JP2002527342A

JP2002527342A - 窒化アルミニウム、炭化珪素、及び窒化アルミニウム：炭化珪素合金のバルク単結晶の製造

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Publication number: JP2002527342A
Application number: JP2000576088A
Authority: JP
Inventors: ハンター，チャールズ・エリック
Original assignee: Cree Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2002-08-27
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: WO2000022203A2; KR100651149B1; JP4530542B2; CA2344342A1; DE69904965D1; CA2344342C; DE69904965T2; KR20010079970A; EP1144737A3; AU1807000A; CN1174126C; WO2000022203A3; CN1344336A; ATE231197T1; EP1144737B1; US6063185A; ES2191479T3; EP1144737A2; MY121858A

Abstract

(57)【要約】結晶成長閉鎖容器において、周囲表面未満の温度まで選択的に冷却される複式核形成部位上にＡl、Ｓi、Ｎ、Ｃの適当な蒸気種を堆積させることによって、ＡlＮ：ＳiＣ合金の低欠陥密度低不純物のバルク単結晶を製造する。当該蒸気種は、固体ソース材料を昇華させることによって、液体Ａl、Ｓi若しくはＡl-Ｓiを気化させることによって、又はソースガスを噴射することによって、提供する。当該複式核形成部位は、播種されていないか、又は例えば４Ｈ型若しくは６Ｈ型ＳiＣのような種結晶が存在する播種されているものであることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

発明の分野本発明は、半導体材料の成長に関する。更に詳しくは、本発明は、窒化アルミ
ニウム、炭化珪素、及び窒化アルミニウム：炭化珪素合金の低欠陥密度低不純物
のバルク単結晶の低コスト大量生産に関する。

【０００２】発明の背景窒化アルミニウム（ＡlＮ）の物理的及び電子的性質は、広範で様々な半導体
用途において大きな可能性を有する。ＡlＮは、広いエネルギーバンドギャップ
（６．２ｅＶ）、高い絶縁破壊電界及び極めて高い熱伝導率を有する。実際に、
すべての半導体材料をランキングしている Chow らによる Wide Bandgap Compo
und Semiconductors for Superior High Voltage Unipolar Power Devices (IEE
E Transactions on Electron Devices, Vol. 41,No. 8, 1994) において、ＡlＮ
は、ダイヤモンドを除いて、単極性電力デバイス性能に関して最も高い性能係数
を有することが報告されている。

【０００３】更に、ＡlＮの高い熱伝導率及び高い光学的透過率（すなわち、低い光学密度
）の故に、ＡlＮは優れた基板材料の候補である。また、ＡlＮは、例えば半導体
性能に関して極めて高い性能係数（珪素の最大４，４１３，０００倍まで）を有
するＡl_0.8Ｉｎ_0.2Ｎのような擬二元内部金属化合物の成長のための最適な基板
として有望である。ＡlＮは半導体材料のための並外れた特性、及び途方も無い
商業的可能性を有するが、ＡlＮベースの半導体デバイスは、大きくて低欠陥の
ＡlＮ単結晶が入手できないので限定されてきた。最も成功した従来の仕事で、S
lack 及び McNelly が、AlN Single Crystals（Journal of Crystal Growth 42,
1977）において、昇華によってＡlＮ単結晶を成長させる方法を実証した。しか
しながら、１２ｍｍｘ４ｍｍの結晶を成長させるのに要する時間は約１５０時
間であった。この成長速度では遅過ぎてＡlＮ単結晶を商業的に生産することが
できない。

【０００４】ＡlＮは、例えば液相エピタキシーによって生成させた単結晶質薄膜において
炭化珪素（ＳiＣ）と合金させてきた。多結晶質ＡlＮ：ＳiＣ合金も、アイソス
タティック成形法によって製造されてきた。しかしながら、ＡlＮ：ＳiＣのバル
ク単結晶質（多結晶質）合金は商業的に製造されてこなかった。

【０００５】ある種の単結晶質ＡlＮ：ＳiＣ合金は、ＡlＮ又はＳiＣのいずれよりも優れた
電子的特性を有する基板材料として期待できる。物理的及び電子的性質は、特定
のＡlＮ：ＳiＣ合金組成を選択することによって、特定の用途に適応させること
ができる。例えば、ある種のＡlＮ：ＳiＣ合金は、光電子デバイス用途及び他の
電子デバイス用途にとって重要な特性である直接バンドギャップ材料である。更
に、ＡlＮ：ＳiＣ合金は、他の望ましい電子的特性、例えば高い電子正孔移動度
、高い電子絶縁破壊フィールド（electron break down field）、高い飽和電子
ドリフト速度、高い熱伝導率及び広いエネルギーバンドギャップを有する。而し
て、ＡlＮ：ＳiＣのバルク単結晶質合金を、特に例えば、特定のニーズ、例えば
電子工業における特定のニーズを満たすように前記合金の加工時に適応される単
結晶質合金を成長させるための装置及び方法に関するニーズが存在する。

【０００６】炭化珪素（ＳiＣ）は自然ではめったに発見されない。しかしながら、研磨剤
製品のために、結晶質の形態で、８０年を超える間製造されてきた。天然及び研
磨剤製品において見出される炭化珪素結晶は、実質的なレベルの不純物原子を含
んでいるので一般的に黒色であり半透明ではない。

【０００７】１９５０年代には、炭化珪素を昇華させランダムに堆積させて、初期の炭化珪
素半導体デバイスの開発で用いられる小さな薄い炭化珪素結晶を製造するLely
法がGeneral Electric Companyで開発された。

【０００８】炭化珪素の理論的に非常に好ましい電子的特性の故に、１９６０年代及び１９
７０年代に、半導体デバイスの製造で用いるために不純物の少ない炭化珪素の大
きな（バルク）結晶を成長させることを目的とする重要な開発が開始された。こ
れらの努力により、商業的に利用可能な、比較的不純物が少なく半透明な炭化珪
素結晶が得られた。これらの炭化珪素結晶は、半導体デバイスにとって有用な非
常に薄い緑色、琥珀色又は青色（１７５μｍ０〜４００μｍ）のスライスとし
て二次加工され市販されている。

【０００９】最近、所望の色を有する比較的不純物が少なく半透明の単結晶炭化珪素を成長
させ、その後に、ファセットを刻み且つ磨くことによって仕上げ、合成の宝石用
原石を得ることができることを発見した。これらの宝石用原石は、並外れた硬度
、靭性、化学的及び耐熱性、及び比類の無い輝きを生む高い屈折率及び分散を有
する。宝石用原石が製造される単結晶は、米国特許Ｎｏ．Ｒｅ．３４，０６１で
説明されているタイプの技術にしたがって昇華させ成長させた。

【００１０】炭化珪素結晶は、広範な色（緑色、青色、赤色、紫色、黄色、琥珀色及び黒色
を含む）で成長させることができ、ドーパント（例えば、窒素及びアルミニウム
）を適当に選択することによって且つ正味のドーピング密度（濃度）を変化させ
ることによって各色の範囲内で徐々に変化させる。その広いバンドギャップの故
に、六方晶系又は斜方面体晶系のドーピングされていない（「真性の（intrinsi
c）」）炭化珪素結晶は本来無色である。而して、炭化珪素結晶は、ファセット
を刻み且つ磨いて多くの様々な概観の宝石用原石となる可能性を提供する。その
可能性は比較的無色のダイヤモンドの可能性を含む。

【００１１】電子光学用途などのために、窒化アルミニウム、炭化珪素及びそれらの合金の
価値が認識され始めており、前記材料の低欠陥密度低不純物のバルク単結晶を低
コストで大量に生産する方法に関する強いニーズが生まれてきている。

【００１２】発明の概要本発明により、高い生産率で、ＡlＮ，ＳiＣ及びＡｌＮ：ＳiＣの低欠陥密度
低不純物のバルク単結晶を経済的に成長させることができる。

【００１３】一つの基本的な面において本発明は、結晶成長閉鎖容器の周囲表面に比べて
低い温度まで選択的に冷却された複式核形成部位によって提供される成長結晶界
面上に蒸気種の流れを等方性で堆積できる方法及びシステムである。

【００１４】ソース蒸気種の流れは、多くの方法、例えばＡlＮ結晶、ＳiＣ結晶、ＡlＮ：
ＳiＣ結晶、焼結されたＡlＮ：ＳiＣ、静水プレスされたＡlＮ：ＳiＣ、静水プ
レス及び焼結されたＡlＮ：ＳiＣから、ＡlＮ：ＳiＣ粉末から、又は所望の結晶
を成長させるのに必要なＡlＮ：ＳiＣ、ＡlＮ、ＳiＣ、Ａl、Ｎ、Ｓi若しくはＣ
を含む他の固体形態から提供することができる。本発明の他の態様では、ガス注
入を用いてソース蒸気流をを提供する。ソースガスは、Ｃ₂Ｎ₂、ＣＮ、気化パラ
シアン、気化テトラシアノエチレン、気化ヘキサシアノブタジエン、気化Ｓi、
ＳiＨ₄、ＡlＣl₃、ＮＨ₃、気化Ａl、Ｎ₂、原子窒素、窒素イオン、窒素イオンと
組合せたＮ₂、又は極超短波、レーザー若しくは他のエネルギー源によって励起
されたＡｌ、Ｎ、Ｓｉ若しくはＣを含む他のガス、又は窒素、アルミニウム、珪
素若しくは炭素を単独で若しくは組合せて含む他のガスの形態であることができ
る。更に、ソース蒸気は、固体又は液体のソース材料から一部分提供され、ガス
源材料（１種又は複数種）から一部分提供され、例えばＣ₂Ｈ₂又はＣＮと組合せ
た溶融Ｓｉ及びＡlからのソース蒸気を用いることができる。

【００１５】ガスインジェクターシステムを用いて、例えばＮ₂又はアルゴンのような噴散
補助ガス流を提供することによって有効な噴散を増加させることもできる。噴散
補助ガスを用いると、ソース蒸気流に対して追加の流れが加わるので、成長して
いる結晶界面を通過するガスの流量が増加する。

【００１６】成長システムは、例えばＮ₂のような適当なキャリヤーガスを用いて又は用い
ずに、例えばＣＮを噴射することによって、ソースガス及び噴散補助ガスの双方
として役立つ噴射ガスを用いることもできる。

【００１７】本発明のバルク結晶は、市販用途にとって充分な大きさで成長させることがで
きる。本発明にしたがって任意の有用な大きさの結晶を成長させることができる
が、殆どの用途では、結晶は１／２インチから１インチ以上の直径を有する。

【００１８】本発明のバルク単結晶合金は、ＡlＮとＳiＣのパーセント比を変化させて成長
させる。当該合金の原子パーセントは、特定の用途に必要とされる物理的及び／
又は電子的な性質を提供するように選択する。原子パーセントは、典型的には、
約ＡlＮ_0.99：ＳiＣ_0.01からＡlＮ_0.01：ＳiＣ_0.99までの範囲であることができ
る。ある種の態様では、合金組成は、一般的な温度及び圧力条件下で、固体又は
液体のソース材料成分の相対的な昇華速度又は気化速度によって殆ど決定される
。

【００１９】時に、本明細書では、ＡlＮ，ＳiＣ又はＡlＮ：ＳiＣのバルク単結晶は、Ａl
Ｎ_x：ＳiＣ_y（式中、ｘ＋ｙ＝１及びｘは１→０であり、ｙは０→１である）の
バルク単結晶を指す。

【００２０】本明細書で用いる「ＡlＮ：ＳiＣ合金の単結晶」、「ＡlＮ：ＳiＣ単結晶質合
金」などの用語は、結晶質構造の各軸に沿って実質的に等方性の電子的性質及び
／又は物理的性質を提供するのに充分な長距離秩序（long range order）を有す
る、単結晶質形態又は他の形態で、例えば固体溶液でＡlＮ及びＳiＣを含む物質
組成を指す。

【００２１】本発明の特徴のいくつかを説明してきたが、添付の図面を参照しながら、以下
の説明により他の特徴も明らかになるだろう。発明の詳細な説明以下、本発明を実施する好ましい様式の面が示してある図面を参照しながら更
に完全に本発明を説明するが、本発明の好ましい結果をなお達成しながら本明細
書で説明している発明を当業者が改良できることを、最初に理解すべきである。
而して、以下の説明は、当業者に対する広範な教示開示であって、本発明を限定
するものではないと理解すべきである。

【００２２】図面参照。ＡlＮ、ＳiＣ及びＡlＮ：ＳiＣ合金の低欠陥密度低不純物のバルク
単結晶を低コストで大量に生産するために設計されている本発明の結晶成長シス
テム１０の一つの形態を示している。システム１０は、固体ソース材料１５を含
む下部帯１６、選択された雰囲気、例えばＮ₂を含み、そこを通って昇華された
ソース蒸気種が核形成部位へと移動する中心帯１８、及び昇華されたソース蒸気
種が、選択的に冷却された核形成部位において再凝縮するときに結晶成長が起こ
る上部帯２０を有する直立円筒形昇華炉１２の形態で結晶成長閉鎖容器を含む。
水冷ステンレス鋼ヒートシンクロッド２２は、核形成部位を被っているグラファ
イト冷却ディスク部材２３によって核形成部位を選択的に冷却するのに役立つ。
炉１２は、水平プレート加熱要素２４及び直立円筒形加熱要素２６によって加熱
される。ステンレス鋼チャンバ３０は、システム１０のための外部格納容器構造
として役立つ。チャンバ３０は当業において公知の原理にしたがって水冷される
（図示されていない）。

【００２３】チャンバ３０内のシステム圧力は、真空ポンピングシステム３８と直列に配置
された絞り弁３４（例えば、アメリカ合衆国マサチューセッツ州アンドーバーに
あるMKS Instruments, Inc.によって製造された直径３インチの絞り弁）によっ
て１０トル未満に調節される。当業において公知の技術にしたがって、真空ポン
ピングシステム３８は、システム圧力を１０^-3トルに下げるためのメカニカルポ
ンプ４０及び１０^-5トルまでシステムをポンプダウンさせるためのターボ分子ポ
ンプ４２から構成されている。１０トルを超える圧力調節は、真空ポンピングシ
ステム３８とも直列になっている電磁調節弁４８によって保たれる。システム圧
力は、例えばMKS Instruments, Inc.から市販されているモデルＮｏ．３９０の
ような高度に正確な温度に調節された絶対キャパシタンスマノメーター５０によ
って、１０^-3トルから１，０００トルまで測定される。水平加熱要素２４は、シ
ステム１０のための主熱源として役立ち、円筒形加熱要素２６は、補助熱を提供
し、また炉１２の全周における熱損失を調節するための手段も提供する。

【００２４】加熱要素の後に配置された光高温計５４（図１）によって温度調節は容易であ
る。光高温計５４は、電源６０の出力を調節することによって、設定ポイントに
温度を維持するデジタル温度調節器５６へと一定の入力信号を提供する。当業に
おいて公知の原理にしたがって、加熱要素２４，２６によって発生された熱は、
好ましくはグラファイトで形成された熱シールド６２によって、チャンバ３０の
ステンレス鋼壁から遮蔽される。水平プレート加熱要素によって形成される精密
な形態にもかかわらず、前記配置によって、システムは、大口径にわたって高度
に均一な熱分布を維持することできる。

【００２５】炉下部帯１６は、複数の直立多孔質グラファイト管４４の間にある空間にソー
ス材料１５を含む（図２及び図３）。運転中、固体ソース材料が選択的に昇華し
て、結晶を成長させるための蒸気種が生成すると、当該蒸気種は、多孔質管４４
の壁を通って移動し、当該管の上部開口部から炉中心帯１８へと移動する。既に
考察したように、ソース材料は、ＡlＮ粉末、ＳiＣ粉末、ＡlＮ：ＳiＣ合金固体
材料（例えば、静水プレスされたＡlＮ：ＳiＣ固体ペレット）、ＡlＮ粉末とＳi
Ｃ粉末との組合せ、Ａlを含む他の固体形態、Ｓiを含む他の固体形態、又は昇華
若しくは気化して所望の蒸気種を生成する他の材料の形態をとることができる。
管４４は、昇華された蒸気種が当該管の多孔質壁に達する前に、予定距離を超え
て、例えば３ｃｍを超えて拡散する必要が無いように、炉下部帯１６中に配置さ
れる。

【００２６】以下で更に詳細に説明しているように、化学勾配と共に、ソース材料（例えば
２４００℃）と選択的に冷却された核形成部位（例えば２２００℃）との間の熱
勾配によって、蒸気種は、管４４及び中心帯１８から核形成部位へと押し流され
る。

【００２７】核形成部位８０は、炉上部帯２０の上部境界として役立つ円形グラファイトデ
ィスク部材２３の下面上に配置される。ディスク部材２３は、核形成部位を選択
的に冷却するのに役立つその上に配置されている円形グラファイト部材８８に対
して物理的接触及び伝熱の関係で保持される。そして、部材８８は、ヒートシン
クとして役立つステンレス鋼水冷ロッド２２に対して、ねじ切るように（thread
ingly）接続される。

【００２８】図４は、ディスク部材２３上にある４つの隣接核形成部位８０、その上に配置
されている部材８８の部分及びヒートシンクロッド２２を拡大縮尺で示している
。一つの態様では、ディスク部材２３は、０．５ｃｍ程度の厚さと、円筒炉１２
の直径とほぼ同じ直径（例えば４５．５ｃｍ）を有する円形で薄い固体グラファ
イトディスクである。多くの播種されていない核形成部位８０（例えば２５４個
の部位）は、部材２３の下側から円錐形状を有する材料を取り除くことによって
、ディスク部材２３の中に形成される。一つの好ましい態様では、各円錐核形成
部位８０は、ディスク部材２３の上面から約０．０５ｃｍ以内の頂点Ａまで延び
ていても良い。その上に配置されている円形部材８８は、ディスク部材２３とほ
ぼ同じ直径を有し、下方に突き出しているペグ９０を含み、１つの当該ペグはデ
ィスク部材２３に関して物理的関係及び伝熱関係で各核形成部位８０の上に配置
されている。好ましくは、上に配置されている円形部材８８は、その周囲におい
てねじ切られ、ねじ山をヒートシンクロッド２２と噛み合わせることによって接
続される。而して、運転中、ペグ９０は、各核形成部位８０の直ぐ上にあるディ
スク部材２３の上面を下方にプレスして、各部位を選択的に冷却する。各核形成
部位８０の頂点Ａから比較的短い伝熱路（例えば０．０５ｃｍ）は、結晶成長運
転を通して、特に初期核形成が当該頂点において又はその近傍で起こり始める時
に、有意な局所冷却を助ける。円錐核形成部位及びペグの双方は、コンピュータ
制御されたフライス削り操作、又は当業において公知である同様な操作によって
、各部材２３，８８において形成することができる。各円錐核形成部位８０の頂
点Ａは、関連はあるが別個の２つの理由のために、炉のるつぼ内における最低温
度まで冷却されることが評価される。第一に、当該頂点は、冷却ペグ９０のそれ
ぞれ１つの近傍に、且つ当該ペグの下に直接配置される。第二に、ディスク部材
２３の下側にあるすべての曝露面の中で、頂点は、ディスク部材２３の上に熱除
去手段への最も短い伝熱路を有する。而して、各核形成部位の上に配置されてい
る個々の冷却ペグを用いなくても（すなわち、ディスク部材２３の上面にわたっ
て均一な熱除去を用いる）、核形成部位、特に各頂点Ａにある核形成部位は、デ
ィスク部材２３の下側において最も冷却された表面であるので、核形成部位とし
て役立つと考えられる。また、局所冷却を促進する構造形成が無く、ディスク部
材２３が形成される場合、例えば平らな下面で、しかし上に配置されている冷却
ペグでディスク部材２３が形成される場合、各ペグ下の局所領域は、ディスク部
材２３の下側にある最も冷却された表面であり、核形成部位として役立つと考え
られる。にもかかわらず、局所的な熱除去と、局所冷却を促進する構造形成（例
えば、核形成部位８０）との組合せが好ましい。

【００２９】図５Ａ及び図５Ｂは、図４と同様な構造を示しているが、当該構造は、図４の
播種されていない部位の代わりに、播種されている核形成部位１８０を提供する
ディスク部材１２３を有する。図示してある態様では、ディスク部材１２３は、
ディスク部材２３と同じ直径を有し、同じオーバーライング（overlying）部材
８８、同じサーマルシンクロッド２２と共に、炉構造を変化させずに、互換的に
用いることができる。ディスク部材１２３上にある核形成部位１８０それぞれは
、まず最初に、上記したように部材１２３の下側から円錐部分をフライス削りし
、次に、当該円錐部分の上に直接重ねられる円筒形内腔（cylindrical bore）１
５０をドリルで開けることによって、形成される。内腔１５０は、ペグ９０に比
べて僅かに大きく作り、円錐が切取られる環状水平肩１５５（図５Ｂ）を創り出
すのに充分な深さまで延ばす。肩１５５は、今度は、その各ペグ９０によってそ
の上面に噛み合わされる環状種１６０を支持するのに役立つ。而して、図５Ａ及
び図５Ｂの別の構造は、播種され選択的に冷却された核形成部位を与えるのに役
立つ。特定の態様では、ディスク部材１２３は、約４５ｃｍの直径、約０．５ｃ
ｍの厚さを有し、且つ約１．０ｃｍの直径を有する円筒形内腔１５０を有する。
内腔１５０は、ディスク部材２３のほぼ半分まで延びている。種１６０は、曝露
された底面を有する軸上で切断された厚さ０．０８ｃｍ、直径約１ｃｍの６Ｈ型
又は４Ｈ型ＳiＣ種である。肩１５５は、約０．１ｃｍの幅を有するので、種１
６０の約０．８ｃｍの直径部分が曝露される。

【００３０】本発明のシステムは、有意な噴散の無い、殆ど閉鎖ベースで運転しても良いが
、好ましい態様は、不純物及び化学量論的過剰を取除き、それによって、核形成
部位によって与えられる成長結晶界面において適当なソース蒸気成分を維持する
ように、炉中心チャンバ１８からガスを排気又は噴散させる噴散開口部を含む
。このために、炉中心帯１８の周囲に対称に配置された、選択された数（例えば
８個）の噴散出口５５（図２）によって噴散を提供しても良い。別法として、噴
散開口部を、対称的な様式で、環状ディスク部材２３を貫通させて形成しても良
く、例えば１つ以上の噴散開口部（図示されていない）を各核形成部位に配置す
る。高純度Ｎ₂供給において（図１）システムに入る噴散補助ガス、例えばＮ₂は
、図２及び図３に示してあるように、中心多孔質グラファイト管４４の中を上方
に延びている断熱噴散補助ガス運搬管１３５へと指向しても良い。成長結晶界面
における有効な噴散のためのシステム及び方法に関する更なる詳細は、参照とし
て本明細書に完全に取り入れられる本出願人の米国特許第５，８５８，０８６号
に含まれている。

【００３１】高い炉温度に晒される構成成分は、好ましくは、炉の環境において化学的に反
応せず且つ最大約２４００℃までの温度に耐えられる適当な材料から形成される
。このために、これらの構成成分は、好ましくは、研磨されたグラファイト、研
磨された炭化珪素、研磨されたタングステン、又は他の適当な材料から形成され
る。好ましくは、研磨されたグラファイトである。

【００３２】成長結晶界面における温度を注意深く調節して、当業において公知の原理にし
たがって、光高温計７９及び付属の制御装置８１を用いることによって、所望の
熱勾配を創り出す。

【００３３】図６Ａ〜図６Ｄは、４つの隣接している播種されていない核形成部位８０に
おけるバルク単結晶の連続成長を示している。図６Ａは、円錐核形成部位の頂点
に存在する又は頂点の近傍に存在する最も冷却された領域で典型的に起こる結晶
の初期核形成Ｃ１を図示している。図６Ｂは、円錐開口部をまさに越えている結
晶の継続成長Ｃ２を示している。図６Ｃは、円錐構造をはるかに越えている結晶
の継続成長Ｃ３を示している。図６Ｄは、水平面における隣接結晶の成長Ｃ４が
隣接結晶と接触するほど核形成部位が共に充分に接近している状態を示している
。この点に関して、好ましい成長条件下におけるより長い結晶成長運転中には、
大きな単結晶質構造のプレートが成長することができる。

【００３４】図７Ａ〜図７Ｄは、播種されている核形成部位８０に関する同様な連続結晶
成長を図示している。以下、実施例を掲げて、上記した結晶成長システムの運転を更に詳細に説明す
る。

【００３５】実施例以下のパラメーター：すなわち、水冷チャンバ３０の内径：１２２ｃｍソース材料を含む炉るつぼの内径：４６ｃｍ多孔質管４４の高さ：２０．３２ｃｍ多孔質管の直径：３ｃｍ多孔質管の数：３７ソース材料：高純度ＡlＮ７０％：ＳiＣ３０％粉末管容積：１６％ソース材料体積：８４％ソース材料の重量：３３，６２５ｇ核形成部位の数：２５４核形成部位の構造：播種されていない、選択的に冷却されるソース材料の底部における温度：２３５０℃ 核形成部位の温度：２１２５℃ ソース材料の底部から核形成部位への熱勾配：９．３℃／ｃｍソース材料の結晶への転化率：２２％結晶形成：７３９７ｇ（３６，９８７カラット）にしたがって、図４の播種されていない且つ選択的に冷却された核形成部位を組
込んでいる結晶成長システム１０をつくり運転して、バルクＡlＮ：ＳiＣ合金単
結晶を製造する。

【００３６】ソース材料を充填し、核形成部位に関して伝熱関係でサーマルシンクロッド２
２、部材８８及びペグ９０を位置合わせして固定した後、メカニカル真空ポンプ
で、２０分間、直線傾斜でシステム圧力を１０^-3トルまでポンプダウンさせる。
ターボ分子ポンプを用いて、３０分で、チャンバの圧力を１０^-5トルまで低下さ
せる。成長チャンバを７６０トルの圧力まで高純度Ｎ₂で裏込め注入する。次に
、炉るつぼを３００℃の温度まで加熱し、次に、中心炉帯の成長チャンバを１０ ^-3 トルの圧力までポンプダウンさせる。次に、システムを１，０００トルの圧力
まで高純度Ｎ₂で裏込め注入する。

【００３７】マグネティック調節弁でガスを絞ることによって圧力を１，０００トルにおい
て一定に保ち、光高温計によって測定されるるつぼ底部温度を、２時間１５分に
わたる直線傾斜で３００℃から２，３５０℃まで上昇させる。

【００３８】次に、システム圧力を３０分にわたる直線傾斜で８トルまで低下させる。光高
温計によって測定される種温度を、サーマルシンクへの水の流れを調節すること
によって２，１２５℃に保つ。

【００３９】次に、ＭＫＳ Instrumentsから市販されている質量流量制御装置によって毎分
４５標準立法センチメートルの総流量でＮ₂噴散ガスを流す。次に、Ｎｅ／Ｎｔ＝２８％の噴散率で２０時間この構成でシステムを保持する
。次に、るつぼ温度を１時間３０分にわたる直線傾斜で２，３５０℃から１，２
００℃まで低下させる。次に、１時間にわたって直線傾斜で圧力７６０トルまで
窒素でシステムを裏込め注入し、加熱要素への電力を同じ時間において直線傾斜
で０まで低下させる。２時間後、るつぼを結晶成長チャンバから取出す。単結晶
質ＡlＮ：ＳiＣが約１４〜２２ｍｍの厚さで核形成部位に形成されている。成
長サイクルの過程にわたって、隣接している核形成部位にある結晶は、外側に成
長して共通の境界を形成し、その結果、多数の個々の単結晶を含む大きなプレー
ト（単数又は複数）が得られる（図６Ｄ参照）。

【００４０】図８は、Ａl，Ｓi，Ｎ及びＣのソース蒸気流を創出するために用いられる蒸気
源装置２１０を組込んでいる別の結晶成長システムを図示している。このシステ
ムでは、液体Ａl-Ｓiが特定の温度まで加熱されることによって生成されるＡl＋
Ｓi蒸気を、成長るつぼにおいて、Ｃ及びＮの蒸気と組合せて、ソース蒸気の所
望の流れ及び化学量論量を生成させる。播種されている又は播種されていない核
形成部位近傍にある成長るつぼの内側領域は、反応して核形成部位でＡlＮ：Ｓi
Ｃ単結晶質合金を形成するＡl，Ｓi，Ｃ及びＮ成分で飽和させる。更に詳しくは
、図１，図２及び図４に示してあるように、蒸気源装置２１０は、同じ又は同様
なディスク部材２３、核形成部位８０、ペグ９０、ヒートシンクロッド２２及び
噴散開口部を含む。液体Ａl-Ｓiは、下部るつぼ９７５の中に含まれ、必要なら
ば、当該下部るつぼ９７５は、低温るつぼの場合のように、ＢＮ絶縁体リング、
又は物理的ギャップ、又は他の適当な手段によって、９７７において電気的に絶
縁しても良い。断熱は、ヒートシールド９７９によって提供しても良い。るつぼ
９７５は、低温るつぼ、例えば水冷銅るつぼであっても良く、当該るつぼの含有
物は、水冷誘導加熱コイル９８０によって加熱される。別法として、るつぼ９７
５は、高密度グラファイト、熱分解グラファイト、炭化珪素で被覆されたグラフ
ァイト又は窒化硼素から形成しても良い。これらのるつぼは、適正に応じて、抵
抗加熱又は誘導加熱のいずれかによって加熱することができる。液体Ａl-Ｓiは
、るつぼにおいて維持される条件（特にるつぼの圧力）下で適当な蒸気流を創出
するのに充分な温度に保たれる。例えば、３０％ＡlＮ／７０％ＳiＣ（原子百分
率）組成のためには、Ａl及びＳiの全蒸気圧は、好ましくは、１７２７℃で５．
４６トル程度である。適当な蒸気流量を創出するためには、約７００℃を超える
温度が好ましい。Ａl及びＳiソース蒸気は、Ｃソース蒸気種を提供する例えば多
孔質グラファイトのようなＣ含有ガス透過性媒体を通過する。更に、Ｎ蒸気種の
供給源は、上記したように、Ｎ₂含有又は他のＮ含有ガスの形態で、ガスインジ
ェクター９９３によって提供される。インジェクター９９３によって噴射される
ガスは、Ｃ及びＮ含有ソースガスの形態もとることができる。一つの態様では、
Ｃ及びＮ含有ソースガスは、例えばＮ₂のような適当なキャリヤーガスで運搬さ
れるＣＮである。Ｃ及びＮ含有ソースガスの流れは、適当な装置によって、例え
ば、ＣＮの場合では、Ｎ₂中ＣＮの所望の流れが生成されるように、高温（例え
ば＞８５０℃）において、パラシアンを横断するＮ₂の流れを調節する熱質量制
御装置９９９を用いる装置によって達成される。システム２１０は、核形成部位
を含む成長るつぼの部分へのＡl及びＳiソース蒸気の運搬を容易にする溶融液体
Ａl-Ｓiの上にある水平じゃま板９９５を含む。更に詳しくは、中心開口部６６
９を含む水平じゃま板９９５は流路を横切って延びており、そこを通ってＡl及
びＳiソース蒸気が流れて、成長るつぼ中に移動する当該Ａl及びＳI蒸気に対し
て、向こう側への圧力勾配と、その結果生じる速度増加とを創出する。この配置
は、ＣＮガス又は他のＣ及びＮ含有のガスが、液体Ａl-Ｓiの方へと逆拡散する
のを抑えるのに役立ち、また成長結晶界面の方へとＡl及びＳiソース蒸気を推進
するのにも役立つ。この事は、結晶成長温度が、液体Ａl及びＳiを気化させるの
に要する温度に比べて高い場合に特に重要である。図８に示してあるように、一
つの代表的な結晶成長サイクルでは、システム圧力において、るつぼ９７５にお
ける液体Ａl-Ｓiを１４００℃ 〜１７００℃に保って充分なＡl＋Ｓi蒸気を生
成させることができる。炉るつぼの底部は約２４００℃であり、核形成部位は約
２１２５℃まで選択的に冷却される。これにより、高さ２０ｃｍを有する炉チャ
ンバのために約１１．２５／ｃｍの熱勾配が生じる。

【００４１】図９は、Ａl及びＳi蒸気種が当該溶融液を気化させることによって提供され、
またＮ及びＣ蒸気種がＣ及びＮ含有のソースガス（１種又は複数種）によって提
供されるように（この場合、ＣＮは、上記したパラシアンを用いて製造されるよ
うに、Ｎ₂によって運ばれる）、炭素含有ガス透過性媒体を取除いた以外は、図
８のシステムと同様な結晶成長システム３１０を示している。

【００４２】図１０は、Ａl及びＳi蒸気種の溶融液体ソースが別々に含まれる以外は、図８
に示したシステムと同様な結晶成長装置４１０を示している。更に詳しくは、装
置４１０は、水冷誘導加熱コイル１８１５によって調節される温度で液体Ａlを
保持する第一るつぼ１８１０と、加熱コイル１８２５によって調節される温度で
液体Ｓiを保持する第二るつぼ１８２０とを含む。断熱体及び絶縁体１８３０は
、るつぼ１８１０及びるつぼ１８２０を分離する。るつぼ１８１０及び１８２０
は、好ましくは図８の態様と関連して上記の様式で圧力勾配を創出し、蒸気流を
促進するための中心開口部を有するじゃま板１８５０，１８５２を含むＡl／Ｓi
蒸気流導管１８４０、１８４２それぞれによって、成長るつぼと連絡している。
Ａl及びＳi蒸気を生成するための独立るつぼは、Ａlの蒸気圧がＳiのそれに比べ
て著しく高いので有利である。而して、Ａl及びＳiが、図８の態様のように、共
通のるつぼに液体形態で含まれている場合、Ａl-Ｓi液体の組成％を調節して、
るつぼにおいて、共通の温度及び圧力条件下で、適正な割合のＡl及びＳi蒸気を
生成させなければならない。換言すれば、Ａl-Ｓiの組合された溶融液は、典型
的には、成長るつぼにおいて所望のＡl及びＳi蒸気組成を得るために、高い（原
子量）％のＳiが必要であると考えられる。それに反して、図１０の分離るつぼ
は、Ａl及びＳiの気化率をより良く制御するために独立した温度調節が可能であ
る。

【００４３】図１１は、Ａl及びＳi蒸気種が当該溶融液を気化させることによって提供され
、またＮ及びＣ蒸気種がＣ及びＮ含有のソースガス（１種又は複数種）によって
提供されるように（この場合、ＣＮは、上記したパラシアンを用いて製造される
ように、Ｎ₂によって運ばれる）、炭素含有ガス透過性媒体を取除いた以外は、
図１０のシステムと同様な別の結晶成長システム５１０を示している。

【００４４】図１２は、極めて純粋なＳiＣ、例えば真性ＳiＣのバルク単結晶を成長させる
ためのシステム６１０を示しており、当該システムでは、Ｓiソース蒸気種がＳi
溶融液から生じ、Ｓi蒸気がＣ蒸気種の供給源として多孔質グラファイト媒体又
はグラファイト粉末床を通過する。この態様にしたがって、液体Ｓiの温度を約
１６００℃ 〜１７００℃に保って、今度は、例えば多孔質グラファイト、又は
比較的大きな粒子サイズ、例えば直径約３ｍｍ〜５ｍｍの粒子サイズを有する
グラファイト粉末床のようなＣ含有ガス透過性媒体を通過する必須Ｓi蒸気を生
成させても良い。炉１２によって提供される結晶成長閉鎖容器は、その底部にお
いて、２４００℃程度の最大温度を有する。選択的に冷却される核形成部位、す
なわち播種されていない部位８０又は播種されている核形成部位１８０を約２０
５０℃ 〜２３２２℃に維持する。好ましい温度は２１７５℃程度である。炉及
び核形成部位の温度に関して、炉閉鎖容器の底部から核形成部位までの熱勾配は
、５℃／ｃｍ〜２０℃／ｃｍが望ましく、約１０℃／ｃｍ〜１５℃／ｃｍが
好ましい。内径４５ｃｍ、高さ１５ｃｍ（高さ対直径のアスペクト比＝１
：３）を有する炉るつぼに関して、熱勾配は約１５℃／ｃｍである。この点に関
して、約１：１〜１：３のアスペクト比が一般的に好ましい。上記システム６
１０の運転は、様々な使用のために、特に、その開示が参照として本明細書に完
全に取り入れられる米国特許第５，７２３，３９１号の原理にしたがってＳiＣ
宝石用原石を仕上げることができる合成材料として使用するために、低コストで
大量に成長させることができるＳiＣの純粋なバルク単結晶を製造するのに特に
充分に適する。更に特に、超高純度バルクＳi材料及び超高純度グラファイト粉
末が利用可能になると、真性形態において擬似ダイヤモンドとして役立つのに必
要な程度まで無色である極めて純粋なＳiＣ結晶、例えば６Ｈ型ＳiＣ結晶を製造
することが可能になる。上記特許で採用されている慣用にしたがって、ＳiＣバ
ルク単結晶は、ＡlＮ_x：ＳiＣ_y（式中、ｘ＋ｙ＝１，ｘ＝０及びｙ＝１である）
バルク単結晶として表すことができる。

【００４５】図１３は、ＳiＣのバルク単結晶を成長させるための結晶成長システム７１０
を示している。システム７１０は、多孔質グラファイト／グラファイト床を取除
き、インジェクター９９３を加え、ソースガスを、特にＮ₂キャリヤーガス中Ｃ
Ｎを提供した以外は、図１２のシステムと同様である。システム７１０は、図１
２のシステム６１０と同様なシステムパラメーターで運転され、ｎ型ＳiＣを製
造する。

【００４６】図８〜図１３のシステムでは極めて純粋なソース蒸気の使用が可能であり且
つ化学量論量を注意深く調節できることが評価される。溶融液体蒸気供給源近傍
における（播種されていない又は播種されている）核形成部位の配置と組合され
たこれらの因子によって（噴散は好ましいと理解されるが）殆ど又はまったく噴
散を起さずにシステムを運転することができる。

【００４７】また、ある種の圧力及び温度条件下で、組合されて又は分離して含まれている
Ｓi及びＡlを、液体ではなく、固体形態から気化させることができることも、図
８〜図１３の態様に関して評価される。

【００４８】次に、選択的に冷却される複式核形成部位の別の形態に関して考察する。図１
４Ａ及び図１４Ｂは、図１〜図５の態様と関連して役立つディスク部材２３及
び１２３と同様な様式でるつぼ上部表面を形成するディスク部材２２３の上面図
及び側面図をそれぞれ概略示している。図１４Ａ及び図１４Ｂは、結晶成長サイ
クルのｔ＝０における状態を示しており、図１５Ａ，図１５Ｂ〜図１９Ａ，図
１９Ｂは、２０時間成長サイクルの終わりまでの異なる時間における結晶成長の
連続図である。ディスク部材２２３は５つの同心円の環状冷却帯１〜５に分か
れている。前記各冷却帯は、当該帯から熱を除去する各熱除去システム（図示さ
れていない）である。熱除去システムは、別々に運転されて、ディスク部材２２
３のそれぞれ下に配置されている部分を選択的に冷却する。運転時、ｔ＝０（図
１４Ａ及び図１４Ｂ）において、帯１は活性化されて、ディスク部材２２３の中
心を冷却し、その下に、選択的に冷却された核形成部位を創り出す。ｔ＝１時間
では（図１５Ａ及び図１５Ｂ）、帯２は帯１と共に活性化される。このときまで
には、単結晶質ＡlＮ_x：ＳiＣ_yの核形成が、帯１におけるディスク部材２２３の
中心で始まった。ｔ＝２時間では（図１６Ａ及び図１６Ｂ）、帯１及び帯２に加
えて帯３が活性化される。このときには、結晶は、外側に向かって、好ましくは
結晶の底面の方向に急速に成長した。ｔ＝３時間では（図１７Ａ及び図１７Ｂ）
、帯４が、帯１〜帯３と共に活性化される。ｔ＝４時間では（図１８Ａ及び図
１８Ｂ）、ディスク部材２２３全体がその時間から成長サイクルの終わりまで冷
却されるように、帯５が活性化される。ｔ＝２０時間では（図１９Ａ及び図１９
Ｂ）、成長サイクルが終わり、結晶は２０〜５０ｍｍ程度の所望の厚さまで成
長した。本発明にしたがって、図１４〜図１９に図示してあるシステムは、単
結晶質ＡlＮ_x：ＳiＣ_yの成長が進行するときの核形成部位の連続した選択的冷却
を説明していることが評価される。図示されていないが、帯１〜帯５それぞれ
の上に存在する熱除去システムは、ヒートシンクロッド内に含まれる独立したコ
ンピュータ制御される同心円冷却水循環帯を含んでいても良い。また、ディスク
部材２２３の下面は、局所冷却を促進する構造形成を、例えば図４に示した核形
成部位８０と同様な構造を含んでいても良い。そのような構造が図１４〜図１
９の態様に組込まれている場合、システムは、連続的な局所的熱除去と、局所冷
却を促進する構造形成の双方を含む。

【００４９】本発明によって製造される単結晶は、電子用途のために切断及び研磨すること
ができる。また、当該単結晶は、合成宝石用原石として用いるために表面仕上げ
及び研磨することもでき、又は所望の他の目的のために用いることもできる。電
子工学用途に関して、適当なドーパントと共に結晶を成長させて、所望のｐ型材
料又はｎ型材料を得ることができる。

【００５０】本明細書では、「昇華」技術と通常呼ばれている技術によって達成されるバル
ク単結晶の成長を時に説明してきた。前記技術では、Ａl、Ｓi、ＡlＮ、ＳiＣの
結晶質固体又はＡlＮ、Ａl、Ｎ、ＳiＣ、Ｓi若しくはＣを含む他の固体が、選択
的に昇華し、その後、成長結晶界面で再凝縮するとき、ソース蒸気が少なくとも
一部分製造される。他の場合では、ソース蒸気、特にＡl及び／又はＳiは、Ａl
及び／又はＳi液体を気化させることによって製造される。更に、本発明にした
がって、ソースガスの噴射又は同様な技術によってソース蒸気を全部又は一部分
得ることができる。本発明にしたがうバルク単結晶を成長させるために用いられ
るこれらの及び他の技術を説明する場合、「堆積」「堆積蒸気種」及び同様な用
語が時に用いられる。

【００５１】本発明にしたがって、バッチに基づいて、結晶が典型的に製造されることが評
価される。各運転及び冷却期間の後に、炉を開放し、核形成部位から結晶を取出
す。

【００５２】ある種の例示的態様に関して本発明を説明してきたが、本発明の真の精神及び
範囲から逸脱せずに、改良を行うことができることが評価される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にしたがうＡlＮ，ＳiＣ又はＡlＮ：ＳiＣ合金のバルク単結晶を成長さ
せるための一つの全システムに関する該略図である。

【図２】図１に示した結晶成長システムの炉部分及び関連構成要素の側面図である。

【図３】炉の底部にあるソース材料及び関連直立多孔質管を示している、図２のライン
３−３に沿って実質的に切った断面図である。

【図４】播種されていない核形成部位と、選択的な冷却を提供するための各核形成部位
において下方に突き出しているペグを有する関連ヒートシンク構造とを含む上部
ファーニスプレート（furnace plate）の一部分を示している図２の円で示した
領域４に関する拡大図である。

【図５】図５Ａは、播種されている核形成部位を有する別の上部ファーニスプレートを
示している図４と同様な図である。図５Ｂは、図５Ａの円５Ｂ内にある領域に関する更なる拡大図である。

【図６】図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄは、代表的な結晶成長操作の様々な段階にお
ける図４の播種されていない核形成部位を示している図である。

【図７】図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃ，図７Ｄは、代表的な結晶成長操作の様々な段階にお
ける図５の播種されていない核形成部位を示している図である。

【図８】Ａl及びＳiソース蒸気種がＡl−ＳiＣ溶融液から生じ、多孔質グラファイト媒
体を通って流れる、ＡlＮ：ＳiＣ合金のバルク単結晶を成長させるための別のシ
ステムの部分に関する概略図である。

【図９】多孔質グラファイト媒体が取り除かれ、且つ噴射されたＣＮガスによって炭素
蒸気種が供給される以外は、図８のシステムと同様なシステムに関する図である
。

【図１０】Ａl及びＳiソース蒸気種がＡl及びＳiＣそれぞれの独立していて別々に制御さ
れている溶融液から生じる、ＡlＮ：ＳiＣ合金のバルク単結晶を成長させるため
のもう一つ別のシステムの部分に関する概略図である。

【図１１】多孔質グラファイト媒体が取り除かれ、且つ噴射されたＣＮガスによって炭素
蒸気種が供給される以外は、図１０のシステムと同様なシステムに関する図であ
る。

【図１２】Ｓiソース蒸気種がＳi溶融液から生じ、Ｓi蒸気がＣ蒸気種の供給源として多
孔質グラファイト媒体又はグラファイト粉末床を通過する、極めて純粋なＳiＣ
、例えば真性ＳiＣのバルク単結晶を成長させるためのシステムを示している図
である。

【図１３】多孔質グラファイト／グラファイト粉末媒体が取り除かれ、且つ噴射されたＣ
Ｎガスによって炭素蒸気種が供給される以外は、図１２のシステムと同様なシス
テムに関する図である。

【図１４】図１４Ａ，１４Ｂは、２４時間結晶成長サイクルの過程にわたって、半径方向
に広がっている核形成部位を連続して選択的に冷却するための別のシステムを示
している概略図である。

【図１５】図１５Ａ，１５Ｂは、２４時間結晶成長サイクルの過程にわたって、半径方向
に広がっている核形成部位を連続して選択的に冷却するための別のシステムを示
している概略図である。

【図１６】図１６Ａ，１６Ｂは、２４時間結晶成長サイクルの過程にわたって、半径方向
に広がっている核形成部位を連続して選択的に冷却するための別のシステムを示
している概略図である。

【図１７】図１７Ａ，１７Ｂは、２４時間結晶成長サイクルの過程にわたって、半径方向
に広がっている核形成部位を連続して選択的に冷却するための別のシステムを示
している概略図である。

【図１８】図１８Ａ，１８Ｂは、２４時間結晶成長サイクルの過程にわたって、半径方向
に広がっている核形成部位を連続して選択的に冷却するための別のシステムを示
している概略図である。

【図１９】図１９Ａ，図１９Ｂは、２４時間結晶成長サイクルの過程にわたって、半径方
向に広がっている核形成部位を連続して選択的に冷却するための別のシステムを
示している概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の工程：すなわち、バルク単結晶を成長させるのに必要な選択された元素Ａl、Ｓi、Ｎ及びＣの蒸
気種を結晶成長閉鎖容器中に提供する工程；当該結晶成長閉鎖容器に複式核形成部位を提供する工程；結晶成長閉鎖容器における周囲表面に比べて低い温度まで当該核形成部位を選
択的に冷却する工程；及び各核形成部位において生じる単結晶質ＡlＮ_x：ＳiＣ_yの成長を規定する条件下
で当該蒸気種を堆積させる工程を含む、ＡlＮ_x：ＳiＣ_y（式中、ｘ＋ｙ＝１及びｘは１→０であり、ｙは０→１
である）のバルク単結晶を製造する方法。
【請求項２】当該核形成部位が、播種されていない請求項１記載の方法。
【請求項３】当該核形成部位が、播種されている請求項１記載の方法。
【請求項４】当該核形成部位における個々の結晶の成長を規定する時間及
び条件下で、蒸気種を堆積させる工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項５】複式核形成部位から生じる連接された結晶部分を含むプレー
ト様結晶の成長を規定する時間及び条件下で蒸気種を堆積させる工程を含む請求
項１記載の方法。
【請求項６】当該式中ｘ＝０及びｙ＝１である請求項１記載の方法。
【請求項７】当該式中ｘ＝１及びｙ＝０である請求項１記載の方法。
【請求項８】単結晶質ＡlＮ_x：ＳiＣ_yの成長が進行するにつれて、核形成
部位を連続して選択的に冷却する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項９】蒸気種を提供する工程が、固体ソース材料を昇華させること
を含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】昇華した蒸気が当該核形成部位に達するまでそこを通って
拡散する複式直立多孔質管状膜を有する閉込め構造において固体ソース材料を閉
込める工程を含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】平板ヒーターによって固体ソース材料を加熱する工程を含
む請求項９記載の方法。
【請求項１２】当該固体ソース材料を、Ａl結晶、Ｓi結晶、ＡlＮ：ＳiＣ
結晶、焼結されたＡlＮ：ＳiＣ、静水プレスされたＡlＮ：ＳiＣ、静水プレス及
び焼結されたＡlＮ：ＳiＣ及びＡlＮ：ＳiＣ粉末から成る群より選択する請求項
９記載の方法。
【請求項１３】蒸気種を提供する工程が、Ａl及び／又はＳiを気化させる
ことを含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】蒸気種を提供する工程が、ソースガスを噴射させることを
含む請求項１記載の方法。
【請求項１５】当該ソースガスを、Ｃ₂Ｎ₂、ＣＮ、気化パラシアン、気化
テトラシアノエチレン、気化ヘキサシアノブタジエン、気化Ｓi、ＳiＨ₄、ＡlＣ
l₃、ＮＨ₃、気化Ａl、Ｎ₂、原子窒素、窒素イオン、窒素イオンと組合せたＮ₂か
ら成る群より選択する請求項１４記載の方法。
【請求項１６】プレート部材の片側に当該核形成部位を形成し、且つ当該
プレート部材の反対側と当該核形成部位に対して正反対の側に配置された個々の
冷却要素とを接触させることによって、当該核形成部位を選択的に冷却する工程
を含む請求項１記載の方法。
【請求項１７】当該核形成部位が、当該プレートの反対側上に配置された
各ペグによって冷却される円錐形状に取除かれた材料の領域を含む請求項１６記
載の方法。
【請求項１８】以下のもの：すなわち、選択されたＡl、Ｓi、Ｎ及びＣの蒸気種の供給源；当該蒸気種を閉込めるための結晶成長閉鎖容器；当該結晶成長閉鎖容器中の複式核形成部位；及び当該結晶成長閉鎖容器における周囲表面に比べて低い温度まで当該核形成部位
を選択的に冷却するための手段を含む、ＡlＮ_x：ＳiＣ_y（式中、ｘ＋ｙ＝１及びｘは１→０であり、ｙは０→１
である）のバルク単結晶を製造するためのシステム。
【請求項１９】当該核形成部位を選択的に冷却するための手段が、単結晶
質ＡlＮ_x：ＳiＣ_yの成長が進行するにつれて、当該核形成部位を連続して選択的
に冷却するのに役立つ請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】当該核形成部位が、同心円の帯を含む請求項１９記載のシ
ステム。