JP2013155075A - 複合酸化物焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１０００℃以上の高温領域においても上記の熱膨張係数のとび現象が現れないシリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体を製造する。
【解決手段】本複合酸化物焼結体の製造方法は、シリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体の製造方法であって、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程Ｓ１０と、中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程Ｓ２０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合酸化物焼結体の製造方法に関し、詳しくは半導体結晶体を成長させるための基体に好適に用いられる複合酸化物焼結体の製造方法に関する。

ＩＩＩ族窒化物結晶体などの半導体結晶体は、発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスの基板および半導体層などに好適に用いられる。かかる半導体結晶体を製造するための基板としては、その基板と半導体結晶体との間で、格子定数および熱膨張係数を一致させる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板が最も優れている。ところが、ＩＩＩ族窒化物結晶基板は非常に高価である。

このため、ＩＩＩ族窒化物結晶体などの半導体結晶体を製造するための基板として、一般にサファイア基板が用いられる。しかしながら、ＩＩＩ族窒化物結晶体たとえばＧａＮ結晶体とサファイア基板とではそれらの格子定数および熱膨張係数が大きく異なる。

このため、サファイア基板とＩＩＩ族窒化物結晶体などの半導体結晶体との間の格子定数の不整合を緩和して結晶性が良好な半導体結晶体を成長させるために、たとえば、特開平０４−２９７０２３号公報（特許文献１）は、サファイア基板にＧａＮ結晶を成長させる際に、サファイア基板上にＧａＮバッファ層を形成し、そのＧａＮバッファ層上にＧａＮ結晶層を成長させることを開示する。

また、半導体結晶体（たとえばＧａＮ結晶体）の熱膨張係数に近い熱膨張係数の基板を用いて反りの小さい半導体結晶膜（たとえばＧａＮ結晶膜）を得るために、たとえば、特表２００７−５２３４７２号公報（特許文献２）は、中央層に対して互いにほぼ同一の熱膨張係数を有する各対の層を１対以上有し、全体的熱膨張係数がＧａＮ結晶体の熱膨張係数とほぼ同一である複合支持基板を開示する。また、特開２００３−１６５７９８号公報（特許文献３）は、ジルコンセラミックスなどを含む多層基板を開示する。

特開平０４−２９７０２３号公報 特表２００７−５２３４７２号公報 特開２００３−１６５７９８号公報

しかし、上記のようにサファイア基板の熱膨張係数はＧａＮ結晶体の熱膨張係数に比べて非常に大きいため、成長したＧａＮ結晶体は結晶成長後の冷却時に結晶成長方向に凸に大きく反り、結晶成長方向に凸に大きく反ったＧａＮ膜が得られる。ここで、サファイア基板の主面の直径を大きくするほど、そのＧａＮ結晶体の上記冷却時における反りが大きくなる（具体的には、得られるＧａＮ膜の反りは、サファイア基板における主面の直径の２乗にほぼ比例する）。このため、主面の直径が大きくなるほど、反りの小さいＧａＮ膜を得ることは困難である。

また、上記の特表２００７−５２３４７２号公報（特許文献２）に開示された複合支持基板および特開２００３−１６５７９８号公報（特許文献３）に開示された多層基板は、その熱膨張係数がＧａＮ結晶体の熱膨張係数に近似しているため、その上に成長させるＧａＮ層の反りを小さくすることができる。しかしながら、かかる複合支持基板および多層基板は、その構造が複雑であるため、その構造の設計が難しく、またその構造の形成が難しいことから、設計および製造のためのコストが非常に高くなり、ＧａＮ膜を製造するコストが非常に高くなる。

そこで、上記のようなサファイア基板、複合支持基板または多層基板に替えて、成長させる半導体結晶体と熱膨張係数が同一または近似する、シリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体またはシリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む複合酸化物焼結体を基体として、その基体上に半導体結晶層が形成された複合基板を用いて、かかる複合基板の半導体結晶層上に半導体結晶体を成長させることにより半導体結晶体を製造する方法が検討されている。

しかしながら、シリカとアルミナとを含む一般的な複合酸化物焼結体またはシリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む一般的な複合酸化物焼結体においては、１０００℃以上の高温領域において温度の上昇とともにその熱膨張係数が急激に変化する現象、具体的には１０℃当たり０．５×１０^-6℃^-1以上で変化する現象（この現象を熱膨張係数のとび現象ともいう。以下同じ。）が現れる。このため、シリカとアルミナとを含む一般的な複合酸化物焼結体またはシリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む一般的な複合酸化物焼結体を基体として含む複合基板を用いて、１０００℃以上の高温領域で半導体結晶体を成長させる場合には、複合基板および／または半導体結晶体にクラックが発生するという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するため、１０００℃以上の高温領域においても上記の熱膨張係数のとび現象が現れないシリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体またはシリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む複合酸化物焼結体を製造することを目的とする。

本発明は、ある局面に従えば、シリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体の製造方法であって、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程と、中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程と、を含む複合酸化物焼結体の製造方法である。

本発明にかかる複合酸化物焼結体の製造方法において、第１次焼結工程は、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して第１混合粉末を形成するサブ工程と、第１混合粉末を成形するサブ工程と、成形された第１混合粉末を大気圧中１６００℃以下で焼結して中間焼結体を形成するサブ工程と、を含むことができる。

本発明は、別の局面に従えば、シリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む複合酸化物焼結体の製造方法であって、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して仮焼することによりシリカ−アルミナ粉末を形成する仮焼工程と、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程と、中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程と、を含む複合酸化物焼結体の製造方法である。

本発明にかかる複合酸化物焼結体の製造方法において、第１次焼結工程は、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とを混合して第２混合粉末を形成するサブ工程と、第２混合粉末を成形するサブ工程と、成形された第２混合粉末を大気圧中１６００℃以下で焼結して中間焼結体を形成するサブ工程と、を含むことができる。また、仮焼工程は、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して第１混合粉末を形成するサブ工程と、第１混合粉末を仮焼してシリカ−アルミナ粉末を形成するサブ工程と、を含むことができる。

本発明によれば、１０００℃以上の高温領域においても上記の熱膨張係数のとび現象が現れないシリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体またはシリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む複合酸化物焼結体を製造することができる。

本発明にかかる複合酸化物焼結体の製造方法のある実施形態を示すフローチャートである。 本発明にかかる複合酸化物焼結体の製造方法の別の実施形態を示すフローチャートである。

［実施形態１］
図１を参照して、本発明の一実施形態である複合酸化物焼結体の製造方法は、シリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体の製造方法であって、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程Ｓ１０と、中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程Ｓ２０と、を含む。

（複合酸化物焼結体）
本実施形態の製造方法により得られる複合酸化物焼結体は、シリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体であり、高密度で空隙率が低く、また、熱膨張計（ブルカー・エイエックスエス株式会社製ＴＤ５０００ＳＡ）による熱膨張係数の温度依存性分析において１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象（すなわち、複合酸化物焼結体の熱膨張係数が１０℃当たり０．５×１０^-6℃^-1以上で急激に変化する現象）は認められず、複合酸化物焼結体を形成する粒子のＦＥ−ＳＥＭ（電界放射−走査電子顕微鏡）観察による平均粒径は１０μｍ以下である。すなわち、本実施形態の製造方法においては、複合酸化物焼結体を形成する粒子の平均粒径を小さくすることにより、粒子間の界面の接触面積（粒界面積）が大きくなり、１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象のない複合酸化物焼結体が得られるものと考えられる。

（１次焼結工程）
図１を参照して、本実施形態の複合酸化物焼結体の製造方法は、まず、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程Ｓ１０を含む。

第１次焼結工程Ｓ１０においては、シリカ粉末とアルミナ粉末との混合物が大気圧中１６００℃以下で焼結されることから、焼結の際に中間焼結体を形成する粒子の成長が抑制されるため粒子の平均粒径を小さくすることができる。

第１次焼結工程Ｓ１０は、中間焼結体および複合酸化物焼結体を形成する粒子の粒径を小さくすることができるものであれば、特に制限はないが、効率的に中間焼結体を得る観点から、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して第１混合粉末を形成するサブ工程Ｓ１１と、第１混合粉末を成形するサブ工程Ｓ１２と、成形された第１混合粉末を大気圧中１６００℃以下で焼結して中間焼結体を形成するサブ工程Ｓ１３と、を含むことが好ましい。

第１混合粉末を形成するサブ工程Ｓ１１において、原料として用いられるシリカ粉末およびアルミナ粉末は、特に制限はないが、化学組成および粒径の分布が小さい均一なシリカ−アルミナ粉末を得る観点から、純度は９９．９質量％以上が好ましく９９．９９質量％以上がより好ましく、平均粒径は０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましく０．５μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。また、シリカ粉末とアルミナ粉末との混合質量比は、特に制限はないが、ムライト以外の物質の生成を抑制する観点から、シリカ粉末：アルミナ粉末が１：２〜２：３が好ましく、３：５〜２：３がより好ましい。また、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合する方法は、特に制限はないが、効率的に混合する観点から、ボールミルによる混合方法などが好ましい。

第１混合粉末を成形するサブ工程Ｓ１２において、第１混合粉末を成形する方法は、特に制限はないが、効率的に成形する観点から、プレスおよびＣＩＰ（冷間等方圧プレス）による成形方法などが好ましい。

中間焼結体を形成するサブ工程Ｓ１３において、成形された第１混合粉末を焼結する方法は、大気圧中１６００℃以下で焼結できる方法であれば特に制限はない。大気圧中１６００℃以下で焼結することにより、焼結の際に中間焼結体を形成する粒子の成長を抑制して粒子の平均粒径を小さくすることができる。なお、第１次焼結工程Ｓ１０（特に、中間焼結体を形成するサブ工程Ｓ１３）における焼結温度は、焼結を十分に促進させる観点から１４００℃以上が好ましく、粒子の平均粒径を小さくする観点から１５００℃以下が好ましい。

（第２次焼結工程）
図１を参照して、本実施形態の複合酸化物焼結体の製造方法は、次に、中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程Ｓ２０を含む。

第２次焼結工程Ｓ２０においては、中間焼結体が大気圧より高い気圧中で焼結されることから、焼結の際に中間焼結体に比べて複合酸化物焼結体を形成する粒子間の空隙が低減されるとともに複合酸化物焼結体を形成する粒子の成長が抑制されるため、複合酸化物焼結体の空隙率を低減して密度を高めるとともに複合酸化物焼結体を形成する粒子の平均粒径を小さくすることができる。

第２次焼結工程Ｓ２０において、中間焼結体を焼結する方法は、大気圧より高い圧力であれば特に制限はないが、効率的に焼結する観点から、ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）による焼結方法、ホットプレスによる焼結方法などが好ましい。なお、第２次焼結工程Ｓ２０における焼結圧力は、複合酸化物焼結体中の酸素欠損を抑制する観点から大気圧より大きく、装置の簡便性を図る観点から１００００気圧以下が好ましい。また、第２次焼結工程Ｓ２０における焼結温度は、複合酸化物焼結体を高密度化する観点から１６００℃以上が好ましく、巨大な粒子の成長を抑制する観点から１７００℃以下が好ましい。

［実施形態２］
図２を参照して、本発明の別の実施形態である複合酸化物焼結体の製造方法は、シリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む複合酸化物焼結体の製造方法であって、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して仮焼することによりシリカ−アルミナ粉末を形成する仮焼工程Ｓ１００と、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程Ｓ１１０と、中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程Ｓ１２０と、を含む。

（複合酸化物焼結体）
本実施形態の製造方法により得られる複合酸化物焼結体は、シリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む複合酸化物焼結体であり、高密度で空隙率が低く、また、熱膨張係数の温度依存性分析において１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象（すなわち、複合酸化物焼結体の熱膨張係数が１０℃当たり０．５×１０^-6℃^-1以上で急激に変化する現象）は認められず、複合酸化物焼結体を形成する粒子のＦＥ−ＳＥＭ（電界放射−走査電子顕微鏡）観察による平均粒径は１０μｍ以下である。すなわち、本実施形態の製造方法においては、複合酸化物焼結体を形成する粒子の平均粒径を小さくすることにより、粒子間の界面の接触面積（粒界面積）が大きくなり、１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象のない複合酸化物焼結体が得られるものと考えられる。

（仮焼工程）
図２を参照して、本実施形態の複合酸化物焼結体の製造方法は、まず、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して仮焼することによりシリカ−アルミナ粉末を形成する仮焼工程Ｓ１００を含む。

仮焼工程Ｓ１００において、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して仮焼することによりシリカ−アルミナ粉末を形成し、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とを混合して焼結することにより、形成される複合酸化物焼結体にシリカのクリストバライト相が生成するのを抑制するため、１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象の発生を抑制することができる。なお、複合酸化物焼結体におけるシリカのクリストバライト相の生成の有無は、ＸＲＤ（Ｘ線回折）分析により評価できる。

仮焼工程Ｓ１００は、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して仮焼することによりシリカ−アルミナ粉末が得られる工程であれば特に制限はないが、効率的にシリカ−アルミナ粉末を得る観点から、シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して第１混合粉末を形成するサブ工程Ｓ１０１と、第１混合粉末を仮焼してシリカ−アルミナ粉末を形成するサブ工程Ｓ１０２と、を含むことが好ましい。

第１混合粉末を形成するサブ工程Ｓ１０１において原料として用いられるシリカ粉末およびアルミナ粉末、混合質量比ならびに混合方法は、実施形態１の複合酸化物焼結体の製造方法における第１混合粉末を形成するサブ工程Ｓ１１において原料として用いられるシリカ粉末およびアルミナ粉末、混合質量比ならびに混合方法と、それぞれ同様であるため、ここではそれらの説明を繰り返さない。

シリカ−アルミナ粉末を形成するサブ工程Ｓ１０２において、第１混合粉末を仮焼する方法は、特に制限はないが、化学組成および粒径の分布が小さい均一なシリカ−アルミナ粉末を得る観点から、大気雰囲気中あるいは酸素雰囲気中における仮焼法が好ましく、仮焼圧力は０．５気圧以上１．５気圧以下が好ましく、仮焼温度は１０００℃以上１４００℃未満が好ましい。仮焼圧力が０．５気圧以上であると中間焼結体中および複合酸化物焼結体中の酸素欠損を抑制することができ、仮焼圧力が１．５気圧以下であると仮焼設備を簡便にできる。仮焼温度が１０００℃以上であると中間焼結体および複合酸化物焼結体を高密度化でき、仮焼温度が１４００℃未満であると仮焼の際に粒子の成長を抑制することができる。

こうして得られるシリカ−アルミナ粉末は、シリカおよびアルミナを含む複合酸化物粉末であり、シリカとアルミナとの組成質量比は、シリカ粉末とアルミナ粉末との混合質量比に対応して変動し、ムライト（化学組成式が３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂〜２Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂またはＡｌ₆Ｏ₁₃Ｓｉ₂）粉末などが代表例として挙げられる。

（第１次焼結工程）
図１を参照して、本実施形態の複合酸化物焼結体の製造方法は、次に、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程Ｓ１１０を含む。

第１次焼結工程Ｓ１１０においては、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末との混合物が大気圧中１６００℃以下で焼結されることから、焼結の際に中間焼結体を形成する粒子の成長が抑制されるため粒子の平均粒径を小さくすることができる。

第１次焼結工程Ｓ１１０は、中間焼結体および複合酸化物焼結体を形成する粒子の粒径を小さくすることができるものであれば、特に制限はないが、効率的に中間焼結体を得る観点から、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とを混合して第２混合粉末を形成するサブ工程Ｓ１１１と、第２混合粉末を成形するサブ工程Ｓ１１２と、成形された第２混合粉末を大気圧中１６００℃以下で焼結して中間焼結体を形成するサブ工程Ｓ１１３と、を含むことが好ましい。

第２混合粉末を形成するサブ工程Ｓ１１１において、原料として用いられるシリカアルミナ粉末およびイットリア安定化ジルコニア粉末は、特に制限はないが、化学組成および粒径の分布が小さい均一な第２混合粉末を得る観点から、純度は９９．９質量％以上が好ましく９９．９９質量％以上がより好ましく、平均粒径は０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましく０．５μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。ここで、イットリア安定化ジルコニア粉末において、ジルコニアとイットリアとの組成モル比は、ジルコニア：イットリアが、９５：５〜８０：２０が好ましく、９２：８〜８５：１５がより好ましい。

また、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末との混合質量比は、特に制限はないが、ＧａＮとの熱膨張係数の整合性が高い観点から、シリカ−アルミナ粉末：イットリア安定化ジルコニア粉末が８０：２０〜６０：４０が好ましく、７５：２５〜６５：３５が好ましい。また、シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とを混合する方法は、特に制限はないが、効率的に混合する観点から、ボールミルによる混合方法などが好ましい。

第２混合粉末を成形するサブ工程Ｓ１１２において、第２混合粉末を成形する方法は、特に制限はないが、効率的に成形する観点から、プレスおよびＣＩＰ（冷間等方圧プレス）による成形方法などが好ましい。

中間焼結体を形成するサブ工程Ｓ１１３において、成形された第２混合粉末を焼結する方法は、大気圧中１６００℃以下で焼結できる方法であれば特に制限はない。大気圧中１６００℃以下で焼結することにより、焼結の際に中間焼結体を形成する粒子の成長を抑制して粒子の平均粒径を小さくすることができる。なお、第１次焼結工程Ｓ１１０（特に、中間焼結体を形成するサブ工程Ｓ１１３）における焼結温度は、焼結を十分に促進させる観点から１４００℃以上が好ましく、第１次焼結の際に巨大な粒子の成長を抑制する観点から１５００℃以下が好ましい。

（第２次焼結工程）
図２を参照して、本実施形態の複合酸化物焼結体の製造方法は、次に、中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程Ｓ１２０を含む。

第２次焼結工程Ｓ１２０においては、中間焼結体が大気圧より高い気圧中で焼結されることから、焼結の際に中間焼結体に比べて複合酸化物焼結体を形成する粒子間の空隙が低減されるとともに複合酸化物焼結体を形成する粒子の成長が抑制されるため、複合酸化物焼結体の空隙率を低減して密度を高めるとともに複合酸化物焼結体を形成する粒子の平均粒径を小さくすることができる。

本実施形態の第２次焼結工程Ｓ１２０における中間焼結体を焼結する方法、焼結圧力および焼結温度は、実施形態１の第２次焼結工程Ｓ２０における中間焼結体を焼結する方法、焼結圧力および焼結温度とそれぞれ同様であるため、ここではそれらの説明を繰り返さない。

（実施例Ａ）
１．原料の準備
原料として、純度が９９．９９９質量％で平均粒径が０．５μｍのシリカ粉末および純度が９９．９９９質量％で平均粒径が０．５μｍのアルミナ粉末を準備した。

２．複合酸化物焼結体の製造
準備したシリカ粉末とアルミナ粉末をボールミルにより混合して第１混合粉末を得た。ここで、混合質量比は、シリカ粉末：アルミナ粉末を２８．２：７１．８とした。次に、第１混合粉末を、十分に乾燥させて、５つに分割した。５つに分割された第１混合粉末を、それぞれ室温（２５℃）中５ＭＰａの圧力でプレス成形した後、２５℃１００ＭＰａでＣＩＰ（冷間等方圧プレス）成形した。成形された５つの第１混合粉末を、第１次焼結として、大気圧中、それぞれ、１４００℃、１５００℃、１６００℃、１７００℃および１８００℃の温度で、１０時間焼結して、５つの中間焼結体Ａ１〜Ａ５を得た。

次に、５つの中間焼結体Ａ１〜Ａ５を、第２次焼結として、２０００気圧中１６００℃で５時間ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）焼結して、５つの複合酸化物焼結体Ａ１〜Ａ５を得た。ここで、複合酸化物焼結体Ａ１は第１次焼結温度（第１次焼結工程における焼結温度をいう。以下同じ。）が１４００℃であり、複合酸化物焼結体Ａ２は第１次焼結温度が１５００℃であり、複合酸化物焼結体Ａ３は第１次焼結温度が１６００℃であり、複合酸化物焼結体Ａ４は第１次焼結温度が１７００℃であり、複合酸化物焼結体Ａ５は第１次焼結温度が１８００℃であった。

３．複合酸化物焼結体の評価
得られた５つの複合酸化物焼結体Ａ１〜Ａ５について、それぞれ、熱膨張計（ブルカー・エイエックスエス株式会社製ＴＤ５０００ＳＡ）により熱膨張係数の温度依存性分析を行った。複合酸化物焼結体Ａ１〜Ａ３には、１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象（複合酸化物焼結体の熱膨張係数が１０℃当り０．５×１０^-6℃^-1以上に急激に変化する現象）は認められなかった。複合酸化物焼結体Ａ４およびＡ５には、１１００℃付近の高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数が１０℃当り０．５×１０^-6℃^-1以上に急激に大きくなるとび現象が認められた。なお、複合酸化物焼結体Ａ５には、光学顕微鏡により観察したところ、数十μｍ〜数百μｍ程度の長さのクラックが発生した。

また、得られた５つの複合酸化物焼結体Ａ１〜Ａ５について、それぞれの表面を研磨した後、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放射−走査電子顕微鏡）により観察した。複合酸化物焼結体Ａ１の平均粒径（焼結体を形成する粒子の平均粒径の意味。以下同じ。）は３μｍであり、複合酸化物焼結体Ａ２の平均粒径は５μｍであり、複合酸化物焼結体Ａ３の平均粒径は１０μｍであり、複合酸化物焼結体Ａ４の平均粒径は２０μｍであり、複合酸化物焼結体Ａ５の平均粒径は５０μｍであった。結果を表１にまとめた。

表１を参照して、シリカとアルミナとを含み、第１次焼結工程における焼結温度が１６００℃以下である複合酸化物焼結体Ａ１〜Ａ３は、その複合酸化物焼結体を形成する粒子の平均粒径が１０μｍ以下と小さくなるため、粒子間の界面の接触面積（粒界面積）が大きくなり、１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象がなかったものと考えられる。

（実施例Ｂ）
１．原料の準備
原料として、純度が９９．９９９質量％で平均粒径が０．５μｍのシリカ粉末、純度が９９．９９９質量％で平均粒径が０．５μｍのアルミナ粉末および純度が９９．９９９９質量％で平均粒径が０．５μｍのイットリア安定化ジルコニア粉末を準備した。ここで、イットリア安定化ジルコニウム粉末におけるジルコニアとイットリアとの組成モル比は、ジルコニア：イットリアが９２：８であった。

２．複合酸化物焼結体の製造
準備したシリカ粉末とアルミナ粉末とをボールミルにより混合して第１混合粉末を得た。ここで混合質量比は、シリカ粉末：アルミナ粉末を２８．２：７１．８とした。次いで、第１混合粉末を、乾燥させた後、大気圧中１３００℃で１０時間仮焼して、シリカ−アルミナ粉末であるムライト粉末を得た。

次に、ムライト粉末（シリカ−アルミナ粉末）とイットリア安定化ジルコニア粉末をボールミルにより混合して第２混合粉末を得た。ここで混合質量比は、ムライト粉末（シリカ−アルミナ粉末）：イットリア安定化ジルコニア粉末を７０：３０とした。次いで、第２混合粉末を、十分に乾燥させた後、５つに分割した。５つの分割された第２混合粉末を、それぞれ室温（２５℃）中５ＭＰａでプレス成形した後、２５℃１００ＭＰａでＣＩＰ（冷間等方圧プレス）成形した。成形された５つの第２混合粉末を、第１次焼結として、大気圧中、それぞれ、１４００℃、１５００℃、１６００℃、１７００℃および１８００℃の温度で、１０時間焼結して、５つの中間焼結体Ｂ１〜Ｂ５を得た。

次に、５つの中間焼結体Ｂ１〜Ｂ５を、第２次焼結として、２０００気圧中１６００℃で５時間ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）焼結して、５つの複合酸化物焼結体Ｂ１〜Ｂ５を得た。ここで、複合酸化物焼結体Ｂ１は第１次焼結温度（第１次焼結工程における焼結温度をいう。以下同じ。）が１４００℃であり、複合酸化物焼結体Ｂ２は第１次焼結温度が１５００℃であり、複合酸化物焼結体Ｂ３は第１次焼結温度が１６００℃であり、複合酸化物焼結体Ｂ４は第１次焼結温度が１７００℃であり、複合酸化物焼結体Ｂ５は第１次焼結温度が１８００℃であった。

３．複合酸化物焼結体の評価
得られた５つの複合酸化物焼結体Ｂ１〜Ｂ５について、それぞれ、熱膨張計（ブルカー・エイエックスエス株式会社製ＴＤ５０００ＳＡ）により熱膨張係数の温度依存性分析を行った。複合酸化物焼結体Ｂ１〜Ｂ３には、１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象（複合酸化物焼結体の熱膨張係数が１０℃当り０．５×１０^-6℃^-1以上に急激に変化する現象）は認められなかった。複合酸化物焼結体Ｂ４およびＢ５には、１１００℃付近の高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数が１０℃当り０．５×１０^-6℃^-1以上に急激に大きくなるとび現象が認められた。なお、複合酸化物焼結体Ｂ５には、数十μｍ〜数百μｍ程度の長さのクラックが発生した。

また、得られた５つの複合酸化物焼結体Ａ１〜Ａ５について、それぞれの表面を研磨した後、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放射−走査電子顕微鏡）により観察した。複合酸化物焼結体Ｂ１の平均粒径（焼結体を形成する粒子の平均粒径の意味。以下同じ。）は３μｍであり、複合酸化物焼結体Ｂ２の平均粒径は５μｍであり、複合酸化物焼結体Ｂ３の平均粒径は１０μｍであり、複合酸化物焼結体Ｂ４の平均粒径は２０μｍであり、複合酸化物焼結体Ｂ５の平均粒径は５０μｍであった。結果を表２にまとめた。

表２を参照して、シリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含み、第１次焼結工程における焼結温度が１６００℃以下である複合酸化物焼結体は、その複合酸化物焼結体を形成する粒子の平均粒径が１０μｍ以下と小さくなるため、粒子間の界面の接触面積（粒界面積）が大きくなり、１０００℃から１４００℃までの高温領域で複合酸化物焼結体の熱膨張係数のとび現象がなかったものと考えられる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

上述のように、本発明にかかる製造方法により得られる複合酸化物焼結体は、１０００℃〜１４００℃の高温領域で熱膨張係数のとび現象がないため、１０００℃〜１４００℃の高温領域での結晶成長を含む半導体結晶体を成長させるための基体として好適に利用できる。具体的には、本発明にかかる製造方法により得られる複合酸化物焼結体を基体として、成長させる半導体結晶体と化学組成が同一または近似する半導体結晶層を上記基体上に直接または中間層を介在させて形成した複合基板を準備し、かかる複合基板の半導体結晶層上に半導体結晶体を成長させることにより、クラックを発生させることなく結晶性の高い半導体結晶体が得られる。

また、本発明にかかる製造方法により得られる複合酸化物焼結体は、上述と同様の観点から、１０００℃〜１４００℃の高温領域を含む温度領域で使用される各種構造材としても好適に利用できる。

Claims (5)

1. シリカとアルミナとを含む複合酸化物焼結体の製造方法であって、
   シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程と、
   前記中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程と、を含む複合酸化物焼結体の製造方法。
2. 前記第１次焼結工程は、前記シリカ粉末と前記アルミナ粉末とを混合して第１混合粉末を形成するサブ工程と、前記第１混合粉末を成形するサブ工程と、成形された前記第１混合粉末を大気圧中１６００℃以下で焼結して前記中間焼結体を形成するサブ工程と、を含む請求項１に記載の複合酸化物焼結体の製造方法。
3. シリカとアルミナとイットリア安定化ジルコニアとを含む複合酸化物焼結体の製造方法であって、
   シリカ粉末とアルミナ粉末とを混合して仮焼することによりシリカ−アルミナ粉末を形成する仮焼工程と、
   前記シリカ−アルミナ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とを混合して大気圧中１６００℃以下で焼結することにより中間焼結体を形成する第１次焼結工程と、
   前記中間焼結体を大気圧より高い気圧中で焼結することにより複合酸化物焼結体を形成する第２次焼結工程と、を含む複合酸化物焼結体の製造方法。
4. 前記第１次焼結工程は、前記シリカ−アルミナ粉末と前記イットリア安定化ジルコニア粉末とを混合して第２混合粉末を形成するサブ工程と、前記第２混合粉末を成形するサブ工程と、成形された前記第２混合粉末を大気圧中１６００℃以下で焼結して前記中間焼結体を形成するサブ工程と、を含む請求項３に記載の複合酸化物焼結体の製造方法。
5. 前記仮焼工程は、前記シリカ粉末と前記アルミナ粉末とを混合して第１混合粉末を形成するサブ工程と、前記第１混合粉末を仮焼して前記シリカ−アルミナ粉末を形成するサブ工程と、を含む請求項３に記載の複合酸化物焼結体の製造方法。

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