[发明专利]氧化镓晶体的制造装置和氧化镓晶体的制造方法以及用于它们的氧化镓晶体生长用的坩埚

说明书

本发明提供能够生长不着色且杂质少的高纯度的氧化镓单晶的氧化镓晶体的制造装置和氧化镓晶体的制造方法以及用于它们的氧化镓晶体生长用的坩埚。一种在大气气氛下使用Ir含量为20～30wt％的Pt‑Ir系合金坩埚，应用VB法、HB法或VGF法来生长氧化镓晶体的制造装置和制造方法，其特征在于，该制造装置(10)由垂直布里奇曼炉构成，该垂直布里奇曼炉具备：基体(12)；炉主体(14)；盖体(18)；发热体(20)；坩埚支承轴(30)；和坩埚(34)，上述坩埚(34)是Ir含量为20～30wt％的Pt‑Ir系合金制的坩埚(34)。

技术领域

本发明涉及被定位为后硅晶体材料之一的作为功率器件用宽带隙半导体的氧化镓晶体的制造装置和氧化镓晶体的制造方法以及用于它们的氧化镓晶体生长用的坩埚。

背景技术

近年来，作为替代硅(Si)器件的下一代器件，功率器件受到关注，正在进行开发。作为功率器件用宽带隙半导体，目前占据份额的是碳化硅(SiC)、其次是氮化镓(GaN)，但最近与SiC和GaN相比具有更大带隙的氧化镓(Ga₂O₃)引起了关注。

因此，为了能够批量生产作为功率器件用宽带隙半导体的氧化镓，正在进行高品质、大型化、低成本的氧化镓单晶(特别是β-Ga₂O₃单晶，以下以β-Ga₂O₃晶体进行说明)的制造装置或制造方法的开发。

迄今为止，作为装入用于生长β-Ga₂O₃晶体(熔解原料熔液并使其固化而制造单晶)的原料熔液的容器(坩埚)的材料，专门使用铱(Ir)。例如，专利文献1(日本特开2004-56098号公报)、专利文献2(日本特开2013-103863号公报)和专利文献3(日本特开2011-153054号公报)中均对β-Ga₂O₃晶体的生长进行了记载。另外，这些文献中均记载了使用铱(Ir)制的坩埚作为坩埚。

但是，本发明人通过各种实验和理论性考察明确了：目前使用的作为坩埚材料的铱(Ir)存在问题。即，明确了：Ir在超过1800℃的高温炉内、在超过百分之几的氧分压下会进行Ir的氧化反应，难以用作稳定的坩埚材料。另一方面，还明确了：β-Ga₂O₃在超过1800℃的高温下、在10％以下的氧分压下会进行失去氧的分解反应，难以作为稳定的β-Ga₂O₃熔液存在。

如上所述，明确了作为原料熔液的β-Ga₂O₃所要求的高温炉内的氧分压条件与保持上述原料熔液的Ir坩埚所要求的氧分压条件是相反的。即，认识到Ir不可能是适合容纳β-Ga₂O₃原料熔液的坩埚材料。

进一步来说，由实验也表明，以往应用了Ir坩埚的β-Ga₂O₃晶体生长即使能够在炉内为百分之几的窄范围的氧分压下进行，所生长的β-Ga₂O₃晶体中也会产生多发于在氧不足条件下生长的氧化物晶体中的高密度的氧缺陷，并且存在Ir的氧化所引起的蒸发、减量、劣化的问题等。此外，氧缺陷以n型杂质的方式起作用，生成高浓度的施主，因而非常难以实现p型β-Ga₂O₃等，在半导体器件实现方面也存在许多问题。