JPS62153106A - 立方晶窒化硼素結晶の合成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、高品質で大型の立方晶窒化硼素（以下、Ｃ
ＢＮと略す）結晶の合成方法に関し、特に複数のチ１Ｆ
ンバを有する合成室を用いることにより、１度に多数の
ＣＢＮ結晶を合成することを可能どする方法に関する。

［従来の技術］ ＣＢＮ結晶の合成方法としては、大別して以下の２種の
方法が知られている。第１の方法は、六方晶型窒化硼素
（以下、ｈＢＮと略す）を原料とし、これとアルカリ金
属らしくはアルカリ土類金属、またはこれらの窒化物も
しくは硼窒化物などからなる溶媒を混合し、あるいは接
触させ、これをＣＢＮの安定な超高圧・高温下で溶媒の
作用下にＪ３いてｈＢＮをｃＢＮに変換させるものであ
る。

この場合、原料ｈＢＮ中に溶媒が浸透し、このＳ膜状の
溶媒を介してＢＮの拡散が生じ、その結果ｃＢＮが生成
する。このＣＢＮの生成は、ｈａＮとｃＢＮの一定温度
下における溶媒に対する溶解度差が駆動力となる。この
ような方法では、ＣＢＮの核生成は自然に生じ、また除
核は一定の大きさまでは急速に成長する。この方法によ
り細かな粉末状のＣＢＮが大型に合成されている。しか
しながら、より大形でかつ高品質の結晶は、この方法で
は合成することができない。

ｃＢＮ結晶を合成する第２の方法は、たとえば待開昭５
７−１５６３９９号に記載されており、この方法によれ
ば大型で高品質のＣＢＮ結晶を合成することができる。

ここでは、第２図に示す１つのチＶンバを有する合成室
構成を用いる。第２図において、モリブデン板５で囲繞
された合成室の下端に近い位置に種結晶１が配置される
。合成室の軸方向中心部側には、ＢＮ供給源２が、該Ｂ
Ｎ供給源２の下方には溶ｔｓ３が配置されている。

モリブデン板５の周囲は圧力媒体で満されている。

この圧力媒体の周囲には円筒状発熱体４が配置されてお
り、該発熱体４により合成室内が加熱されるように構成
されている。

第２図の合成室では、軸方向中心部が最も高温となり、
合成室の上端および下端部の温度は相対的に低くなる。

ｃＢＮの安定な超高圧・高温下でＢＮ供給源２から溶媒
３に溶は込んだＢＮは、相対的に低温である種結晶１上
にＣＢＮとして析出する。この方法は、温度差によるＢ
Ｎの溶媒金属に対する溶解度差を利用したものであり、
温度差法と称されている。温度差法の利点は、種結晶の
みからＯＢＮを成長させることが可能であり、温度差を
所定の値に保つことにより成長速度を制即し得る点にあ
る。

上記のような温度差法によれば、実験室的に０゜５カラ
ツトサイズの大型のＣＢＮ結晶を合成することができる
。

ところで、上記温度差法において、合成室の設けられて
いる空間を有効に利用するために、第３図に示ずように
上方にもＢＮ供給源２、溶媒３および汗結晶１をその内
部に配置してなる合成チャンバを設【ノることが考えら
れる。このような合成室構成では、発熱体４の中心軸の
方向において中央部が高温となり、第３図の上端および
下端に向かって発熱体４で囲まれた空間の湿度が低下す
る、上下対称の温度分布（第３図の右側に略図的に示す
）を有することになる。

しかしながら、実際にこの合成室で実験を行なうと、下
部の合成チャンバでは良好な大型のｃ３Ｎ結晶が合成可
能であるが、上部の合成チャンバでは温度分布と構成材
料を同一としても良質な結晶は成長しない。この理由は
、次のように考えられる。すなわち、溶媒が溶解し、ｈ
ＢＮが溶は込むと溶媒の比重は軽くなる。また、高温で
あるほどこの比重は軽い。下部では溶媒へのｈＢＮの溶
解は溶媒の上端部で生じ、また温度も上端部が高温とな
るが、上部の合成チャンバではこれらが逆になる。した
がって、上部の合成チャンバでは溶媒の下端部が最も低
比重となり、重力の作用により対流が生じ、ＢＮが過度
に種結晶の位置する上端部へ供給されるため、良好な結
晶が成長し得るように成長速度を制御することができな
（なる。

上記のような理由から従来の温度差法による合成法では
合成室の下段ヂせンバでのみＣＢＮの合成が可能である
にすぎなかった。よって、この発明の目的は、上述した
従来の温度差法におけるＣＢ　Ｎ　ａ成法において、合
成室の設けられている空間を有効に利用し、それによっ
て高品質でかつ大型のｃ８Ｎ結晶を効率良く合成し１５
る方法を促供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、下記の２点に着目してなされたものである
。

くイ）　各チャンバの温度に応じて、ＢＮとの共晶ｆＸ
温度の異なる複数の溶媒と、このそれぞれに組合わされ
た［３Ｎ供給源、種結晶を使用する。

これにより、成る温度分布を持つ合成室を適当に区切っ
て形成された複数のチャンバ内でＣＯＮを合成すること
ができる。

（ロ）　合成室全体に一方端を高温に、他方端を低温と
なるように一定方向の温度勾配を設け、（イ）と組合わ
せることにより、多段に分割された合成室の各チャンバ
のそれぞれにおいて一方端が高温、他方端が低温となる
温度勾配を付与し、合成室全体を有効に利用することを
可能とする。

すなわち、この発明は、立方晶窒化硼素が安定な超高圧
・高温下において、窒化硼素供給源と、該窒化硼素供給
源を溶解する溶媒と、種結晶とを用いて立方晶窒化硼素
結晶を合成する方法であって、溶媒と反応しない１以上
の分離層により仕切られて形成された２以上のチャンバ
を有し、かつ２以上のチャンバが温度勾配に沿って順に
配置されるように一定の方向の温度勾配が与えられるよ
うに構成されている合成室を用いて行なわれる。

２以上のチャンバ内には、上述した温度勾配に応じて窒
化硼素供給源との共晶点温度の異なる溶媒がそれぞれ配
置され、高温処理時に各溶媒の高温側となる部分に接す
るようにＢＮ供給源を配置し、他方、高温処理時に各溶
媒の低温側となる位置に少なくとも１個の種結晶を配置
するステップと、超高圧・高温処理を行ない、合成室に
上記温度勾配を与えてチャンバ内の溶媒内で少なくとも
１個の立方晶窒化硼素結晶を成長させるステップをさら
に備える。

第１図を参照して、この発明の合成方法をより詳細に説
明する。

第１図は、この発明において用いられる合成室の一例を
示す断面図である。ここでは、円筒状ヒータ１４内に、
モリブデン材１５で囲１れた合成室が配置されており、
該合成室は２個のブーヤンバ１０ａおよび１０ｂから構
成されている。各チャンバ１０ａ、１０ｂ内には、それ
ぞれ、ＢＮ供給源１２ａ、１２ｂ、溶媒１３ａ、１３ｂ
および種結晶第１ａ、第１ｂが配置されており、これら
は各段において同一の方向に哲ぺられている。ところで
、←Ｆ結晶第１８．第１ｂはシード・ベッド１６ａ、１
６ｂに埋め込まれて配置されており、このうちシード・
ベッド１６ａが、両チャンバ１０ａ、１０ｂを分離する
闘能をも果たし、したがってこの発明における「分離層
」として芸能するように構成されている。

上記合成室を発熱体１４を利用して加熱すると、温度勾
配は第１図の右側に示すとおりとなる。今、第１図の合
成室において合成を行なう場合、各チャンバ１０ａ、ｌ
Ｑｂの内部の溶媒１３ａ、１３ｂの上端部と下端部の種
結晶との間には温度差ΔＴ５．ΔＴ２が生じる。しかし
ながら、当然のことながら各段の温ｉ範囲は異なってく
る。

第４図はｃ　ＢＮ−ｈ　ＢＮの平衡線に−に’および用
いる溶媒のｈＢＮとの共晶点温度の変化を示す。ｃＢＮ
結晶が合成可能な領域は、たとえば共晶点温度の圧力依
存性がＡ　−Ａ　”で示される溶媒を用いる場合には、
ＡＡ’　Ｋで区切られた圧力および温度領域となる。し
たがって、イ、口、ハおよび二を第１図の各段の溶媒の
上端、下端の温度とすると△△′の共晶点温度を有する
溶媒１３ａを上部に、それよりも低い共晶点温度ＢＢ’
　を有する溶媒１３ｂを下部に配置すれば、上下段の双
方のチャンバ内でＣＢＮ結晶の合成が可能となる。

当然のことであるが、下端にもＡＡ’　の共晶点温度を
有する溶媒を使用してもＣＢＮの合成は不可能である。

第５図は、第１図の合成室をさらに発展させた態の合成
室を示す。ここでも合成室全体に一定方向の温度勾配が
付与されており、図のように有効な合成室の上部から下
部に温度が低下するように構成されている。このような
温度勾配を持だ仕るために、円筒状ヒータ２４の上部に
円板状のヒータ２８、さらにそれに接して断面積の小さ
なヒータ２９が設けられている。このようなヒータ構成
により合成室の上部が下部に比べてより強く加熱されて
、図示のような温度勾配が与えられる。

合成室は、４段のチャンバ２０ａ・・・２０ｄに分割さ
れており、各段のチャンバ２０ａ・・・２Ｏｄ内には、
上から８Ｎ供給源２２ａ・・・２２ｄ、溶媒２３ａ・・
・２３ｄおよび種結晶２１ａ・・・２１ｄが順に配置さ
れている。分ｍ層としてのシード・ベッド２６ａ・・・
２６Ｃの厚みや溶媒２３ａ・・・２３ｄの厚みを適当に
設定することにより、第４図のように共晶点温度がＡＡ
′、ＢＢ′、ＣＣ′、ＤＤ′で丞されるように異なる４
種類の溶媒を用いて、１度に４段のチャンバ２０ａ・・
・２０ｄにおいて湿度差法を用いてｃＢＮの合成が可能
となる。この方法によると合成室全体が有効に利用され
、大型のｃＢＮを１回に多数合成することができる。特
に、合成装置を大型化し合成室を拡大すると、従来法で
は１段のチャンバのみが利用できるにすぎず、無駄な空
間の割合が増加し経済的ではなかったが、この発明によ
る方法を採用すると大型化した合成室全体を有効に利用
することが・可能となり、合成コストを著しく低減させ
ることができる。

第１図および第５図に示した合成室では、複数の分割チ
ャンバは上下方向に並べられていたが、復改のチャンバ
を１下方向に配列させる必要は必ずしもない。たとえば
放射状に複数のチャンバを配置し、該放射方向に温度勾
配を与えるように構成してもよい。

この発明において用いる溶媒としては、従来からｃＢＮ
の合成に使用されているものを用いることができるが、
純度の高い良質の結晶を１ｑるためには、Ｌｉ　３ＢＮ
２、Ｍｇ３Ｂ２Ｎ４、Ｃａ３Ｂ。

Ｎ４′９のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の（２
）窒化物を用いることが好ましい。これらの溶媒はそれ
ぞれｈＢＮとの共晶点温度が異なる。これらのうちから
合成室の温度勾配に合わせて適当な溶媒を選択すればよ
い。

また、これらのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の
硼窒化物に適当な添加物を加えるか、あるいはこれらの
硼窒化物の２種以上を適当な割合で混合することにより
、共融化合物等の生成によりｈＢＮどの共晶点温度を変
化させることができる。よって、このことを利用して所
望の共晶点温度を４７１ｊる溶媒を調合し、利用するこ
とも可能である。

さらに好ましくは、溶媒として、アルカリ金属もしくは
アルカリ土類金属の硼酸塩の１種以上と、ＬｌａＮもし
くはＬｉ３ＢＮ２の１種以上と、５ｒａＮ２、Ｂａ３１
’ｌｚ、５ｒ３ＢｚＮａもしくはＢａｈ　’ｉ３ｚ　Ｎ
４０１種以上との混合物を用いることにより、高品質の
ＣＢＮ結晶の得られることが、本願発明者達の実験によ
り確められている。最も好ましくは、上記したＬ１３Ｎ
もしくはＬ＝ＢＮ２の少なくとも一方を合計で１〜１０
重半％、Ｓｒ　ａ　Ｎ２　、Ｂａ　ａ　Ｎ２　、Ｓｒ　
ａ　Ｂ２　Ｎ４およびＢａ　ｓ　Ｂ２　Ｎ４からなる群
から選択した１種以上を合計で５〜３０重世％含み、残
部がアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の硼酸塩の
１種以上からなる溶媒を用いることにより、大型かつ高
品質のＣＢＮ結晶を得ることができる。

さらに、種結晶の溶媒への溶解を防止するために、上記
溶媒に、溶媒の種類にもよるが、たとえばアルカリ金属
あるいはアルカリ土類金属の硼窒化物のみを使用する場
合には、０．５〜１モル％のｈＢＮを添加して用いれば
効果的である。

上述したアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の硼窒
化物の代わりに、ＬＩ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカ
リ金属あるいはアルカリ土類金属、またはＬｔ　ａＮｚ
、Ｍ（ｌｅｌ’ｌｚ、Ｃａ５Ｎｚ、５ｒａＮｚなどのア
ルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の窒化物を溶媒と
して用いることも可能であるが、生成するｃＢＮの結晶
性や純度は、上述した硼窒化物や硼酸塩を用いた場合に
比べてやや劣る傾向にある。

また、上記のアルカリ金属系やアルカリ土類金属系の溶
媒以外に、Ｎ１−ＡｒＪ、合金、ＧＯ−Ａ１合金、Ｍｎ
−Ａｍ合金、Ｆｅ−Ａｍ合金、　Ｓｉ　−△込合金等の
アルミニウム合金系も有効である。

これらの場合、合金の組成比を変えることによりｈＢＮ
との共晶点温度が変わる。したがって、合成室の温度勾
配に合わ往て適当な合金組成を決めればよい。

この発明で用いるＢＮ供給源としては、ＣＢＮ粉末もし
くはｈＢＮ粉末、またはｈＢＮと微細なＣＢＮ粉末の混
合物とを用いることができる。種結晶としては、ｃＢＮ
の小さな粒を使用する。

また、この発明を実施するにあたって必要となる溶媒部
の温度差は１０℃〜１５０℃の範囲である。２０’Ｃ〜
７０℃が特に好適な範囲と言える。

温度差が小さすぎるとｃＢＮの成長速度が遅く、他方、
温度差が大きすぎる場合には良質の結晶を得ることがで
きないからである。

この発明によるＣＢＮの合成に用いる装置としては、特
公昭３６−２３４６３号公報に記載されているベルト型
装置やガードル型装置が適しているが、六面体アンビル
装置や、ピストンとリーダー型装置等、他の超高圧発生
装置も使用することができる。

この発明で合成を行なう圧力および温度条件は用いる溶
媒によって異なるが、良質のｃＢＮが合成できるのはｃ
ＢＮが成長する溶媒の低温部の温度が１２５０℃以上で
あることが必要であり、圧力が４０Ｋｂ以上であること
が必要である。

この発明において合成室に一定方向の温度勾配を設ける
方法としては各種のものが考えられる。

第１図および第５図の発熱法構造のほかに、たとえば第
６Ａ図のように発熱体３４の断面形状を変化させて上部
を高温にする方法や、第６Ｂ図のように円筒状発熱体４
４を多層に分割して各層４４ａ・・・４４ｃの固有抵抗
を上段から順に低下させるように発熱体を部分的に変更
する方法、あるいはこれらを組合わせた方法等を用いる
ことができる。

また、ＣＢＮの合成時にｊ５いて溶媒部の温度が−１−
昇し、種結晶と接触する部分の溶媒が溶解を開始したと
きに、種結晶が溶媒中に溶解してなくなってしまうこと
がある。このような場合には、合成中にｃＢＮの核が自
然発生し、所望の大きなＣＢＮ単結晶を得ることができ
なくなる。

このような問題を解決するためには、溶媒中に予めＢＮ
を溶解しておくことが好ましい。溶媒中のＢＮはほぼ飽
和状態になっていることが望ましく、このようにして高
品質のｃＢＮ！ｌ結晶を得ることができる。

別法としては、溶媒とｈＢＮとをほぼ飽和状態となるよ
うに配合・混合して用いてもよく、同様の効果を１ｑる
ことができる。

以下、実施例により、より具体的に説明する。

［実施例の説明］ 実施例１ 第１図に示した合成室構成を用いた。

上段にはＣａ　ｉ　Ｂ２　Ｎ４　、下段には３ａ　３８
２Ｎ４の型押体を溶Ｗ１３ａ、１３ｂとして用いた。

溶媒の直径は１２＋第１第１であり、厚みは５ＩＩＩＩ
Ｉｌである。

８Ｎ供給源１２ａ、１２ｂとしてはＣＢＮとｈａＮの粉
末を重量で１；１の割合に混合し、型押した円板を用い
た。種結晶１としては直径約０．７１のｃＢＮ結晶を用
い、各段の溶媒の底面に接するように白金製シードベッ
ド１６ａ、１６ｂを用いて配置した。種結晶の個数は、
第１図の場合と異なり各段３個とした。黒鉛の発熱体１
４の外側には圧力媒体としてパイロフィライトを配置し
、内部には圧力媒体としてのｈＢＮ成型体を配置し、ｈ
ＢＮ成型体とＢＮ供給源および溶媒との間にはＭＯ板１
５を配置した。

ガードル型超高圧発生装置を用い、圧力５２Ｋｂで発熱
体１４に通電し、上段の溶媒の上面温度を１４５０℃と
なるように加熱した。このときの下面温度は約１４００
℃、また２段目のｗＩ媒の上面温度は１３８０℃、下面
温度は１３００℃と推定された。３０時間保持後取出し
たところ、上段では約０．０５カラツトのＣＢＮが３個
成長し、下段では０．１５カラツトのｃＢＮが３個成長
していた。

Ｘ１」じし 第５図に示した合成室構成を用いた。

各段の溶媒２３ａ・・・２３ｄの直径は２５ｍｍ、厚み
６ｍ＋第１とし、最上段はＬｉ３ＢＮ２．２段目はＬｉ
３ＢＮｚとＣａ５Ｂ２Ｎ＜のｆｆ１ｌで１０：３の混合
物、３段目の３ｒ　ａ　Ｂｚ　Ｎ４．４段目は３ａ。

８２Ｎ、の型押体を用いた。ＢＮ供給源２２ａ・・・２
２ｄとしては、実施例１と同様の型押した円板を用いた
。

種結晶は直径約０．７ｍｍのｃＢＮを各段７個ずつ、実
施例１と同様に白金製シード・ベッドを用いて配置した
。黒鉛発熱体２４の外周部には圧力媒体としてパイロフ
ィライトを用い、内部に圧力媒体としてｈＢＮ成型体を
配置し、該ｈＢＮ成型体とＢＮ供給源２２ａ・・・２２
ｄおよび溶媒２３ａ・・・２３ｄとの間にはＭＯ板２５
を配置した。

ガードル型超高圧発生装置を用い、圧力５５Ｋｂで発熱
体に通電し、最上段のＬｉ　＠　ＢＮ２溶媒の底面温度
が約１６２０℃となるように加熱した。

このとき４段目の３ａ　ａ　８２　Ｎ４溶媒の底面温度
は約１２７０℃であった。この条件で約６０時間保持し
取出した。４段のチャンバで、それぞれ、約０．２５カ
ラツトのｃＢＮ結晶が種結晶より成長しており、各チャ
ンバにおける収萎は約１．７カラツトであった。

１茄ｆｌ 実施例２と同様の合成室構成において、溶媒のみを上段
から５ＯＮ＋−３０Ａ１合金、６ＯＮｉ−４ＯＡ込合金
、６５Ｎ＋−５５Ａ見合金、７ＯＮｉ−３０Ａ１合金と
した。圧力は５５Ｋｂとし、゛温度は最上段の５ＯＮ＋
　−３０Ａ第１号金溶媒の底面温度が１６５０℃となる
ように加熱した。このとき４段目の７ＯＮｉ　−５０Ａ
ｆ１合金の底面温度が約１３００℃であった。この条件
で約６０時間保持し取出したところ、４段のチャンバ内
でそれぞｈｏ、１５〜０．２５力５ツ第１７）ｃ　ＢＮ
結晶が種結晶より成長していた。

次に、前述した種々の溶媒のうら好ましい溶媒を利用し
た好ましい実施例につきより具体的に説明する。

火１」ＬＬ 第１図に示した合成室を用いた。上段のチャンバ１０ａ
には３Ｌｉ　ｓ　Ｎ−１０Ｓｒ　３　Ｎ２−３７３ｒ　
ａ　Ｂ２０ｒ、　、下段のチャンバ１０ｂ内には３Ｌｌ
　３　Ｎ−１０８ａ　ｓ　Ｎ２−８７８ａ　３８２０ｂ
からなる型押体を、それぞれ、溶媒１３ａ、１３ｂとし
て配置した。溶媒１３ａ、１３ｂの直径は１２ｍｍであ
り、厚みは５ｍｍである３ＢＮ供給源１２ａ、１２ｂと
しては、ｃＢＮ粉末とｈＢＮ粉末を重量で１：１の割合
に混合して型押した円板を用いた。

種結晶第１ａ、第１ｂとしては、直径約０．　７第１１
ｍのＣＢＮ結晶を用い、各段のチｔ？ンバ１０ａ。

１０ｂの内部の溶媒１３ａ、１３ｂの底面に接するよう
に白金製のシード・ベッド１６ａ、１６ｂを用いて配置
した。

なお、種結晶第１３．第１ｂは、それぞれ各シード・ベ
ッド１６ａ、１６ｂ内に３個ずつ配置した。黒鉛発熱体
１４の外側には圧力媒体としてパイロフィライトを配し
、発熱体１４内には圧力媒体としてｈＢＮ成型体を配置
し、ｈＢＮ成型体とＢＮ供給！１２ａ、１２ｂおよび溶
媒１３ａ、１３ｂとの間にはモリブデン板１５を配置し
た。

ガードル型の超高圧発生装置を用い、圧力５２Ｋｂで発
熱体１４に通電し、上段のチャンバ内の溶媒１３ａの上
面の温度が１６５０℃となるように加熱した。このとき
溶媒１３ａの下面の温度は約１６００℃、また下段のチ
ャンバ１０ｂ内の溶媒の上面温度は１５７０℃、下面温
度は１５００℃と推定された。

３０時間の間上記条件に保持した俊、得られたｃＢＮ結
晶を取出したところ、チャンバ１０ａでは約０．１カラ
ツトのｃＢＮが３個成長し、下段のチャンバ１０ｂ内で
は約０．１カラツトのｃＢＮ結晶が３個成長しているこ
とが認められた。

第１１足 実施例４と同様の合成室を用いてｃＢＮ結晶を成長させ
た。実施例４と異なるところは、上段のチャンバ１０ａ
内の溶媒１３ａとして、８Ｌ１゜ＢＮ２　１５Ｓｒ　ｓ
　８２　Ｎ４　７７Ｓｒ　ｓ　８２０ｈを用い、下段の
チャンバ１０ｂ内の溶媒１３ｂとして８　Ｌｉ　ａ　Ｂ
Ｎ２　２０Ｂａ　ｓ　Ｂ２　Ｎ４　　７２Ｂａｓ８２０
Ｇを用いたことにある。他の材料は実施例４と同一のも
のを用いた。

上述のようにして構成した合成室を、ガードル型超高圧
発生装置を用い、圧力５２Ｋｂで発熱体１４に通電し、
上段の溶媒１３ａの上面温度が１６５０℃となるように
加熱した。このとき溶媒１３ａの下面温度は約１６００
℃であり、また下段の溶媒金ｆＥ１３ｂの上面温度は１
５７０’Ｃ１下面温度が１５００℃と推定された。

２０時間の間上記条件に保持した摸、成長したｃＢＮ結
晶を取出したところ、上段のチャンバ１０ａ内では約０
．１５カラツトのｃＢＮが３個成長しており、下段のチ
ャンバ１０ｂ内では０．２カラツトのＣＢＮ結晶が３個
成長していることが認められた。

Ｘｌ」ＬＬ 実施例２と同様の合成室構成で、溶媒として上段から順
に、 ■　　５ｍ！　　ｓ　　Ｎ　　　１　５３ｒ　　２　８
２　　Ｎ４　　７９８ｒ　　３　Ｂ２　０ｔ、　　　１
ｈ　　ＢＮ■　　５　Ｌｆ　　３　　Ｎ　　　１　５Ｓ
ｒ　　＠　　８２　　Ｎ４　　７０８ｒ　　ａ　　Ｂ２
　０Ｇ　　９に２　　Ｂ４　０ｙ　　　ｌｈ　　ＢＮ■
　　３Ｌｉ　　３　　Ｎ−２０Ｂ８　３　８２　　Ｎ４
　−６３Ｂａ　　ａ　　Ｂ２　０Ｇ　　　　　１　１に
２　　Ｂ４　０　フ　−１ｈ　　ＢＮ■　　３Ｌｉ　　
ａ　　Ｎ　　　２０Ｂａ　　ａ　　８２　　Ｎ４　　５
９８ａ＊Ｂ２０ｓ　　　１　７Ｎａ　　２　　Ｂ４　０
７　　１ｈ　　ＢＮを用いた。

圧力は５５Ｋｂとし、湿度は最上段の５Ｌ：。

Ｎ　　１５Ｓｒ　ａ　８２　Ｎ４　７９Ｓｒ　３　Ｂ２
０６からなる溶媒２３ａの底面温度が１７００℃となる
ように加熱した。このときイ段目の３Ｌｉｓ　Ｎ−２０
Ｂａ　　ｓ　　［３２Ｎ４　　５９Ｂａ　　）Ｂ２　０
６　　１　７Ｎａ　２　Ｂ４０７　１ｈ　ＢＮからなる
溶媒２３ｄの底面温度は約１３７０℃であった。この条
件で９０時間放匿した後取出したところ、４段のチャン
バ２０ａ・・・２０ｄにおいて、それぞれ、０．５〜０
．６カラツトのｃＢＮ結晶が種結晶より成長しているこ
とが認められた。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、分１！１ｍによって
仕切られた複数のチャンバを有する合成室が用いられ、
該複数のチャンバが温度勾配に沿って順に配置されるよ
うに、一定方向の温度勾配が合成室に与えられ、各チャ
ンバ内に温度勾配に応じて窒化硼素供給源との共晶点温
度の異なる複数の溶媒を配置して各チャンバ内でＣＢＮ
結晶を合成するものであるため、すべてのチャンバ内で
大型かつ高品質のＣＢＮ結晶を成長させることが可能と
なる。よって、大型かつ高品質のｃＢＮ結晶を効率良く
生産することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を実施するための合成室の一例を示
す断面図である。第２図は、従来の温度差法において用
いられる合成室を示す断面図である。第３図は、従来の
合成方法の他の例において用いられる合成室を示す断面
図である。第４図は、この発明の詳細な説明するための
図であり、ＣＢＮ結晶の合成可能な圧力および温度領域
を示す図である。第５図は、この発明の実施例において
用いられる合成室の他の例を示す断面図であり、ここで
は合成室は４個のチャンバからなる。第６Ａ図は、この
発明を実施するための合成室を加熱するのに用いられる
発熱体の一例を説明するための断面図、第６Ｂ図は、該
発熱体の他の例を示す断面図である。 図において、１０ａ、１０ｂはチャンバ、第１ａ、第１
ｂは種結晶、１２ａ　、　１２ｂ　Ｇ、ｔ８Ｎ供給源、
１３ａ、１３ｂは溶媒、１６ａは分＠層としても機能し
ているシード・ベッドを示す。 葛２図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）立方晶窒化硼素が安定な超高圧・高温下において
   、窒化硼素供給源と、該窒化硼素供給源を溶解する溶媒
   と、種結晶とを用いて立方晶窒化硼素結晶を合成する方
   法であって、 前記溶媒と反応しない１以上の分離層により仕切られて
   形成された少なくとも２個のチャンバを有し、かつ前記
   少なくとも２個のチャンバが温度勾配に沿って順に配置
   されるように一定方向の温度勾配が与えられるように構
   成されている合成室を用意するステップと、 前記少なくとも２個のチャンバ内に、前記温度勾配に応
   じて窒化硼素供給源との共晶点が異なる溶媒をそれぞれ
   配置し、高温処理時に、各溶媒の高温側となる部分に接
   するように窒化硼素供給源を配置し、他方、各溶媒の低
   温側となる部分に少なくとも１個の種結晶を配置するス
   テップと、超高圧・高温処理を行なって前記合成室に前
   記温度勾配を与えてチャンバ内の溶媒内で少なくとも１
   個の立方晶窒化硼素結晶を成長させるステップとを備え
   る、立方晶窒化硼素結晶の合成方法。
2. （２）前記温度勾配は、整列された少なくとも２個のチ
   ャンバの一端から他端に向かって温度が高くなるように
   与えられる、特許請求の範囲第１項記載の立方晶窒化硼
   素結晶の合成方法。
3. （３）前記少なくとも２個のチャンバは放射方向に配列
   されており、前記温度勾配は該放射方向に沿って与えら
   れる、特許請求の範囲第１項記載の立方晶窒化硼素結晶
   の合成方法。
4. （４）前記少なくとも２個のチャンバは上下方向に配列
   されており、前記温度勾配は少なくとも２個の分割チャ
   ンバに沿って上下方向に与えられる、特許請求の範囲第
   ２項記載の立方晶窒化硼素結晶の合成方法。
5. （５）前記合成室に前記温度勾配を与えるために、周囲
   に加熱用発熱体を配置した合成室を用いる、特許請求の
   範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の立方晶窒化硼素
   結晶の合成方法。
6. （６）前記窒化硼素結晶を成長させる際の高圧処理が４
   ０Ｋｂ以上で行なわれ、 前記合成室のチャンバのうち、最も低温側に位置するチ
   ャンバ内の溶媒の最低温部が１０００℃以上の温度に加
   熱される、特許請求の範囲第１項記載の立方晶窒化硼素
   結晶の合成方法。
7. （７）前記溶媒として、アルカリ金属もしくはアリカリ
   土類金属の硼酸塩の１種以上と、Ｌｉ＿３ＮもしくはＬ
   ｉ＿３ＢＮ＿２の１種以上と、Ｓｒ＿３Ｎ＿２、Ｂａ＿
   ３Ｎ＿２、Ｓｒ＿３Ｂ＿２Ｎ＿４もしくはＢａ＿３Ｂ＿
   ２Ｎ＿４の１種以上との混合物を用いる、特許請求の範
   囲第１項〜第６項のいずれかに記載の立方晶窒化硼素結
   晶の合成方法。
8. （８）前記Ｌｉ＿３ＮもしくはＬｉ＿３ＢＮ＿２の少な
   くとも一方を合計で１〜１０重量％、Ｓｒ＿３Ｎ＿２、
   Ｂａ＿３Ｎ＿２、Ｓｒ＿３Ｂ＿２Ｎ＿４およびＢａ＿３
   Ｂ＿２Ｎ＿４からなる群から選択した１種以上を合計で
   ５〜３０重量％含み、残部がアルカリ金属もしくはアル
   カリ土類金属の硼酸塩の１種以上からなる溶媒を用いる
   、特許請求の範囲第７項記載の立方晶窒化硼素結晶の合
   成方法。