窒化アルミニウム単結晶の製造方法
【課題】結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することができる窒化アルミニウム単結晶の製造方法を提供すること。
【解決手段】成長容器７内に収容した窒化アルミニウム原料６を加熱して昇華させ、成長容器７の内壁面に固定した種結晶１３の表面上に窒化アルミニウムの単結晶１９を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する単結晶成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、単結晶成長工程が、種結晶１３の表面のうち結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われるまでは成長容器７を開放し、成長容器７内に窒素ガスを導入する開放工程と、種結晶１３の表面の結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われた後は成長容器７を密閉する密閉工程とを含む、窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
【解決手段】成長容器７内に収容した窒化アルミニウム原料６を加熱して昇華させ、成長容器７の内壁面に固定した種結晶１３の表面上に窒化アルミニウムの単結晶１９を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する単結晶成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、単結晶成長工程が、種結晶１３の表面のうち結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われるまでは成長容器７を開放し、成長容器７内に窒素ガスを導入する開放工程と、種結晶１３の表面の結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われた後は成長容器７を密閉する密閉工程とを含む、窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム系半導体は、６．２ｅＶという広いバンドギャップを有することから、青色・紫外発光素子、白色ＬＥＤ、高耐圧・高周波電源ＩＣなどへの利用が期待されている。また、窒化アルミニウム単結晶は、窒化ガリウムとの格子不整合が２．４％と小さいことから、窒化ガリウム系半導体を成長させる際の成長用基板としても期待されている。
【０００３】
このような窒化アルミニウム単結晶の製造方法として、種々のものが知られている。中でも、昇華法は、一般的に成長速度が大きいため、バルク結晶の作製に対して有力な方法としてよく使用されている。昇華法は、成長容器を加熱して、成長容器の底部および上部に温度差を設け、底部に載置した原料を昇華させ、その昇華ガスを、底部より温度の低い上部に固定された種結晶にて再結晶させることで結晶を成長させる方法である。
【０００４】
このような昇華法による窒化アルミニウム単結晶成長法として、単結晶成長を密閉された成長容器内で行う方法が知られている（下記特許文献１）。下記特許文献１には、成長チャンバを収容したケースを備える窒化アルミニウム単結晶の製造装置が開示されており、その成長チャンバは、内部に窒素ガスを残した状態で密閉される。また成長チャンバの底部には原料としてのＡｌ源が収容され、成長チャンバの上部には炭化ケイ素などからなる種結晶が固定されている。そして、原料であるＡｌ源を加熱して昇華させ、Ａｌ源から昇華したガスと成長容器内に導入された窒素ガスとの混合ガスが種結晶において冷却されることで再結晶して固相になり窒化アルミニウムの単結晶が成長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５１９０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、昇華法を用いた窒化アルミニウム単結晶の製造方法では、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することが重要である。
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法のように、成長チャンバを密閉状態にして窒化アルミニウム単結晶を成長させると、得られる窒化アルミニウム単結晶においてドメインが形成され、結晶性が必ずしも高いとは言えないものであった。このため、特許文献１に記載の窒化アルミニム単結晶の製造方法には、結晶性の点で改良の余地があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することができる窒化アルミニウム単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決するため、特許文献１に記載の窒化アルミニム単結晶の製造方法によって得られる窒化アルミニウムの単結晶の結晶性が高くならない原因について検討した。その結果、本発明者らは、以下の理由により、得られる窒化アルミニウムの単結晶の結晶性が高くならないのではないかと考えた。すなわち、特許文献１に記載の窒化アルミニム単結晶の製造方法では、単結晶の成長が、成長チャンバを密閉状態にして行われる。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線速度が不十分であり、成長初期は、種結晶に対して窒化アルミニウム原料の昇華ガスが十分に供給されなくなる。このとき、種結晶が昇華やエッチングされ易い結晶であると、種結晶が昇華したり、エッチングされたりするため、種結晶の表面のうち結晶が成長する結晶成長面の全面に窒化アルミニム単結晶が成長しなくなる。すなわち、種結晶の結晶成長面上に、窒化アルミニウム単結晶が部分的にしか成長しないこととなる。これにより、部分的に成長した島状の窒化アルミニウム結晶子同士が合一化して一つの単結晶として成長していく。しかし、合一化による結晶子同士間の界面は、ここで接触する結晶子同士の方位が揃わず、小傾角粒界となりやすい。その結果、得られる窒化アルミニウム単結晶においてドメインが形成され、結晶性の高くない窒化アルミニウム単結晶が得られるのではないかと本発明者らは考えた。そこで、本発明者らはさらに鋭意研究を重ねた結果、下記発明により上記課題を解決し得ることを見出した。
【００１０】
すなわち本発明は、成長容器内に収容した窒化アルミニウム原料を加熱して昇華させ、前記成長容器の内壁面に固定した種結晶の表面上に窒化アルミニウムの単結晶を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する単結晶成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、前記単結晶成長工程が、前記種結晶の表面のうち結晶成長面が前記窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは前記成長容器を開放し、前記成長容器内に窒素ガスを導入する開放工程と、前記種結晶の表面の前記結晶成長面が前記窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われた後は前記成長容器を密閉する密閉工程とを含む、窒化アルミニウム単結晶の製造方法である。
【００１１】
この製造方法によれば、単結晶成長工程において、成長容器内に収容した窒化アルミニウム原料を加熱して昇華させ、成長容器の内壁面に固定した種結晶の表面上に窒化アルミニウムの単結晶を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する。このとき、種結晶の表面のうち窒化アルミニウムの単結晶が成長する結晶成長面が窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは成長容器が開放され、成長容器内に窒素ガスが導入される。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線流速を高くすることができる。そのため、種結晶の結晶成長面が窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは、種結晶に対して窒化アルミニウム原料の昇華ガスが十分に供給され、種結晶の結晶成長面全面に窒化アルミニウム単結晶を成長させることができる。その結果、ドメインが形成されることが十分に抑制され、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を得ることが可能となる。また種結晶の結晶成長面が窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われた後は、成長容器が密閉状態とされる。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスが成長容器から無駄に排出されることがなくなる。したがって、窒化アルミニウム単結晶を高収率で得ることができる。
【００１２】
上記窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、種結晶が炭化ケイ素を含む場合に特に有用である。
【００１３】
窒化アルミニウム原料の昇華ガスにはアルミニウムガスが含まれるところ、炭化ケイ素はアルミニウムガスによって腐食されやすい。このため、種結晶の結晶成長面が窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは、成長容器を開放して窒素ガスを成長容器内に導入することにより、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線流速を高くして、種結晶の結晶成長面の全面に窒化アルミニウム単結晶を成長させる必要性が高い。そのため、上記の通り、上記窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、種結晶が炭化ケイ素を含む場合に特に有用である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することができる窒化アルミニウム単結晶の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る窒化アルミニウム単結晶の製造方法を実施するための装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る窒化アルミニウム単結晶の製造方法の一工程である開放工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る窒化アルミニウム単結晶の製造方法を実施するための装置の一例を示す断面図である。図１に示すように、窒化アルミニウム単結晶の製造装置（以下、単に「製造装置」と呼ぶ）１００は、窒化アルミニウム単結晶１９の成長が行われる結晶成長部１と、結晶成長部１を収容する収容部２と、収容部２の周囲に巻回される高周波コイル３とから構成されている。収容部２には、ガス導入口４と、ガス排出口５とが形成されており、不活性ガス供給装置（図示せず）からガス導入口４を通して窒素ガスが導入され、収容部２内のガスが、減圧装置（例えば真空ポンプ）によってガス排出口５を通して排出されるようになっている。また収容部２には、結晶成長部１を収容するための開口部（図示せず）も形成されている。
【００１８】
結晶成長部１は、窒化アルミニウム原料６を収納する成長容器７と、成長容器７の外側に設けられる発熱体８と、発熱体８を覆う断熱材９と、成長容器７内に窒素ガスを導入する窒素ガス導入管２０と、成長容器７内のガスを排出するガス排出管２１とを備えている。窒素ガス導入管２０には弁Ｖ１が設けられ、ガス排出管２１には弁Ｖ２が設けられている。したがって、弁Ｖ１、Ｖ２の開閉により、成長容器７内への窒素ガスの導入量を制御することが可能となっている。
【００１９】
成長容器７としては、例えばルツボが用いられる。したがって、成長容器７は、窒化アルミニウム原料６を収納する収納部１０を有する本体部１１と、本体部１１の収納部１０を密閉する蓋体１２とを有している。蓋体１２の収納部１０側の面には種結晶１３が固定されるようになっている。成長容器７は、アルミニウムガスに対して耐腐食性を有する材料からなる。このような材料としては、例えば炭化タンタル（ＴａＣ）、窒化ジルコニウム、窒化タングステン及び窒化タンタルなどが挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、アルミニウムガスに対する耐腐食性に特に優れることから、炭化タンタルが好ましい。
【００２０】
発熱体８としては、例えばルツボが用いられる。したがって、発熱体８は、成長容器７を収納する本体部１４と、本体部１４を密閉する蓋体１５とを有している。発熱体８は、成長容器７を介して窒化アルミニウム原料６を加熱する発熱体として機能するものであり、成長容器７に接触している。発熱体８は、高周波コイル３によって高周波磁場を印加されることにより誘導電流が流され、発熱するようになっている。
【００２１】
発熱体８としては、例えばグラファイト、タングステン単体、又は、タングステンと、レニウム、鉄、ニッケル若しくは銅などの金属との合金を用いることができる。中でも、成長容器７よりも、窒化アルミニウム原料６の昇華時に発生するアルミニウムガスに対する耐腐食性に優れることから、タングステン単体、タングステンとレニウムなど、タングステンを含む金属材料で構成されることが好ましい。特に、耐熱性に優れることから、タングステン単体が好ましい。
【００２２】
断熱材９は、発熱体８を収納する本体部１７と、本体部１７を密閉する蓋体１８とを有している。断熱材９は、発熱体８の熱を成長容器７に効率よく伝えるためのものであり、例えばカーボンなどで構成される。
【００２３】
窒素ガス導入管２０は、成長容器７内に窒素ガスを導入することが可能となっていればよく、例えば、図１に示すように、断熱材の蓋体１８、発熱体８の蓋体１５、および、成長容器７の蓋体１２を貫通しており、蓋体１２，１５、１８に固定されている。またガス排出管２１も、成長容器７内のガスを排出することが可能となっていればよく、例えば図１に示すように、断熱材の蓋体１８、発熱体８の蓋体１５、および、成長容器７の蓋体１２を貫通しており、蓋体１２，１５、１８に固定されている。ここで、蓋体１２，１５，１８も互いに結合されていることが好ましい。窒素ガス導入管２０及びガス排出管２１はそれぞれ、例えばタングステン、タリウムなどの耐熱性を有する材料で構成されている。
【００２４】
次に、上記製造装置１００を用いた窒化アルミニウム単結晶の製造方法について説明する。
【００２５】
まず結晶成長部１において、断熱材９の蓋体１８、発熱体８の蓋体１５、成長容器７の蓋体１２の全てが外れた状態で、成長容器７の収納部１０に窒化アルミニウム原料６を収納する。一方、蓋体１２には、種結晶１３を固定する。本実施形態では、種結晶１３としては通常、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が用いられるが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを使用することも可能である。
【００２６】
そして、蓋体１２，１５，１８によって、成長容器７の本体部１１の収納部１０を密閉する。このとき、蓋体１２は、種結晶１３を収納部１０側に向ける。
【００２７】
そして、結晶成長部１を、収容部２の開口部から内部に収容する。
【００２８】
次に、収容部２を減圧装置により真空引きする。その後、ガス導入口４から収容部２に窒素ガスを導入するとともにガス排出口５から収容部２内のガスを排出させる。こうして、結晶成長部１を窒素ガス雰囲気下に置く。またこのとき、収容部２の内部の圧力は、好ましくは１．３〜１０１ｋＰａとし、より好ましくは１３．３〜８０．０ｋＰａとする。
【００２９】
次に、高周波コイル３に高周波電流を印加し、それにより発熱体８に高周波磁場を印加する。すると、発熱体８に誘導電流が流れ、発熱体８が発熱する。そして、発熱体８の蓋体１５の熱が、成長容器７を介して窒化アルミニウム原料６に伝わり、窒化アルミニウム原料６が加熱され、昇華される。このとき、発熱体８と成長容器７とが接触しているため、発熱体８の熱は、成長容器７に効率よく伝わり、窒化アルミニウム原料６が効率よく加熱される。
【００３０】
こうして窒化アルミニウム原料６が、昇華点以上の温度まで加熱されると、窒化アルミニウム原料６からアルミニウムガスと窒素ガスとが発生する。
【００３１】
このとき、成長容器７においては、窒化アルミニウム原料６の温度（以下、「原料部温度」と呼ぶ）が、窒化アルミニウム結晶１９の温度（以下、「成長部温度」と呼ぶ）よりも高くなるように設定する。ここで、原料部温度とは、具体的には、本体部１１の底部の温度を言い、成長部温度とは、具体的には、蓋体１２の温度を言う。このように成長容器７の温度プロファイルを設定することで、アルミニウムガスと窒素ガスとが、蓋体１２に固定された種結晶１３に付着して再結晶し、窒化アルミニウムの単結晶１９が成長する。
【００３２】
ここで、原料部温度は、１８００℃以上の温度であることが好ましく、２０００℃以上であることがより好ましい。この場合、原料部温度が、１８００℃未満である場合に比べて、成長速度をより増大させることができる。但し、原料部温度は、好ましくは成長容器７の融点未満の温度にする。
【００３３】
また成長部温度は、原料部温度よりも低い温度であればよいが、原料部温度よりも５０℃〜２００℃だけ低いことが好ましい。この場合、上記範囲を外れる場合に比べて、単結晶が得られやすい。すなわち、上記範囲を外れる場合に比べて、多結晶の析出がより十分に抑制されたり、結晶が成長しやすくなったりする。
【００３４】
原料部温度および成長部温度の制御は、例えば、発熱体８の本体部１４の底部、及び蓋体１５にそれぞれ設けた放射温度計で原料部温度および成長部温度を測定し、その測定結果に基づいて高周波コイル３に流れる高周波電流の出力を制御することにより行うことができる。
【００３５】
上記のようにして成長容器７内で種結晶１３の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウムの単結晶１９を成長させる（単結晶成長工程）。
【００３６】
このとき、窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の表面のうち結晶成長面１３ａの全面を覆うまでは、弁Ｖ１，Ｖ２を開くことにより成長容器７を開放状態とする（図２参照）。そして、窒素ガス導入管２０を通して収容部２内の窒素ガスを成長容器７内に導入する（開放工程）。このとき、成長容器７内のガスは、ガス排出管２１を通して排出し、収容部２のガス排出口５を通して収容部２の外へ排出する。
【００３７】
ここで、窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の表面のうち結晶成長面１３ａを全面的に覆ったかどうかについては、例えば成長容器７を開放状態とした時点から、種結晶１３の結晶成長面１３ａの全面を窒化アルミニウム単結晶が覆うまでの経過時間を予め調べておけば、成長容器７を開放状態とした時点からの経過時間を測定することで、知ることができる。ここで、「表面」とは、種結晶１３のうち蓋体１２の内壁面と接続されている面を除く面を言う。結晶成長面１３ａは、例えば種結晶１３が板状体である場合、蓋体１２の内壁面から延びる種結晶の側面の先端に接続される面を言う。
【００３８】
このとき、成長容器７の内部空間の圧力は、好ましくは１０〜７６０Ｔｏｒｒとし、より好ましくは１００〜６００Ｔｏｒｒとする。また成長容器７内に導入する窒素ガスの流量は、好ましくは１００〜１００００ｓｃｃｍとし、より好ましくは５００〜５０００ｓｃｃｍとする。
【００３９】
窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の結晶成長面１３ａを全面的に覆った後は、弁Ｖ１，Ｖ２を閉じることにより成長容器７を密閉状態とする（密閉工程）。成長容器７を密閉状態としてからも、引き続き、種結晶１３上に窒化アルミニウム単結晶１９を成長させる。こうして種結晶１３の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウム単結晶１９が得られ、窒化アルミニウム単結晶１９の製造が完了する。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態の製造方法によれば、成長容器７内に収容した窒化アルミニウム原料を加熱して昇華させ、成長容器７の蓋体１２の内壁面に固定した種結晶１３の表面上に窒化アルミニウムの単結晶１９を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する際、種結晶１３の表面のうち窒化アルミニウムの単結晶１９が成長する結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われるまでは成長容器７が開放され、成長容器７内に窒素ガスが導入される。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線流速を高くすることができる。そのため、種結晶１３の結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われるまでは、種結晶１３に対して窒化アルミニウム原料の昇華ガスが十分に供給され、種結晶１３の結晶成長面１３ａの全面に窒化アルミニウム単結晶１９を成長させることができる。その結果、ドメインが形成されることが十分に抑制され、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶１９を得ることが可能となる。また種結晶１３の結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われた後は、成長容器７が密閉状態とされる。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスが成長容器７から無駄に排出されることがなくなる。したがって、窒化アルミニウム単結晶１９を高収率で得ることができる。
【００４１】
特に、本実施形態の製造方法は、種結晶１３が炭化ケイ素を含む場合に有用である。窒化アルミニウム原料の昇華ガスにはアルミニウムガスが含まれるところ、炭化ケイ素はアルミニウムガスによって腐食されやすい。このため、種結晶１３の結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われるまでは、成長容器７を開放して窒素ガスを成長容器７内に導入することにより、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線流速を高くして、種結晶１３の結晶成長面１３ａの全面に窒化アルミニウム単結晶１９を成長させる必要性が高い。そのため、上記の通り、上記窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、種結晶１３が炭化ケイ素を含む場合に特に有用である。
【００４２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、発熱体８は、高周波コイル３により誘導加熱によって発熱しているが、高周波コイル３は必ずしも必要ではない。この場合、抵抗加熱によって発熱体８を発熱させることが可能である。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
図１に示す製造装置を用いて以下のようにして窒化アルミニウム単結晶を製造した。すなわち、まずカーボン繊維からなる断熱材９の蓋体１８、グラファイトからなる発熱体８の蓋体１５、炭化タンタル（ＴａＣ）からなる成長容器７の蓋体１２の全てが外れた状態で、成長容器７の収納部１０に、原料である窒化アルミニウム粉末を収納した。一方、蓋体１２には、接着剤によって、直径２インチ、厚さ０．５ｍｍの種結晶１３を担持させた。このとき、種結晶としては、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用いた。
【００４５】
そして、蓋体１２，１５，１８によって、成長容器７の本体部１１の収納部１０を密閉した。このとき、蓋体１２に固定した種結晶１３は収納部１０側に向けるようにした。
【００４６】
そして、結晶成長部１を収容部２内に設置した。次に、収容部２の内部空間を、真空ポンプを用いて真空引きした。その後、ガス導入口４から収容部２に窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量で導入するとともに、ガス排出口５から収容部２内のガスを排出させた。こうして収容部２内の圧力を１００〜６００Ｔｏｒｒに保持した。
【００４７】
次に、高周波コイル３に高周波電流を印加し、そのとき発生する誘導磁場によって発熱体８を発熱させ、成長容器７を介して窒化アルミニウム粉末を加熱した。このとき、成長容器７の原料部温度および成長部温度はそれぞれ、発熱体８の本体部１４、蓋体１５から放射される赤外線を放射温度計で測定し、その測定結果に基づいて１８５０℃及び１７５０℃となるように高周波コイル３に流れる高周波電流の出力を自動制御した。そして、１ｈにわたって窒化アルミニウム単結晶を成長させた。
【００４８】
このとき、高周波コイル３に高周波電流を印加すると同時に、すなわち昇温時に、弁Ｖ１，Ｖ２を開くことにより成長容器７を開放状態とした。そして、窒素ガス導入管２０を通して収容部２内の窒素ガスを成長容器７内に導入した。成長容器７内に導入した窒素ガスの流量は１００ｓｃｃｍとした。このとき、成長容器７内のガスは、ガス排出管２１を通して排出した。こうして成長容器７内の圧力を１０Ｔｏｒｒとした。
【００４９】
窒素ガスの導入は、窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の結晶成長面１３ａを全面的に覆うまで行った。具体的には、成長容器７を開放した時点から１時間経過するまで行った。なお、成長容器７を開放している間に成長部温度が目標温度に達したが、その後、そのままの状態を維持した。
【００５０】
そして、成長容器７を開放した時点から１時間経過後、窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の結晶成長面１３ａを全面的に覆ったものと判断し、弁Ｖ１，Ｖ２を閉じることにより成長容器７を密閉状態とした。成長容器７を密閉状態としてからも、引き続き、種結晶１３上に窒化アルミニウム単結晶１９を成長させた。成長容器７を密閉していた時間は２５０ｈであった。こうして種結晶１３の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウム単結晶１９を作製した。
【００５１】
（実施例２及び３）
開放状態における成長容器内の圧力、原料部温度、成長部温度、及び成長容器を開放している間に成長容器内に導入された窒素ガスの流量を表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム結晶を成長させた。
【００５２】
（比較例１）
種結晶の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウム単結晶を成長させている間、成長容器を開放せず、成長容器を密閉状態とし続けたこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム結晶を成長させた。
【００５３】
（比較例２）
種結晶の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウム単結晶を成長させている間、成長容器を開放し続け、成長容器を密閉状態としなかったこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム結晶を成長させた。
【００５４】
実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた窒化アルミニウムの単結晶について、結晶性、及び収率を以下のようにして調べた。
【００５５】
（結晶性）
窒化アルミニウム単結晶について、Ｘ線回折装置を用いて窒化アルミニウム（０００２）反射のロッキングカーブを得た。そして、このロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）を測定した。結果を表１に示す。
【００５６】
（収率）
窒化アルミニウム単結晶の重量、および、窒化アルミニウム原料の昇華量を測定し、下記式：
収率（％）＝（窒化アルミニム単結晶の重量／窒化アルミニウム原料の昇華量）×１００
に基づいて収率を算出した。結果を表１に示す。
【表１】
【００５７】
表１に示す結果より、実施例１〜３の窒化アルミニウム単結晶はいずれも、小さいＦＷＨＭを示しており、高い結晶性を有することが分かった。これに対し、比較例１〜２の窒化アルミニウム単結晶は、ＦＷＨＭが広く、結晶性が低いものであった。
【００５８】
また実施例１〜３及び比較例１の窒化アルミニウム単結晶はいずれも、収率が高かった。これに対し、比較例２の窒化アルミニウム単結晶は、収率が低いものであった。
【００５９】
以上より、本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造方法によれば、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することができることが確認された。
【符号の説明】
【００６０】
６…窒化アルミニウム原料
７…成長容器
１３…種結晶
１３ａ…結晶成長面
１９…窒化アルミニウム単結晶
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム系半導体は、６．２ｅＶという広いバンドギャップを有することから、青色・紫外発光素子、白色ＬＥＤ、高耐圧・高周波電源ＩＣなどへの利用が期待されている。また、窒化アルミニウム単結晶は、窒化ガリウムとの格子不整合が２．４％と小さいことから、窒化ガリウム系半導体を成長させる際の成長用基板としても期待されている。
【０００３】
このような窒化アルミニウム単結晶の製造方法として、種々のものが知られている。中でも、昇華法は、一般的に成長速度が大きいため、バルク結晶の作製に対して有力な方法としてよく使用されている。昇華法は、成長容器を加熱して、成長容器の底部および上部に温度差を設け、底部に載置した原料を昇華させ、その昇華ガスを、底部より温度の低い上部に固定された種結晶にて再結晶させることで結晶を成長させる方法である。
【０００４】
このような昇華法による窒化アルミニウム単結晶成長法として、単結晶成長を密閉された成長容器内で行う方法が知られている（下記特許文献１）。下記特許文献１には、成長チャンバを収容したケースを備える窒化アルミニウム単結晶の製造装置が開示されており、その成長チャンバは、内部に窒素ガスを残した状態で密閉される。また成長チャンバの底部には原料としてのＡｌ源が収容され、成長チャンバの上部には炭化ケイ素などからなる種結晶が固定されている。そして、原料であるＡｌ源を加熱して昇華させ、Ａｌ源から昇華したガスと成長容器内に導入された窒素ガスとの混合ガスが種結晶において冷却されることで再結晶して固相になり窒化アルミニウムの単結晶が成長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５１９０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、昇華法を用いた窒化アルミニウム単結晶の製造方法では、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することが重要である。
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法のように、成長チャンバを密閉状態にして窒化アルミニウム単結晶を成長させると、得られる窒化アルミニウム単結晶においてドメインが形成され、結晶性が必ずしも高いとは言えないものであった。このため、特許文献１に記載の窒化アルミニム単結晶の製造方法には、結晶性の点で改良の余地があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することができる窒化アルミニウム単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決するため、特許文献１に記載の窒化アルミニム単結晶の製造方法によって得られる窒化アルミニウムの単結晶の結晶性が高くならない原因について検討した。その結果、本発明者らは、以下の理由により、得られる窒化アルミニウムの単結晶の結晶性が高くならないのではないかと考えた。すなわち、特許文献１に記載の窒化アルミニム単結晶の製造方法では、単結晶の成長が、成長チャンバを密閉状態にして行われる。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線速度が不十分であり、成長初期は、種結晶に対して窒化アルミニウム原料の昇華ガスが十分に供給されなくなる。このとき、種結晶が昇華やエッチングされ易い結晶であると、種結晶が昇華したり、エッチングされたりするため、種結晶の表面のうち結晶が成長する結晶成長面の全面に窒化アルミニム単結晶が成長しなくなる。すなわち、種結晶の結晶成長面上に、窒化アルミニウム単結晶が部分的にしか成長しないこととなる。これにより、部分的に成長した島状の窒化アルミニウム結晶子同士が合一化して一つの単結晶として成長していく。しかし、合一化による結晶子同士間の界面は、ここで接触する結晶子同士の方位が揃わず、小傾角粒界となりやすい。その結果、得られる窒化アルミニウム単結晶においてドメインが形成され、結晶性の高くない窒化アルミニウム単結晶が得られるのではないかと本発明者らは考えた。そこで、本発明者らはさらに鋭意研究を重ねた結果、下記発明により上記課題を解決し得ることを見出した。
【００１０】
すなわち本発明は、成長容器内に収容した窒化アルミニウム原料を加熱して昇華させ、前記成長容器の内壁面に固定した種結晶の表面上に窒化アルミニウムの単結晶を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する単結晶成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、前記単結晶成長工程が、前記種結晶の表面のうち結晶成長面が前記窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは前記成長容器を開放し、前記成長容器内に窒素ガスを導入する開放工程と、前記種結晶の表面の前記結晶成長面が前記窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われた後は前記成長容器を密閉する密閉工程とを含む、窒化アルミニウム単結晶の製造方法である。
【００１１】
この製造方法によれば、単結晶成長工程において、成長容器内に収容した窒化アルミニウム原料を加熱して昇華させ、成長容器の内壁面に固定した種結晶の表面上に窒化アルミニウムの単結晶を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する。このとき、種結晶の表面のうち窒化アルミニウムの単結晶が成長する結晶成長面が窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは成長容器が開放され、成長容器内に窒素ガスが導入される。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線流速を高くすることができる。そのため、種結晶の結晶成長面が窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは、種結晶に対して窒化アルミニウム原料の昇華ガスが十分に供給され、種結晶の結晶成長面全面に窒化アルミニウム単結晶を成長させることができる。その結果、ドメインが形成されることが十分に抑制され、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を得ることが可能となる。また種結晶の結晶成長面が窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われた後は、成長容器が密閉状態とされる。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスが成長容器から無駄に排出されることがなくなる。したがって、窒化アルミニウム単結晶を高収率で得ることができる。
【００１２】
上記窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、種結晶が炭化ケイ素を含む場合に特に有用である。
【００１３】
窒化アルミニウム原料の昇華ガスにはアルミニウムガスが含まれるところ、炭化ケイ素はアルミニウムガスによって腐食されやすい。このため、種結晶の結晶成長面が窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは、成長容器を開放して窒素ガスを成長容器内に導入することにより、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線流速を高くして、種結晶の結晶成長面の全面に窒化アルミニウム単結晶を成長させる必要性が高い。そのため、上記の通り、上記窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、種結晶が炭化ケイ素を含む場合に特に有用である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することができる窒化アルミニウム単結晶の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る窒化アルミニウム単結晶の製造方法を実施するための装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る窒化アルミニウム単結晶の製造方法の一工程である開放工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る窒化アルミニウム単結晶の製造方法を実施するための装置の一例を示す断面図である。図１に示すように、窒化アルミニウム単結晶の製造装置（以下、単に「製造装置」と呼ぶ）１００は、窒化アルミニウム単結晶１９の成長が行われる結晶成長部１と、結晶成長部１を収容する収容部２と、収容部２の周囲に巻回される高周波コイル３とから構成されている。収容部２には、ガス導入口４と、ガス排出口５とが形成されており、不活性ガス供給装置（図示せず）からガス導入口４を通して窒素ガスが導入され、収容部２内のガスが、減圧装置（例えば真空ポンプ）によってガス排出口５を通して排出されるようになっている。また収容部２には、結晶成長部１を収容するための開口部（図示せず）も形成されている。
【００１８】
結晶成長部１は、窒化アルミニウム原料６を収納する成長容器７と、成長容器７の外側に設けられる発熱体８と、発熱体８を覆う断熱材９と、成長容器７内に窒素ガスを導入する窒素ガス導入管２０と、成長容器７内のガスを排出するガス排出管２１とを備えている。窒素ガス導入管２０には弁Ｖ１が設けられ、ガス排出管２１には弁Ｖ２が設けられている。したがって、弁Ｖ１、Ｖ２の開閉により、成長容器７内への窒素ガスの導入量を制御することが可能となっている。
【００１９】
成長容器７としては、例えばルツボが用いられる。したがって、成長容器７は、窒化アルミニウム原料６を収納する収納部１０を有する本体部１１と、本体部１１の収納部１０を密閉する蓋体１２とを有している。蓋体１２の収納部１０側の面には種結晶１３が固定されるようになっている。成長容器７は、アルミニウムガスに対して耐腐食性を有する材料からなる。このような材料としては、例えば炭化タンタル（ＴａＣ）、窒化ジルコニウム、窒化タングステン及び窒化タンタルなどが挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、アルミニウムガスに対する耐腐食性に特に優れることから、炭化タンタルが好ましい。
【００２０】
発熱体８としては、例えばルツボが用いられる。したがって、発熱体８は、成長容器７を収納する本体部１４と、本体部１４を密閉する蓋体１５とを有している。発熱体８は、成長容器７を介して窒化アルミニウム原料６を加熱する発熱体として機能するものであり、成長容器７に接触している。発熱体８は、高周波コイル３によって高周波磁場を印加されることにより誘導電流が流され、発熱するようになっている。
【００２１】
発熱体８としては、例えばグラファイト、タングステン単体、又は、タングステンと、レニウム、鉄、ニッケル若しくは銅などの金属との合金を用いることができる。中でも、成長容器７よりも、窒化アルミニウム原料６の昇華時に発生するアルミニウムガスに対する耐腐食性に優れることから、タングステン単体、タングステンとレニウムなど、タングステンを含む金属材料で構成されることが好ましい。特に、耐熱性に優れることから、タングステン単体が好ましい。
【００２２】
断熱材９は、発熱体８を収納する本体部１７と、本体部１７を密閉する蓋体１８とを有している。断熱材９は、発熱体８の熱を成長容器７に効率よく伝えるためのものであり、例えばカーボンなどで構成される。
【００２３】
窒素ガス導入管２０は、成長容器７内に窒素ガスを導入することが可能となっていればよく、例えば、図１に示すように、断熱材の蓋体１８、発熱体８の蓋体１５、および、成長容器７の蓋体１２を貫通しており、蓋体１２，１５、１８に固定されている。またガス排出管２１も、成長容器７内のガスを排出することが可能となっていればよく、例えば図１に示すように、断熱材の蓋体１８、発熱体８の蓋体１５、および、成長容器７の蓋体１２を貫通しており、蓋体１２，１５、１８に固定されている。ここで、蓋体１２，１５，１８も互いに結合されていることが好ましい。窒素ガス導入管２０及びガス排出管２１はそれぞれ、例えばタングステン、タリウムなどの耐熱性を有する材料で構成されている。
【００２４】
次に、上記製造装置１００を用いた窒化アルミニウム単結晶の製造方法について説明する。
【００２５】
まず結晶成長部１において、断熱材９の蓋体１８、発熱体８の蓋体１５、成長容器７の蓋体１２の全てが外れた状態で、成長容器７の収納部１０に窒化アルミニウム原料６を収納する。一方、蓋体１２には、種結晶１３を固定する。本実施形態では、種結晶１３としては通常、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が用いられるが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを使用することも可能である。
【００２６】
そして、蓋体１２，１５，１８によって、成長容器７の本体部１１の収納部１０を密閉する。このとき、蓋体１２は、種結晶１３を収納部１０側に向ける。
【００２７】
そして、結晶成長部１を、収容部２の開口部から内部に収容する。
【００２８】
次に、収容部２を減圧装置により真空引きする。その後、ガス導入口４から収容部２に窒素ガスを導入するとともにガス排出口５から収容部２内のガスを排出させる。こうして、結晶成長部１を窒素ガス雰囲気下に置く。またこのとき、収容部２の内部の圧力は、好ましくは１．３〜１０１ｋＰａとし、より好ましくは１３．３〜８０．０ｋＰａとする。
【００２９】
次に、高周波コイル３に高周波電流を印加し、それにより発熱体８に高周波磁場を印加する。すると、発熱体８に誘導電流が流れ、発熱体８が発熱する。そして、発熱体８の蓋体１５の熱が、成長容器７を介して窒化アルミニウム原料６に伝わり、窒化アルミニウム原料６が加熱され、昇華される。このとき、発熱体８と成長容器７とが接触しているため、発熱体８の熱は、成長容器７に効率よく伝わり、窒化アルミニウム原料６が効率よく加熱される。
【００３０】
こうして窒化アルミニウム原料６が、昇華点以上の温度まで加熱されると、窒化アルミニウム原料６からアルミニウムガスと窒素ガスとが発生する。
【００３１】
このとき、成長容器７においては、窒化アルミニウム原料６の温度（以下、「原料部温度」と呼ぶ）が、窒化アルミニウム結晶１９の温度（以下、「成長部温度」と呼ぶ）よりも高くなるように設定する。ここで、原料部温度とは、具体的には、本体部１１の底部の温度を言い、成長部温度とは、具体的には、蓋体１２の温度を言う。このように成長容器７の温度プロファイルを設定することで、アルミニウムガスと窒素ガスとが、蓋体１２に固定された種結晶１３に付着して再結晶し、窒化アルミニウムの単結晶１９が成長する。
【００３２】
ここで、原料部温度は、１８００℃以上の温度であることが好ましく、２０００℃以上であることがより好ましい。この場合、原料部温度が、１８００℃未満である場合に比べて、成長速度をより増大させることができる。但し、原料部温度は、好ましくは成長容器７の融点未満の温度にする。
【００３３】
また成長部温度は、原料部温度よりも低い温度であればよいが、原料部温度よりも５０℃〜２００℃だけ低いことが好ましい。この場合、上記範囲を外れる場合に比べて、単結晶が得られやすい。すなわち、上記範囲を外れる場合に比べて、多結晶の析出がより十分に抑制されたり、結晶が成長しやすくなったりする。
【００３４】
原料部温度および成長部温度の制御は、例えば、発熱体８の本体部１４の底部、及び蓋体１５にそれぞれ設けた放射温度計で原料部温度および成長部温度を測定し、その測定結果に基づいて高周波コイル３に流れる高周波電流の出力を制御することにより行うことができる。
【００３５】
上記のようにして成長容器７内で種結晶１３の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウムの単結晶１９を成長させる（単結晶成長工程）。
【００３６】
このとき、窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の表面のうち結晶成長面１３ａの全面を覆うまでは、弁Ｖ１，Ｖ２を開くことにより成長容器７を開放状態とする（図２参照）。そして、窒素ガス導入管２０を通して収容部２内の窒素ガスを成長容器７内に導入する（開放工程）。このとき、成長容器７内のガスは、ガス排出管２１を通して排出し、収容部２のガス排出口５を通して収容部２の外へ排出する。
【００３７】
ここで、窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の表面のうち結晶成長面１３ａを全面的に覆ったかどうかについては、例えば成長容器７を開放状態とした時点から、種結晶１３の結晶成長面１３ａの全面を窒化アルミニウム単結晶が覆うまでの経過時間を予め調べておけば、成長容器７を開放状態とした時点からの経過時間を測定することで、知ることができる。ここで、「表面」とは、種結晶１３のうち蓋体１２の内壁面と接続されている面を除く面を言う。結晶成長面１３ａは、例えば種結晶１３が板状体である場合、蓋体１２の内壁面から延びる種結晶の側面の先端に接続される面を言う。
【００３８】
このとき、成長容器７の内部空間の圧力は、好ましくは１０〜７６０Ｔｏｒｒとし、より好ましくは１００〜６００Ｔｏｒｒとする。また成長容器７内に導入する窒素ガスの流量は、好ましくは１００〜１００００ｓｃｃｍとし、より好ましくは５００〜５０００ｓｃｃｍとする。
【００３９】
窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の結晶成長面１３ａを全面的に覆った後は、弁Ｖ１，Ｖ２を閉じることにより成長容器７を密閉状態とする（密閉工程）。成長容器７を密閉状態としてからも、引き続き、種結晶１３上に窒化アルミニウム単結晶１９を成長させる。こうして種結晶１３の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウム単結晶１９が得られ、窒化アルミニウム単結晶１９の製造が完了する。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態の製造方法によれば、成長容器７内に収容した窒化アルミニウム原料を加熱して昇華させ、成長容器７の蓋体１２の内壁面に固定した種結晶１３の表面上に窒化アルミニウムの単結晶１９を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する際、種結晶１３の表面のうち窒化アルミニウムの単結晶１９が成長する結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われるまでは成長容器７が開放され、成長容器７内に窒素ガスが導入される。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線流速を高くすることができる。そのため、種結晶１３の結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われるまでは、種結晶１３に対して窒化アルミニウム原料の昇華ガスが十分に供給され、種結晶１３の結晶成長面１３ａの全面に窒化アルミニウム単結晶１９を成長させることができる。その結果、ドメインが形成されることが十分に抑制され、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶１９を得ることが可能となる。また種結晶１３の結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われた後は、成長容器７が密閉状態とされる。このため、窒化アルミニウム原料の昇華ガスが成長容器７から無駄に排出されることがなくなる。したがって、窒化アルミニウム単結晶１９を高収率で得ることができる。
【００４１】
特に、本実施形態の製造方法は、種結晶１３が炭化ケイ素を含む場合に有用である。窒化アルミニウム原料の昇華ガスにはアルミニウムガスが含まれるところ、炭化ケイ素はアルミニウムガスによって腐食されやすい。このため、種結晶１３の結晶成長面１３ａが窒化アルミニウム単結晶１９で全面的に覆われるまでは、成長容器７を開放して窒素ガスを成長容器７内に導入することにより、窒化アルミニウム原料の昇華ガスの線流速を高くして、種結晶１３の結晶成長面１３ａの全面に窒化アルミニウム単結晶１９を成長させる必要性が高い。そのため、上記の通り、上記窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、種結晶１３が炭化ケイ素を含む場合に特に有用である。
【００４２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、発熱体８は、高周波コイル３により誘導加熱によって発熱しているが、高周波コイル３は必ずしも必要ではない。この場合、抵抗加熱によって発熱体８を発熱させることが可能である。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
図１に示す製造装置を用いて以下のようにして窒化アルミニウム単結晶を製造した。すなわち、まずカーボン繊維からなる断熱材９の蓋体１８、グラファイトからなる発熱体８の蓋体１５、炭化タンタル（ＴａＣ）からなる成長容器７の蓋体１２の全てが外れた状態で、成長容器７の収納部１０に、原料である窒化アルミニウム粉末を収納した。一方、蓋体１２には、接着剤によって、直径２インチ、厚さ０．５ｍｍの種結晶１３を担持させた。このとき、種結晶としては、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用いた。
【００４５】
そして、蓋体１２，１５，１８によって、成長容器７の本体部１１の収納部１０を密閉した。このとき、蓋体１２に固定した種結晶１３は収納部１０側に向けるようにした。
【００４６】
そして、結晶成長部１を収容部２内に設置した。次に、収容部２の内部空間を、真空ポンプを用いて真空引きした。その後、ガス導入口４から収容部２に窒素ガスを５００ｓｃｃｍの流量で導入するとともに、ガス排出口５から収容部２内のガスを排出させた。こうして収容部２内の圧力を１００〜６００Ｔｏｒｒに保持した。
【００４７】
次に、高周波コイル３に高周波電流を印加し、そのとき発生する誘導磁場によって発熱体８を発熱させ、成長容器７を介して窒化アルミニウム粉末を加熱した。このとき、成長容器７の原料部温度および成長部温度はそれぞれ、発熱体８の本体部１４、蓋体１５から放射される赤外線を放射温度計で測定し、その測定結果に基づいて１８５０℃及び１７５０℃となるように高周波コイル３に流れる高周波電流の出力を自動制御した。そして、１ｈにわたって窒化アルミニウム単結晶を成長させた。
【００４８】
このとき、高周波コイル３に高周波電流を印加すると同時に、すなわち昇温時に、弁Ｖ１，Ｖ２を開くことにより成長容器７を開放状態とした。そして、窒素ガス導入管２０を通して収容部２内の窒素ガスを成長容器７内に導入した。成長容器７内に導入した窒素ガスの流量は１００ｓｃｃｍとした。このとき、成長容器７内のガスは、ガス排出管２１を通して排出した。こうして成長容器７内の圧力を１０Ｔｏｒｒとした。
【００４９】
窒素ガスの導入は、窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の結晶成長面１３ａを全面的に覆うまで行った。具体的には、成長容器７を開放した時点から１時間経過するまで行った。なお、成長容器７を開放している間に成長部温度が目標温度に達したが、その後、そのままの状態を維持した。
【００５０】
そして、成長容器７を開放した時点から１時間経過後、窒化アルミニウムの単結晶１９が種結晶１３の結晶成長面１３ａを全面的に覆ったものと判断し、弁Ｖ１，Ｖ２を閉じることにより成長容器７を密閉状態とした。成長容器７を密閉状態としてからも、引き続き、種結晶１３上に窒化アルミニウム単結晶１９を成長させた。成長容器７を密閉していた時間は２５０ｈであった。こうして種結晶１３の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウム単結晶１９を作製した。
【００５１】
（実施例２及び３）
開放状態における成長容器内の圧力、原料部温度、成長部温度、及び成長容器を開放している間に成長容器内に導入された窒素ガスの流量を表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム結晶を成長させた。
【００５２】
（比較例１）
種結晶の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウム単結晶を成長させている間、成長容器を開放せず、成長容器を密閉状態とし続けたこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム結晶を成長させた。
【００５３】
（比較例２）
種結晶の結晶成長面１３ａ上に窒化アルミニウム単結晶を成長させている間、成長容器を開放し続け、成長容器を密閉状態としなかったこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム結晶を成長させた。
【００５４】
実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた窒化アルミニウムの単結晶について、結晶性、及び収率を以下のようにして調べた。
【００５５】
（結晶性）
窒化アルミニウム単結晶について、Ｘ線回折装置を用いて窒化アルミニウム（０００２）反射のロッキングカーブを得た。そして、このロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）を測定した。結果を表１に示す。
【００５６】
（収率）
窒化アルミニウム単結晶の重量、および、窒化アルミニウム原料の昇華量を測定し、下記式：
収率（％）＝（窒化アルミニム単結晶の重量／窒化アルミニウム原料の昇華量）×１００
に基づいて収率を算出した。結果を表１に示す。
【表１】
【００５７】
表１に示す結果より、実施例１〜３の窒化アルミニウム単結晶はいずれも、小さいＦＷＨＭを示しており、高い結晶性を有することが分かった。これに対し、比較例１〜２の窒化アルミニウム単結晶は、ＦＷＨＭが広く、結晶性が低いものであった。
【００５８】
また実施例１〜３及び比較例１の窒化アルミニウム単結晶はいずれも、収率が高かった。これに対し、比較例２の窒化アルミニウム単結晶は、収率が低いものであった。
【００５９】
以上より、本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造方法によれば、結晶性の高い窒化アルミニウム単結晶を高収率で製造することができることが確認された。
【符号の説明】
【００６０】
６…窒化アルミニウム原料
７…成長容器
１３…種結晶
１３ａ…結晶成長面
１９…窒化アルミニウム単結晶
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長容器内に収容した窒化アルミニウム原料を加熱して昇華させ、前記成長容器の内壁面に固定した種結晶の表面上に窒化アルミニウムの単結晶を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する単結晶成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、
前記単結晶成長工程が、
前記種結晶の表面のうち結晶成長面が前記窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは前記成長容器を開放し、前記成長容器内に窒素ガスを導入する開放工程と、
前記種結晶の表面の前記結晶成長面が前記窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われた後は前記成長容器を密閉する密閉工程とを含む、窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記種結晶が炭化ケイ素を含む、請求項１に記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
【請求項１】
成長容器内に収容した窒化アルミニウム原料を加熱して昇華させ、前記成長容器の内壁面に固定した種結晶の表面上に窒化アルミニウムの単結晶を成長させて窒化アルミニウム単結晶を製造する単結晶成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、
前記単結晶成長工程が、
前記種結晶の表面のうち結晶成長面が前記窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われるまでは前記成長容器を開放し、前記成長容器内に窒素ガスを導入する開放工程と、
前記種結晶の表面の前記結晶成長面が前記窒化アルミニウム単結晶で全面的に覆われた後は前記成長容器を密閉する密閉工程とを含む、窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記種結晶が炭化ケイ素を含む、請求項１に記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−４３８０１（Ｐ２０１３−４３８０１Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２３００（Ｐ２０１１−１８２３００）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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