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AlN単結晶の作製方法及びAlN単結晶 コモンズ

国内特許コード P150012135
掲載日 2015年7月3日
出願番号 特願2015-035214
公開番号 特開2016-050165
出願日 平成27年2月25日(2015.2.25)
公開日 平成28年4月11日(2016.4.11)
優先権データ
  • 特願2014-174171 (2014.8.28) JP
発明者
  • 宇治原 徹
  • 永冶 仁
  • 渡邉 将太
  • 陳 鳴宇
  • 竹内 幸久
出願人
  • 国立大学法人名古屋大学
発明の名称 AlN単結晶の作製方法及びAlN単結晶 コモンズ
発明の概要 【課題】AlN単結晶を溶液法で作成する方法において、溶媒表面での雑晶の析出を抑制しつつ、AlN単結晶を基板上に良好に成長させる。
【解決手段】Al及びNの何れとも化合物を形成しない、又はAl及びNガスの何れかと化合物を形成するが当該化合物の標準生成自由エネルギーがAlNの標準生成自由エネルギーよりも大きい条件を満たす元素X(例えばFe)を用い、AlN単結晶の成長温度範囲において未飽和状態と過飽和状態とを形成する組成Fe-Xの溶媒を用いた。溶媒上部(溶媒表面)を未飽和状態とすることで、溶媒表面での雑晶の析出を抑制し、溶媒下部(溶媒と基板との界面)を過飽和状態とすることで、AlN単結晶の基板上への成長を促進する。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


AlN(窒化アルミニウム)は、医療、浄水、食品等の分野で殺菌用途や洗浄用途で使用される深紫外発光デバイスへの応用が期待されている。又、AlNは、放射線下や高温下の環境で使用されるパワーデバイスへの応用も期待されている。このようにAlNを深紫外発光デバイスやパワーデバイスとして利用する場合には、半導体シリコンと同様に、単結晶ウエハとして使用することが望ましい。



AlN単結晶を作製する方法の1つとして溶液法がある。溶液法は昇華法と比べて成長温度が低く、低コストで実現し得る点で優位である。AlN単結晶を溶液法により作製する方法では、気相中のN(窒素)を溶媒中に溶解させることで、AlN単結晶を基板上に成長させる。例えば特許文献1には、横型の成長炉を用い、Cu-Ti-Al-Siを組成とする溶媒と、表面を窒化していないサファイア基板とを用い、AlN単結晶を基板上に成長させる方法が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、AlN単結晶の作製方法及びAlN単結晶に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
Nを、Alを含む組成の溶媒中に溶解させることで、AlN単結晶を被成長領域上に成長させるAlN単結晶の作製方法であって、
第1種別に属する元素として、Al及びNの何れとも化合物を形成しない条件又はAl及びNの何れかと化合物を形成するが当該化合物の標準生成自由エネルギーがAlNの標準生成自由エネルギーよりも大きい条件を満たす元素を用い、Alと1種類以上の前記第1種別に属する元素とを含む組成を、AlN単結晶の成長温度を含む所定温度範囲において高温側ではAlNが析出し始める窒素濃度よりも溶媒中の窒素濃度が低い未飽和状態を形成し且つ低温側ではAlNが析出し始める窒素濃度よりも溶媒中の窒素濃度が高い過飽和状態を形成する組成とした溶媒を用い、溶媒表面の温度を前記高温側範囲内とし且つ溶媒と被成長領域との界面の温度を前記低温側範囲内としてAlN単結晶を被成長領域上に成長させることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項2】
請求項1に記載したAlN単結晶の作製方法において、
前記第1種別に属する元素として、Li、Mg、Si、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Snの何れかを用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項3】
請求項1又は2に記載したAlN単結晶の作製方法において、
第2種別に属する元素として、Nとの相互作用パラメーターが溶媒表面の温度で-10000J/molより小さくなる条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素とを含む組成とした溶媒を用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項4】
請求項1又は2に記載したAlN単結晶の作製方法において、
第2種別に属する元素として、Li、Si、Ti、V、Cr、Fe、Nb、Moの何れかを用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素とを含む組成とした溶媒を用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項5】
請求項1又は2に記載したAlN単結晶の作製方法において、
第3種別に属する元素として、Alとの相互作用パラメーターとNとの相互作用パラメーターとの和が温度上昇にしたがって小さくなる条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第3種別に属する元素とを含む組成とした溶媒を用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項6】
請求項3又は4に記載したAlN単結晶の作製方法において、
第3種別に属する元素として、Alとの相互作用パラメーターとNとの相互作用パラメーターとの和が温度上昇にしたがって小さくなる条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素と1種類以上の前記第3種別に属する元素とを含む組成とした溶媒を用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項7】
請求項5又は6に記載したAlN単結晶の作製方法において、
前記第3種別に属する元素として、Li、Crの何れかを用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項8】
請求項3又は4に記載したAlN単結晶の作製方法において、
第4種別に属する元素として、1種類以上の前記第1種別に属する元素及び1種類以上の前記第2種別に属する元素の何れよりもAlとの相互作用パラメーターの小さい条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素と1種類以上の前記第4種別に属する元素を含む組成とした溶媒を用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項9】
請求項5に記載したAlN単結晶の作製方法において、
第4種別に属する元素として、1種類以上の前記第1種別に属する元素及び1種類以上の前記第3種別に属する元素の何れよりもAlとの相互作用パラメーターの小さい条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第3種別に属する元素と1種類以上の前記第4種別に属する元素を含む組成とした溶媒を用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項10】
請求項6に記載したAlN単結晶の作製方法において、
第4種別に属する元素として、1種類以上の前記第1種別に属する元素及び1種類以上の前記第2種別に属する元素及び1種類以上の前記第3種別に属する元素の何れよりもAlとの相互作用パラメーターの小さい条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素と1種類以上の前記第3種別に属する元素と1種類以上の前記第4種別に属する元素を含む組成とした溶媒を用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項11】
請求項8から10の何れか一項に記載したAlN単結晶の作製方法において、
前記第4種別に属する元素として、Co、Niの何れかを用いることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項12】
請求項1から11の何れか一項に記載したAlN単結晶の作製方法において、
溶媒表面は溶媒上部であり、溶媒と被成長領域との界面は溶媒下部であることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項13】
請求項1から12の何れか一項に記載したAlN単結晶の作製方法において、
気相中のNを、Alを含む組成の溶媒中に溶解させることを特徴とするAlN単結晶の作製方法。

【請求項14】
Nが、Alを含む組成の溶媒中に溶解されることで、被成長領域上に成長するAlN単結晶であって、
第1種別に属する元素として、Al及びNの何れとも化合物を形成しない条件又はAl及びNの何れかと化合物を形成するが当該化合物の標準生成自由エネルギーがAlNの標準生成自由エネルギーよりも大きい条件を満たす元素を用い、Alと1種類以上の前記第1種別に属する元素とを含む組成を、AlN単結晶の成長温度を含む所定温度範囲において高温側ではAlNが析出し始める窒素濃度よりも溶媒中の窒素濃度が低い未飽和状態を形成し且つ低温側ではAlNが析出し始める窒素濃度よりも溶媒中の窒素濃度が高い過飽和状態を形成する組成とした溶媒を用い、溶媒表面の温度を前記高温側範囲内とし且つ溶媒と被成長領域との界面の温度を前記低温側範囲内として被成長領域上に成長したことを特徴とするAlN単結晶。

【請求項15】
請求項14に記載したAlN単結晶において、
第2種別に属する元素として、Nとの相互作用パラメーターが溶媒表面の温度で-10000J/molより小さくなる条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素とを含む組成とした溶媒を用い、被成長領域上に成長したことを特徴とするAlN単結晶。

【請求項16】
請求項14に記載したAlN単結晶において、
第2種別に属する元素として、Li、Si、Ti、V、Cr、Fe、Nb、Moの何れかを用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素とを含む組成とした溶媒を用い、被成長領域上に成長したことを特徴とするAlN単結晶。

【請求項17】
請求項14に記載したAlN単結晶において、
第3種別に属する元素として、Alとの相互作用パラメーターとNとの相互作用パラメーターとの和が温度上昇にしたがって小さくなる条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第3種別に属する元素とを含む組成とした溶媒を用い被成長領域上に成長したことを特徴とするAlN単結晶。

【請求項18】
請求項15又は16に記載したAlN単結晶において、
第3種別に属する元素として、Alとの相互作用パラメーターとNとの相互作用パラメーターとの和が温度上昇にしたがって小さくなる条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素と1種類以上の前記第3種別に属する元素とを含む組成とした溶媒を用い、被成長領域上に成長したことを特徴とするAlN単結晶。

【請求項19】
請求項15又は16に記載したAlN単結晶において、
第4種別に属する元素として、1種類以上の前記第1種別に属する元素及び1種類以上の前記第2種別に属する元素の何れよりもAlとの相互作用パラメーターの小さい条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素と1種類以上の前記第4種別に属する元素を含む組成とした溶媒を用い、被成長領域上に成長したことを特徴とするAlN単結晶。

【請求項20】
請求項17に記載したAlN単結晶において、
第4種別に属する元素として、1種類以上の前記第1種別に属する元素及び1種類以上の前記第3種別に属する元素の何れよりもAlとの相互作用パラメーターの小さい条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第3種別に属する元素と1種類以上の前記第4種別に属する元素を含む組成とした溶媒を用い、被成長領域上に成長したことを特徴とするAlN単結晶。

【請求項21】
請求項18に記載したAlN単結晶において、
第4種別に属する元素として、1種類以上の前記第1種別に属する元素及び1種類以上の前記第2種別に属する元素及び1種類以上の前記第3種別に属する元素の何れよりもAlとの相互作用パラメーターの小さい条件を満たす元素を用い、それぞれ異なる元素としてAlと1種類以上の前記第1種別に属する元素と1種類以上の前記第2種別に属する元素と1種類以上の前記第3種別に属する元素と1種類以上の前記第4種別に属する元素を含む組成とした溶媒を用い、被成長領域上に成長したことを特徴とするAlN単結晶。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 公開
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