用于制造第13族氮化物晶体的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制造第13族氮化物晶体的方法和设备，并具体地涉及制造第13族氮化物单晶例如氮化镓和氮化铝的技术。
【背景技术】
[0002]已知助熔剂法(熔剂法)为制造第13族氮化物晶体的方法。在助熔剂法中，将源气体例如氮气溶解于包含碱金属或碱土金属和第13族金属的混合熔体(熔剂)至达到过饱和状态，从而使得第13族氮化物晶体在混合熔体中的自发核上或者以种晶作为核生长。
[0003]在助熔剂法中，使源气体从混合熔体和源气体之间的气-液界面溶入混合熔体中。因此，溶解物(氮)在混合熔体中的浓度趋向于在气-液界面附近增加，这可导致在混合熔体内的溶解物浓度分布。该溶解物浓度分布导致晶体品质的劣化。
[0004]已知其中通过摇动或旋转而搅拌混合熔体的方法为降低混合熔体内的溶解物浓度分布的方法(专利文献1和2)。还公开了如下技术:其中将结构体例如挡板和螺旋桨安置于混合熔体内并且使其旋转以搅拌混合熔体。例如，专利文献3公开如下方法:其中将挡板等安置于反应容器内，并使混合熔体搅拌以产生从其气液界面向原材料内部的流动。专利文献4公开了其中将盛放种晶的种晶盛放器(holder)安置于反应容器中并使其旋转的方法。
[0005]然而，在通过助熔剂法的第13族氮化物晶体从种晶开始的的晶体生长中，晶体本身通过晶体生长尺寸增大而渐渐具有与挡板等类似的效果并且随同反应容器的旋转一起搅拌混合熔体。鉴于此，依赖于挡板和种晶的安置位置可在混合熔体中产生湍流(turbulence of a flow)，并且瑞流可导致第13族氮化物晶体生长成多晶或者导致杂晶(miscellaneous crystal)沉淀。
[0006]当假定晶体的生长时间为约几小时至几十小时(如专利文献1和3)时，据说晶体尺寸相当小，并且如上所述的由于长大的晶体(grown crystal)本身的搅拌效应导致的不利影响相当小。然而，近些年对高品质、大尺寸的第13族氮化物单晶的需求已经增加。为了满足该需求，在几百小时内保持稳定的晶体生长是必要的。在这样的晶体生长过程中在长时间内晶体尺寸增大，导致以上的由于长大的晶体本身的搅拌效应而引起的不利影响增强。因此，通过如上所述的常规方法极难制造高品质、大尺寸的晶体。
[0007]鉴于以上，存在提供高品质、大尺寸的第13族氮化物单晶的需求。
【发明内容】
[0008]—种方法用于通过助熔剂法制造第13族氮化物晶体。该方法包括:将种晶和含有碱金属或碱土金属和第13族元素的混合熔体置于反应容器中；以及使所述反应容器旋转以搅拌所述混合熔体。所述反应容器包括搅拌所述混合熔体的结构体。将多于一个种晶相对于所述反应容器的中心轴点对称地安置于除该中心轴以外的位置处，使得每个种晶的c平面均与所述反应容器的底部基本平行。将所述结构体相对于所述中心轴点对称地安置于所述反应容器的除中心轴以外的至少部分处。
【附图说明】
[0009]图1是说明根据一个实施方式的用于制造第13族氮化物晶体的设备的总构造的图。
[0010]图2是说明根据本实施方式的耐压容器的内部构造的图。
[0011]图3是说明根据本实施方式的种晶的第一实例的图。
[0012]图4是说明根据本实施方式的种晶的第二实例的图。
[0013]图5是说明根据本实施方式的种晶的第三实例的图。
[0014]图6是说明根据本实施方式的种晶的第四实例的图。
[0015]图7是说明根据本实施方式的种晶的第五实例的图。
[0016]图8是说明根据本实施方式的种晶的第六实例的图。
[0017]图9是说明根据本实施方式的种晶和结构体的安置方法的第一实例的图。
[0018]图10是沿着图9的线X-X获得的截面视图。
[0019]图11是说明根据本实施方式的种晶和结构体的安置方法的第二实例的图。
[0020]图12是沿着图11的线XI1-XII获得的截面视图。
[0021]图13是说明根据本实施方式的种晶和结构体的安置方法的第三实例的图。
[0022]图14是说明种晶和结构体的安置方法的不合适实例的图。
[0023]图15是沿着图13的线XIV-XIV获得的截面视图。
[0024]图16是说明根据本实施方式的旋转控制的第一实例的图。
[0025]图17是说明根据本实施方式的旋转控制的第二实例的图。
【具体实施方式】
[0026]下面参照附图详细地描述根据本发明的实施方式。图1说明根据本实施方式的用于第13族氮化物晶体的制造设备1的总构造。图2说明制造设备1的耐压容器11的内部构造。为了方便起见，图2省略从图1中所示的耐压容器11外部引入气体的管道31，32。
[0027]制造设备1为通过助熔剂法制造第13族氮化物晶体5的设备。耐压容器11为例如由不锈钢制成。将内部容器12安置在耐压容器11内。还将反应容器13安装在内部容器12内。
[0028]反应容器13是用于盛放混合熔体(熔剂)6和种晶7并且生长第13族氮化物晶体5的容器。用于搅拌混合熔体6的结构体14被安置在反应容器13内(下文详细描述结构体14)。
[0029]反应容器13的材料的实例包括但不限于，氮化物例如氮化硼(BN)烧结体和热解的BN(P-BN)，氧化物例如氧化铝和钇铝石榴石(YAG)，以及碳化物例如SiC。优选反应容器13的内壁面(即反应容器13与混合熔体6相接触的部分)是由能抵抗与混合熔体6反应的材料制成。该材料的实例可包括，氮化物例如BN、P-BN和氮化铝，氧化物例如氧化铝和YAG，以及不锈钢(SUS)。
[0030]混合熔体6为包含碱金属或碱土金属和第13族元素的熔体。碱金属的实例包括选自钠(Na)、锂(Li)和钾(K)的至少一种。钠或钾是优选的。碱土金属的实例包括选自钙(Ca)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)的至少一种。第13族元素的实例包括选自硼(B)、铝(A1)、镓(Ga)、铟(In)和铊(T1)的至少一种。镓是优选的。混合熔体6的代表性实例包括Ga-Na混合熔体。
[0031]将种晶7置于反应容器13内以使其浸在混合熔体6中。在本实施方式中，将种晶7固定在反应容器13的底部。种晶7为充当第13族氮化物晶体5的晶体生长的核的氮化物晶体(下文详细描述种晶7)。
[0032]将内部容器12以能附着和能拆卸的方式安置在耐压容器11内的转台21上。转台21被固定于旋转杆(rotat1nal shaft)22并能通过设置在耐压容器11外部的旋转机构16而旋转。旋转机构16通过发动机(电动机)等使旋转杆22旋转。旋转杆22的旋转速度、旋转方向等通过包括按照计算机程序运行的计算机、各种类型的逻辑电路等的控制单元控制(下文详细描述旋转杆22的控制)。内部容器12、反应容器13、结构体14等随同旋转杆22的旋转一起旋转。随同旋转杆22的旋转一起旋转的部件不限于这些。例如，加热器15也可旋转，或者只有反应容器13可旋转。通过种晶7和结构体14随同反应容器13的旋转一起旋转，而搅拌混合熔体6。
[0033]将含有氮气的源气体供给至耐压容器11中。如图1中所说明，供给作为第13族氮化物晶体5的原材料的氮气(N2)和用于总压调节的稀释气体的管道31，32分别连接至耐压容器11的内部空间和内部容器12的内部空间。管道33分支成两个管道34,35ο管道34供给氮气，且管道35供给稀释气体。将阀36，37分别设置在管道34，35处。稀释气体优选为作为惰性气体的氩(Ar)气，但不限于此，并且可为例如氦(He)、氖(Ne)。
[0034]氮气从气瓶(gascylinder)等流入管道34，并通过压力控制器41调节其压力。然后，氮气经由阀36流入管道33。稀释气体从气瓶等流入管道35，并通过压力控制器42调节其压力。然后，稀释气体经由阀37流入管道33。经过如此压力调节的氮气和稀释气体在管道33内形成气体混合物。
[0035]将所述气体混合物从管道33经由阀38和管道31供给至耐压容器11的内部空间和经由阀39和管道32供给至内