製造13族氮化物晶體的方法和裝置製造方法
2023-06-17 12:17:31
製造13族氮化物晶體的方法和裝置製造方法
【專利摘要】一種製造13族氮化物晶體的方法，包括如下的晶體生長步驟：使氮與包含至少一種13族金屬以及鹼金屬和鹼土金屬中的至少一種的混合熔體進行反應，以在所述混合晶體中由籽晶生長氮化物晶體，其中，在所述晶體生長步驟中使混合熔體與籽晶至少二者之一旋轉，在所述晶體生長步驟中混合熔體與籽晶之間的相對速度按照一種或多種類型的預定模式重複波動，並且該模式顯示的相對速度最大值為0.01m/s以上。
【專利說明】製造13族氮化物晶體的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及製造13族氮化物晶體的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]採用助熔劑法由籽晶生長氮化物晶體(如氮化鎵)以製造13族氮化物晶體的方法已眾所周知。已知的作為採用助熔劑法的製造方法是在晶體生長過程中，在容納有含助熔劑和材料的混合熔體的坩堝中由籽晶生長晶體的方法。
[0003]此外，還披露了製造高質量半導體晶體的技術。例如，公開了在晶體生長期間搖動坩堝、旋轉坩堝或攪拌混合熔體的技術(參見，例如，日本專利4189423，日本公開特許公報2007-277055和公開特許公報2007-254161)。此外，已經公開了下面的技術:在晶體生長過程中旋轉容納助熔劑混合物的坩堝，同時在正向旋轉和反向旋轉之間交替切換，並且在助熔劑混合物的流速降低至最大流速的0.1倍以下時切換旋轉方向(參見日本公開特許公報201083711)。
[0004]然而，日本專利4189423、日本公開特許公報2007-277055以及日本公開特許公報2007-254161中的技術通過簡單地搖動或旋轉坩堝，或者攪拌混合熔體來製造半導體晶體，可能損害晶體質量。日本公開特許公報2010-83711中的技術也可能損害晶體質量。因此，一直以來很難提供適用於生產半導體的高質量13族氮化物晶體的製造方法。
[0005]鑑於上述問題 ，有必要提供一種製造高質量13族氮化物晶體的方法。
【發明內容】
[0006]本發明之目的是至少部分解決傳統技術中的問題。
[0007]根據本發明，提供了一種製造13族氮化物晶體的方法，包括如下的晶體生長步驟:在使氮與其中含有至少一種13族金屬以及鹼金屬和鹼土金屬的至少一種的混合熔體進行反應，以在所述混合熔體中由籽晶生長氮化物晶體，其中在晶體生長步驟中使混合熔體和籽晶至少二者之一進行旋轉，在晶體生長步驟中混合熔體與籽晶之間的相對速度按照一種或多種類型的預定模式重複波動，並且該模式表示的相對速度最大值為0.01m/s以上。
[0008]本發明還提供用於製造13族氮化物晶體的方法的製造裝置，所述製造方法包括如下的晶體生長步驟:使氮與其中含有至少一種13族金屬以及鹼金屬和鹼土金屬中的至少一種的混合熔體進行反應，以在混合熔體中由籽晶生長氮化物晶體，所述製造裝置包括:驅動單元，用於旋轉混合熔體和籽晶至少二者之一，以及控制單元，用於控制驅動單元，使得混合熔體與籽晶至少二者之一在晶體生長步驟中進行旋轉，在晶體生長步驟中混合熔體與籽晶之間的相對速度根據一種或多種類型的預定模式重複波動，並且該模式表示的相對速度的最大值為0.01m/s以上。
[0009]結合附圖，閱讀下文本發明的優選實施方式的詳細描述，本領域技術人員能夠更好地理解本發明的上述和其它目的、特徵、優點以及技術和工業重要性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是說明根據本【具體實施方式】的製造裝置的實施例的示意圖。
[0011]圖2是說明籽晶的實施例的示意圖。
[0012]圖3是籽晶的橫截面視圖。
[0013]圖4是說明製造裝置的實施例的示意圖。
[0014]圖5是說明製造裝置的實施例的示意圖。
[0015]圖6是說明製造裝置的實施例的示意圖。
[0016]圖7是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0017]圖8是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0018]圖9是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0019]圖10是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0020]圖11是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0021]圖12是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0022]圖13是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0023]圖14是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0024]圖15是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0025]圖16是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0026]圖17是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0027]圖18是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0028]圖19是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0029]圖20是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0030]圖21是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0031]圖22是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0032]圖23是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0033]圖24是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0034]圖25是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0035]圖26是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0036]圖27是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0037]圖28是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0038]圖29是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0039]圖30是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0040]圖31是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0041]圖32是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0042]圖33是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0043]圖34是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0044]圖35是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0045]圖36是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0046]圖37是說明模式和控制信息的實施例的示意圖。
[0047]圖38㈧和38⑶是說明製造裝置的實施例的示意圖。
[0048]圖39是說明對比例I中籽晶和混合熔體的相對速度及其各自的旋轉速度的示意圖。
【具體實施方式】
[0049]下文將參考附圖描述根據本【具體實施方式】製造13族氮化物晶體的方法和裝置。在下文的描述中，示意性地說明附圖中組成部分的形狀、尺寸和布置僅僅用於理解而非限制本發明。附圖中相同的組成部分用相同的標號表示，並省略了多餘的描述。
[0050]在根據本【具體實施方式】的製造13族氮化物晶體的方法中，按照助熔劑法通過由籽晶生長氮化物晶體來製造13族氮化物晶體。
[0051]圖1是說明根據本【具體實施方式】的製造裝置2的實施例的示意圖。
[0052]製造裝置2包括外部耐壓容器50。例如，外部耐壓容器50用不鏽鋼製成。外部耐壓容器50包括置於其內部的內部容器51。內部容器51進一步容納反應容器52。內部容器51可拆卸地與外部耐壓容器50連接。
[0053]反應容器52用於容納籽晶30和混合熔體24以由籽晶30生長氮化物晶體27。
[0054]籽晶30是根據本【具體實施方式】用於製造13族氮化物晶體的方法中所用的氮化物晶體。籽晶30是可以用於根據製造13族氮化物晶體的助熔劑法來生長氮化物晶體的籽晶，並且，籽晶30的形式沒有限制。例如，用於助熔劑法中的眾所周知的籽晶可被用作籽晶30。
[0055]具體地，具有形成為晶體生長層的GaN薄膜的基底(例如，日本公開特許公報2007-277055中描述的籽晶)可以用作籽晶30，或者日本公開特許公報2011-216579中描述的針狀晶體可以用作籽晶。
[0056]從製造高質量13族氮化物晶體的角度來看，根據本【具體實施方式】製造13族氮化物晶體的方法優選使用日本公開特許公報2011-213579中描述的長籽晶作為籽晶30。在製造裝置2中製造的13族氮化物晶體可進一步用作籽晶30。
[0057]在本【具體實施方式】中，「具有高質量的13族氮化物晶體」表示高的晶體質量。高的晶體質量表示在所製造的13族氮化物晶體中所含的夾雜物的量比未採用本【具體實施方式】的製造方法的產品低。夾雜物是在晶體生長步驟中用作助熔劑並在晶體生長過程中混入的材料。
[0058]助熔劑包含鹼金屬、鹼土金屬及其混合物中的至少一種。鹼金屬是選自鈉(Na)、鋰(Li)和鉀(K)的至少一種。優選鈉(Na)或鉀(K)。鹼土金屬是選自鈣(Ca)、鎂(Mg)、鍶(Sr)和鋇(Ba)的至少一種。在下文的描述中，可能將助熔劑和夾雜物簡單地稱為鹼金屬，但應當理解助熔劑和夾雜物還可能包括鹼金屬以外的其他上述金屬。
[0059]在下文中，本【具體實施方式】將描述將針狀籽晶(氮化鎵晶體)用作籽晶30的情況。如上所述，用作籽晶30的晶體並非限制為針狀，還可以是棒狀或者板狀。籽晶30的形狀沒有限制。
[0060]圖2是根據本【具體實施方式】製造13族氮化物晶體的方法所使用的籽晶30的實施例的示意圖。圖3是籽晶30的橫截面視圖。
[0061]圖2說明了用於本【具體實施方式】的籽晶30是具有六邊形晶體結構(六邊形結構)的氮化鎵晶體的情況。籽晶30具有m-面和{10-11}面。籽晶30可具有含m-面和C-面的六邊形柱的形狀，或者具有在圖2所示的籽晶30的六邊形稜錐頂點部分形成C-面的形狀。
[0062]在本【具體實施方式】中，籽晶30中垂直於C-軸的橫截面C-面具有六邊形的形狀。在本【具體實施方式】中，六邊形形狀包括標準的六邊形和非標準六邊形的六邊形形狀。對應於六邊形的邊，籽晶30的邊主要由六邊形晶體的晶體結構的m-面，即{10-10}面構成。
[0063]圖3說明了圖2所示的籽晶30的平行於C-軸和a_軸的橫截面視圖。儘管籽晶30在C-軸方向的長度沒有限制，但從製造具有更大C-面的13族氮化物晶體的角度來看，優選使用具有六邊形晶體結構，且其中C-軸方向最大長度L與C-面最大直徑d的比值，即，L/d的比值大於0.813的氮化鎵晶體。
[0064]如上所述，籽晶30優選具有上述形狀，但籽晶30並非限制為針狀或長的形狀，也可以是板狀或其他形狀。
[0065]返回圖1，反應容器52的內部容納有混合熔體24，並且混合熔體24容納籽晶30使得籽晶30浸入混合熔體24中。圖1所示的實施例表示籽晶30安裝在反應容器52內側底部的狀態。
[0066]反應容器52的材料沒有特殊限制，可以使用氮化物例如BN燒結體和P-BN，氧化物例如氧化鋁和YAG，碳化物例如SiC以及其他材料。反應容器52的內壁表面，即反應容器52與混合熔體24接觸的部分，希望用不與混合熔體24反應的材料製成。這種材料的例子可以包括氮化物例如氮化硼(BN)、熱解BN(P-BN)和氮化鋁，氧化物例如氧化鋁、釔鋁石榴石(YAG)和不鏽鋼(SUS)。
[0067]外部耐壓容器 50和內部容器51分別與提供氮氣(N2)和稀釋氣體的氣體供應管65和66相連，氮氣作為13族氮化物晶體19的原材料，稀釋氣體用於調整外部耐壓容器50內部空間67和內部容器51內部空間68的總壓力。氣體供應管54分支為氮供應管57和氣體供應管60。管57和60可分別在閥55和58處斷開。
[0068]惰性氣體氬氣(Ar)希望用作稀釋氣體，但稀釋氣體不限於此。其他惰性氣體例如氦(He)可用作稀釋氣體。
[0069]從與氮氣罐或類似物相連的氮供應管57引入氮氣。用壓力調節器56調整壓力後，經閥55將氮氣送入氣體供應管54。另一方面，從與氣體供應管60引入用於調整總壓的氣體(例如，氬氣)來調整總壓，氣體供應管60與用於調整總壓或者其他參數的氣體的氣體罐或類似物相連。用壓力控制器59調整壓力後，經閥58將用於調整總壓的氣體送入供應管54。以這種方式，將壓力調整後的氮氣與用於調整總壓的氣體供應至氣體供應管54並使之混合。
[0070]然後，從氣體供應管54經閥63、氣體供應管65、閥61和氣體供應管66將氮和稀釋氣體的氣體混合物供應至外部耐壓容器50和內部容器51內。內部容器51可以在閥61處與製造裝置2分離。氣體供應管65經閥62與外部相連。
[0071]氣體供應管54配有壓力計64。當用壓力計64監控外部耐壓容器50和內部容器51內的總壓時，可以調整外部耐壓容器50和內部容器51內的總壓。
[0072]在本【具體實施方式】中，可以用閥55和58以及壓力控制器56和59來控制氮氣和稀釋氣體的壓力，通過這種方式可調整氮的分壓。由於可以調整外部耐壓容器50和內部容器51內的總壓，因此可以增大內部容器51的總壓以抑制反應容器52中助熔劑(例如，鈉)的蒸發。換句話說，可以分別控制作為氮材料影響氮化鎵晶體生長條件的氮分壓，和控制抑制助熔劑例如鈉的蒸發的總壓。
[0073]如圖1所示，在外部耐壓容器50內圍繞內部容器51設置加熱器53。加熱器53加熱內部容器51和反應容器52來調節混合熔體24的溫度。
[0074]將籽晶30安裝在反應容器52中。將混合熔體24加入反應容器52中，混合熔體24包含含有至少一種13族金屬的材料和如上所述用作助熔劑的物質。在本【具體實施方式】中，對鹼金屬Na作為助熔劑的情況進行了說明，但助熔劑並不限於Na。
[0075]例如，將籽晶30、材料、助熔劑和添加劑(例如C)、摻雜劑(例如Ge)等加入到反應容器52中的同時,將內部容器51放置在充滿惰性氣體環境(如IS氣)的手套箱內。將反應容器52放置在內部容器51中的同時可以進行此過程。
[0076]在本【具體實施方式】中，對鎵作為含有用作材料的13族金屬的物質的情況進行說明。作為13族金屬，可以使用其他的13族金屬，例如硼、鋁、銦，或者也可使用選自13族金屬中的兩種或多種金屬的混合物。
[0077]雖然包含在混合熔體24中的13族金屬和鹼金屬的摩爾比沒有特別限定，但是鹼金屬與13族金屬和鹼金屬總摩爾數的摩爾比優選設定為40%至95%。
[0078]以這種方式安裝好材料和其他物質後，將加熱器53通電以加熱內部容器51及其中的反應容器52至晶體生長溫度。在反應容器52中，13族金屬的材料、鹼金屬、其它添加劑等熔化以形成混合熔體24。使混合熔體24與具有上述分壓的氮接觸，以使氮溶解在混合熔體24中，從而將氮氣作為13族氮化物晶體19的材料供給到混合熔體24中。
[0079]然後將溶解在混合熔體24中的材料提供給籽晶30的外周表面，從而材料能夠使氮化物晶體27從籽晶30的外周表面上生長出來(晶體生長步驟)。這樣製造出13族氮化物晶體19。
[0080]利用這種方式，通過使氮化物晶體27從籽晶30的外周表面上生長出來，製造裝置2可以製造出13族氮化物晶體19。
[0081]在本【具體實施方式】中，製造裝置2包括驅動單元32、控制單元34以及存儲單元35。
[0082]驅動單元32使反應容器52中所容納的混合熔體24和籽晶30至少二者之一進行旋轉。眾所周知的馬達等可用於驅動單元32。
[0083]控制單元34控制驅動單元32的驅動以旋轉混合熔體24和籽晶30至少二者之一。控制單元34控制製造裝置2所配置的每個單元。存儲單元35是用於存儲各種數據的存儲介質(細節將在下文描述)。
[0084]在本【具體實施方式】中，可以將驅動單元32設置為直接或通過各種支承件等旋轉混合熔體24和籽晶30至少二者之一，並且驅動單元32的結構不限。
[0085]圖4至8的示意圖示出了幾種類型製造裝置2 (2A至2D)的相應結構，其具有不同的旋轉機制，通過驅動單元32用於混合熔體24和籽晶30至少二者之一。
[0086]圖4的示意圖表示製造裝置2A的結構。製造裝置2A包括代替驅動單元32和控制單元34的驅動單元32A和控制單元34A，並且除了還包括支承件36之外，具有與圖1中製造裝置2相同的結構。
[0087]在製造裝置2A中，籽晶30固定在反應容器52的內側底部，並通過控制單元34A控制驅動單元32A來控制反應容器52的旋轉，由此使反應容器52中容納的混合熔體24和籽晶30旋轉。
[0088]在圖4中，驅動單元32A用電連接到控制單元34A。控制單元34A控制驅動單元32A以及整個製造裝置2A。製造裝置2A包括支承反應容器52的杆狀支承件36。支承件36縱向方向上的一端固定在反應容器52底部，另一端固定在驅動單元32A上。支承件36縱向方向上的一端固定在反應容器52底部，位於與反應容器52水平橫截面的中心對應的位置。
[0089]驅動單元32A在控制單元34A的控制下進行驅動，使得驅動單元32A的驅動力通過支承件36傳遞到反應容器52中。因此，反應容器52繞著作為旋轉軸的支承件36旋轉(參見圖4中箭頭線A的方向)。
[0090]在圖4所示實施例中，籽晶30固定至反應容器52的內側底部。具體而言，籽晶30縱向方向上的一端固定到反應容器52內側底部。在本【具體實施方式】中，優選將籽晶30安裝在其縱向方向與反應容器52的旋轉軸相同的位置，但安裝籽晶30的方式不限於這種形式。
[0091]因此，在圖4的實施例中，當通過控制單元34A控制驅動單元32A使反應容器52旋轉時，固定在反應容器52底部的籽晶30也將隨著反應容器52的旋轉而旋轉。
[0092]圖5的示意圖表示製造裝置2B的結構。製造裝置2B包括代替驅動單元32和控制單元34的驅動單元32B和控制單元34B，並且除了通過支承件38將籽晶30固定在外部耐熱容器50上之外，具有與圖1中製造裝置2相同的結構。
[0093]在製造裝置2B中，籽晶30固定在外部耐熱容器50上，並通過控制單元34B控制驅動單元32B來旋轉反應容器52，由此使容納在反應容器52中的混合熔體24旋轉。
[0094]驅動單元32B用電連接到控制單元34B。控制單元34B控制驅動單元32B以及整個製造裝置2B。製造裝置2B包括支承反應容器52的杆狀支承件37。支承件37縱向方向上的一端固定在反應容器52底部，另一端固定在驅動單元32B上。支承件37縱向方向上的一端固定在反應容器52底部，位於與反應容器52水平橫截面的中心相對應的位置。
[0095]在圖5所示的實施例中，長支承件38的一端固定在外部耐壓容器50的內壁上。支承件38縱向方向上的另一端固定在籽晶30縱向方向上的一端上。
[0096]驅動單元32B在控制單元34B的控制下進行驅動，使得驅動單元32B的驅動力通過支承件37傳遞到反應容器52中。因此，反應容器52繞著作為旋轉軸的支承件37旋轉(參見圖5中箭頭線A的方向)。當反應容器52旋轉時，反應容器52內容納的混合熔體24旋轉。
[0097]在圖5所示的實施例中，通過固定在外部耐壓容器50上的支承件38來固定籽晶30。因此，當被固定在圖5所示的實施例中時，籽晶30不能旋轉。
[0098]因此，在製造裝置2B具有圖5所示的結構的情況下，通過控制反應容器52的旋轉，控制單元34B控制反應容器52中容納的混合熔體24的旋轉。籽晶30在圖5所示的實施例中不能旋轉。
[0099] 圖5描述了在支承件38縱向方向上的一端設置籽晶30的情況，但是支撐籽晶30的方式不限於此種形式。例如，可將籽晶30設置在支承件38縱向方向的一端的側面。也就是說，可以按照籽晶30縱向方向的軸線不與支承件38縱向方向的軸線對準的方式來安裝籽晶30。
[0100]圖6的示意圖表示製造裝置2C的結構。除了包括代替驅動單元32和控制單元34的驅動單元32C、驅動單元32D和控制單元34C之外，製造裝置2C具有與圖1中製造裝置2相同的結構。
[0101]在圖6所示的製造裝置2C中，反應容器52和籽晶30都進行旋轉。
[0102]在製造裝置2C中，驅動單元32C用電連接到控制單元34C。驅動單元32D用電連接到控制單元34C。在製造裝置2C中，在支承件40的另一端提供籽晶30.
[0103]控制單元34C控制驅動單元32C和驅動單元32D以及整個製造裝置2C。在圖6所示的實施例中，驅動單元32C固定在外部耐壓容器50的內壁上。長支承件40的一端固定在驅動單元32C上。籽晶30固持在支承件40的另一端。籽晶30浸入反應容器52內容納的混合熔體24中。
[0104]雖然圖中並未示出，但可以在混合熔體24中安裝具有一定形狀(例如，螺旋槳形狀)的能夠攪拌混合熔體24的攪拌器。攪拌器可以是能夠攪拌混合熔體24的任何部件，並且可以設置成隨支承件40的旋轉而旋轉，從而攪拌混合熔體24。
[0105]支承件40和籽晶30的旋轉軸平行於籽晶30的晶體生長方向，並進一步設置成與旋轉中的混合熔體24的旋轉中心重合。在圖6所示的製造裝置2C中，將支承件40和籽晶30沿縱向方向的軸線調整為彼此重合。即，將支撐件40和晶種30沿縱向方向的軸線與旋轉軸分別調整為彼此重合。
[0106]驅動單元32C在控制單元34C的控制下進行驅動，使得驅動單元32C的驅動力傳遞到支承件40。這樣旋轉支承件40，並且籽晶30隨著支承件40的旋轉而旋轉，從而旋轉攪拌器(未示出)和混合熔體24(參見圖6中箭頭線A的方向)。
[0107]製造裝置2C包括支承反應容器52的杆狀支承件41。支承件41縱向方向上的一端固定在反應容器52底部，另一端固定在驅動單元32D上。支承件41縱向方向上的一端固定在反應容器52底部，位於與反應容器52水平橫截面的中心對應的位置。
[0108]驅動單元32D在控制單元34C的控制下進行驅動，使得驅動單元32D的驅動力通過支承件41傳遞到反應容器52中。因此，反應容器52繞著作為旋轉軸的支承件41旋轉(參見圖6中箭頭線B的方向)。
[0109]控制單元34C分別控制籽晶40和反應容器52的旋轉方向和旋轉速度。例如，控制單元34C可以控制籽晶40和反應容器52的旋轉方向，使這些方向是相同的(圖6中箭頭線A的方向)，或者可以控制籽晶40的旋轉方向(圖6中箭頭線A的方向)和反應容器52的旋轉方向(圖6中箭頭線B的方向)，使這些方向是彼此相反的。此外，例如，控制單元34C可以控制籽晶40和反應容器52的旋轉速度、加速度等等，使它們分別相同，或者也可以分別控制它們。
[0110]在圖4至6所示的實施例中，對籽晶30安裝在對應於反應容器52水平橫截面中心的位置的情況進行了描述，但籽晶30的安裝不限於安裝在對應於橫截面中心的位置。籽晶30優選地設置在與反應容器52的旋轉軸重合的位置上。籽晶30的安裝位置並不限於與反應容器52的旋轉軸重合的位置。
[0111]然而，優選將籽晶30安裝在對應於反應容器52水平橫截面中心的位置，並進一步安裝在與反應容器52的旋轉軸重合的位置。這樣考慮的原因在於，當針狀籽晶作為籽晶30時，晶體在m-軸方向和籽晶30外周的C-軸方向上同時生長，因此在上述位置安裝籽晶30能夠製造具有較高質量的13族氮化物晶體。
[0112]返回到圖1，在本【具體實施方式】中，製造裝置2具有製造裝置2A至2C中所示的任何結構，並相應地旋轉反應容器52中容納的混合熔體24和籽晶30至少二者之一。因此，本【具體實施方式】的製造裝置2可具有製造裝置2A至2C中所示的任何結構。
[0113]可以進一步在反應容器52中安裝具有板狀、圓筒狀或其它形狀的結構。
[0114]在下文的描述中，製造裝置2A至2C可以統一簡稱為製造裝置2，控制單元34A至34C可以統一簡稱為控制單元34，以及驅動單元32A至32C可以統一簡稱為驅動單元32。
[0115]在製造裝置2中使晶體從籽晶30上生長出來的晶體生長步驟中，控制單元34控制驅動單元32來旋轉混合熔體24和籽晶30至少二者之一。控制單元34控制驅動單元32以使混合熔體24和籽晶30在晶體生長步驟中的相對速度根據一種或多種類型的預定模式重複波動，並且每個模式中相對速度的最大值為0.01m/s以上。
[0116]混合熔體24和籽晶30的相對速度是指籽晶30相對於混合熔體24的相對速度的絕對值。混合熔體24和籽晶30的相對速度與混合熔體24相對於籽晶30的相對速度的絕對值具有相同的含義。在下文的描述中，混合熔體24和籽晶30的相對速度可以簡稱為相對速度。
[0117]一種或多種類型的模式預先存儲在存儲單元35中。
[0118] 該模式是顯示相對速度波動周期的波形。具體地，通過顯示相對速度在經過的時間內的波動(增大或減小)周期的波形來代表該模式。每個模式所表示的相對速度的波動是通過控制以下因素來實現的:混合熔體24和籽晶30至少二者之一的旋轉速度的加速與所述旋轉速度的減速和所述旋轉速度的恆定至少二者之一的組合；並控制用於限定這些加速、減速、恆速順序的序列以及加速、減速、恆速的各自期間；加速過程中加速度的值；減速過程中減速度的值；最大旋轉速度；最小旋轉速度；波動周期；旋轉方向，等等。
[0119]換句話說，當使籽晶30和混合熔體24至少二者之一進行旋轉時，為了控制相對速度，多種類型的模式在參數方面具有至少一個不同之處，例如旋轉速度的加速、旋轉速度的減速和恆定的旋轉速度的組合；上述序列；加速過程中加速度的值；減速過程中減速度的值；最大旋轉速度；最小旋轉速度；波動周期；旋轉方向，等等。
[0120]「根據一個模式重複波動」是指按照該模式重複由模式指定的一個相對速度波動的周期(相對速度波動的一個周期)，其中該模式是預先確定的或由用戶指定的。在這種情況下，對由特定模式所表示的一個相對速度波動的周期進行控制以在製造裝置2中周期性地重複。
[0121]「根據多種類型的模式重複波動」是指對由多種類型模式分別表示的一個或多個相對速度波動的周期進行組合來使相對速度進行波動，其中所述模式是預先確定的或由用戶指定的。
[0122]在本【具體實施方式】中，為了實現每個模式，存儲單元35將多個類型模式中每一個的特定信息，與籽晶30和熔體混合24至少二者之一的旋轉速度所對應的控制信息相關聯，並將其預先存儲。在本【具體實施方式】中，將每個模式的特定信息描述為表示一段時間內相對速度波動的一個周期的波形，但並不限於這種形式。
[0123]在存儲於存儲單元35內的所有的多個模式中，各模式所表示的相對速度的最大值預先設定為0.01m/s以上。
[0124]「每個模式所表示的相對速度最大值為0.01m/s以上」具體指的是由每個模式表示的相對速度波動的每個周期中相對速度的最大值為0.01m/s以上。
[0125]在晶體生長步驟中，當每個模式中的相對速度最大值為0.01m/s以上時，能夠製造聞質量的13族氣化物晶體。
[0126]產生上述效果的原因尚不清楚，但假定如下。然而，本發明並不受以下假定的限制。
[0127]據推測，可以通過在晶體生長步驟中旋轉混合熔體24和籽晶30至少二者之一，並且在晶體生長步驟中根據一種或多種類型的預定模式使混合熔體24和籽晶30的相對速度重複波動，能夠有效地抑制反應容器52中與籽晶30接觸的區域內混合熔體24流動的停滯，其中每個模式表示的相對速度最大值為0.01m/s以上。因此，據推測，在本【具體實施方式】中，可以降低在晶體生長步驟期間摻入晶體中的夾雜物的量。
[0128]每個模式表示的相對速度的最大值可為0.01m/s以上，更優選為0.03m/s以上，或 0.09m/s 以上。
[0129]按照以下方法測定相對速度。具體而言，通過應用混合熔體的物理性質的數值和旋轉條件進行熱流體仿真來計算相對速度。
[0130]在每個模式中，周期Tl的相對速度滿足由下式(I)所表示的關係，周期T2的相對速度滿足由下式(2)所表示的關係，所述周期Tl和周期T2滿足由下式(3)所表示的關係。
[0131]O ^ V < 0.01(I)
[0132]0.01 ^ V(2)
[0133]Tl < T2(3)
[0134]在公式(I)和(2)中，V代表相對速度(m/s)。
[0135]「在每個模式中，相對速度滿足由下式(I)所表示的關係的周期Tl和相對速度滿足由下式(2)所表示的關係的周期T2滿足由下式(3)所表示的關係」意味著在晶體生長步驟中，相對速度小於0.01m/s的周期Tl的長度大於相對速度為0.01m/s以上的周期T2的長度。
[0136]因此，可以認為，通過滿足公式(3)的關係可進一步降低在晶體生長過程中摻入到晶體中的夾雜物的量。
[0137]優選的是，周期Tl和T2之間的關係滿足公式(3)所表示的關係。更優選的是，周期T2是周期Tl的2倍，或者10倍。
[0138]在本【具體實施方式】中，將混合熔體24和籽晶30至少二者之一剛開始旋轉後的期間作為初始期間。混合熔體24的流速符合旋轉模式後，具有滿足由公式(I)所表示的關係的相對速度的期間作為周期Tl，並且具有滿足由公式(2)所表示的關係的相對速度的期間作為周期T2。
[0139]在每個模式中，在滿足公式(2)所表示的關係的期間T2中某個瞬間，在晶體生長步驟中籽晶30的主生長面上的相對速度的最大值Vmax與最小值Vmin的比例優選滿足由下式(4)表示的關係。
[0140]Vmax/Vmin < 10(4)
[0141]具體地，在期間T2中的某一時刻(時間)，在籽晶30主生長面的整個表面上，具有最大相對速度的區域中的相對速度稱為最大值Vmax,而具有最小相對速度的區域中的相對速度稱為最小值Vmin。
[0142]籽晶30主生長面上的相對速度隨著在主生長面上的位置而變化。通過基於混合熔體24的粘度、混合熔體24和籽晶30的旋轉速度的公式來計算主生長面上相對速度的最大值Vmax和最小值Vmin。可以預先準備好這個公式,通過輸入影響相對速度的參數(例如混合熔體24中所包含的材料的種類或組合)以及溫度環境，從而計算出最大值Vmax和最小值Vmin。具體地,通過熱流體仿真來計算最大值Vmax和最小值Vmin。
[0143]在期間T2中，在晶體生長步驟中籽晶30主生長面上相對速度的最大值Vmax和最小值Vmin的比例滿足由公式(4)所表示的關係時，主生長面上相對速度變化較小，從而能夠防止產生局部生長速率較低的部分。因此，可以說能夠製造具有更高質量的13族氮化物晶體。
[0144]最大值Vmax/最小值Vmin的值小於5，或者更優選小於2。
[0145]在晶體生長步驟中，混合熔體24和籽晶30至少二者之一在加速旋轉或減速旋轉時的旋轉速度的變化率(加速度或減速度)優選為50rpm/min以上。
[0146]當旋轉速度的變化率為50rpm/min以上時,相對速度可進一步增大從而製造更高質量的13族氮化物晶體。
[0147]旋轉速度的變化率為300rpm/min(在3秒內加速至15rpm)以上,更優選900rpm/min (在I秒內加速至15rpm)以上。
[0148]通過在製造裝置2中安裝測量籽晶30和混合熔體24旋轉速度的眾所周知的測量設備並利用該測量設備的檢測結果，可以計算加速旋轉和減速旋轉過程中的加速度和減速度。
[0149]控制單元34讀出與存儲單元所存儲的多種類型模式的特定信息相對應的籽晶30和混合熔體24至少二者之一的控制信息。例如，通過用戶對操作單元(未示出)的操作方向，可以改變控制相對速度的模式。
[0150]例如，控制單元34允許製造裝置2的顯示單元(未示出)顯示存儲在存儲單元35中的模式的選項，相對速度根據所述模式進行波動。當用戶通過操作單元(未示出)的操作方向選擇模式後，控制單元34可以根據所選模式對應的控制信息來控制驅動單元32。
[0151]當用戶通過操作單元的操作方向選擇多種類型模式和模式執行順序的組合後，控制單元34組合相應的控制信息片段並控制驅動單元32，以獲得按所選執行順序排列的所選模式的波形所代表的相對速度的波動。可以設置每個模式重複的次數。
[0152]接下來，為了實現本【具體實施方式】中製造裝置2的各種模式，將具體闡述作為實施例的相對速度最大值為0.01m/s的各種類型的模式，以及籽晶30和混合熔體24至少二者之一的旋轉速度的控制信息。
[0153]控制單元34可以從眾所周知的測量設備接收籽晶30和反應容器52(混合熔體24)的每單位時間的轉數(rpm)、旋轉速度、旋轉方向、旋轉時間等(以下可統稱為旋轉控制參數)，並且可以使用它們進行控制。例如，將可以測量籽晶30和反應容器52 (混合熔體24)各自的rpm、旋轉速度、旋轉方向和旋轉時間的眾所周知的測量儀器安裝在混合熔體24、驅動單元32的驅動機構內等等。這些測量儀器和控制單元34彼此相連以傳輸信號。控制單元34可接收來自這些測量儀器的測量結果，以獲得籽晶30和反應容器52 (混合熔體24)的每單位時間的轉數(rpm)、旋轉速度、旋轉方向、旋轉時間等，並且可以使用它們進行控制。
[0154]存儲單元35可將各種模式與混合熔體24內組分的控制信息和環境參數(例如環境溫度)的各種組合相關聯，並可將其存儲。然後，控制單元34可以讀出對應於由用戶在各種模式中所指定的模式的控制信息，並可執行旋轉控制，所述各種模式對應於在晶體生長步驟中混合熔體24的組分和環境參數。
[0155]圖7至37的示意圖顯示了一些模式和控制信息的實施例，用表示本【具體實施方式】的製造裝置2中相對速度波動的波形來代表這些模式，並且籽晶30和混合熔體24至少二者之一的旋轉速度的控制信息用於實現各種模式所代表的相對速度的波動。圖7至37僅用於說明並且模式並不限於這些。
[0156]首先將描述圖7至18。圖7至18顯示了通過控制在內側底部容納籽晶30的反應容器52的旋轉來使相對速度按照模式進行重複波動的情況。在這些情況下，例如，在具有圖4所示結構的製造裝置2A中，通過控制容納籽晶30和混合熔體24的反應容器52的旋轉來控制籽晶30和混合熔體24的旋轉。在圖7至18的說明中，將描述利用製造裝置2A控制旋轉的情況。
[0157]在圖7所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖7所示的每個周期Pl中的線76A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，然後保持3秒，在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶 30顯示出由圖7中的線76B所示的旋轉速度的波動(參見圖中的「種子速度」;下同)。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖7中的線76C所示的流速(旋轉速度)的波動(參見圖中的「流速」，下同)。因此，反應容器52的旋轉實現了由線76A所示模式的相對速度的波動。
[0158]在圖8所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖8所示的每個周期P2中的線77A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖8中的線77B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖8中的線77C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線77A所示模式的相對速度的波動。
[0159]在圖9所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖9所示的每個周期P3中的線78A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持O秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖9中的線78B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖9中的線78C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線78A所示模式的相對速度的波動。
[0160]在圖10所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖10所示的每個周期P4中的線79A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒，並使反應容器52的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止O秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖10中的線79B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖10中的線79C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線79A所示模式的相對速度的波動。
[0161]在圖11所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖11所示的每個周期P5中的線80A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止O秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖11中的線80B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖11中的線80C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線80A所示模式的相對速度的波動。
[0162]在圖12所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖12所示的每個周期P6中的線81A部分所表示的波形(除了作為初始波形的前四個循環之外)中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm,保持O秒，減速I秒，並停止O秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖12中的線81B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖12中的線81C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線81A所示模式的相對速度的波動。
[0163]在圖13所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖7所示的周期P7和P7』中的線82A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止3秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖13中的線82B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖13中的線82C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線82A所示模式的相對速度的波動。
[0164] 在圖14所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖14所示的周期P8和P8』中的線83A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖14中的線83B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖14中的線83C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線83A所示模式的相對速度的波動。
[0165]在圖15所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖15所示的周期P9和P9』中的線84A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持O秒，減速I秒，並停止3秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖15中的線84B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖15中的線84C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線84A所示模式的相對速度的波動。
[0166]在圖16所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖16所示的周期PlO和P10』中的線85A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒，使反應容器52的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止O秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖16中的線85B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖16中的線85C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線85A所示模式的相對速度的波動。
[0167]在圖17所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖17所示的周期Pll和Ρ11'中的線86A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止O秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖17中的線86B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖17中的線86C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線86A所示模式的相對速度的波動。
[0168]在圖18所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖18所示的周期P12和P12』中的線87A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持O秒，減速I秒，並停止O秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖18中的線87B所示的旋轉速度的波動。反應容器52旋轉速度的波動使混合熔體24顯示出由圖18中的線87C所示的流速(旋轉速度)的波動。因此，反應容器52的旋轉實現了由線87A所示模式的相對速度的波動。
[0169]接下來將描述圖19至30。圖19至30顯示了相對速度根據通過控制混合熔體24的旋轉而不控制籽晶30旋轉的模式進行重複波動的情況。在這些情況下，例如，在具有圖5所示結構的製造裝置2B中，通過控制反應容器52的旋轉來控制混合熔體24的旋轉。在具有圖6所示結構的製造裝置2C中，通過控制攪拌器40B的旋轉而只控制混合熔體24的旋轉。
[0170]在圖19至30中，利用圖5所示的製造裝置2B，將描述通過控制反應容器52的旋轉來控制混合熔體24的旋轉的情況。
[0171]在圖19所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖19所示的每個周期P13中的線88A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，然後保持3秒，在I秒內加速至30rpm,保持3秒，減速2秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖19中的線88C所示的旋轉速度的波動(參見圖中的「熔體速度」，下同)。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線88A所示模式的相對速度的波動。
[0172]在圖20所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖20所示的每個周期P14中的線89A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖20中的線89C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線89A所示模式的相對速度的波動。
[0173]在圖21所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖21所示的每個周期P15中的線90A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持O秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖21中的線90C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線90A所示模式的相對速度的波動。
[0174]在圖22所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖22所示的每個周期P16中的線91A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒，並將反應容器52的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止O秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖22中的線91C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線91A所示模式的相對速度的波動。
[0175]在圖23所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖23所示的每個周期P17中的線92A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止O秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖23中的線92C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線92A所示模式的相對速度的波動。
[0176]在圖24所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖24所示的每個周期P18中的線93A部分所表示的波形(除了作為初始波形的前四個波形之外)中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm,保持O秒，減速I秒，並停止O秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖24中的線93C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線93A所示模式的相對速度的波動。
[0177]在圖25所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖25所示的周期P19和P19』中的線94A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒，將反應容器52的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止3秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖25中的線94C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線94A所示模式的相對速度的波動。
[0178]在圖26所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖26所示的周期P20和P20』中的線95A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖26中的線95C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線95A所示模式的相對速度的波動。
[0179]在圖27所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖27所示的周期P21和Ρ21'中的線96A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持O秒，減速I秒，並停止3秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖27中的線96C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線96A所示模式的相對速度的波動。
[0180] 在圖28所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖28所示的周期P22和P22』中的線97A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒，將反應容器52的轉速在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止O秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖28中的線97C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線97A所示模式的相對速度的波動。
[0181]在圖29所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖29所示的周期P23和P23』中的線98A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止O秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖29中的線98C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線98A所示模式的相對速度的波動。
[0182]在圖30所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖30所示的周期P24和P24』中的線99A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的反應容器52旋轉速度的控制信息，例如，信息顯示如下「重複以下內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持O秒，減速I秒，並停止O秒；並在相反的旋轉方向執行相同序列」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52的旋轉。這種控制使混合熔體24顯示出由圖30中的線99C所示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，混合熔體24的旋轉實現了由線99A所示模式的相對速度的波動。
[0183]接下來，將描述圖31-37。
[0184]在圖31至37中，將描述反應容器52和籽晶30在相反的方向上旋轉(反向旋轉)並且控制其各自的旋轉速度以控制混合熔體24的相對速度的情況。
[0185]在圖31所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖31所示的每個周期P25中的線100A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的籽晶30旋轉速度的控制信息，例如，控制信息顯示「使籽晶30的旋轉在I秒內加速至15rpm然後保持」。控制單元34讀取用於實現這種模式的混合熔體24，即反應容器52等的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:在與籽晶30的旋轉方向相反的方向上使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52和籽晶30各自的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖31中的線100B所示的旋轉速度(種子速度)的波動。這種控制使混合熔體24顯示出由圖31線100C所示的旋轉速度(流速)的波動。因此，籽晶30和混合熔體24的旋轉實現了由線100A所示模式的相對速度的波動。
[0186]在圖32所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖32所示的每個周期P26中的線1lA部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的籽晶30旋轉速度的控制信息，例如，控制信息顯示「使籽晶30的旋轉在I秒內加速至15rpm然後保持」。控制單元34讀取用於實現這種模式的混合熔體24，即反應容器52等的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:在與籽晶30的旋轉方向相反的方向上使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，在I秒內加速至30rpm,保持3秒，減速2秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52和籽晶30各自的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖32中的線1lB所示的旋轉速度(種子速度)的波動。這種控制使混合熔體24顯示出由圖32線1lC所示的旋轉速度(流速)的波動。因此，籽晶30和混合熔體24的旋轉實現了由線1lA所示模式的相對速度的波動。
[0187]在圖33所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖33所示的每個周期P27中的線102A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的籽晶30旋轉速度的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:使籽晶30的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒；並使籽晶30的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止3秒」。控制單元34讀取用於實現這種模式的混合熔體24，即反應容器52等的控制信息，例如，控制信息顯示「在與籽晶30的旋轉方向相反的方向上使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52和籽晶30各自的旋轉。這種控制使籽晶30顯示出由圖33中的線102B所示的旋轉速度(種子速度)的波動。這種控制使混合熔體24顯示出由圖33線102C所示的旋轉速度(流速)的波動。因此，籽晶30和混合熔體24的旋轉實現了由線102A所示模式的相對速度的波動。
[0188]在圖34所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖34所示的每個周期P28中的線103A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的籽晶30旋轉速度的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:使籽晶30的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒；並使籽晶30的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止3秒」。控制單元34讀取用於實現這種模式的混合熔體24，即反應容器52等的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:在與籽晶30的旋轉方向相反的方向上使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52和籽晶30各自的旋轉。這種控制使籽晶30周期性地重複由圖34中的線103B所示的旋轉速度(種子速度)的波動(參見圖34中P28)。這種控制使混合熔體24周期性地重複由圖34線103C所示的旋轉速度(流速)的波動(參見圖34中P28)。因此，籽晶30和混合熔體24的旋轉實現了由線103A所示模式的相對速度的波動。
[0189]在圖35所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖34所示的每個周期P29中的線104A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的籽晶30旋轉速度的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:使籽晶30的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒；並使籽晶30的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止3秒」。控制單元34讀取用於實現這種模式的混合熔體24，即反應容器52等的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:在與籽晶30的旋轉方向相反的方向上使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒，並使反應容器52的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止3秒」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52和籽晶30各自的旋轉。這種控制使籽晶30重複由圖35中的線104B所示的旋轉速度(種子速度)的波動。這種控制使混合熔體24重複由圖35線104C所示的旋轉速度(流速)的波動。因此，籽晶30和混合熔體24的旋轉實現了由線104A所示模式的相對速度的波動。
[0190]在圖36所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖36所示的每個周期P30中的線105A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的籽晶30旋轉速度的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:使籽晶30的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34讀取用於實現這種模式的混合熔體24，即反應容器52等的控制信息，例如，控制信息顯示「在與籽晶30的旋轉方向相反的方向上使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm然後保持」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52和籽晶30各自的旋轉。這種控制使籽晶30重複由圖36中的線105B所示的旋轉速度(種子速度)的波動。這種控制使混合熔體24重複由圖36中的線105C所示的旋轉速度(流速)的波動。因此，籽晶30和混合熔體24的旋轉實現了由線105A所示模式的相對速度的波動。
[0191]在圖37所示的實施例中，控制單元34從存儲單元35讀出與圖37所示的每個周期P31中的線106A部分所表示的波形中指定的模式相對應的控制信息。具體地，控制單元34讀取為了實現這種模式的籽晶30旋轉速度的控制信息，例如，控制信息顯示「重複以下內容:使籽晶30的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒(在每個周期P31) 」。控制單元34讀取用於實現這種模式的混合熔體24，即反應容器52等的控制信息，例如，控制信息顯示「 重複以下內容:在與籽晶30的旋轉方向相反的方向上使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm並保持3秒；並在上述方向上使反應容器52的旋轉在I秒內加速至30rpm，保持3秒，減速2秒，並停止3秒(在每個周期P31)」。控制單元34根據讀取的控制信息控制反應容器52和籽晶30各自的旋轉。這種控制使籽晶30重複由圖37中的線106B所示的旋轉速度(種子速度)的波動。這種控制使混合熔體24重複由圖37中的線106C所示的旋轉速度(流速)的波動。因此，籽晶30和混合熔體24的旋轉實現了由線106A所示模式的相對速度的波動。
[0192]如上所述，在本【具體實施方式】的製造裝置2中，在晶體生長步驟中對混合熔體24和籽晶30至少二者之一進行旋轉，並且在晶體生長步驟中混合熔體24和籽晶30的相對速度按照一種或多種類型的預定模式重複波動，其中每種模式顯示的相對速度最大值為0.01m/S 以上。
[0193]因此認為可以製造高質量的13族氮化物晶體。
[0194]本【具體實施方式】的製造裝置2包括:控制設備(控制單元34)例如CPU ;存儲設備(存儲單元35)例如ROM和RAM ;外部存儲設備例如HDD和⑶設備；顯示裝置(顯示單元)例如顯示設備；以及輸入設備(操作單元)例如鍵盤和滑鼠。本【具體實施方式】的製造裝置2具有使用普通電腦的硬體結構。
[0195]在本【具體實施方式】的製造裝置2中所進行的晶體生長步驟中，提供用於執行旋轉控制的程序，並將其作為可安裝或可執行的文件存儲在電腦可讀儲存介質中，例如CD-ROMs、軟盤(FD)、CD-Rs和數字多功能盤(DVD)。
[0196]可以用於在晶體生長步驟中執行旋轉控制的程序存儲在連接到網絡(例如網際網路)的計算機上，並且可以經由網絡下載來提供，其中所述晶體生長步驟在本【具體實施方式】的製造裝置2中進行。在本【具體實施方式】的製造裝置2中所進行的晶體生長步驟中用於執行旋轉控制的程序可以經由網絡(例如網際網路)提供或分發。
[0197]在本【具體實施方式】的製造裝置2中所進行的晶體生長步驟中用於執行旋轉控制的程序可以預先放入ROM等並被提供。
[0198]在本【具體實施方式】的製造裝置2中所進行的晶體生長步驟中用於執行旋轉控制的程序包括含有如上所述用於執行位置控制過程的功能部分的模塊。作為操作硬體的CPU(處理器)從存儲介質中讀出該程序，並執行程序使得用於執行程序的功能部分寫入主存儲設備並由主存儲設備產生。
[0199]儘管上文中描述了本【具體實施方式】，但是本【具體實施方式】僅用於說明而非用於限制本發明的範圍。可以以各種其他形式實施這種新穎的實施方式，並且在不脫離本發明的精神的情況下可以做出各種省略、替代和改變。本【具體實施方式】及其變型落入本發明的範圍和精神之內，並進一步落入本發明權利要求書及其等同物的範圍內。
[0200]實施例
[0201]在下文中將通過實施例的方式更詳細地描述本發明，但本發明並不限於這些實施例。標號對應於上述製造裝置2的結構。
[0202]-製造籽晶-
[0203]首先，根據下述製造方法製造用於生產13族氮化物晶體的籽晶。
[0204]籽晶的製造實施例
[0205]在與日本特許公開專利2011-213579中實施例1相同的條件下製造出針狀籽晶，將其作為籽晶30。籽晶30是在C-軸方向上具有55mm的長度和在垂直於c_軸的方向上具有Imm的長度的針狀晶體。在下列實施例和對比例中，所製造的籽晶30用於製造13族氮化物晶體。
[0206]-製造13族氮化物晶體-
[0207]接下來，製造13族氮化物晶體。
[0208]實施例1
[0209]在本實施例中，通過在圖4所示的製造裝置2A中使氮化物晶體27從籽晶30上生長出來以製造13族氮化物晶體19。
[0210]首先，在閥61處將內部容器51與製造裝置2分開，並將其放置在具有Ar氣環境的手套箱中。接著，將籽晶30安裝在由氧化鋁製成並具有140mm內徑和10mm深度的反應容器52中。在反應容器52底部的中心設置具有4_深孔的支承件，並將籽晶30插入支承件的孔中並保持。
[0211]接著，將作為助熔劑的鈉(Na)加熱至成為液體並放置在反應容器52中。鈉固化後將鎵置於其中。在本實施例中，鎵和鈉的摩爾比設定為0.25: 0.75。
[0212]隨後，在高濃度(grade)Ar氣環境下的手套箱中，將反應容器52安裝在內部容器51中。然後關閉閥61以密封填充有Ar氣的內部容器51，並且將反應容器52的內部與外部環境隔離。接著，將內部容器51從手套箱中取出並放入製造裝置2A中。具體而言，將內部容器51安裝在相對於加熱器53的某一位置，並在閥61處連接到氣體供應管54上。
[0213]接著，將氬氣從內部容器51中清除，然後從氮氣供應管57導入氮氣。打開閥55並通過用壓力控制器56控制壓力將內部容器51中的總壓調節至1.2MPa。然後關閉閥55並將壓力控制器56設定為3.0MPa0
[0214]接著，將加熱器53通電以加熱反應容器52到晶體生長溫度。晶體生長溫度為870°C。然後打開閥55將氮氣的壓力調節為2.8MPa。
[0215]也就是說，在晶體生長步驟中溫度條件為870°C，氮氣壓力為2.8MPa。
[0216]在這種條件下，使反應容器52在一個方向上旋轉(參見圖4中箭頭A的方向)，同時在1000小時內重複下面的序列以使晶體生長:將轉速在I秒內加速至15rpm，保持15rpm3秒鐘,在I秒內減速至Orpm,並再次在I秒內加速至15rpm而不設置旋轉停止期間。
[0217]具體地，如圖8的描述，控制單元34從存儲單元35讀出與圖8所示的每個周期P2的線77A部分所表示的波形指定的模式相對應的控制信息來執行下面的控制。具體地，控制單元34讀出用於實現這種模式的反應容器52的旋轉速度的控制信息，信息顯示「重複下面的內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據所讀取的控制信息來控制反應容器52的旋轉。通過使控制單元34執行預先存儲在ROM (未示出)中的程序來執行這種控制。
[0218]可以確認，這種控制使得籽晶30顯示出圖8由線77B所表示的旋轉速度的波動。還可以確認，反應容器52的旋轉速度的波動使得混合熔體24顯示出由圖8線77C所示的流速(旋轉速度)的波動。
[0219]因此，可以確認反應容器52的旋轉實現了由線77A所示的模式的相對速度的波動。
[0220]籽晶30和混合熔體24的相對速度最大值為0.032m/s。
[0221]在晶體生長步驟中，周期Tl為O秒且周期T2為8秒，這滿足了 Tl < T2的關係，其中周期Tl是相對速度滿足由上述公式(I)表示的關係的期間，周期T2是相對速度滿足由上述公式(2)表示的關係的期間。
[0222]周期T2中Vmax/Vmin的值為6.5，小於10，其中Vmax/Vmin是籽晶30主生長面上的相對速度的最大值Vmax與最小值Vmin的比值。
[0223]在晶體生長步驟中，加速和減速期間的變化率(加速度和減速度)為900rpm/min。
[0224]使用熱流體仿真來計算晶體生長步驟的相對速度。類似地，還從熱流體仿真結果計算出周期Tl和T2。從上述序列計算出加速度和減速度。
[0225]在晶體生長步驟之後，製造出在C-軸方向上具有65mm的長度和在垂直C-軸的方向上具有55mm的長度的塊狀GaN晶體作為13族氮化物晶體。
[0226]用電子天平測定所生產的塊狀GaN晶體中的粗晶體沉積量，並發現所生產的塊狀GaN晶體中粗晶體的沉積量達到總產率的4%。
[0227]將所製造的塊狀GaN晶體平行於C-面進行切割並從背面照射可見光，以評估不透光部分所含的夾雜物。利用這個程序來觀察切片的塊狀GaN晶體，發現整個C-面的5%含有夾雜物。在晶體中未觀察到著色。通過XRC分析所生成的塊狀GaN晶體，得到32弧秒的FffHM0
[0228]因此，經證實，與下文將要描述的對比例製造的13族氮化物晶體相比，實施例1中製造的13族氮化物晶體為具有更高質量的13族氮化物晶體。
[0229](實施例2)
[0230]在本實施例中，通過在圖5所示的製造裝置2B中的籽晶30上使氮化物晶體27生長來製造13族氮化物晶體19。
[0231]首先，在閥61處將內部容器51與製造裝置2B分開，並將其放置在具有Ar氣環境的手套箱中。接著，將籽晶30安裝在支承件38長度方向上的一端，其中支承件38安裝在外部耐壓容器50的頂部內壁上。
[0232]使用與實施例1中同樣的助熔劑。按照與實施例1中相同的方式將容納混合熔體24的反應容器52安裝在內部容器51中。然後關閉閥61以密封填充有Ar氣的內部容器51，並且將反應容器52的內部與外部環境隔離。接著，將內部容器51從手套箱中取出並放入製造裝置2B。具體而言，將內部容器51安裝在相對於加熱器53的某一位置，並在閥61處連接到氣體供應管54上。
[0233]接著，將氬氣從內部容器5 1中清除，然後從氮氣供應管57導入氮氣。打開閥55並通過用壓力控制器56控制壓力將內部容器51中的總壓調節至1.2MPa。然後關閉閥55並將壓力控制器56設定為3.0MPa0
[0234]接著，將加熱器53通電以加熱反應容器52到晶體生長溫度。晶體生長溫度為870°C。然後打開閥55將氮氣的壓力調節為2.8MPa。
[0235]也就是說，按照與實施例1同樣的方法，在晶體生長步驟中溫度條件為870°C，氮氣壓力為2.8MPa。
[0236]在這種條件下，使反應容器52在一個方向上旋轉(參見圖5中箭頭A的方向)，同時在1000小時內重複下面的序列以使晶體生長:將轉速在I秒內加速至15rpm，保持15rpm3秒鐘,在I秒內減速,並停止3秒。
[0237]具體地，如圖20的描述，控制單元34從存儲單元35讀出與圖20所示的每個周期P14的線89A部分所表示的波形指定的模式相對應的控制信息來執行下面的控制。具體地，控制單元34讀出用於實現這種模式的反應容器52的旋轉速度的控制信息，信息顯示「重複下面的內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據所讀取的控制信息來控制反應容器52的旋轉。通過使控制單元34執行預先存儲在R0M(未示出)中的程序來進行這種控制。
[0238]可以確認，這種控制使得混合熔體24顯示出圖20中由線89C所表示的熔體速度(旋轉速度)的波動。因此，還可以確認混合熔體24的旋轉實現了由線89A所示的模式的相對速度的波動。
[0239]因此，在本實施例中籽晶30和混合熔體24的相對速度最大值為0.047m/s。
[0240]在晶體生長步驟中，周期Tl為O秒且周期T2為8秒，這滿足了 Tl < T2的關係，其中周期Tl是相對速度滿足由上式(I)表示的關係的期間，並且周期T2是相對速度滿足由上式(2)表示的關係的期間。
[0241]期間T2中Vmax/Vmin的值為5.3，小於10，其中Vmax/Vmin是籽晶30主生長面上的相對速度的最大值Vmax與最小值Vmin的比值。
[0242]在晶體生長步驟中，加速和減速期間的變化率(加速度和減速度)為900rpm/min。
[0243]利用與實施例1中同樣的方法來計算晶體生長步驟的相對速度以及周期Tl和T2。
[0244]在晶體生長步驟之後，製造出在C-軸方向上具有65mm的長度和在垂直C-軸的方向上具有55mm的長度的塊狀GaN晶體作為13族氮化物晶體。
[0245]利用與實施例1中同樣的方法來測定所生產的塊狀GaN晶體中的粗晶體沉積量，並發現所製造的塊狀GaN晶體中粗晶體的沉積量達到總產率的2%。
[0246]按照與實施例1中同樣的方式將所生成的塊狀GaN晶體平行於c_面進行切割並進行觀察，發現整個C-面的2%含有夾雜物。在晶體中未觀察到著色。通過XRD分析所製造的塊狀GaN晶體，得到25弧秒的FWHM。
[0247]因此，經證實，與下文將要描述的對比例I製造的13族氮化物晶體相比，實施例2中製造的13族氮化物晶體為具有更高質量的13族氮化物晶體。
[0248](實施例3)
[0249]在本實施例中，通過在圖6所示的製造裝置2C中的籽晶30上使氮化物晶體27生長從而製造13族氮化物晶體19。
[0250]除了晶體生長步驟中旋轉控制信息如下之外，利用與實施例2同樣的方法製造13族氮化物晶體:「使籽晶30在一個方向上旋轉，同時將其轉速在I秒內加速至15rpm，然後保持15rpm的轉速。使反應容器52在與籽晶30的旋轉方向相反的方向上旋轉，同時將其轉速在I秒內加速至15rpm,保持15rpm3秒,在I秒內減速至Orpm,並停止3秒,然後再次在I秒內加速至15rpm。重複該循環」。
[0251]具體地，如圖31的描述，控制單元34從存儲單元35讀出與圖31所示的每個周期P25的線100A部分所表示的波形指定的模式相對應的控制信息來執行下面的控制。具體地，控制單元34讀出用於實現這種模式的籽晶30的旋轉速度的控制信息，控制信息顯示「使籽晶30的旋轉在I秒內加速至15rpm然後保持」。控制單元34讀出用於實現這種模式的混合熔體24，即，反應容器52等的旋轉速度的控制信息，控制信息顯示「重複下面的內容:使反應容器52在與籽晶30相反的方向上的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據所讀取的控制信息來控制反應容器52的旋轉。通過使控制單元34執行預先存儲在ROM (未示出)中的程序來進行這種控制。
[0252]可以確認，這種控制使得籽晶30顯示出圖31中由線100B所表示的旋轉速度(種子速度)的波動。還可以確認這種控制使得混合熔體24顯示出圖31中由線100C所表示的旋轉速度(流速)的波動。因此，還可以確認籽晶30和混合熔體24的旋轉實現了由線100A所示的模式的相對速度的波動。
[0253]因此，在本實施例中籽晶30和混合熔體24的相對速度最大值為0.094m/s。
[0254]在晶體生長步驟中，周期Tl為O秒且周期T2為8秒，這滿足了 Tl < T2的關係，其中周期Tl是相對速度滿足由上式(I)表示的關係的期間，並且周期T2是相對速度滿足由上式(2)表示的關係的期間。
[0255]期間T2中Vmax/Vmin的值為3.7，小於10，其中Vmax/Vmin是籽晶30主生長面上的相對速度的最大值Vmax與最小值Vmin的比值。
[0256]在晶體生長步驟中，加速和減速期間的變化率(加速度和減速度)為900rpm/min。
[0257]利用與實施例1中同樣的方法來計算晶體生長步驟的相對速度以及周期Tl和T2。
[0258]在晶體生長步驟之後，製造出在C-軸方向上65mm的長度和在垂直c_軸的方向上具有55mm的長度的塊狀GaN晶體作為13族氮化物晶體。
[0259]利用與實施例1中同樣的方法來測定所製造的塊狀GaN晶體中的粗晶體沉積量，並發現所製造的塊狀GaN晶體中粗晶體的沉積量達到總產率的2%。
[0260]按照與實施例1中同樣的方式將所製造的塊狀GaN晶體平行於c_面進行切割並進行觀察。因此，在整個C-面上未觀察到夾雜物和著色。通過XRD分析所製造的塊狀GaN晶體，得到18弧秒的FWHM。
[0261]因此，經證實，與下文將要描述的對比例I製造的13族氮化物晶體相比，實施例3中製造的13族氮化物晶體為具有更高質量的13族氮化物晶體。
[0262](實施例4)
[0263]在本實施例中，通過在圖38所示的製造裝置2D中的籽晶30上生長氮化物晶體27來製造13族氮化物晶體19。圖38A顯示了反應容器52部分的側視圖，並且圖38B顯示了反應容器52部分的俯視圖。
[0264]如圖4所示的製造裝置2A，圖38所示的製造裝置2D具有使反應容器52進行旋轉的結構，並利用具有φ 50.8 mrn的C-面和C-軸方向上0.4mm厚度的板狀籽晶30來代替長籽晶30。在製造裝置2D中，將板狀籽晶30平行於反應容器52旋轉方向(圖38中箭頭A的方向)的切線安裝在反應容器52內側底部。除了將代替長籽晶30的板狀籽晶30安裝在偏離反應容器52旋轉中心α的上述位置以外，製造裝置2D具有與圖4表示的製造裝置2Α同樣的結構。
[0265]使用與實施例1中同樣的助熔劑。按照與實施例1中相同的方式將容納混合熔體24的反應容器52安裝在內部容器51中。然後關閉閥61以密封填充有Ar氣的內部容器51，並且將反應容器52的內部與外部環境隔離。接著，將內部容器51從手套箱中取出並放入製造裝置2Β。具體而言，將內部容器51安裝在相對於加熱器53的某一位置，並在閥61處連接到氣體供應管54上。
[0266]接著，將氬氣從內部容器51中清除，然後從氮氣供應管57導入氮氣。打開閥55並通過壓力控制器56控制壓力將內部容器51中的總壓調節至1.2MPa。然後關閉閥55並將壓力控制器56設定為3.0MPa0
[0267]接著，將加熱器53通電以加熱反應容器52到晶體生長溫度。晶體生長溫度為870°C。然後打開閥55將氮氣的壓力調節為2.8MPa。
[0268]也就是說，按照與實施例1同樣的方法，在晶體生長步驟中溫度條件為870°C，氮氣壓力為2.8MPa。
[0269]在這種條件下，使反應容器52在一個方向上旋轉(參見圖38中箭頭A的方向)，同時按照與實施例1相同的方式在1000小時內重複下面的序列以使晶體生長:將轉速在I秒內加速至15rpm,保持15rpm3秒,在I秒內減速至Orpm,並再次在I秒內加速至15rpm而不設置停止時間。
[0270]具體地，如圖8的描述，控制單元34從存儲單元35讀出與圖8所示的每個周期P2的線77A部分所表示的波形指定的模式相對應的控制信息來執行下面的控制。具體地，控制單元34讀出用於實現這種模式的反應容器52的旋轉速度的控制信息，信息顯示「重複下面的內容:使反應容器52的旋轉在I秒內加速至15rpm，保持3秒，減速I秒，並停止3秒」。控制單元34根據所讀取的控制信息來控制反應容器52的旋轉。通過使控制單元34執行預先存儲在ROM (未示出)中的程序來進行這種控制。
[0271]可以確認，按照與實施例1相同的方式，這種控制使得混合熔體24顯示出流速(旋轉速度)的波動。
[0272]籽晶30和混合熔體24的相對速度最大值為0.063m/s。
[0273]在晶體生長步驟中，周期Tl為O秒且周期T2為8秒，這滿足了 Tl < T2的關係，其中周期Tl是相對速度滿足由上式(I)表示的關係的期間，並且周期T2是相對速度滿足由上式(2)表示的關係的期間。
[0274]期間T2中Vmax/Vmin的值為9.7，小於10，其中Vmax/Vmin是籽晶30主生長面上的相對速度的最大值Vmax與最小值Vmin的比值。
[0275]在晶體生長步驟中，加速和減速期間的變化率(加速度和減速度)為900rpm/min。
[0276]使用熱流體仿真來計算晶體生長步驟的相對速度。類似地，還從熱流體仿真結果計算出周期Tl和T2。由上述序列計算出加速度和減速度。
[0277]在晶體生長步驟之後，製造出在C-軸方向上具有20mm的長度和在垂直c_軸的方向上具有65mm的長度的塊狀GaN晶體作為13族氮化物晶體。
[0278]利用電子天平來測定所製造的塊狀GaN晶體中粗晶體的沉積量，並發現所製造的塊狀GaN晶體中粗晶體的沉積量達到總產率的2%。
[0279]將所生成的塊狀GaN晶體平行於C-面進行切割並從背面照射可見光，以評估不透光部分所含的夾雜物。利用這個程序來觀察切片的塊狀GaN晶體，發現整個C-面的21%含有夾雜物。在晶體中未觀察到著色。通過XRD分析所生成的塊狀GaN晶體，得到38弧秒的FffHM0
[0280]因此，經證實，與下文將要描述的對比例製造的13族氮化物晶體相比，實施例4中製造的13族氮化物晶體為具有更高質量的13族氮化物晶體。
[0281](對比例I)
[0282]接下來，除了在晶體生長步驟的旋轉控制如下之外，按照與實施例1相同的方法製造13族氮化物晶體:「在混合熔體24的流速降低至最大流速的0.1倍以下之後，通過將反應容器52的旋轉方向從正向轉換至反向從而保持恆定的相對旋轉速度」。
[0283]圖39的示意圖顯示了對比例I中籽晶30和混合熔體24相對速度，以及籽晶30和混合熔體24各自的旋轉速度。
[0284]如圖39所示，在混合熔體24的流速降低至最大流速的0.1倍以下之後(參見線107C和107B)，將反應容器52的旋轉方向從正向轉換至反向，從而使籽晶30和混合熔體24的相對旋轉速度保持恆定(線107A)。
[0285]如線107A所示，可以確認晶體生長步驟中相對速度為「零」並保持恆定。按照與實施例1相同的方法來計算相對速度。
[0286]在晶體生長步驟之後，製造出在C-軸方向上具有60mm的長度和在垂直C-軸的方向上具有40mm長度的塊狀GaN晶體作為對比例的13族氮化物晶體。
[0287]利用與實施例1相同的方法來測定對比例所製造的塊狀GaN晶體中粗晶體的沉積量。因此，發現所製造的塊狀GaN晶體中粗晶體的沉積量達到總產率的57%，並且粗晶體的沉積量比實施例中的高14倍以上。
[0288]將本對比例所製造的塊狀GaN晶體平行於c_面進行切割並利用與實施例1相同的方法進行觀察，發現整個C-面的67 %含有夾雜物，表明夾雜物的量大於實施例。通過XRD分析本對比例所製造的塊狀GaN晶體，得到78弧秒的FWHM。
[0289]因此，與實施例中製造的13族氮化物晶體相比，對比例I中製造的13族氮化物晶體為具有較低質量的13族氮化物晶體。
[0290]本發明可以提供製造高質量13族氮化物晶體的方法。
[0291]相關申請的交叉引用
[0292]本申請要求2013年3月13日申請的日本專利申請2013-051056的優先權，並通過引用將其全部內容併入本文。
[0293]雖然已經針對【具體實施方式】進行了完整和清楚的公開從而描述了本發明，但所附權利要求書並不限於此，而應當將其理解為包括理所當然落在本文所闡述的基本教導之內的本領域技術人員可能做出的所有變型和結構替換。
【權利要求】
1.一種製造13族氮化物晶體的方法，包括如下的晶體生長步驟:使氮與包含至少一種13族金屬以及鹼金屬和鹼土金屬中的至少一種的混合熔體進行反應，以在所述混合熔體中由籽晶生長氮化物晶體， 其中，在所述晶體生長步驟中使混合熔體和籽晶至少二者之一進行旋轉，在所述晶體生長步驟中混合熔體與籽晶之間的相對速度按照一種或多種類型的預定模式重複波動，並且所述模式顯示的所述相對速度最大值為0.01m/s以上。
2.根據權利要求1所述的製造13族氮化物晶體的方法，其中， 通過將增加混合熔體和籽晶至少二者之一的旋轉速度與降低旋轉速度和恆定旋轉速度至少二者之一進行組合來指定所述模式。
3.根據權利要求1或2所述的製造13族氮化物晶體的方法，其中， 在所述模式中，周期Tl的相對速度滿足由下式(I)所表示的關係，周期T2的相對速度滿足由下式(2)所表示的關係，所述周期Tl和所述周期T2滿足由下式(3)所表示的關係，od.0i(I) 0.01 ^ V(2) Tl < T2(3) 其中在公式⑴和⑵中，V代表相對速度(m/s)。
4.根據權利要求3 所述的製造13族氮化物晶體的方法，其中， 在所述模式中的周期T2內，所述晶體生長步驟中在籽晶主生長面上的相對速度的最大值Vmax和最小值Vmin的比值滿足由下式⑷所表示的關係， Vmax/Vmin < 10(4)。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的製造13族氮化物晶體的方法，其中， 在所述晶體生長步驟的加速旋轉或減速旋轉過程中，混合熔體和籽晶至少二者之一的旋轉速度的變化率為50rpm/min以上。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的製造13族氮化物晶體的方法，其中， 籽晶主生長面平行於籽晶旋轉方向的切線。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的製造13族氮化物晶體的方法，其中， 混合熔體的旋轉軸與籽晶的旋轉軸重合。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的製造13族氮化物晶體的方法，其中， 通過旋轉容納混合熔體的坩堝來旋轉混合熔體，以及 坩堝的旋轉軸與籽晶的旋轉軸重合。
9.用於根據權利要求1至8中任一項所述的製造13族氮化物晶體的方法的製造裝置，包括: 驅動單元，用於旋轉混合熔體和籽晶至少二者之一；以及 控制單元,用於控制驅動單元,使所述驅動單元在所述晶體生長步驟中旋轉混合熔體和籽晶至少二者之一，在所述晶體生長步驟中混合熔體與籽晶之間的相對速度按照一種或多種類型的預定模式重複波動，並且所述模式顯示的所述相對速度最大值為0.01m/s以上。
【文檔編號】C30B29/40GK104047058SQ201410177290
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2013年3月13日
【發明者】佐藤隆, 皿山正二, 林昌弘, 三好直哉 申請人:株式會社理光