(57)【要約】      （修正有）【課題】ＡｌＮ（窒化アルミニウム）塊状単結晶を製造するための方法と単結晶ＡｌＮ基板を提供する。【解決手段】中心長手軸線１８を有する単結晶ＡｌＮ種結晶１５を坩堝装置３の結晶成長領域４内に配置し、成長段階の間に結晶成長領域４内にＡｌＮ成長気相１６を生成し、成長気相１６を坩堝装置３の貯蔵領域５内にあるＡｌＮ原材料２１から少なくとも一部を供給し、ＡｌＮ塊状単結晶２をＡｌＮ成長気相１６からＡｌＮ種結晶１５上に析出させることで中心長手軸線１８と平行に向いた成長方向１７に成長させ、浄化段階の間にＡｌＮ原材料２１の少なくとも酸素割合が減らし、坩堝装置３に設けた析出室８内で浄化段階の間にＡｌＮ原材料２１から蒸発した酸素含有成分を析出させ、ＡｌＮ原材料２１を浄化段階の終了後、成長段階全体の間、無酸素雰囲気内で保持する。【選択図】図２
2010241679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＮ塊状単結晶（２）を製造するための方法であって、
ａ）中央中心長手軸線（１８）を有する単結晶ＡｌＮ種結晶（１５）が坩堝装置（３）の結晶成長領域（４）内に配置され、
ｂ）成長段階の間に前記結晶成長領域（４）内にＡｌＮ成長気相（１６）が生成され、前記成長気相は前記坩堝装置（３）の貯蔵領域（５）内にあるＡｌＮ原材料（１４、２１）から少なくとも一部を供給され、前記ＡｌＮ塊状単結晶（２）は前記ＡｌＮ成長気相（１６）から前記ＡｌＮ種結晶（１５）上に析出させることにより前記中心長手軸線（１８）と平行に向いた成長方向（１７）に成長し、
ｃ）浄化段階の間に前記ＡｌＮ原材料（１４、２１）の少なくとも酸素割合が減らされ、
ｄ）前記坩堝装置（３）が析出室（８）を含み、前記析出室内で前記浄化段階の間に前記ＡｌＮ原材料（１４、２１）から蒸発した酸素含有成分が析出され、
ｅ）前記ＡｌＮ原材料（１４、２１）は前記浄化段階の終了後、前記成長段階全体の間無酸素雰囲気内で保持される方法。
【請求項２】
前記浄化段階の間に前記ＡｌＮ原材料（１４、２１）から酸素含有成分の非調和蒸発が引き起こされる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記浄化段階の終了後、前記析出室（８）と前記結晶成長領域（４）との間での気体交換を阻止するために、前記析出室（８）が前記貯蔵領域（５）および前記結晶成長領域（４）から機械的に分離される請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記中心長手軸線（１８）の方向に見て前記貯蔵領域（５）が前記結晶成長領域（４）と前記析出室（８）との間に配置される請求項１ないし３の１つに記載の方法。
【請求項５】
前記浄化段階の間、特に前記成長段階の間にも前記析出室（８）内で析出温度（Ｔ3）が調整され、前記析出温度は前記貯蔵領域（５）内で調整された貯蔵温度（Ｔ2）よりも低く、特に５０〜３００Ｋ、好ましくは５％低い請求項１ないし４の１つに記載の方法。
【請求項６】
前記浄化段階の間に前記ＡｌＮ種結晶（１５）における結晶温度（Ｔ1）が調整され、前記結晶温度は前記貯蔵領域（５）内で調整された貯蔵温度（Ｔ2）と少なくとも同じである請求項１ないし５の１つに記載の方法。
【請求項７】
前記成長段階の間、成長する前記ＡｌＮ塊状単結晶（２）の成長界面で結晶温度（Ｔ1）が調整され、前記結晶温度は前記貯蔵領域（５）内で調整された貯蔵温度（Ｔ2）より低く、特に１０〜２００Ｋ、好ましくは１％低い請求項１ないし６の１つに記載の方法。
【請求項８】
前記坩堝装置（３）に付加的プロセスガス、特に窒素が供給され、前記浄化段階の間、前記プロセスガスのプロセスガス分圧は前記成長段階の間よりも低く調整される請求項１ないし７の１つに記載の方法。
【請求項９】
前記坩堝装置（３）に付加的プロセスガス、特に窒素が供給され、前記浄化段階の間、前記プロセスガスのプロセスガス分圧は２×１０2〜１０5Ｐａの範囲内の値に調整される請求項１ないし８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記成長段階は前記浄化段階に直接続いて実行される請求項１ないし９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記貯蔵領域（５）は前記坩堝装置（３）の内部坩堝挿入体（６）として形成されており、後に前記成長段階用に必要となる前記ＡｌＮ原材料（１４、２１）は前記浄化段階の開始前に前記内部坩堝挿入体（６）内に完全に導入される請求項１ないし×１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
酸素濃度が最高５×１０16ｃｍ-3である円盤状の単結晶ＡｌＮ基板。
【請求項１３】
前記酸素濃度が最高１×１０15ｃｍ-3である請求項１２記載のＡｌＮ基板。
【請求項１４】
前記ＡｌＮ基板が基板主表面を有し、前記基板主表面は直径が少なくとも７５ｍｍ、特に少なくとも１００ｍｍ、好ましくは少なくとも２００ｍｍである請求項１２又は１３記載のＡｌＮ基板。
【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（ＡｌＮ）塊状単結晶を製造するための方法および単結晶ＡｌＮ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料のＡｌＮはその優れた物理的、化学的、電気的および光学的性質の故に、特に例えば発光半導体部品、特に窒化物基の紫外線発光ダイオード等の電子部品用出発材料として使用される。そのためには欠陥のない純粋品質のＡｌＮ塊状単結晶がベースとして必要である。
【０００３】
ＡｌＮ塊状単結晶は一般に物理的気相蒸着法、特に昇華法によって製造される。これらのＡｌＮ塊状単結晶から円盤状単結晶ＡｌＮ基板が切り取られ、これらの基板は次に部品作製の枠内で少なくとも１つの他のエピタキシャル層が設けられる。欠陥は一般にＡｌＮ基板から、被着されたエピタキシャル層に伝播し、部品特性の劣化をもたらす。即ち部品の品質は成長したＡｌＮ塊状単結晶の品質と引き続いて得られるＡｌＮ基板の品質とに依存している。
【０００４】
これらの部品の故障確率は欠陥密度と共に上昇する。欠陥の１種は結晶構造に閉じ込められた不純物原子である。ＡｌＮでは特に酸素原子が望ましくない不純物原子である。
【０００５】
ＡｌＮ塊状単結晶を成長させる成長気相内の酸素割合に応じて、成長したＡｌＮ塊状単結晶の内部に別の欠陥を生じる。非特許文献１では、酸素濃度が高い（例えば≧１％）場合、Ａｌ2Ｏ3不純物相の混入が生じると述べられている。酸素濃度が比較的僅かであっても、ＡｌＮ塊状単結晶内に特に酸素‐窒素空孔錯体が生じ、この錯体は非特許文献２によれば結晶の電気的性質も光学的性質も大抵の場合望ましくない形で変える。
【０００６】
成長気相内の酸素は大抵の場合粉末状ＡｌＮ原材料に由来し、この原材料は昇華成長用に使用され、普通かなりな程度に酸素で汚染されている。ＡｌＮ粒子は酸素含有層又は酸化物層で被覆されており、この層は空中酸素との反応又は周囲雰囲気中に含まれた水との反応に基づいて生じる。昇華成長のための商業的に入手可能なこのＡｌＮ粉末を利用する前にこの粉末が浄化され、ＡｌＮ粒子の酸化物層が除去される。非特許文献３と非特許文献４には、特に高い温度で実行されるこのような浄化も各々述べられている。ＡｌＮ粉末の出発酸素不純物が約１重量％の場合、ＡｌＮ原材料の酸素含有量は浄化プロセスにより約１００〜２００ｐｐｍの範囲内の値に減らすことができた。それにも係らず、このＡｌＮ原材料で製造されたＡｌＮ基板は過度に高い酸素含有量を有することがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S.Yu. Karpov et al.  "Role of oxygen in AlN sublimation growth", phys. stat. sol. (ｃ) 0 No. 7 (2003) 1989 - 1992
【非特許文献２】G.A. Slack et al. "Some effects of oxygen impurities on AlN and GaN", Journal of Crystal Growth 246 (2002) 287 - 298
【非特許文献３】Yu.N. Makarov et al. "Experimental and theoretical analysis of sublimation growth of AlN bulk crystals", Journal of Crystal Growth 310 (2008) 881 - 886
【非特許文献４】Z.Gu et al. "Sublimation growth of aluminum nitride crystals", Journal of Crystal Growth 297 (2006) 105 - 110
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、ＡｌＮ塊状単結晶を製造するための改良された方法および改良された単結晶ＡｌＮ基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
方法に関する課題を解決するために、請求項１の特徴に対応した方法を提示する。本発明に係る方法は、ＡｌＮ塊状単結晶を製造するための方法であって、中央の中心長手軸線を有する単結晶ＡｌＮ種結晶が坩堝装置の結晶成長領域に配置され、成長段階の間に前記結晶成長領域内にＡｌＮ成長気相が生成され、前記成長気相は前記坩堝装置の貯蔵領域内にあるＡｌＮ原材料から少なくとも一部を供給され、前記ＡｌＮ塊状単結晶は前記ＡｌＮ成長気相から前記ＡｌＮ種結晶上に析出させることによって前記中心長手軸線と平行に向いた成長方向に成長する方法である。前段に設けられる浄化段階の間、前記ＡｌＮ原材料の少なくとも酸素割合が減らされる。前記坩堝装置が析出室を含み、前記析出室内で前記浄化段階の間に前記ＡｌＮ原材料から蒸発した酸素含有成分が析出される。前記ＡｌＮ原材料は前記浄化段階の終了後、前記成長段階全体の間、無酸素雰囲気内で保持される。
【００１０】
浄化段階後、浄化されたＡｌＮ原材料はもはや酸素と接触させてはならない。それは、さもないと再酸化が起き、その結果、浄化効果が少なくとも一部は再び無にされるからである。これを防止すべく、浄化されたＡｌＮ原材料は特に、自然な酸素含有量および／又は湿潤雰囲気を有する周囲雰囲気にも曝されない。こうして、成長段階の間にこのＡｌＮ原材料から製造されるＡｌＮ塊状単結晶は極めて高い価値を持ち、特に極めて低い酸素不純物含有量を有する。
【００１１】
浄化されたＡｌＮ原材料の本発明に係る遮蔽は、更に別の望ましくない物質による再汚染をも防止する。浄化段階の間に原材料から除去されるのは確かに主として酸素ではあるが、酸素だけではない。別の不純物の割合も減らされる。即ち、ＡｌＮ原材料が特に１８００〜２１００℃の範囲内の温度でのアニール処理に曝される浄化段階の過程で、汚染度の全般的低減が起きる。
【００１２】
ＡｌＮ原材料から蒸発した酸素含有成分の再凝縮が析出室内で適切に引き起こされる。この結果、これらの酸素含有成分が未制御に１箇所に堆積し、後にこの箇所からそれらがＡｌＮ原材料又は成長するＡｌＮ塊状単結晶の再汚染に関与することは防止される。
【００１３】
全体として、本発明に係る成長法で、欠陥又は酸素の極めて少ないＡｌＮ塊状単結晶を製造でき、これら塊状単結晶は従来のＡｌＮ塊状単結晶よりも著しく高い品質を有し、従って一層良好に特に半導体部品製造のために再利用できる。
【００１４】
特別な１構成によれば、前記浄化段階の間に前記ＡｌＮ原材料から酸素含有成分の非調和蒸発が引き起こされる。非調和蒸発とは、ＡｌＮ原材料から蒸発した気相中の酸素割合がＡｌＮ原材料中の酸素割合よりも高いことを意味する。これにより、残りのＡｌＮ原材料中では所望の如く酸素が減少する。酸素含有成分は、例えばアルミニウム酸素化合物等の酸素含有（不純物）相、即ち特に酸化アルミニウムであり得る。
【００１５】
他の特別な１構成によれば、前記浄化段階の終了後、前記析出室と前記結晶成長領域との間での気体交換を阻止するために前記析出室は前記貯蔵領域および前記結晶成長領域から機械的に分離される。この分離によって特に、析出室内に析出された（酸素含有）不純物が貯蔵領域および／又は結晶成長領域に逆輸送されることは防止される。好ましくは気密な閉鎖機構が設けられ、この閉鎖機構は浄化段階の間貯蔵領域から析出室への気体輸送を可能とするために開放され、浄化段階終了後に閉鎖される。
【００１６】
他の特別な１構成によれば、中心の長手軸線の方向に見て、前記貯蔵領域は前記結晶成長領域と前記析出室との間に配置される。析出室は特に軸線方向において貯蔵領域および結晶成長領域の下方に配置される。これにより、析出室の温度は残りの坩堝領域の温度に左右されることなく容易に調整できる。特に、下方に配置される析出室内ではその他の坩堝領域におけるよりも低い温度を問題なく設けることができ、この結果、析出室内では酸素含有気体成分の析出が促進される。軸線方向、即ち成長方向に延びるこのような温度勾配は例えば析出室および残りの坩堝領域に関して加熱機構の相応する相対的位置決めおよび／又は摺動によって問題なく調整できる。
【００１７】
他の特別な１構成によれば、前記浄化段階の間に、特に前記成長段階の間にも前記析出室内で析出温度が調整され、前記析出温度は前記貯蔵領域内で調整された貯蔵温度よりも低く、特に５０〜３００Ｋ、好ましくは５％低くされる。これにより、特に前記温度勾配によって促される酸素含有気体成分の気体輸送は、主として前記貯蔵領域から前記析出室へと起き、その逆は生じない。
【００１８】
他の特別な１構成によれば、前記浄化段階の間に前記ＡｌＮ種結晶で結晶温度が調整され、前記結晶温度は前記貯蔵領域内で調整された貯蔵温度と少なくとも同じである。これにより、前記浄化段階の間に前記ＡｌＮ種結晶での望ましくない析出は阻止される。
【００１９】
他の特別な１構成によれば、成長段階の間、成長する前記ＡｌＮ塊状単結晶の成長界面で結晶温度が調整され、結晶温度は前記貯蔵領域内で調整された貯蔵温度よりも低く、特に１０〜２００Ｋ、好ましくは１％低い。これにより、前記成長段階の間に望ましい前記貯蔵領域から前記成長界面への材料輸送が促進され、かつプロセス段階の間に望ましい前記成長界面での析出が促進される。前記成長段階の開始時、前記成長界面は、この時点には存在していないＡｌＮ塊状単結晶にではなく、ＡｌＮ種結晶に形成される。
【００２０】
他の特別な１構成では、前記坩堝装置に付加的プロセスガス、特に窒素が供給される。更に、前記浄化段階の間、前記プロセスガスのガス分圧は前記成長段階の間よりも低く調整される。特に、前記浄化段階の間、前記プロセスガス分圧は２×１０2〜１０5Ｐａの値に調整される。この結果、前記浄化段階の間にＡｌＮ原材料からの酸素含有成分の好ましい蒸発が促進される。特に前記浄化段階の間に設定されるプロセスガス分圧は純ＡｌＮと均衡した気相の分圧より高く、酸化物上の気相の分圧より低い。即ち浄化段階の間、発生する気相は特に易揮発性酸化物相から成り、これによりＡｌＮ原材料の意図する浄化が引き起こされる。
【００２１】
他の特別な１構成では、前記成長段階は浄化段階に直接続いて実行され、特に前記浄化段階と成長段階の間に坩堝装置を開放することなく実行される。これは特に、浄化段階後に浄化されたＡｌＮ原材料が坩堝装置内に留まり、そこで成長段階用に利用される「インサイチュー」浄化である。このプロセス経過は極めて効率的である。特に、一旦浄化されたＡｌＮ原材料を後の成長開始に至る迄再汚染から保護するための費用が生じない。
【００２２】
他の特別な１構成によれば、前記貯蔵領域が前記坩堝装置の内部坩堝挿入体として形成されており、後に前記成長段階用に必要となる前記ＡｌＮ原材料は前記浄化段階の開始前に前記坩堝挿入体内に完全に導入される。坩堝装置は、好ましくは坩堝装置を再度開放することなく浄化段階も成長段階も実行できるように、既に浄化段階前に装備される。これにより、浄化されたＡｌＮ原材料の再汚染は確実に防止される。こうして、ごく価値の高い低酸素ＡｌＮ塊状単結晶を成長させることができる。
【００２３】
単結晶ＡｌＮ基板に関する課題を解決すべく、請求項１２の特徴に対応したＡｌＮ基板を提示する。本発明に係る単結晶ＡｌＮ基板は、酸素濃度が最高５×１０16ｃｍ-3、特に最高で１×１０15ｃｍ-3である円盤状のＡｌＮ基板である。
【００２４】
本発明に係る単結晶ＡｌＮ基板は酸素含有量がごく低い点で優れており、従ってごく良好な、特に再現可能でもある良好な光学的、電気的性質を有する。
【００２５】
酸素濃度が本発明によるよりも高くなると、特に１×１０18ｃｍ-3以上の濃度では、このように高い酸素含有量を有するＡｌＮ基板を使用して半導体部品を製造するとき、例えば他の層、例えばＣＶＤ（化学蒸着）層の被着中、単結晶ＡｌＮ成長に障害を生じることがある。それに対し、この問題は本発明による低い酸素含有量の場合発生しない。
【００２６】
更に、ＡｌＮ内でドナーとして働く酸素によって半導体特有の伝導率を調整することができる。しかしこのため酸素濃度は、好ましくは、本発明で設定した最高で５×１０16ｃｍ-3の値とすべきであろう。即ち、この好ましい応用時にＡｌＮ基板内に存在する酸素は特に、ドナーとして働いて電気伝導率を決定するドーパントである。
【００２７】
他方で、低い伝導率と例えば特に少なくとも１０11Ωｃｍの比抵抗、又は好ましくは少なくとも１０12Ωｃｍの比抵抗さえ有する半絶縁特性又は高抵抗特性がＡｌＮ基板用に望まれる場合、最高５×１０15ｃｍ-3又は好ましくは最高１×１０15ｃｍ-3の酸素濃度が特別好ましい。
【００２８】
酸素不純物原子の汚染度がこのように低い有利な単結晶ＡｌＮ基板はこれまで存在しなかった。これらの基板は本発明に係る前記方法により成長させたＡｌＮ塊状単結晶から、例えばこのようなＡｌＮ塊状単結晶を逐次円盤状に切断又は鋸引きすることによって初めて製造できる。このようなＡｌＮ基板の基板主表面は、特にＡｌＮ塊状単結晶の成長方向に対して実質垂直に向いている。
【００２９】
本発明に係るＡｌＮ基板は半導体部品を製造するための利用に関する工業的要求を満たす。このようなＡｌＮ基板は基板主表面に垂直に測定した基板厚が特に約１００〜約１０００μｍの範囲内、好ましくは約２００〜約５００μｍの範囲内であり、基板厚は基板主表面全体にわたって見て好ましくは最高２０μｍの全体的厚さ変動を有する。更に、相対向する両方の基板主表面の少なくとも一方は好ましくは最高３ｎｍの表面粗さを有する。ＡｌＮ基板は特に自立しており、好ましくは実質円形の円盤状をなす。即ち基板主平面は事実上円形である。場合によっては、周縁に設けられる少なくとも１つの識別マークの故に、厳密に円形の幾何学形状からの僅かな偏差が存在し得る。
【００３０】
特別な１構成によれば、ＡｌＮ基板は基板直径が少なくとも７５ｍｍ、特に少なくとも１００ｍｍ、好ましくは少なくとも２００ｍｍの基板主表面を有する。基板直径が大きければ大きいほど、この単結晶ＡｌＮ基板は例えば半導体部品の製造に一層効率的に継続利用することができる。これにより半導体部品の製造費が低下する。
【００３１】
本発明のその他の特徴、利点および詳細を、図面を基に１実施例についての以下の説明から明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】浄化段階の間に不純物を析出させるための個別析出室を有する、ＡｌＮ塊状単結晶を製造するための成長装置の１実施例を示す。
【図２】成長段階の間の図１の成長装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１と図２において相対応する部品には同じ符号を付している。
【００３４】
昇華成長によってＡｌＮ塊状単結晶２を製造するための成長装置１の１実施例が図１と図２に示してある。この成長装置１は多部分構成の成長坩堝３を含み、この成長坩堝は結晶成長領域４と内部坩堝挿入体６の態様のＡｌＮ貯蔵領域５と気密閉鎖可能なシャッタ７と析出室８とを含む。
【００３５】
結晶成長領域４は成長坩堝３の、特に上側坩堝蓋として使用される軸線方向第１正面壁に隣接して配置されているのに対して、析出室８は成長坩堝３の、特に下側坩堝底として使用される（対向する）軸線方向第２正面壁に隣接して配置されている。それらの間にＡｌＮ貯蔵領域５とシャッタ７があり、ＡｌＮ貯蔵領域５の内部坩堝挿入体６は支柱９によってシャッタ７に載置されている。
【００３６】
シャッタ７の閉鎖状態（図２参照）のとき、一方で析出室８と他方で結晶成長領域４およびＡｌＮ貯蔵領域５との間で気密分離をシャッタによって引き起こすことができる。他方で、シャッタ７の開放時（図１参照）には、成長坩堝３の前記領域の全てが互いに結合されており、成長坩堝３の内部に単一の関連した坩堝内部空間が形成されている。
【００３７】
図示実施例では、シャッタ７は互い違いに摺動可能な２つの板１０、１１を含み、これらの板が貫通孔１２もしくは１３を備えている。シャッタ開放状態のとき両方の板１０、１１の貫通孔１２、１３は一直線に並べて上下に配置されているのに対し、シャッタ閉鎖状態のとき貫通孔は各他方の板１０又は１１の板材料によって気密閉鎖されている。
【００３８】
ＡｌＮ貯蔵領域４内にあるＡｌＮ原材料１４は先ず、例えば粉末状の、場合によっては汚染された出発材料として製造プロセスの開始前に内部坩堝挿入体６に注入される。選択的に、製造開始前に導入されるＡｌＮ原材料１４は予備浄化されかつ予備焼結された多結晶ＡｌＮブロックとして実施可能であり、前段に設けられたＡｌＮブロック製造法において特に粒子の焼結前に酸素含有相は除去しておくべきであろう。図１に示す実施例では、最初に導入されるＡｌＮ原材料１４は粉末状である。
【００３９】
成長坩堝３の軸線方向第１正面壁の、坩堝内部空間に向き合う内面に、結晶成長領域４の内部で単結晶ＡｌＮ種結晶１５が取付けられている。この種結晶は、成長するＡｌＮ塊状単結晶２にＡｌＮ種結晶１５の欠陥が伝播するのを十分に防止すべく、無欠陥又は少なくとも極めて少ない欠陥とされている。
【００４０】
成長段階の間（図２参照）、ＡｌＮ塊状単結晶２はＡｌＮ種結晶１５上に、結晶成長領域４内に生じるＡｌＮ成長気相１６からの析出によって成長する。この成長は１成長方向１７において起き、この成長方向は図示実施例の場合上から下へと、即ち上側坩堝蓋からＡｌＮ貯蔵領域５の方に向いている。成長方向１７はＡｌＮ種結晶１５および成長するＡｌＮ塊状単結晶２の中央中心長手軸線１８と平行に延びている。成長するＡｌＮ塊状単結晶２は図示実施例の場合成長装置１の内部に同軸で配置されているので、中央中心長手軸線１８は全体として成長装置１にも割り当てることができる。成長するＡｌＮ塊状単結晶２とＡｌＮ種結晶１５は概ね同じ直径を有する。もしそうだとしても最高１０％の偏差が生じ、この偏差だけＡｌＮ種結晶１５の直径はＡｌＮ塊状単結晶２の直径よりも小さい。
【００４１】
図１の実施例において成長坩堝３は好適な電気伝導性かつ熱伝導性坩堝材料、特に例えばタンタルおよび／又はタングステン等の高融点金属、又はこのような高融点金属と窒素および／又は炭素との化合物から成る。選択的に、成長坩堝３を多部分構成にすることも可能であり、個別部分を少なくとも一部は様々な坩堝材料で構成することができる。即ちその限りで、既に指摘した坩堝材料の他に例えば黒鉛等の他の好適な坩堝材料も設けておくことができる。詳しくは示さない断熱層が成長坩堝３の周囲に配置されている。
【００４２】
断熱成長坩堝３は図示しない管状容器の内部に配置されており、この容器は例えば石英ガラス管からなり、オートクレーブ又は反応器を形成する。成長坩堝３を加熱すべく、管状容器の周りに、やはり図示しない誘導加熱機構が、例えば加熱コイルの態様で配置されている。加熱コイルは成長坩堝３の電気伝導性坩堝壁に電流を誘導的に入力する。この電流は実質的に循環電流として中空円筒形坩堝壁の内部で周方向に流れ、成長坩堝３を加熱する。加熱コイルと成長坩堝３との間の相対位置は場合によっては軸線方向で、即ち中心長手軸線１８の方向で変更し、特に成長坩堝３の内部で温度又は温度推移を調整し、必要なら変更することもできる。加熱機構は多部分構成としてもよく、こうして成長坩堝３の個々の領域を適切に、相互に独立的に加熱できる。例えば結晶成長領域４、ＡｌＮ貯蔵領域５および析出室８に各々個別の、特に個々に制御可能な部分加熱機構を付設することもできる。成長坩堝３は加熱コイルによって２０００℃超の温度に加熱される。
【００４３】
本来の成長段階の前に、図１に示す浄化段階が行われ、最初に導入されたＡｌＮ原材料１４がこの浄化段階の間に浄化される。汚染度を減らすために粉末状ＡｌＮ原材料１４は１８００〜２２００℃の範囲内の浄化温度でアニール処理を施される。不純物と見做すべきは、特に酸素原子だけでなく、ＡｌおよびＮとは異なる不純物原子である。最初に導入されたＡｌＮ原材料１４の粉末粒子は少なくとも部分的に、例えばＡｌ2Ｏ3から成る酸化物層を備えている。アニール処理の間、酸素含有成分は最初に導入されたＡｌＮ原材料１４から過比例的に蒸発し、その酸素含有量が劇的に低下し、所望の浄化作用が起こる。即ち浄化プロセスステップの間に、かなりの割合の易揮発性酸化物相を有する気相が坩堝内部空間内に生じる。ＡｌＮ原材料１４から蒸発したこれらの不純物はＡｌＮ貯蔵領域５から適切に遠ざけられ、この時点で開放されているシャッタ７を通して析出室８内に導かれる。これは、相応する温度分布を調整することによって行われる。
【００４４】
浄化段階の間にＡｌＮ種結晶１５に設定される結晶温度Ｔ1は、ＡｌＮ貯蔵領域５内で調整される貯蔵温度Ｔ2と少なくとも同じであり、ＡｌＮ貯蔵領域５からＡｌＮ種結晶１５への材料輸送はさして起きず、特に、酸素で強く汚染された気相成分がＡｌＮ種結晶１５に析出することもない。結晶温度Ｔ1は特に貯蔵温度Ｔ2に概ね等しい（Ｔ1≒Ｔ2）。これにより一方でＡｌＮ種結晶１５からの過度な材料蒸発が避けられる。しかし他方で、ＡｌＮ種結晶１５でも蒸発による僅かな材料除去が生じる。これは望ましいことである。と言うのも、ＡｌＮ種結晶１５の成長界面も汚染されていることがあり、この僅かな材料除去がここでも所望の浄化をもたらすからである。それに対し析出室内に設定される析出温度Ｔ3は貯蔵温度Ｔ2より低く、結晶温度Ｔ1よりも低い。これにより、汚染された気相成分は矢印１９で示すように析出室８内に輸送され、そこで再凝縮によって廃棄材料２０として、例えば特別低温の下側坩堝壁に堆積する。即ち浄化段階の間に存在する温度の関係はＴ1≧Ｔ2＞Ｔ3である。
【００４５】
浄化段階の終了後、最初に導入されたＡｌＮ原材料１４の組成は変化している。この原材料は一方で著しく僅かな不純物を含み、他方で別の構造も有する。アニール処理中、最初に導入されたＡｌＮ原材料１４の粉末粒子は焼結過程を通過している。次にＡｌＮ貯蔵領域５内には浄化されたＡｌＮ原材料２１から成る比較的緻密な焼結ブロックがある。最初に導入されたＡｌＮ原材料１４と比較して、浄化されたＡｌＮ原材料２１は焼結過程が常に一定の収縮過程と結び付いてもいるので体積が少ない。ＡｌＮ原材料２１の体積が少ないことは図２の図からも明らかである。浄化されたＡｌＮ原材料２１は、図１に示す粉末状ＡｌＮ原材料１４と異なり、もはや内部坩堝挿入体６の側壁に密着しはいない。
【００４６】
再汚染を避けるべく、ＡｌＮ原材料２１は、浄化段階の終了後、汚染された特に酸素含有雰囲気に曝さないようにする。原材料は好ましくはプロセスガス条件の下で密閉成長坩堝３内に留まる故、特に空中酸素および水分を含有した周囲雰囲気との接触も起きない。
【００４７】
本来の成長段階は浄化段階の終了直後に開始すると望ましい。このためまずシャッタ７が閉じられ、析出室８はＡｌＮ貯蔵領域５および結晶成長領域４から気密分離される。即ち成長段階の間、汚染された廃棄材料２０の一部が析出室８から結晶成長領域４内に達して、そこでＡｌＮ塊状単結晶の円滑な成長を損なうことはない。
【００４８】
更に、成長段階の間に別の温度関係も調整される。結晶温度Ｔ1が下げられ、貯蔵温度Ｔ2よりも低くされ、軸線方向の温度勾配が生じる。温度はＡｌＮ貯蔵領域５から出発して、成長するＡｌＮ塊状単結晶２の方向で低下する。析出室８内の析出温度Ｔ3は貯蔵温度Ｔ2よりも低い値に留まり、この結果閉鎖シャッタ７を補足して熱遮蔽部が生成され、この熱遮蔽部は析出室８から結晶成長領域４内への材料輸送を妨げる。即ち成長段階の間に存在する温度関係はＴ1＜Ｔ2＞Ｔ3である。
【００４９】
成長段階の間、結晶成長領域４内のＡｌＮ成長気相１６は浄化されたＡｌＮ原材料２１から供給される。ＡｌＮ成長気相１６は少なくとも気体成分をＡｌおよびＮ2（ＡｌＮ気体種）の態様で含む。浄化されたＡｌＮ原材料２１を有するＡｌＮ貯蔵領域５から、成長するＡｌＮ塊状単結晶２の成長界面への輸送は既に触れた軸線方向温度勾配に沿って起きる。ＡｌＮ塊状単結晶２の方向でのこの材料輸送を図２に矢印２２で示してる。こうして成長したＡｌＮ塊状単結晶２は欠陥がごく少なく、極めて低い汚染度、特に極めて低い酸素割合を特徴としている。
【００５０】
成長装置１によって製造されたＡｌＮ塊状単結晶２は上記好ましい成長条件の故に欠陥又は不純物をごく少なく形成されており、この塊状単結晶から製造した単結晶ＡｌＮ基板はその性質が相互に殆ど又は全く相違していない利点を有する。このような単結晶ＡｌＮ基板は全て、ＡｌＮ塊状単結晶２から、軸線方向で逐次、円盤として成長方向１７もしくは中心長手軸線１８に垂直に切断もしくは鋸引きすることによって得られる。これらのＡｌＮ基板はそれらの性質が相互に事実上相違しない。これらＡｌＮ基板の体積酸素濃度は特に最高約５×１０16ｃｍ-3、好ましくは最高約１×１０16ｃｍ-3であり、最適には最高約１×１０15ｃｍ-3である。全体として、本発明に係るＡｌＮ基板は酸素含有量が極めて低い結果として半導体部品の製造用に利用するのに極めて適してもいる。
【符号の説明】
【００５１】
１  成長装置、２  ＡｌＮ塊状単結晶、３  坩堝装置、４  結晶成長領域、５  貯蔵領域、６  坩堝挿入体、８  析出室、１４  ＡｌＮ原材料、１５  ＡｌＮ種結晶、１６  ＡｌＮ成長気相、１７  成長方向、１８  中心長手軸線、２１  ＡｌＮ原材料、Ｔ1  結晶温度、Ｔ2  貯蔵温度
【図１】
2010241679.tif 000003
【図２】
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