JP4350484B2 - Method for producing aluminum nitride single crystal - Google Patents

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本発明は、機械的強度や放熱性向上のための分散材(フィラー)として、或いは電子・電機部品等の基板材、放熱材、又は構造材として、特に、半導体レーザー素子や発光ダイオードをはじめとする発熱量が大きい電子・電機部品等の基板材、放熱材、又は構造材として有望な窒化アルミニウム(AlN)単結晶を製造する方法に関する。 The present invention is used as a dispersion material (filler) for improving mechanical strength and heat dissipation, or as a substrate material, heat dissipation material, or structural material for electronic / electrical parts, particularly semiconductor laser elements and light emitting diodes. The present invention relates to a method for manufacturing a single crystal of aluminum nitride (AlN) that is promising as a substrate material, a heat radiating material, or a structural material for electronic / electrical parts that generate a large amount of heat.

電子・電機部品、光学機器部品、或いはOA機器部品のような発熱量が大きい部品を用いる機器や装置においては、発生する熱を速やかに放散させることが要求される。従って、従来、これらの部品と接触する基板材や放熱材(ヒートシンク)、又はこれらの部品の構成材(以下、「基板材等」と記す)としては、熱伝導率が高く、放熱性に優れた金属材料(例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等)が用いられてきた。 In devices and apparatuses that use components that generate a large amount of heat, such as electronic / electrical components, optical device components, or OA device components, it is required to quickly dissipate the generated heat. Therefore, conventionally, as a substrate material or a heat dissipation material (heat sink) that comes into contact with these components, or a component material of these components (hereinafter referred to as “substrate material”), the thermal conductivity is high and the heat dissipation is excellent. Metal materials (eg, aluminum (Al), copper (Cu), etc.) have been used.

しかしながら、近年、これらの部品が用いられる機器や装置は小型化、高密度化、高出力化される傾向にあり、基板材等に要求される放熱性のレベルは一層高いものとなっている。また、機械的強度や電気絶縁性等の金属材料では十分に付与できない特性が求められる場合もある。このような背景の下、放熱性に加え、機械的強度、耐熱性、耐食性、電気絶縁性等の種々の特性にも優れる窒化アルミニウムが基板材等として利用されるようになりつつある。 However, in recent years, devices and apparatuses in which these components are used tend to be reduced in size, increased in density, and increased in output, and the level of heat dissipation required for substrate materials and the like has become higher. In addition, characteristics that cannot be sufficiently imparted by metal materials such as mechanical strength and electrical insulation may be required. Under such circumstances, aluminum nitride, which is excellent in various properties such as mechanical strength, heat resistance, corrosion resistance, and electrical insulation in addition to heat dissipation, is being used as a substrate material.

窒化アルミニウムはその焼結体を基板材等の構成材料として用いることが一般的であるが、最近では、より高性能な基板材等を構成できる可能性がある、窒化アルミニウム単結晶(バルク単結晶ないしはウィスカー)が注目されている。バルク単結晶は焼結体と同様に、その放熱性を利用した基板材等としての用途の他、エネルギーバンドギャップが広い(6.2eV)ことから半導体レーザー素子や発光ダイオードとしての用途、或いは窒化ガリウム(GaN)と格子定数や熱膨張係数が同程度であることから半導体レーザー素子や発光ダイオード用の基板材としての用途が期待されている。一方、ウィスカーについても、機械的強度や放熱性に優れていることから、金属やプラスチックの機械的強度や放熱性を向上させるための分散材(フィラー)としての用途が期待されている。 In general, aluminum nitride is used as a constituent material for a substrate material such as aluminum nitride, but recently, an aluminum nitride single crystal (bulk single crystal) that may be capable of forming a higher performance substrate material or the like. (Or whiskers) are attracting attention. The bulk single crystal is used as a substrate material utilizing the heat dissipation property as well as the sintered body, and also has a wide energy band gap (6.2 eV), so that it can be used as a semiconductor laser element or a light emitting diode, or nitrided. Since gallium (GaN) has the same lattice constant and thermal expansion coefficient, it is expected to be used as a substrate material for semiconductor laser elements and light-emitting diodes. On the other hand, whiskers are also excellent in mechanical strength and heat dissipation, and thus are expected to be used as dispersion materials (fillers) for improving the mechanical strength and heat dissipation of metals and plastics.

窒化アルミニウム単結晶の製造方法としては、窒化法、フラックス法、化学輸送法、昇華法、化学気相合成法等の種々の方法が知られている。しかしながら、窒化アルミニウムは熱に対して安定な物質であるため、高温条件下でも溶融し難く、結晶を大きく成長させることは極めて困難である。従って、基板材等として実用可能な十分な大きさを備えた窒化アルミニウム単結晶を製造したという報告例は極めて少ない状況にある。 As a method for producing an aluminum nitride single crystal, various methods such as a nitriding method, a flux method, a chemical transport method, a sublimation method, and a chemical vapor synthesis method are known. However, since aluminum nitride is a material that is stable against heat, it is difficult to melt even under high temperature conditions, and it is extremely difficult to grow crystals greatly. Therefore, there are very few reports of producing an aluminum nitride single crystal having a sufficiently large size that can be used as a substrate material.

数少ない報告例の中のいくつかを紹介すると、例えば、窒化物の粉末に該窒化物と加熱下に反応して該窒化物を分解気化させる酸化物の粉末を混合し、得られた混合粉末を窒素雰囲気中等において、該窒化物の昇華温度又は溶融温度よりも低い温度で加熱することにより窒化物粉末を分解気化せしめ、この分解気化成分を気相から基板上に結晶成長させることを特徴とする窒化物単結晶の製造方法が報告されている(例えば、特許文献1参照)。この方法によると、10mm×10mm以上、厚さ300μm以上のバルク材として十分大型の窒化アルミニウム単結晶が得られるとされている。 To introduce some of the few reported examples, for example, a nitride powder is mixed with an oxide powder that reacts with the nitride under heating to decompose and vaporize the nitride. The nitride powder is decomposed and vaporized by heating at a temperature lower than the sublimation temperature or melting temperature of the nitride in a nitrogen atmosphere or the like, and the decomposition vaporized component is crystal-grown on the substrate from the gas phase. A method for producing a nitride single crystal has been reported (see, for example, Patent Document 1). According to this method, a sufficiently large aluminum nitride single crystal is obtained as a bulk material of 10 mm × 10 mm or more and a thickness of 300 μm or more.

また、窒素を金属アルミニウムの溶融体と接触させて溶融体中に窒化アルミニウムを形成し、その窒化アルミニウムを溶融体と物理的に接触している種結晶上に堆積させる、窒化アルミニウムのバルク単結晶の製造方法も報告されている(例えば、特許文献2参照)。この方法によれば、1インチφ(約2.5cmφ)以上の窒化アルミニウム単結晶が得られるとされている。
特開平10−53495号公報 特表2003−505331号公報
Also, a bulk single crystal of aluminum nitride in which nitrogen is contacted with a melt of metal aluminum to form aluminum nitride in the melt and the aluminum nitride is deposited on a seed crystal that is in physical contact with the melt. The manufacturing method of (2) is also reported (for example, refer to Patent Document 2). According to this method, an aluminum nitride single crystal of 1 inch φ (about 2.5 cmφ) or more is obtained.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-53495 Special table 2003-505331

ところが、上記の方法は、機械的強度や放熱性を向上させるための分散材として、或いは電子・電機部品等の基板材等として、実用可能性のある大きさを備えた窒化アルミニウム単結晶を得られるものの、結晶の成長に長時間を要することから、その生産性の面においてなお改善の余地を残していた。 However, the above method obtains an aluminum nitride single crystal having a practical size as a dispersing material for improving mechanical strength and heat dissipation or as a substrate material for electronic / electrical parts. Although it takes a long time to grow crystals, there is still room for improvement in terms of productivity.

具体的には、特許文献1に記載の方法は反応温度における保持時間が24時間程度と長いことから、結晶成長速度が遅いと考えられる。また、特許文献2に記載の方法も結晶成長速度が1.6mm/時間程度と非常に遅い。従って、上記の方法は、工業的レベルでの実用化を考慮した場合には、十分に満足できる結晶成長速度を得られる製造方法とはいえず、生産性の面で問題があった。また、反応温度での加熱時間も長くなることから、エネルギー消費も大きく、生産コストの面でも問題があった。即ち、現在のところ、実用可能性のある大きさを備えた窒化アルミニウム単結晶を短時間で得ることができる、生産性が高い窒化アルミニウム単結晶の製造方法は未だ開示されておらず、そのような方法を創出することが産業界から切望されている。 Specifically, the method described in Patent Document 1 is considered to have a slow crystal growth rate because the retention time at the reaction temperature is as long as about 24 hours. The method described in Patent Document 2 also has a very slow crystal growth rate of about 1.6 mm / hour. Therefore, the above method cannot be said to be a production method capable of obtaining a sufficiently satisfactory crystal growth rate in consideration of practical use at an industrial level, and has a problem in terms of productivity. In addition, since the heating time at the reaction temperature becomes long, energy consumption is large and there is a problem in terms of production cost. That is, at present, a method for producing an aluminum nitride single crystal having high productivity and capable of obtaining an aluminum nitride single crystal having a practical size in a short time has not yet been disclosed. Creation of a new method is eagerly desired by the industry.

本発明は、上述のような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、実用可能性のある大きさを備えた窒化アルミニウム単結晶を短時間で得ることができ、生産性が高いという、従来の方法と比較して有利な効果を奏する窒化アルミニウム単結晶の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and can obtain an aluminum nitride single crystal having a practical size in a short time, and is said to have high productivity. An object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum nitride single crystal that has an advantageous effect as compared with a conventional method.

本発明者等は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、アルミナ等を含む原料組成物を、窒素等含有雰囲気中、炭素存在下で加熱することにより、窒化アルミニウムを合成し、その窒化アルミニウムを結晶成長させることによって窒化アルミニウム単結晶を得る窒化アルミニウム単結晶の製造方法において、原料組成物中に、窒化アルミニウムの結晶成長を促進させる金属酸化物(具体的には、第3A族元素酸化物、第2A族元素酸化物等)を含有せしめることによって、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明によれば、以下の窒化アルミニウム単結晶の製造方法が提供される。 As a result of earnest research to solve the above-mentioned problems, the present inventors synthesized aluminum nitride by heating a raw material composition containing alumina or the like in a nitrogen-containing atmosphere in the presence of carbon, and the nitriding In a method for producing an aluminum nitride single crystal, in which an aluminum nitride single crystal is obtained by crystal growth of aluminum, a metal oxide (specifically, Group 3A element oxidation that promotes crystal growth of aluminum nitride is included in the raw material composition. The present invention has been completed by finding that the above-mentioned problems can be solved by adding a compound, a Group 2A element oxide, etc.) . That is, according to the present invention, the following method for producing an aluminum nitride single crystal is provided.

[1]アルミナ(Al)及び/又は加熱によりアルミナに変換されるアルミナ前駆体を含む原料組成物を、窒素及び/又は窒素化合物含有雰囲気中、炭素存在下で加熱することにより、窒化アルミニウム(AlN)を合成し、前記窒化アルミニウムを結晶成長させることによって窒化アルミニウム単結晶を得る窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、前記原料組成物として、前記アルミナ及び/又は前記アルミナ前駆体の他、第3A族元素酸化物及び/又は炭素存在下での加熱により第3A族元素酸化物に変換される第3A族元素酸化物前駆体を含むものを用い、その原料組成物を、窒素及び/又は窒素化合物含有雰囲気中、炭素存在下、1650〜2200℃の温度で加熱することにより、前記アルミナ及び/又は前記アルミナ前駆体を還元するとともに窒素と反応させて、窒化アルミニウムを合成し、前記窒化アルミニウムを結晶成長させることによって窒化アルミニウム単結晶を得る窒化アルミニウム単結晶の製造方法。 [1] Nitriding by heating a raw material composition containing alumina (Al 2 O 3 ) and / or an alumina precursor converted to alumina by heating in the presence of carbon in an atmosphere containing nitrogen and / or nitrogen compounds A method of producing an aluminum nitride single crystal by synthesizing aluminum (AlN) and obtaining an aluminum nitride single crystal by crystal growth of the aluminum nitride, wherein the raw material composition includes the alumina and / or the alumina precursor. In addition, a material containing a Group 3A element oxide and / or a Group 3A element oxide precursor that is converted to a Group 3A element oxide by heating in the presence of carbon , By heating at a temperature of 1650 to 2200 ° C. in the presence of carbon in an atmosphere containing nitrogen compound, the alumina and / or the aluminum A method for producing an aluminum nitride single crystal, wherein a mina precursor is reduced and reacted with nitrogen to synthesize aluminum nitride, and crystal growth of the aluminum nitride yields an aluminum nitride single crystal.

]前記反応の際に、反応雰囲気中に単結晶からなる板状体を存在させることにより、前記板状体の表面に、前記窒化アルミニウムを結晶成長させる上記[1]に記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。 [ 2 ] The aluminum nitride according to [1] , wherein the aluminum nitride crystal is grown on the surface of the plate-like body by causing a plate-like body made of a single crystal to exist in the reaction atmosphere during the reaction. A method for producing a single crystal.

本発明の製造方法は、実用可能性のある大きさを備えた窒化アルミニウム単結晶を短時間で得ることができ、生産性が高いという、従来の方法と比較して有利な効果を奏するものである。 The production method of the present invention can provide an aluminum nitride single crystal having a practical size in a short time, and has an advantageous effect as compared with the conventional method that the productivity is high. is there.

以下、本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造方法を実施するための最良の形態について具体的に説明するが、本発明の製造方法は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the best mode for carrying out the method for producing an aluminum nitride single crystal of the present invention will be specifically described, but the production method of the present invention is not limited to the following embodiment.

本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、アルミナ等を含む原料組成物を、窒素及び/又は窒素化合物含有雰囲気中、炭素存在下で加熱することにより、窒化アルミニウムを合成し、その窒化アルミニウムを結晶成長させることによって窒化アルミニウム単結晶を得る窒化アルミニウム単結晶の製造方法であり、原料組成物中に、窒化アルミニウムの結晶成長を促進させる金属酸化物(具体的には、第3A族元素酸化物)及び/又は加熱により前記金属酸化物に変換される前記金属酸化物前駆体を含有せしめることを特徴とするものである。 In the method for producing an aluminum nitride single crystal of the present invention, an aluminum nitride is synthesized by heating a raw material composition containing alumina or the like in a nitrogen and / or nitrogen compound-containing atmosphere in the presence of carbon. An aluminum nitride single crystal manufacturing method for obtaining an aluminum nitride single crystal by crystal growth, and a metal oxide (specifically, a Group 3A element oxide for promoting crystal growth of aluminum nitride in a raw material composition ) ) And / or the metal oxide precursor converted into the metal oxide by heating.

このような製造方法は、機械的強度や放熱性を向上させるための分散材として、或いは電子・電機部品等の基板材等として、実用可能性のある大きさを備えた窒化アルミニウム単結晶を短時間で得ることができ、生産性が高いという、従来の方法と比較して有利な効果を奏するものである。なお、本明細書において、「窒化アルミニウム単結晶」というときは、窒化アルミニウムのバルク単結晶の他、ウィスカーも含むものとする。 Such a manufacturing method uses a short aluminum nitride single crystal having a practical size as a dispersing material for improving mechanical strength and heat dissipation or as a substrate material for electronic / electrical parts. Compared with the conventional method, it is advantageous in that it can be obtained in time and the productivity is high. In this specification, “aluminum nitride single crystal” includes whisker in addition to aluminum nitride bulk single crystal.

(1)原料組成物
本発明の製造方法では、アルミナを含む原料組成物を使用する。窒化アルミニウム合成の際のアルミニウム源としては、アルミナの他、金属アルミニウムや窒化アルミニウム粗結晶が用いられる場合もあるが、以下の点において好ましくない。即ち、金属アルミニウムは低温から溶融・揮発するものの、溶融物表面に窒化物被膜が形成され易いため、その揮発、ひいては合成反応が阻害されるという問題がある。また、大きい単結晶を得るためには高温で合成及び結晶成長を行うことが有利とされているが、低温から溶融・揮発する金属アルミニウムはこのような反応には不向きである。また、窒化アルミニウム粗結晶については、昇華温度が高く、その速度も遅いために、低温では十分な結晶成長速度を得難いという問題がある。高温で結晶成長させることも考えられるが、そのような高温に対応し得る特殊設備が必要となるために、汎用性に欠ける点が問題となる。また、原料費が高いことに起因して生産コストが高くなるという問題もある。
(1) Raw material composition In the manufacturing method of this invention, the raw material composition containing an alumina is used. As an aluminum source for the synthesis of aluminum nitride, in addition to alumina, metal aluminum or aluminum nitride crude crystals may be used, but this is not preferable in the following points. That is, although metal aluminum melts and volatilizes from a low temperature, there is a problem that a nitride film is easily formed on the surface of the melt, so that the volatilization and thus the synthesis reaction is hindered. In order to obtain a large single crystal, it is advantageous to perform synthesis and crystal growth at a high temperature. However, metallic aluminum that melts and volatilizes from a low temperature is not suitable for such a reaction. In addition, since the aluminum nitride crude crystal has a high sublimation temperature and a low speed, there is a problem that it is difficult to obtain a sufficient crystal growth speed at a low temperature. Although it is conceivable to grow the crystal at a high temperature, a special facility capable of handling such a high temperature is required, so that it lacks versatility. There is also a problem that the production cost is increased due to the high raw material cost.

これに対し、アルミナを原料とする場合、例えば、下記式(1)に示すような還元反応が進行して気体分子であるAl2Oが発生し、このAl2O(或いはその誘導体)が窒素と反応して窒化アルミニウムが生成するとされている。このAl2Oの揮発速度は上述の窒化アルミニウム粗結晶の昇華速度よりも速いため、結晶成長速度を速くする点で有利である。また、結晶成長温度もそれほど高くなく、汎用の設備を利用できるという利点がある。更には、窒化アルミニウム粗結晶と比較して原料費が安価であり、生産コストを低く抑えられる点も魅力である。
Al23+2C → Al2O+2CO …(1)
On the other hand, when alumina is used as a raw material, for example, a reduction reaction as shown in the following formula (1) proceeds to generate Al 2 O which is a gas molecule, and this Al 2 O (or a derivative thereof) is nitrogen. It is said that aluminum nitride is produced by reacting with. Since the volatilization rate of Al 2 O is higher than the sublimation rate of the above-mentioned aluminum nitride crude crystal, it is advantageous in that the crystal growth rate is increased. In addition, the crystal growth temperature is not so high, and there is an advantage that general-purpose equipment can be used. Furthermore, the raw material cost is lower than that of the aluminum nitride crude crystal, and the production cost can be kept low.
Al 2 O 3 + 2C → Al 2 O + 2CO (1)

また、本発明の製造方法は、原料組成物を高温で加熱する工程を含むので、原料組成物に含まれるアルミナの一部又は全部に代えて、加熱によりアルミナに変換されるアルミナ前駆体を用いてもよい。アルミナ前駆体としては、例えば、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、硫酸アルミニウム(Al2(SO43)、アルミニウムアルコキシド(Al(RO)3:但し、Rはアルキル基)等が挙げられるが、硫酸アルミニウムのように副生する酸性ガスの除去設備を必要とせず、金属アルコキシドのように原料費が高価ではない点において水酸化アルミニウムを好適に用いることができる。 Further, since the production method of the present invention includes a step of heating the raw material composition at a high temperature, an alumina precursor that is converted into alumina by heating is used instead of part or all of the alumina contained in the raw material composition. May be. Examples of the alumina precursor include aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), aluminum alkoxide (Al (RO) 3, where R is an alkyl group), and the like. However, it does not require a facility for removing by-product acidic gas like aluminum sulfate, and aluminum hydroxide can be suitably used in that the raw material cost is not expensive like metal alkoxide.

これらの原料の形態は特に限定されないが、混合が容易で反応も進行し易いという点において、粉末状のものを用いることが一般的である。 Although the form of these raw materials is not particularly limited, it is common to use a powdery form in that mixing is easy and the reaction proceeds easily.

本発明の製造方法においては、アルミナ及び/又はアルミナ前駆体の他、窒化アルミニウムの結晶成長を促進させる金属酸化物を含む原料組成物を使用することが必要である。このような金属酸化物を原料組成物中に含有せしめることにより、窒化アルミニウムの結晶成長が促進されるため、実用可能性のある大きさを備えた窒化アルミニウム単結晶を短時間で製造することが可能となる。 In the production method of the present invention, it is necessary to use a raw material composition containing a metal oxide that promotes crystal growth of aluminum nitride in addition to alumina and / or an alumina precursor. By including such a metal oxide in the raw material composition, crystal growth of aluminum nitride is promoted, so that an aluminum nitride single crystal having a practical size can be produced in a short time. It becomes possible.

上記金属酸化物としては、第3A族元素(即ち、希土類元素)酸化物を用いることができる。中でも、酸化イットリウム(Y)、酸化セリウム(Ce又はCeO)、酸化ネオジム(Nd)、酸化サマリウム(Sm)、酸化ユーロピウム(Eu)、酸化イッテルビウム(Yb)を用いることが特に好ましい As the metal oxide, a Group 3A element (that is, rare earth element) oxide can be used. Among them, yttrium oxide (Y 2 O 3 ), cerium oxide (Ce 2 O 3 or CeO 2 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), samarium oxide (Sm 2 O 3 ), europium oxide (Eu 2 O 3 ), It is particularly preferable to use ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) .

これらの金属酸化物は融点が比較的高く、高温条件下でも揮発し難いため、大きい単結晶を得るために有利とされている高温での窒化アルミニウム合成及び結晶成長に適している。これに加えて、第3A族元素酸化物は熱力学的な安定性がアルミナと同程度であることから、結晶成長中の組成の揺らぎが少なくなると考えられるとともに、酸素を捕捉して窒化アルミニウム単結晶中への酸素の固溶を抑制する作用があるため、高品質な単結晶を製造することができると考えられる。従って、上記金属酸化物としては、第3A族元素酸化物を用いることがより好ましいといえる。 Since these metal oxides have a relatively high melting point and hardly volatilize even under high temperature conditions, they are suitable for aluminum nitride synthesis and crystal growth at high temperatures, which are advantageous for obtaining large single crystals. In addition, since the Group 3A element oxide has the same thermodynamic stability as that of alumina, it is considered that the fluctuation of the composition during crystal growth is reduced, and oxygen is captured to capture the single aluminum nitride. It is considered that a high-quality single crystal can be produced because it has an action of suppressing solid solution of oxygen in the crystal. Therefore, it can be said that it is more preferable to use a Group 3A element oxide as the metal oxide.

なお、本発明の製造方法は、原料組成物を炭素存在下、高温で加熱する工程を含むので、原料組成物に含まれる上記金属酸化物の一部又は全部に代えて、炭素存在下での加熱により上記金属酸化物に変換される上記金属酸化物前駆体を用いてもよい。上記金属酸化物前駆体としては、例えば、第3A族元素の水酸化物、硫酸塩、アルコキシド等が挙げられるが、硫酸塩のように副生する酸性ガスの除去設備を必要とせず、アルコキシドのように原料費が高価ではない点において水酸化物を好適に用いることができる。 In addition, since the manufacturing method of this invention includes the process of heating a raw material composition at high temperature in carbon presence, it replaces with one part or all part of the said metal oxide contained in a raw material composition, and carbon presence exists. You may use the said metal oxide precursor converted into the said metal oxide by heating. Examples of the metal oxide precursor include Group 3A element hydroxides, sulfates, alkoxides, and the like. Thus, a hydroxide can be suitably used in that the raw material cost is not expensive.

上記金属酸化物の使用量は特に限定されないが、アルミナ(アルミナ前駆体の場合はアルミナ換算として)と上記金属酸化物とのモル比が99.5:0.5〜77:23の範囲内にあることが好ましく、99.5:0.5〜82:18の範囲内にあることが更に好ましく、91.7:8.3(11:1)であることが特に好ましい。上記範囲未満であると、上記金属酸化物の量が不足するために、結晶成長を促進させる効果が十分に発揮されなくなるおそれがある点において好ましくなく、上記範囲を超えると、高融点の希土類アルミネートが形成されることによって、結晶成長を促進させる効果が十分に発揮されなくなるおそれがある点において好ましくない。 Although the usage-amount of the said metal oxide is not specifically limited, The molar ratio of an alumina (as alumina conversion in the case of an alumina precursor) and the said metal oxide is in the range of 99.5: 0.5-77: 23. Preferably, it is in the range of 99.5: 0.5 to 82:18, more preferably 91.7: 8.3 (11: 1). If the amount is less than the above range, the amount of the metal oxide is insufficient, which is not preferable in that the effect of promoting crystal growth may not be sufficiently exerted. The formation of the nate is not preferable in that the effect of promoting crystal growth may not be sufficiently exhibited.

上記原料組成物は、各原料を所定量秤量し、従来公知の混合方法によって混合することにより得られる。混合方法としては、例えば、従来公知の混合機、又は粉砕機(例えば、ボールミルやメディア式粉砕機等)を用いて混合する方法が挙げられる。原料組成物が少量の場合には、袋や容器等に原料を投入し、振盪する方法(手混合)により混合を行ってもよい。 The raw material composition is obtained by weighing a predetermined amount of each raw material and mixing them by a conventionally known mixing method. Examples of the mixing method include a mixing method using a conventionally known mixer or a pulverizer (for example, a ball mill or a media pulverizer). When the amount of the raw material composition is small, the raw material composition may be mixed by a method (hand mixing) in which the raw material is put into a bag or a container and shaken.

(2)窒化アルミニウムの合成・結晶成長
本発明の製造方法においては、上記原料組成物を、窒素及び/又は窒素化合物含有雰囲気中、炭素存在下、1650〜2200℃の温度で加熱する。このような条件とすることにより、目的物である窒化アルミニウムが合成され、その窒化アルミニウムが結晶成長して窒化アルミニウム単結晶を得ることができる。
(2) Synthesis and Crystal Growth of Aluminum Nitride In the production method of the present invention, the raw material composition is heated at a temperature of 1650 to 2200 ° C. in the presence of carbon in an atmosphere containing nitrogen and / or nitrogen compounds. By satisfying such conditions, the target aluminum nitride is synthesized, and the aluminum nitride crystal grows to obtain an aluminum nitride single crystal.

本発明の製造方法においては、窒化アルミニウムを合成する際の窒素源を供給するとともに、生成した窒化アルミニウムの酸化を防止するべく反応雰囲気を非酸素雰囲気とするため、窒素及び/又は窒素化合物含有雰囲気中で反応及び結晶成長を行うことが必要である。「窒素化合物」としては、窒素源となり得る窒素化合物、例えば、アンモニア(NH3)等を用いることができる。但し、窒素含有雰囲気中で反応及び結晶成長を行う方法の方が、反応系から排出されるアンモニア等の窒素化合物の除去設備が不要である点において有利である。 In the manufacturing method of the present invention, a nitrogen and / or nitrogen compound-containing atmosphere is supplied in order to supply a nitrogen source when synthesizing aluminum nitride and to make the reaction atmosphere a non-oxygen atmosphere in order to prevent oxidation of the generated aluminum nitride. It is necessary to carry out reaction and crystal growth in it. As the “nitrogen compound”, a nitrogen compound that can serve as a nitrogen source, for example, ammonia (NH 3 ) or the like can be used. However, the method of performing the reaction and crystal growth in a nitrogen-containing atmosphere is advantageous in that a facility for removing nitrogen compounds such as ammonia discharged from the reaction system is unnecessary.

なお、本発明の製造方法においては、反応雰囲気が窒素及び/又は窒素化合物を含有する雰囲気となっていればよく、窒化アルミニウムの合成反応や結晶成長を阻害しない限りにおいて、他の気体を含有していてもよい。例えば、ヘリウム(He)やアルゴン(Ar)等の不活性ガスを反応雰囲気中に含有させてもよい。 In the production method of the present invention, it is sufficient that the reaction atmosphere is an atmosphere containing nitrogen and / or a nitrogen compound, and other gases are contained as long as the synthesis reaction and crystal growth of aluminum nitride are not inhibited. It may be. For example, an inert gas such as helium (He) or argon (Ar) may be included in the reaction atmosphere.

反応雰囲気の圧力は特に限定されないが、1kPa〜1MPaの範囲内にあることが好ましく、50〜200kPaの範囲内にあることが特に好ましい。上記範囲未満であると、上記金属酸化物の還元が進行し易くなるために、結晶成長を促進させる効果が十分に発揮されなくなるおそれがある点において好ましくなく、上記範囲を超えると、アルミナや上記金属酸化物等の原料が窒化され易くなるために、結晶成長を促進させる効果が十分に発揮されなくなるおそれがある点において好ましくない。 The pressure of the reaction atmosphere is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 kPa to 1 MPa, and particularly preferably in the range of 50 to 200 kPa. If it is less than the above range, the reduction of the metal oxide is likely to proceed, so that it is not preferable in that the effect of promoting crystal growth may not be sufficiently exhibited. Since raw materials such as metal oxides are easily nitrided, it is not preferable in that the effect of promoting crystal growth may not be sufficiently exhibited.

また、反応雰囲気の酸素濃度についても特に限定されないが、一般には、1mol%以下の範囲内に制御することが好ましいとされている。上記範囲を超えると、得られる結晶に酸素が固溶することに起因して、窒化アルミニウム結晶の品質が低下するおそれがある点において好ましくない。 Further, the oxygen concentration in the reaction atmosphere is not particularly limited, but generally it is preferable to control the oxygen concentration within a range of 1 mol% or less. Exceeding the above range is not preferable in that the quality of the aluminum nitride crystal may deteriorate due to the solid solution of oxygen in the resulting crystal.

本発明の製造方法において、「炭素存在下」で反応及び結晶成長を行うこととしたのは、窒化アルミニウムのアルミニウム源としてアルミナ等を用いているため、アルミナ還元剤としての炭素を反応系内に存在させることが必要だからである。 In the production method of the present invention, the reason why the reaction and crystal growth were performed “in the presence of carbon” was because alumina or the like was used as the aluminum source of aluminum nitride, so carbon as an alumina reducing agent was contained in the reaction system. Because it is necessary to exist.

「炭素存在下」とする方法としては、反応容器や加熱装置を炭素製とする方法等が挙げられる。具体的には、反応容器として黒鉛坩堝を使用する方法や加熱装置として黒鉛ヒータを使用する方法等を好適に用いることができる。また、原料組成物とともに炭素を含有せしめる方法を採用してもよい。 Examples of the method of “in the presence of carbon” include a method in which a reaction vessel and a heating device are made of carbon. Specifically, a method using a graphite crucible as a reaction vessel, a method using a graphite heater as a heating device, and the like can be suitably used. Moreover, you may employ | adopt the method of containing carbon with a raw material composition.

本発明の製造方法における温度条件としては、1650〜2200℃の範囲内とすることが必要であり、1925℃±200℃の範囲内とすることが好ましい。上記範囲未満であると、上記金属酸化物とアルミナとの反応により形成される液相の量が不足するために、結晶成長を促進させる効果が十分に発揮されなくなるおそれがある点において好ましくなく、上記範囲を超えると、上記金属酸化物が還元されてしまうために、結晶成長を促進させる効果が十分に発揮されなくなるおそれがある点において好ましくない。 As temperature conditions in the manufacturing method of this invention, it is necessary to set it as the range of 1650-2200 degreeC, and it is preferable to set it as the range of 1925 degreeC +/- 200 degreeC. If it is less than the above range, the amount of the liquid phase formed by the reaction between the metal oxide and alumina is insufficient, which is not preferable in that the effect of promoting crystal growth may not be sufficiently exhibited. When the above range is exceeded, the metal oxide is reduced, which is not preferable in that the effect of promoting crystal growth may not be sufficiently exhibited.

なお、本発明の製造方法における最適な温度条件は、金属酸化物の種類、その他の製造条件により、1650〜2200℃の範囲内で変動する。その製造条件において、アルミナと金属酸化物とが液相を形成する温度以上、金属酸化物が還元される温度以下とすることが好ましい。 The optimum temperature condition in the production method of the present invention varies within the range of 1650 to 2200 ° C. depending on the type of metal oxide and other production conditions. In the production conditions, it is preferable that the temperature be not less than the temperature at which alumina and the metal oxide form a liquid phase and not more than the temperature at which the metal oxide is reduced.

また、本発明の製造方法においては、上記反応の際に、反応雰囲気中に単結晶からなる板状体を存在させることが好ましい。これにより、その板状体の表面に窒化アルミニウムを結晶成長させることができる。この結晶成長は、板状体を構成する単結晶と方位を同じくするエピタキシャル成長であり、基板材等として使用し得る十分な大きさを備え、かつ、結晶欠陥の少ない高品質の窒化アルミニウム単結晶を製造することに資する。板状体を構成する単結晶としては、窒化アルミニウムは勿論のこと、サファイア、炭化珪素(SiC)等を好適に用いることができる。 Moreover, in the manufacturing method of this invention, it is preferable to make the plate-shaped body which consists of a single crystal exist in reaction atmosphere in the case of the said reaction. Thereby, the crystal of aluminum nitride can be grown on the surface of the plate-like body. This crystal growth is an epitaxial growth having the same orientation as that of the single crystal constituting the plate-like body, and is a high-quality aluminum nitride single crystal having a sufficient size that can be used as a substrate material or the like and having few crystal defects. Contributes to manufacturing. As a single crystal constituting the plate-like body, sapphire, silicon carbide (SiC) or the like can be suitably used as well as aluminum nitride.

なお、本発明の製造方法と同様に、アルミナやアルミナ前駆体を含む原料粉末を、窒素雰囲気中、炭素存在下で加熱することにより、窒化アルミニウムを合成する方法自体は従来にもいくつかの報告例がある(例えば、特開平1−308898号公報、特開平2−64100号公報、特開平9−118598号公報等を参照)。 As with the production method of the present invention, a method for synthesizing aluminum nitride by heating raw material powder containing alumina or an alumina precursor in a nitrogen atmosphere in the presence of carbon has been reported in the past. There are examples (see, for example, JP-A-1-308898, JP-A-2-64100, JP-A-9-118598, etc.).

しかしながら、特開平1−308898号公報、及び特開平2−64100号公報に報告された方法においては、それぞれ直径が1.0μmのウィスカー、直径が3μm以下のウィスカーしか得られておらず、本発明の製造方法とは明らかに効果が異なるものである。 However, in the methods reported in JP-A-1-308898 and JP-A-2-64100, whisker having a diameter of 1.0 μm and whisker having a diameter of 3 μm or less are obtained. This method is obviously different from the manufacturing method.

また、特開平9−118598号公報に報告された方法においては、直径が約10mmといった比較的大きいウィスカーが得られているが、この方法では「ソルベント元素含有成長促進剤」なるものを使用し、この「ソルベント元素」として、珪素(Si)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)等の元素が、「ソルベント元素含有成長促進剤」の具体例として、カルボニル鉄が挙げられている。即ち、第3A族元素酸化物を結晶成長の促進物質として用いる、本発明の製造方法とはその構成を異にするものであって、本発明固有の効果を得られるものではない。そればかりか、上記ソルベント元素の一つである珪素を反応系内に存在させたような場合には、珪素が窒化アルミニウム結晶中に固溶してしまい、却って熱伝導率等の特性を低下させるおそれがある。 Further, in the method reported in JP-A-9-118598, a relatively large whisker having a diameter of about 10 mm is obtained, but in this method, a “solvent element-containing growth promoter” is used, Examples of the “solvent element” include silicon (Si), molybdenum (Mo), iron (Fe), nickel (Ni) and the like, and specific examples of the “solvent element-containing growth accelerator” include carbonyl iron. Yes. That is, the structure is different from the production method of the present invention in which the Group 3A element oxide is used as a crystal growth promoting substance, and an effect unique to the present invention cannot be obtained. In addition, when silicon, which is one of the solvent elements, is present in the reaction system, the silicon is dissolved in the aluminum nitride crystal, and the characteristics such as thermal conductivity are reduced. There is a fear.

以下、本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造方法につき実施例を用いて具体的に説明するが、本発明の製造方法はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例の製造方法については、得られた窒化アルミニウム単結晶のサイズ(長さ、直径)について評価を行った。単結晶のサイズ(長さ、直径)については、以下の方法により評価した。 Hereinafter, although the manufacturing method of the aluminum nitride single crystal of this invention is demonstrated concretely using an Example, the manufacturing method of this invention is not limited at all by these Examples. In addition, about the manufacturing method of an Example and a comparative example, it evaluated about the size (length, diameter) of the obtained aluminum nitride single crystal. The size (length, diameter) of the single crystal was evaluated by the following method.

[単結晶のサイズ(長さ)]
単結晶のサイズ(長さ)の評価は、反応終了後の反応容器内部を目視観察することにより行った。評価基準としては、目視確認できる最大の結晶が10mmを超える長さを有する場合には「◎」、目視確認できる最大の結晶が1mm以上10mm以下の長さを有する場合には「○」、1mm以上の長さを有する結晶が目視確認できなかった場合には「×」として表記した。
[Single crystal size (length)]
The size (length) of the single crystal was evaluated by visually observing the inside of the reaction vessel after completion of the reaction. The evaluation criteria are “目視” when the largest crystal that can be visually confirmed has a length exceeding 10 mm, “◯” when the largest crystal that can be visually confirmed has a length of 1 mm to 10 mm, “◯”, 1 mm. When a crystal having the above length could not be visually confirmed, it was indicated as “x”.

[単結晶のサイズ(直径)]
単結晶のサイズ(直径)の評価は、反応終了後の反応容器内部を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)で観察することにより行った。評価基準としては、走査型電子顕微鏡で確認できる最大の結晶が0.2mmを超える直径を有する場合には「◎」、走査型電子顕微鏡で確認できる最大の結晶が0.01mm以上0.2mm以下の直径を有する場合には「○」、0.01mm以上の直径を有する結晶が走査型電子顕微鏡で確認できなかった場合には「×」として表記した。
[Single crystal size (diameter)]
The size (diameter) of the single crystal was evaluated by observing the inside of the reaction vessel after completion of the reaction with a scanning electron microscope (SEM). As an evaluation standard, when the largest crystal that can be confirmed with a scanning electron microscope has a diameter exceeding 0.2 mm, “「 ”, the largest crystal that can be confirmed with a scanning electron microscope is 0.01 mm or more and 0.2 mm or less. When a crystal having a diameter of 0.01 mm or more could not be confirmed with a scanning electron microscope, it was expressed as “X”.

(実施例1〜12、比較例1〜
表1に記載のアルミニウム源、及び金属酸化物を表1に記載の比率で混合して原料組成物を調製した。この際、比較例4、及び比較例5については、アルミニウム源、及び金属酸化物に加えて、炭素源となる炭素粉末を同時に添加し、混合した。混合は、ポリエチレン製の袋の内部にアルミニウム源、及び金属酸化物(比較例4、及び比較例5にあっては、これに加えて炭素源)を投入し、振盪する方法により行った。
(Example 1-12 and Comparative Example 1 to 9)
A raw material composition was prepared by mixing the aluminum source described in Table 1 and the metal oxide in the ratio described in Table 1. At this time, in Comparative Example 4 and Comparative Example 5, in addition to the aluminum source and the metal oxide, carbon powder serving as a carbon source was simultaneously added and mixed. The mixing was performed by a method in which an aluminum source and a metal oxide (in addition to the carbon source in Comparative Examples 4 and 5 were added in addition to this) were placed in a polyethylene bag and shaken.

Figure 0004350484
Figure 0004350484

上記のように調製した原料組成物(又は原料組成物と炭素源との混合物)については、図1に示すような炭素ヒータ22と真空チャンバ30を備えた加熱炉20により、窒化アルミニウムの合成・結晶成長を行った。まず、原料組成物10を上部開口部を有する第1の坩堝12(炭素製:内径40mmφ×高さ50mm)に充填し、この第1の坩堝12を、同様に上部開口部を有し、第1の坩堝より大なる第2の坩堝14(炭素製:内径90mmφ×高さ70mm)に装填し、蓋体16(炭素製:外径100mmφ×厚さ5mm)により第2の坩堝14の上部開口部を閉塞した後、加熱炉20の真空チャンバ30内部のステージ24上に配置した。 For the raw material composition (or the mixture of the raw material composition and the carbon source) prepared as described above, synthesis of aluminum nitride is performed in a heating furnace 20 having a carbon heater 22 and a vacuum chamber 30 as shown in FIG. Crystal growth was performed. First, the raw material composition 10 is filled in a first crucible 12 (made of carbon: inner diameter 40 mmφ × height 50 mm) having an upper opening, and the first crucible 12 is similarly provided with an upper opening, A second crucible 14 (made of carbon: inner diameter 90 mmφ × height 70 mm) larger than one crucible is loaded, and an upper opening of the second crucible 14 is formed by a lid 16 (carbon: outer diameter 100 mmφ × thickness 5 mm). After closing the part, it was placed on the stage 24 inside the vacuum chamber 30 of the heating furnace 20.

ガス排出口28から真空ポンプにより排気を行うことにより、真空チャンバ30の内部を内圧が5×10-4Paとなるまで減圧した後、ガス導入口26から窒素ガスを導入し、表1に記載の窒素圧力となるように調整した。その後、20℃/分の昇温速度で表1に記載の温度まで昇温し、その温度で2時間保持した後、炉冷することにより、窒化アルミニウムの合成・結晶成長を試みた。その結果を表1に示す。 The inside of the vacuum chamber 30 is depressurized to an internal pressure of 5 × 10 −4 Pa by evacuating from the gas discharge port 28 by a vacuum pump, and then nitrogen gas is introduced from the gas introduction port 26. It adjusted so that it might become the nitrogen pressure of. Then, it heated up to the temperature of Table 1 with the temperature increase rate of 20 degreeC / min, and it hold | maintained at the temperature for 2 hours, Then, the furnace cooling was tried, and the synthesis | combination and crystal growth of aluminum nitride were tried. The results are shown in Table 1.

[評価]
表1に示すように、実施例1〜12及び比較例9の製造方法によれば条件の如何に拘らず、2時間という短時間で、長さ1mm以上、直径0.01mm以上の実用可能な大きさを備えた結晶を得ることができた。これらの結晶は、エネルギー分散X線分析(EDX:Energy Dispersive X−ray analysis)により、結晶の最先端にごく微量の第3A族元素(又は第2A族元素)、及び酸素が検出された他は、その構成元素がアルミニウムと窒素のみであることが確認された。また、X線回折法(XRD:X−ray Diffraction)により、窒化アルミニウム結晶であることが確認された。更に、走査型電子顕微鏡による観察を行ったところ、結晶形状が六角形を呈していることから、(0001)方向に成長した単結晶であると推測された。
[Evaluation]
As shown in Table 1, according to the production methods of Examples 1 to 12 and Comparative Example 9 , it is practically possible to have a length of 1 mm or more and a diameter of 0.01 mm or more in a short time of 2 hours regardless of the conditions. A crystal with a size could be obtained. These crystals were analyzed by energy dispersive X-ray analysis (EDX), except that a very small amount of Group 3A element (or Group 2A element) and oxygen were detected at the forefront of the crystal. It was confirmed that the constituent elements were only aluminum and nitrogen. Moreover, it was confirmed by an X-ray diffraction method (XRD: X-ray Diffraction) that it is an aluminum nitride crystal. Further, observation with a scanning electron microscope revealed that the single crystal grew in the (0001) direction because the crystal shape was hexagonal.

実施例1〜12及び比較例9の製造方法の中では、実施例1〜3,6〜12の製造方法が、長さ20mm以上、直径0.1mm以上の結晶(ウィスカー)を得ることができ、極めて良好な結果を示した。また、窒素圧力が比較的低い実施例4、窒素圧力が比較的高い実施例5についても良好な結果を示したが、極めて良好な結果を示した実施例1〜3,6〜12の製造方法と比較すると、結晶の長さがやや劣る結果となった。更に、金属酸化物として第2A族元素酸化物である酸化カルシウムを用いた比較例9についても良好な結果を示したが、極めて良好な結果を示した実施例1〜3,6〜12の製造方法と比較すると、結晶の直径がやや劣る結果となった。なお、実施例4の製造方法ではウィスカーのみならず、直径数mmφ、厚さ数mm程度の大きさを有するバルク単結晶が得られた。今後、製造条件を詳細に検討することにより、更に大きいバルク単結晶を得ることも期待できる。 Among the production methods of Examples 1 to 12 and Comparative Example 9, the production methods of Examples 1 to 3 and 6 to 12 can obtain crystals (whiskers) having a length of 20 mm or more and a diameter of 0.1 mm or more. Showed very good results. Moreover, although the favorable result was shown also about Example 4 with comparatively low nitrogen pressure, and Example 5 with comparatively high nitrogen pressure, the manufacturing method of Examples 1-3, 6-12 which showed the very favorable result As a result, the crystal length was slightly inferior. Furthermore, although the favorable result was shown also about the comparative example 9 using the calcium oxide which is a 2A group element oxide as a metal oxide, manufacture of Examples 1-3 and 6-12 which showed the very favorable result Compared to the method, the crystal diameter was slightly inferior. In the production method of Example 4, not only whiskers but also a bulk single crystal having a diameter of several mmφ and a thickness of several mm was obtained. In the future, it is expected that larger bulk single crystals can be obtained by examining manufacturing conditions in detail.

一方、原料組成物に金属酸化物を含有せしめなかった比較例1の製造方法では、1mm以上の長さを有する結晶、0.01mm以上の直径を有する結晶は全く確認できなかった。同様の条件において、反応温度を高温とした場合(比較例2,3)、原料組成物とともに炭素源となる炭素粉末を混合せしめた場合(比較例4,5)でも窒化アルミニウム結晶の生成及び成長は認められなかった。 On the other hand, in the production method of Comparative Example 1 in which the metal oxide was not contained in the raw material composition, crystals having a length of 1 mm or more and crystals having a diameter of 0.01 mm or more could not be confirmed at all. Under similar conditions, when the reaction temperature is high (Comparative Examples 2 and 3), and when carbon powder as a carbon source is mixed with the raw material composition (Comparative Examples 4 and 5), the formation and growth of aluminum nitride crystals Was not recognized.

一方、アルミニウム源として窒化アルミニウムを用いた比較例6の製造方法では、1mm以上の長さを有する結晶、0.01mm以上の直径を有する結晶は全く確認できなかった。同様の条件において、反応温度を高温とした場合(比較例7)、金属酸化物として酸化ユーロピウムを混合せしめた場合(比較例8)でも窒化アルミニウム結晶の生成及び成長は認められなかった。 On the other hand, in the production method of Comparative Example 6 using aluminum nitride as the aluminum source, crystals having a length of 1 mm or more and crystals having a diameter of 0.01 mm or more could not be confirmed at all. Under the same conditions, formation and growth of aluminum nitride crystals were not observed even when the reaction temperature was high (Comparative Example 7) and when europium oxide was mixed as the metal oxide (Comparative Example 8).

本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、金属やプラスチックの機械的強度や放熱性を向上させるための分散材(フィラー)、半導体レーザー素子や発光ダイオードをはじめとする電子・電機部品等の基板材、放熱材、又は構造材として有望な窒化アルミニウム単結晶(バルク単結晶ないしはウィスカー)の製造に好適に用いることができる。 The method for producing an aluminum nitride single crystal of the present invention is based on a dispersion material (filler) for improving the mechanical strength and heat dissipation of metals and plastics, and on the basis of electronic / electrical parts such as semiconductor laser elements and light-emitting diodes. It can be suitably used for the production of aluminum nitride single crystals (bulk single crystals or whiskers) that are promising as plate materials, heat dissipation materials, or structural materials.

本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造方法に使用し得る加熱炉の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the heating furnace which can be used for the manufacturing method of the aluminum nitride single crystal of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…原料組成物、12…第1の坩堝、14…第2の坩堝、16…蓋体、20…加熱炉、22…炭素ヒータ、24…ステージ、26…ガス導入口、28…ガス排出口、30…真空チャンバ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Raw material composition, 12 ... 1st crucible, 14 ... 2nd crucible, 16 ... Lid body, 20 ... Heating furnace, 22 ... Carbon heater, 24 ... Stage, 26 ... Gas inlet, 28 ... Gas outlet 30 ... Vacuum chamber.

Claims (2)

アルミナ(Al)及び/又は加熱によりアルミナに変換されるアルミナ前駆体を含む原料組成物を、窒素及び/又は窒素化合物含有雰囲気中、炭素存在下で加熱することにより、窒化アルミニウム(AlN)を合成し、前記窒化アルミニウムを結晶成長させることによって窒化アルミニウム単結晶を得る窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、
前記原料組成物として、前記アルミナ及び/又は前記アルミナ前駆体の他、第3A族元素酸化物及び/又は炭素存在下での加熱により第3A族元素酸化物に変換される第3A族元素酸化物前駆体を含むものを用い、
その原料組成物を、窒素及び/又は窒素化合物含有雰囲気中、炭素存在下、1650〜2200℃の温度で加熱することにより、前記アルミナ及び/又は前記アルミナ前駆体を還元するとともに窒素と反応させて、窒化アルミニウムを合成し、前記窒化アルミニウムを結晶成長させることによって窒化アルミニウム単結晶を得る窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
By heating a raw material composition containing alumina (Al 2 O 3 ) and / or an alumina precursor converted to alumina by heating in a nitrogen and / or nitrogen compound-containing atmosphere in the presence of carbon, aluminum nitride (AlN And producing a single crystal of aluminum nitride by crystal growth of the aluminum nitride,
As the raw material composition, in addition to the alumina and / or the alumina precursor, a group 3A element oxide which is converted into a group 3A element oxide by heating in the presence of a group 3A element oxide and / or carbon . Use the one containing the precursor,
By heating the raw material composition in a nitrogen and / or nitrogen compound-containing atmosphere at a temperature of 1650 to 2200 ° C. in the presence of carbon, the alumina and / or the alumina precursor is reduced and reacted with nitrogen. A method for producing an aluminum nitride single crystal, in which aluminum nitride is synthesized and an aluminum nitride single crystal is obtained by crystal growth of the aluminum nitride.
前記反応の際に、反応雰囲気中に単結晶からなる板状体を存在させることにより、前記板状体の表面に、前記窒化アルミニウムを結晶成長させる請求項に記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。 Wherein during the reaction, by the presence of plate-shaped body made of single crystal in a reaction atmosphere, the surface of the plate-like body, the production of the aluminum nitride single crystal according to claim 1 for crystal growth of the aluminum nitride Method.
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