JP2001072499A - 六方晶窒化ホウ素単結晶の育成方法 - Google Patents
六方晶窒化ホウ素単結晶の育成方法Info
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- JP2001072499A JP2001072499A JP2000194989A JP2000194989A JP2001072499A JP 2001072499 A JP2001072499 A JP 2001072499A JP 2000194989 A JP2000194989 A JP 2000194989A JP 2000194989 A JP2000194989 A JP 2000194989A JP 2001072499 A JP2001072499 A JP 2001072499A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の１８００℃よりもはるかに低い反応加
熱温度にて、より大型サイズのｈ−ＮＢ単結晶の育成を
可能とする。 【解決手段】 ホウ素と窒素原料とをナトリウムの存在
下に密閉状態において加熱してバルク状六方晶窒化ホウ
素単結晶を育成する。
熱温度にて、より大型サイズのｈ−ＮＢ単結晶の育成を
可能とする。 【解決手段】 ホウ素と窒素原料とをナトリウムの存在
下に密閉状態において加熱してバルク状六方晶窒化ホウ
素単結晶を育成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、六方晶窒
化ホウ素単結晶の育成方法に関するものである。さらに
詳しくは、この出願の発明は、電子材料、機械材料等と
して有用なバルク状の六方晶窒化ホウ素を比較的低温の
条件下に効果的に育成することのできる新しい方法に関
するものである。
化ホウ素単結晶の育成方法に関するものである。さらに
詳しくは、この出願の発明は、電子材料、機械材料等と
して有用なバルク状の六方晶窒化ホウ素を比較的低温の
条件下に効果的に育成することのできる新しい方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】六方晶窒化ホウ素（ｈ−Ｂ
Ｎ）は、ＳＰ2 結合による平面的なグラファイト構造を
もつ安定相を構成するものであって、その単結晶は、電
気絶縁性に優れ、低誘電率で、耐熱性、化学的安定性に
も優れ、しかも潤滑性も良好であることから、電子材
料、さらには機械材料として期待されているものであ
る。
Ｎ）は、ＳＰ2 結合による平面的なグラファイト構造を
もつ安定相を構成するものであって、その単結晶は、電
気絶縁性に優れ、低誘電率で、耐熱性、化学的安定性に
も優れ、しかも潤滑性も良好であることから、電子材
料、さらには機械材料として期待されているものであ
る。
【０００３】このような優れた特徴のある六方晶窒化ホ
ウ素（ｈ−ＢＮ）のバルク状単結晶（薄膜と区別され
る）においては、これを結晶育成することは極めて難し
く、これに関する報告はほとんど見当らない。これは、
六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）は高温まで気化しにく
く、容易に溶解しないことと、ホウ素は気化し難く、し
かも六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）育成のための適当な
フラックスが見出されていないことに理由があった。
ウ素（ｈ−ＢＮ）のバルク状単結晶（薄膜と区別され
る）においては、これを結晶育成することは極めて難し
く、これに関する報告はほとんど見当らない。これは、
六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）は高温まで気化しにく
く、容易に溶解しないことと、ホウ素は気化し難く、し
かも六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）育成のための適当な
フラックスが見出されていないことに理由があった。
【０００４】従来では、六方晶窒化ホウ素の焼結体をＳ
ｉ粉末とホウ素（Ｂ）粉末とともに加熱して育成する方
法が知られていた。しかしながら、この従来の育成方法
の場合には、１８００℃という極めて高温での加熱が必
要であって、しかも大型の単結晶を得ることは実質的に
不可能であった。実際にこれまでに得られている単結晶
のサイズはミクロン（μｍ）レベルに満たない微細なも
のにすぎなかった。
ｉ粉末とホウ素（Ｂ）粉末とともに加熱して育成する方
法が知られていた。しかしながら、この従来の育成方法
の場合には、１８００℃という極めて高温での加熱が必
要であって、しかも大型の単結晶を得ることは実質的に
不可能であった。実際にこれまでに得られている単結晶
のサイズはミクロン（μｍ）レベルに満たない微細なも
のにすぎなかった。
【０００５】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の従来技術の限界を克服して、従来に比べてはるかに低
い温度において、より大型のバルク状単結晶を育成する
ことのできる、六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）単結晶の
新しい育成方法を提供することを課題としている。
の従来技術の限界を克服して、従来に比べてはるかに低
い温度において、より大型のバルク状単結晶を育成する
ことのできる、六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）単結晶の
新しい育成方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
のとおりの課題を解決するものとして、第１には、ホウ
素単体と窒素源材料とをナトリウムの存在下に密閉状態
において加熱してバルク状六方晶窒化ホウ素単結晶を育
成することを特徴とする六方晶窒化ホウ素単結晶の育成
方法を提供する。
のとおりの課題を解決するものとして、第１には、ホウ
素単体と窒素源材料とをナトリウムの存在下に密閉状態
において加熱してバルク状六方晶窒化ホウ素単結晶を育
成することを特徴とする六方晶窒化ホウ素単結晶の育成
方法を提供する。
【０００７】また、この出願の発明は、第２には、ホウ
素とナトリウム窒素化合物とを加熱する育成方法を、第
３には、ナトリウム窒素化合物がＮａＮ3 である育成方
法を、第４には、反応系に供給される原材料が、次式 γ＝ＮａＮ3 ／（ＮａＮ3 ＋Ｂ） で表されるγ値（ｍｏｌ／ｍｏｌ）として、０．３〜
０．８の範囲である育成方法を、第５には、７００℃以
上の温度において加熱する育成方法をも提供する。
素とナトリウム窒素化合物とを加熱する育成方法を、第
３には、ナトリウム窒素化合物がＮａＮ3 である育成方
法を、第４には、反応系に供給される原材料が、次式 γ＝ＮａＮ3 ／（ＮａＮ3 ＋Ｂ） で表されるγ値（ｍｏｌ／ｍｏｌ）として、０．３〜
０．８の範囲である育成方法を、第５には、７００℃以
上の温度において加熱する育成方法をも提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記のとおり
の特徴をもつものであるが、この発明の育成方法によっ
て、従来の１８００℃という加熱温度よりもはるかに低
い１０００℃未満の、たとえば７００℃という温度にお
いてもバルク状単結晶の育成を可能とし、育成された単
結晶のサイズレベルもミクロン（μｍ）以上のより大型
のものとすることができる。
の特徴をもつものであるが、この発明の育成方法によっ
て、従来の１８００℃という加熱温度よりもはるかに低
い１０００℃未満の、たとえば７００℃という温度にお
いてもバルク状単結晶の育成を可能とし、育成された単
結晶のサイズレベルもミクロン（μｍ）以上のより大型
のものとすることができる。
【０００９】そこで以下に、この発明の実施の形態につ
いて説明する。まず、この発明の育成方法においては、
原料物質としては、ホウ素（Ｂ）単体と、窒素源材料を
用いる。そして、これら原料物質は、ナトリウム（Ｎ
ａ）の存在下に反応させることになる。つまり、反応系
には、 ＜Ａ＞ ホウ素（Ｂ）単体 ＜Ｂ＞ 窒素源材料 ＜Ｃ＞ ナトリウム源材料 とが提供されることになる。
いて説明する。まず、この発明の育成方法においては、
原料物質としては、ホウ素（Ｂ）単体と、窒素源材料を
用いる。そして、これら原料物質は、ナトリウム（Ｎ
ａ）の存在下に反応させることになる。つまり、反応系
には、 ＜Ａ＞ ホウ素（Ｂ）単体 ＜Ｂ＞ 窒素源材料 ＜Ｃ＞ ナトリウム源材料 とが提供されることになる。
【００１０】ここで、（Ｂ）窒素源材料は、ホウ素
（Ｂ）と非反応性の各種の窒素化合物であってよく、ま
た＜Ｃ＞ナトリウム源材料としての性格を持った固体、
もしくは気体状の窒素化合物であってもよい。たとえ
ば、より具体的には、アジ化ナトリウム（ＮａＮ3 ）が
好適なものの一つとして例示されるが、このもののよう
に、＜Ｂ＞＜Ｃ＞の性格を単一物として備えたものでも
よい。
（Ｂ）と非反応性の各種の窒素化合物であってよく、ま
た＜Ｃ＞ナトリウム源材料としての性格を持った固体、
もしくは気体状の窒素化合物であってもよい。たとえ
ば、より具体的には、アジ化ナトリウム（ＮａＮ3 ）が
好適なものの一つとして例示されるが、このもののよう
に、＜Ｂ＞＜Ｃ＞の性格を単一物として備えたものでも
よい。
【００１１】この発明の方法においては、ナトリウム
（Ｎａ）は反応触媒として作用するものであって、反応
形式としては、フラックス法として、特徴づけられるも
のである。反応系に供給される原材料等の使用割合につ
いては、例えばＮａＮ3 を用いる場合においては、γ＝
ＮａＮ3 ／（ＮａＮ3 ＋Ｂ）として表されるγ値（ｍｏ
ｌ／ｍｏｌ）が、０．３以上、より好ましくは、０．３
〜０．８，さらには０．４〜０．７とするのが適当であ
る。この範囲外にある場合には、良好な単結晶育成の条
件となりにくく、また、γの値が０．３未満の場合には
六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）の生成は難しくなる。
（Ｎａ）は反応触媒として作用するものであって、反応
形式としては、フラックス法として、特徴づけられるも
のである。反応系に供給される原材料等の使用割合につ
いては、例えばＮａＮ3 を用いる場合においては、γ＝
ＮａＮ3 ／（ＮａＮ3 ＋Ｂ）として表されるγ値（ｍｏ
ｌ／ｍｏｌ）が、０．３以上、より好ましくは、０．３
〜０．８，さらには０．４〜０．７とするのが適当であ
る。この範囲外にある場合には、良好な単結晶育成の条
件となりにくく、また、γの値が０．３未満の場合には
六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）の生成は難しくなる。
【００１２】原材料としてＮａ源材料は、この発明の育
成方法においては密閉状態において加熱することにな
る。この際の密閉状態は、たとえば、ステンレスチュー
ブの金属製の、耐圧性密閉容器内に原材料等をいれるこ
とにより実現される。反応のための加熱温度は、１００
０℃未満でよく、ＮａＮ3 を用いる場合には、たとえ
ば、反応系の温度が６５０℃以上、さらには７００〜９
００℃程度の範囲であってよい。６５０℃未満の温度で
は、六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）の生成そのものが難
しくなる。
成方法においては密閉状態において加熱することにな
る。この際の密閉状態は、たとえば、ステンレスチュー
ブの金属製の、耐圧性密閉容器内に原材料等をいれるこ
とにより実現される。反応のための加熱温度は、１００
０℃未満でよく、ＮａＮ3 を用いる場合には、たとえ
ば、反応系の温度が６５０℃以上、さらには７００〜９
００℃程度の範囲であってよい。６５０℃未満の温度で
は、六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）の生成そのものが難
しくなる。
【００１３】加熱による反応の時間は、特に限定的では
なく、原材料等の全体量との関係から定めることがで
き、たとえば、１〜３０時間程度の範囲が考慮される。
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しくこの発明の育
成方法について説明する。
なく、原材料等の全体量との関係から定めることがで
き、たとえば、１〜３０時間程度の範囲が考慮される。
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しくこの発明の育
成方法について説明する。
【００１４】
【実施例】（実施例１）Ｂ（ホウ素）単体と、アジ化ナ
トリウム（ＮａＮ3 ）とを用い、前記のγの値が０．４
および０．６の各々の比率のものを試料として、ステン
レスチューブに入れて密閉した。
トリウム（ＮａＮ3 ）とを用い、前記のγの値が０．４
および０．６の各々の比率のものを試料として、ステン
レスチューブに入れて密閉した。
【００１５】この密閉状態において、８００℃の温度に
加熱し、２４時間保持した。ステンレスチューブ内の圧
力は、ＮａＮ3 が全て分解したとして状態方程式から見
積もった値では１００ａｔｍであった。γの値が０．４
および０．６の各々の試料の場合に得られた結晶をＸ線
回折分析した。その結果を図１に示した。
加熱し、２４時間保持した。ステンレスチューブ内の圧
力は、ＮａＮ3 が全て分解したとして状態方程式から見
積もった値では１００ａｔｍであった。γの値が０．４
および０．６の各々の試料の場合に得られた結晶をＸ線
回折分析した。その結果を図１に示した。
【００１６】いずれの場合も、六方晶窒化ホウ素（ｈ−
ＢＮ）単結晶に特有のｈ−ＢＮ（０００２）回折ピーク
が２６．７００°において確認された。この値は、文献
値の２６．７６５°とよく一致していた。得られた結晶
においてＳＥＭ観察したところ、ｈ−ＢＮ特有の六角形
状を有し、そのサイズは３〜５μｍであることが確認さ
れた。
ＢＮ）単結晶に特有のｈ−ＢＮ（０００２）回折ピーク
が２６．７００°において確認された。この値は、文献
値の２６．７６５°とよく一致していた。得られた結晶
においてＳＥＭ観察したところ、ｈ−ＢＮ特有の六角形
状を有し、そのサイズは３〜５μｍであることが確認さ
れた。
【００１７】一方、比較のためにγの値が０．１５およ
び０．２５のものについて各々同様に反応させてＸ線回
折を行ったが、上記同様のＸ線回折ピークは確認されな
かった。 （実施例２）実施例１において、γの値が０．４の場合
の試料を用いて、７００℃の温度に加熱して育成した。
び０．２５のものについて各々同様に反応させてＸ線回
折を行ったが、上記同様のＸ線回折ピークは確認されな
かった。 （実施例２）実施例１において、γの値が０．４の場合
の試料を用いて、７００℃の温度に加熱して育成した。
【００１８】得られた結晶についてＸ線回折を行ったと
ころ、図２に示したように、ｈ−ＢＮ（０００２）のピ
ークが８００℃の場合と同様に確認された。一方、６０
０℃の温度の場合には、図２に示したようにｈ−ＢＮ
（０００２）ピークは確認されなかった。
ころ、図２に示したように、ｈ−ＢＮ（０００２）のピ
ークが８００℃の場合と同様に確認された。一方、６０
０℃の温度の場合には、図２に示したようにｈ−ＢＮ
（０００２）ピークは確認されなかった。
【００１９】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、従来に比べてはるかに低い反応温度にお
いてバルク状の六方晶窒化ホウ素単結晶の育成を可能と
し、しかもより大型のサイズの単結晶を提供することが
可能となる。
発明によって、従来に比べてはるかに低い反応温度にお
いてバルク状の六方晶窒化ホウ素単結晶の育成を可能と
し、しかもより大型のサイズの単結晶を提供することが
可能となる。
【図１】実施例１の場合のＸ線回折の結果を示した図で
ある。
ある。
【図２】実施例２の場合のＸ線回折の結果を示した図で
ある。
ある。
Claims (5)
- 【請求項１】 ホウ素単体と窒素源材料とをナトリウム
の存在下に密閉状態において加熱してバルク状六方晶窒
化ホウ素単結晶を育成することを特徴とする六方晶窒化
ホウ素単結晶の育成方法。 - 【請求項２】 ホウ素とナトリウム窒素化合物とを加熱
する請求項１の育成方法。 - 【請求項３】 ナトリウム窒素化合物がＮａＮ3 である
請求項２の育成方法。 - 【請求項４】 反応系に供給される原材料が、次式 γ＝ＮａＮ3 ／（ＮａＮ3 ＋Ｂ） で表されるγ値（ｍｏｌ／ｍｏｌ）として、０．３〜
０．８の範囲である請求項３の育成方法。 - 【請求項５】 ７００℃以上の温度において加熱する請
求項３の育成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000194989A JP2001072499A (ja) | 1999-06-29 | 2000-06-28 | 六方晶窒化ホウ素単結晶の育成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18445199 | 1999-06-29 | ||
| JP11-184451 | 1999-06-29 | ||
| JP2000194989A JP2001072499A (ja) | 1999-06-29 | 2000-06-28 | 六方晶窒化ホウ素単結晶の育成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001072499A true JP2001072499A (ja) | 2001-03-21 |
Family
ID=26502507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000194989A Pending JP2001072499A (ja) | 1999-06-29 | 2000-06-28 | 六方晶窒化ホウ素単結晶の育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001072499A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002034972A1 (fr) * | 2000-10-13 | 2002-05-02 | Japan Science And Technology Corporation | Monocristal de nitrure contenant un element metallique du groupe iii ou iv et procede de production de celui-ci |
| JP2004189590A (ja) * | 2002-11-26 | 2004-07-08 | Ricoh Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物結晶およびｉｉｉ族窒化物の結晶成長方法および半導体デバイスおよびシステム |
| WO2005049898A1 (ja) * | 2003-11-18 | 2005-06-02 | National Institute For Materials Science | 遠紫外高輝度発光する高純度六方晶窒化ホウ素単結晶とその製造方法ならびに前記単結晶からなる遠紫外高輝度発光素子とこの素子を使用した固体レ－ザ、および固体発光装置 |
| JP2009132617A (ja) * | 2009-03-17 | 2009-06-18 | National Institute For Materials Science | 六方晶窒化ホウ素単結晶およびそれを用いた紫外線発光素子 |
| US7815733B2 (en) | 2005-02-16 | 2010-10-19 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for producing hexagonal boron nitride single crystal and hexagonal boron nitride single crystal |
-
2000
- 2000-06-28 JP JP2000194989A patent/JP2001072499A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002034972A1 (fr) * | 2000-10-13 | 2002-05-02 | Japan Science And Technology Corporation | Monocristal de nitrure contenant un element metallique du groupe iii ou iv et procede de production de celui-ci |
| US7115165B2 (en) | 2000-10-13 | 2006-10-03 | Japan Science And Technology Corporation | Single crystal of nitride containing metal element of group III or IV and method for preparing the same |
| JP2004189590A (ja) * | 2002-11-26 | 2004-07-08 | Ricoh Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物結晶およびｉｉｉ族窒化物の結晶成長方法および半導体デバイスおよびシステム |
| JP4508613B2 (ja) * | 2002-11-26 | 2010-07-21 | 株式会社リコー | Ｉｉｉ族窒化物の結晶製造方法 |
| WO2005049898A1 (ja) * | 2003-11-18 | 2005-06-02 | National Institute For Materials Science | 遠紫外高輝度発光する高純度六方晶窒化ホウ素単結晶とその製造方法ならびに前記単結晶からなる遠紫外高輝度発光素子とこの素子を使用した固体レ－ザ、および固体発光装置 |
| KR101128935B1 (ko) * | 2003-11-18 | 2012-03-27 | 도쿠리츠교세이호징 붓시쯔 자이료 겐큐키코 | 원자외 고휘도 발광하는 고순도 육방정 질화붕소 단결정과그 제조방법 및 상기 단결정으로 이루어지는 원자외 고휘도발광소자와 이 소자를 사용한 고체 레이저, 및 고체발광장치 |
| US8258603B2 (en) * | 2003-11-18 | 2012-09-04 | National Institute For Materials Science | Solid-state high-luminance far ultraviolet light emitting element including highly pure hexagonal boron nitride single crystal |
| US7815733B2 (en) | 2005-02-16 | 2010-10-19 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for producing hexagonal boron nitride single crystal and hexagonal boron nitride single crystal |
| JP2009132617A (ja) * | 2009-03-17 | 2009-06-18 | National Institute For Materials Science | 六方晶窒化ホウ素単結晶およびそれを用いた紫外線発光素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031031 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040129 |