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窒化アルミニウム製造方法

国内特許コード P110001548
整理番号 K031P27
掲載日 2011年2月21日
出願番号 特願2011-017216
公開番号 特開2012-158479
登録番号 特許第5314710号
出願日 平成23年1月28日(2011.1.28)
公開日 平成24年8月23日(2012.8.23)
登録日 平成25年7月12日(2013.7.12)
発明者
  • 寒川 義裕
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 窒化アルミニウム製造方法
発明の概要 【課題】液相成長により、単結晶の窒化アルミニウム材料を製造することのできる技術を提供する。
【解決手段】窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、種結晶の存在下に、窒化アルミニウム粉末を、窒化リチウムまたは窒化リチウムとアルミニウムの混合物とともに、常圧不活性ガス雰囲気下に加熱する工程を含む窒化アルミニウムの単結晶を製造する方法であって、前記加熱工程において、前記窒化リチウムまたは窒化リチウムとアルミニウムの混合物の組成が(液体+Li3AlN2)相内にあり、且つ、前記窒化アルミニウム粉末に前記窒化リチウムまたは窒化リチウムとアルミニウムの混合物を合わせた全組成が(液体+窒化アルミニウム+Li3AlN2)相内にあるような温度に加熱する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年,窒化物半導体を発光層とする深紫外領域のLED開発が注目されており、殺菌・医療・高密度光記録・固体照明などの分野への応用が期待されている。



窒化物半導体を発光層とするデバイスの作製は様々な方法で試みられている。これらの材料の中でも特に窒化アルミニウム(AlN)は、高い耐圧特性および優れた電子特性を備え、深紫外領域まで透明な光学特性および高い熱伝導特性を持つことから、有望視されている材料である。



当該材料は窒化物半導体と同種材料基板であり熱伝導率が高いことから、オンチップ光配線用基板をはじめとする窒化アルミニウム自立基板やヒートポンプ等のその他の用途への応用が期待されている。このような用途を実現するために、特に単結晶の窒化アルミニウム(AlN)材料が必要とされるが、デバイスの実用化に要求される品質の窒化アルミニウム単結晶の製造は非常に困難であることから、高品質な窒化アルミニウム単結晶の製造技術の確立が強く望まれている。



窒化アルミニウムの結晶成長法には、気相成長法および液相成長法がある。液相成長法は、気相成長法よりも低過飽和条件下で成長させるため、高純度な結晶が得られやすいという利点がある。



従来の液相成長法を用いた窒化アルミニウム材料の製造方法に関しては、窒素元素を含む非酸化性雰囲気中において、一種以上の遷移金属元素を総量で1~50原子%の範囲内で含むアルミニウム合金を溶融させて所定時間維持することによって、アルミニウムの窒化を促進させて窒化アルミニウムを製造する方法がある(例えば、特許文献1参照)。また、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させるIII族窒化物の結晶製造方法がある(例えば、特許文献2参照)。

産業上の利用分野


本発明は、電気電子材料の分野に属し、特に、単結晶の窒化アルミニウムを製造できる新規な技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
種結晶の存在下に、粒子サイズが臨界核サイズより小さい窒化アルミニウム粉末を、窒化リチウムまたは窒化リチウムとアルミニウムの混合物とともに、常圧不活性ガス雰囲気下に加熱する工程を含む窒化アルミニウムの単結晶を製造する方法であって、
前記加熱工程において、前記窒化リチウムまたは窒化リチウムとアルミニウムの混合物の組成が(液体+LiAlN)相内にあり、且つ、
前記窒化アルミニウム粉末に前記窒化リチウムとアルミニウムの混合物を合わせた全組成が(液体+窒化アルミニウム+LiAlN)相内にあるような温度に加熱することを特徴とする窒化アルミニウム単結晶の製造方法。

【請求項2】
下から順に、種結晶、窒化リチウムとアルミニウムの混合物、窒化アルミニウム粉末を積層して前記加熱工程を行う請求項1に記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。

【請求項3】
不活性ガスが、窒素ガスである請求項1または請求項2に記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。

【請求項4】
前記種結晶に窒化アルミニウム種結晶を用いる請求項1~請求項3のいずれかに記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。

【請求項5】
前記加熱する温度が900℃~1100℃である請求項1~請求項4のいずれかに記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。

【請求項6】
前記加熱する温度が1050℃であり、アルミニウムを含有せず、窒化アルミニウム粉末に窒化リチウムを合わせた全組成のモル組成比(窒化リチウム/窒化アルミニウム)が2/3である請求項5に記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。

【請求項7】
前記加熱する温度が1050℃であり、前記窒化リチウムとアルミニウムの混合物のモル組成比が3/1(窒化リチウム/アルミニウム)であり、前記窒化アルミニウム粉末に前記窒化リチウムとアルミニウムの混合物を合わせたモル組成比(リチウム/アルミニウム/窒素)が51/19/30である請求項5に記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
産業区分
  • 処理操作
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011017216thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ 革新的次世代デバイスを目指す材料とプロセス 領域
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