本実施形態では、窒素含有ガスとして、ＮＨ３ガスが用いられる。なお、ＮＨ３ガスの他、窒素元素含有ガスとしては、例えば、ＮＯガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏガス、Ｎ２Ｏ４ガス、Ｎ２Ｈ２ガス、Ｎ２Ｈ４ガス、及びＨＣＮガスを用いてもよい。
　（８）ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程Ｓ６０６では、育成チャンバ１１０内において、ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程Ｓ６０５ａで供給されたＩＩＩ族元素酸化物ガスと、窒素元素含有ガス供給工程Ｓ６０５ｂで供給された窒素元素含有ガスとが反応することによって、種基板１１５上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる。このとき、育成チャンバ１１０は、加熱部１２０により、ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとが反応する温度まで高温化される。
　本実施形態では、ＩＩＩ族元素酸化物ガスであるＧａ２Ｏガスと、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスとが反応し、ＩＩＩ族窒化物結晶ＧａＮを種基板１１５上に成長させる（式（２））。このとき、育成チャンバ１１０内の種基板１１５は、加熱部１２０の第３ヒータ１２３によって、温度が１０００℃以上１８００℃以下であるように維持される。
　（９）残留ガス排出工程Ｓ６０７では、ＩＩＩ族窒化物結晶の生成に寄与しない搬送ガス、及び未反応のガスが排気口１１７から排出される。
　以上により、成長工程Ｓ５０５が完了し、図６に戻り、分解保護降温工程Ｓ５０６へ進む。分解保護降温工程Ｓ５０６では、ＮＨ３ガス雰囲気で種基板１１５を８００℃以下まで降温する。そして、更に降温工程Ｓ５０７を経て、種基板１１５上のＩＩＩ族窒化物結晶を室温まで降温させる。
　室温まで降温したＩＩＩ族窒化物結晶は、取出し工程Ｓ５０８と、スライス工程Ｓ５０９と、研磨工程Ｓ５１０とを経て、製品化される。これらの工程については、従来知られている工法を採用することができるため、詳細な説明を省略する。
　以上の工程によって、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。なお、上記ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する方法はあくまで一例であり、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造は、上記方法に限定されるものではない。また、上記ＩＩＩ族窒化物結晶ＧａＮの成長工程Ｓ５０５において、用いられる材料又は作製条件も一例であり、上述した内容に限定されるものではない。
（実施例及び比較例）
　本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置１０を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長を実施した。以下、本開示の実施の形態に係る実施例１－３及び比較例１－３について説明する。
　実施例１－３及び比較例１－３において、ＩＩＩ族窒化物結晶ＧａＮを成長させた。出発Ｇａ源として、液体Ｇａを用い、液体Ｇａと反応性ガスであるＨ２Ｏガスとを反応させ、生成されたＧａ２ＯガスをＩＩＩ族元素酸化物ガスとして用いた。一度の成長でＧａＮ結晶が０．５～１．５ｍｍ程度の厚さとなるように、ＧａＮ結晶成長を実施した。成長速度の目標値は２００μｍ／ｈとした。ＧａＮ結晶成長の実施において、Ｈ２ガスとＯ２ガスを合成しＨ２Ｏガスを供給して反応性ガスであるＨ２Ｏガスを製造装置１０内で生成させる場合（実施例１－３）と、バブリング方式によって反応性ガスであるＨ２Ｏガスを製造装置１０内に供給する場合（比較例１－３）とのそれぞれにおいて、ＧａＮ結晶の成長速度と生成されたＧａＮ結晶の品質を測定した。
（実施例１－３）
　実施例１－３において、原料反応部の温度を１０３０℃とし、種基板の表面温度を１１５０℃とした。また、還元性ガスとしてのＨ２ガスを２７Ｌ／ｍｉｎ、酸化性ガスとしてのＯ２ガスを０．１８Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガスとしてのＮ２ガスを０．５Ｌ／ｍｉｎで原料チャンバの反応性ガス合成部に供給し、反応性ガスＨ２Ｏガスを生成した。窒素含有ガスとして、ＮＨ３ガスを５Ｌ／ｍｉｎで育成チャンバに供給した。ＧａＮ結晶の成長時間は、実施例１では１５０分とし、実施例２では３００分とし、実施例３では４５０分とした。
（比較例１－３）
　比較例１－３において、原料反応部の温度及び種基板の表面温度は、実施例と同様に、それぞれ１０３０℃と１１５０℃とにした。反応性Ｈ２Ｏガスは、２６．６４Ｌ／ｍｉｎのＨ２ガス及び０．５Ｌ／ｍｉｎのＮ２ガスによるバブリングによって、０．３６Ｌ／ｍｉｎで原料チャンバに供給した。窒素含有ガスとして、ＮＨ３ガスを５Ｌ／ｍｉｎで育成チャンバに供給した。ＧａＮ結晶の成長時間は、比較例１では１５０分とし、比較例２では３００分とし、比較例３では４５０分とした。
（実施例及び比較例によるＩＩＩ族窒化物結晶の評価）
　図８から図１０を参照して実施例１－３及び比較例１－３により得られたＩＩＩ族窒化物結晶ＧａＮの評価結果を説明する。図８は、本開示の実施の形態に係る実施例１－３及び比較例１－３によるＩＩＩ族窒化物結晶の測定結果を示す表である。図９は、本開示の実施の形態に係る実施例１－３及び比較例１－３によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度の評価を示すグラフである。図１０は、本開示の実施の形態に係る実施例１－３及び比較例１－３によるＩＩＩ族窒化物結晶の結晶性の評価を示すグラフである。
　図８及び図９に示すように、実施例１－３により得られたＧａＮ結晶は、成長速度の平均値Ｓ１は１９９．９μｍ／ｈであり、最大値が２０１．２μｍ／ｈであって、最小値が１９９．１μｍ／ｈであって、成長速度の変動範囲Δｓ１は２．１μｍ／ｈであった。一方、比較例１－３により得られたＧａＮ結晶は、成長速度の平均値Ｓ２は１９３．８μｍ／ｈであり、最大値が２１５．０μｍ／ｈであって、最小値が１８０．５μｍ／ｈであって、成長速度の変動範囲Δｓ２は３４．５μｍ／ｈであった。比較例１－３に比べ、実施例１－３において、安定なＧａＮ結晶の成長速度の実現が確認された。Ｈ２ガスとＯ２ガスとを別々に導入してＨ２Ｏガスを生成することによって、Ｈ２Ｏガスの生成量が安定し、ＩＩＩ族酸化物ガスＧａ２Ｏガスの生成量を安定化することができる。これによって、ＧａＮ結晶は、安定した成長速度で種基板上に生成された。
　次に、図８及び図１０に示すように、Ａｓ－ｇｒｏｗｎ状態の（０００２）ＸＲＣ半値幅によりＧａＮ結晶の結晶モザイク性を計測した結果、実施例１－３において、ＸＲＣ半値幅の平均値Ａ１は１５５．３ａｒｃｓｅｃであり、最大値が１５８ａｒｃｓｅｃ、最小値が１５３ａｒｃｓｅｃであって、ＸＲＣ半値幅の変動範囲Δａ１は５ａｒｃｓｅｃであった。一方、比較例１－３においては、ＸＲＣ半値幅の平均値Ａ２は３２６．３ａｒｃｓｅｃであり、最大値が３９０ａｒｃｓｅｃ、最小値が２８７ａｒｃｓｅｃであって、ＸＲＣ半値幅の変動範囲Δａ２は１０３ａｒｃｓｅｃであった。比較例１－３に比べ、実施例１－３において得られたＧａＮ結晶は、安定的且つ優れた結晶性を達成したことが確認された。Ｈ２ガスとＯ２ガスとを別々に導入してＨ２Ｏガスを生成して、ＧａＮ結晶を成長させた場合、結晶モザイク性が向上し、且つ、ばらつきも低減でき、ＧａＮ結晶の品質の安定性を確保できることが示された。
　以上のように、本開示における技術の例示としての実施の形態を説明するために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。したがって、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。そのような変更、及び異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
　本開示は、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造に適用可能である。本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置によれば、ＩＩＩ族窒化物基板の製造において、ＩＩＩ族元素酸化物ガスの生成量を安定化することができ、品質の安定性が高いＧａＮ結晶を製造することができる。
　　１０　　ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置
　　１００　原料チャンバ
　　１００ａ，１００ｂ，１００ｃ　原料チャンバ
　　１０１　反応性ガス合成部
　　１０２　原料反応部
　　１０３，１０４　接続口
　　１０４ａ，１０４ｂ　接続口
　　１０５　出発ＩＩＩ族元素源
　　１０６　原料ボート
　　１０７　ガス供給口
　　１０８　仕切り板
　　１０８ａ，１０８ｂ１，１０８ｂ２，１０８ｃ１，１０８ｃ２　リフレクタ板
　　１１０　育成チャンバ
　　１１１　窒素含有ガス供給口
　　１１２，１１３　搬送ガス供給口
　　１１４　回転シャフト
　　１１５　種基板
　　１１６　基板サセプタ
　　１１７　排気口
　　１２０　加熱部
　　１３０，１４０　ガス供給管
　　１２１，１２２，１２３　ヒータ

Claims (12)

  1. 　ＩＩＩ族元素源を含み、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを供給する原料チャンバと、
    　前記原料チャンバに接続された２つ以上のガス供給管と、
    　を備え、
    　２つ以上の前記ガス供給管を介して、酸化性ガスと還元性ガスとが別々に前記原料チャンバに供給され、前記原料チャンバ内で反応して反応性ガスを生成し、
    　生成された前記反応性ガスが、前記ＩＩＩ族元素源と反応してＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する、
    　ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  2. 　前記原料チャンバは、
    　　上流側に位置する反応性ガス合成部と、
    　　下流側に位置し、前記反応性ガス合成部とガスの流れが連通している原料反応部と、
    　を含み、
    　２つ以上の前記ガス供給管は、前記反応性ガス合成部に接続され、
    　前記ＩＩＩ族元素源は、前記原料反応部に配置されている、
    　請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  3. 　前記反応性ガス合成部と前記原料反応部とは、仕切り板により仕切られている、
    　請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  4. 　前記反応性ガス合成部は、１つ以上のリフレクタ板を含む、
    　請求項２又は３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  5. 　前記仕切り板は、１つ以上のリフレクタ板により構成されている、
    　請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  6. 　前記原料チャンバは、円筒形状であって、側面に１つ以上の接続口が設けられ、
    　２つ以上の前記ガス供給管のうちの少なくとも一部は、前記接続口を介して前記原料チャンバに接続されている、
    　請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  7. 　前記接続口は、複数であって、前記側面の円周上に等間隔に配置されている、
    　請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  8. 　前記原料チャンバは、石英、カーボン、ＰＧ、ＰＢＮ、ＳｉＣ、遷移金属、ステンレスからなる群から選択された少なくとも１つの材質を含む、
    　請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  9. 　前記ガス供給管は、石英、カーボン、ＰＧ、ＰＢＮ、ＳｉＣ、遷移金属、ステンレスからなる群から選択される少なくとも一つの材質を含む、
    　請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  10. 　加熱部を更に備え、
    　前記加熱部は、
    　前記反応性ガス合成部の温度を２９０℃以上であるように維持し、
    　前記原料反応部の温度を８００℃以上、１８００℃未満であるように維持する、
    　請求項２又は３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  11. 　種基板を更に備え、
    　ＩＩＩ族窒化物結晶は前記種基板上に生成され、
    　前記加熱部は、前記種基板の温度を、前記原料反応部の温度以上であるように維持する、
    　請求項１０に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
  12. 　酸化性ガスと還元性ガスとを別々に供給するガス供給工程と、
    　供給された前記酸化性ガスと前記還元性ガスとを反応させて反応性ガスを生成する反応性ガス生成工程と、
    　生成された前記反応性ガスを、ＩＩＩ族元素源と反応させてＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成するＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程と、
    　生成された前記ＩＩＩ族元素酸化物ガスを、窒素元素含有ガスと反応させてＩＩＩ族窒化物結晶を生成させるＩＩＩ族窒化物結晶生成工程と、
    　を含む、
    　ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
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