[发明专利]用于制造第13族氮化物晶体的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造第13族氮化物晶体的设备和方法，并且具体地，涉及用于制造第13族氮化物单晶例如氮化镓和氮化铝的技术。

背景技术

作为用于制造第13族氮化物晶体的方法，已知熔剂方法(助熔剂方法，fluxmethod)。在该熔剂方法中，将原料气体例如氮气溶解在包含碱金属或碱土金属和第13族金属的混合熔体(熔剂)中以形成过饱和状态。在该混合熔体中，通过自发成核或者通过使用种晶作为核而生长第13族氮化物晶体。

在该熔剂方法中，所述原料气体从所述混合熔体和所述原料气体之间的气-液界面溶解到所述混合熔体中，并且所述混合熔体中溶质(氮)的浓度倾向于在气-液界面附近增加，这有可能在所述混合熔体中导致溶质集中分布。这样的溶质集中分布导致所要获得的晶体品质的恶化。

作为用于减小所述混合熔体中的溶质浓度分布的方法，已知其中将混合熔体通过摇动、旋转等进行搅拌的方法。专利文献1公开了在容纳混合熔体的坩锅中设置螺旋桨或挡板，并且搅拌所述混合熔体，目的在于提高晶体生长速率和在短的时间内制造第13族氮化物单晶。公开了，已经实现了在约30-40小时的相对短的时期的晶体生长中50-70μm/h的晶体生长速率。

发明内容

然而，本发明的发明人已经发现，尽管用所设置的如专利文献1中所公开的这样的螺旋桨、挡板等进行摇动、搅拌等使晶体生长速率提高，但是所获得晶体的品质例如均匀性可劣化。特别地，取决于挡板的形状，已经发现，在几百小时的长期生长中，获得的第13族氮化物晶体可为多晶化的，或者可析出杂晶。最近，作为用户对第13族氮化物晶体的需求，已经需要高品质和大尺寸。为了获得高品质、大尺寸的第13族氮化物单晶，将所述混合熔体必须长期保持在良好的搅拌条件下。

鉴于以上情况，已经进行了本发明，并且其目的是提供高品质、大尺寸的第13族氮化物单晶。

根据一项实施方式，使用通过使用熔剂方法制造第13族氮化物晶体的设备。所述设备包括反应容器、旋转机构、和结构体。所述反应容器容纳混合熔体和置于所述混合容器中的种晶。所述混合熔体包含碱金属或碱土金属和第13族元素。所述旋转机构使所述反应容器旋转。所述结构体设置在所述反应容器内部用于搅拌所述混合熔体并且构造成使得所述结构体的接近于所述反应容器的内壁的第一部分的高度高于所述结构体的接近于所述反应容器的中心的第二部分的高度。

附图说明

图1为对根据本发明实施方式的用于制造第13族氮化物晶体的设备的总体配置举例说明的图。

图2为显示根据本实施方式的耐压容器的内部配置的图。

图3为显示根据本实施方式的挡板的第一实例的图。

图4为显示根据本实施方式的挡板的第二实例的图。

图5为显示根据本实施方式的挡板的第三实例的图。

图6为显示根据本实施方式的挡板的第四实例的图。

图7为显示根据本实施方式的挡板的第五实例的图。

图8为显示根据本实施方式的挡板的第六实例的图。

图9为显示根据本实施方式的挡板的布置的第一实例的图。

图10为显示根据本实施方式的挡板的布置的第二实例的图。

图11为显示根据本实施方式的挡板的布置的第三实例的图。

图12为显示根据本实施方式的旋转机构的旋转控制的第一实例的图。

图13为显示根据本实施方式的旋转机构的旋转控制的第二实例的图。

图14为显示当使反应容器停止时混合熔体的流动的图。

具体实施方式

以下参考附图详细地描述根据本发明的实施方式。图1显示根据本实施方式的用于制造第13族氮化物晶体的设备1的总体配置。图2显示制造设备1的耐压容器11的内部配置。为了方便起见，图2的描述省略了从图1中所示的耐压容器11的外部引入气体的管31,32。

制造设备1为通过使用熔剂方法制造第13族氮化物晶体5的设备。耐压容器11例如由不锈钢制成。在耐压容器11内部设置内部容器12。在内部容器12中进一步放置反应容器13。

反应容器13为用于保持混合熔体(熔剂)6和生长第13族氮化物晶体5的容器。作为用于搅拌混合熔体6的结构体的挡板14固定在反应容器13的内部(在下文中详细地描述挡板14)。