(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度９９％以上の高純度ガリウムトリイソプロポキシドを、８００℃〜１０５０℃の温度でかつアンモニアガス雰囲気下で窒化反応させることを特徴とする窒化ガリウムの製造方法。
【請求項２】
純度９９％以上の高純度アンモニア雰囲気下で窒化反応させることを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化ガリウムの製造方法に関し、特に高純度単相からなる窒化ガリウムを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長レーザーとして窒化ガリウム系発光ダイオードなどの実用化が目前となっている。ところで、こうしたダイオードを得るためには、今後、窒化ガリウムの大量生産技術が必要となる。
【０００３】
従来、金属ガリウムをアンモニア気流中１０００〜１２００℃に加熱して多結晶窒化ガリウムを得る方法が知られている。この方法では、窒化ガリウムは金属ガリウム表面に生成する。その際、金属ガリウム表面に窒化ガリウムが被覆してしまい、内部の金属ガリウムとアンモニアガスが接触しないため、それ以上反応が進行しない欠点がある。また、高純度の単相窒化ガリウムを得るためには、高純度の金属Ｇａが必要であるので、容易に準備することができず、コスト高になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、純度９９％以上の高純度ガリウムトリイソプロポキシドを、８００℃〜１０５０℃の温度でかつアンモニアガス雰囲気下で窒化反応させることにより、高純度の単相窒化ガリウムを得ることができる窒化ガリウムの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、純度９９％以上の高純度ガリウムトリイソプロポキシドを、８００℃〜１０５０℃の温度でかつアンモニアガス雰囲気下で窒化反応させることを特徴とする窒化ガリウムの製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
【０００７】
本発明において、純度９９％以上高純度ガリウムトリイソプロポキシド即ちＧａ｛（ＣＨ３）２ＣＨＯ｝３を、６５０℃〜１０５０℃、好ましくは８００℃〜９００℃の温度で且つ純度９９％以上の高純度アンモニア雰囲気で窒化させることが好ましい。ここで、純度９９％以上の高純度ガリウムトリイソプロポキシドを使用することにより、出発原料の純度を反映した高純度、高均一な単相窒化ガリウムを合成することができる。また、高純度ガリウムトリイソプロポキシドの温度範囲を上記のように規定したのは、６５０℃未満では二酸化ガリウムが一部未反応物として残留するためであり、１０５０℃を超えると窒化ガリウムの粒成長が著しく起こり一部異常粒成長を起こすからである。
【０００８】
本発明によれば、金属ガリウムを窒化反応させることにより得られるような不均一で低純度な窒化ガリウムではなく、高純度の単相窒化ガリウムを得ることができる。
【０００９】
図１は、本発明に係る窒化ガリウム製造装置の概略図を示す。
図中の付番１は電気炉を示し、この電気炉１の軸方向に沿う内部には石英炉心管２が設置されている。前記石英炉心管２の上流側には、混合容器３が連結されている。この混合容器３には、バルブ４ａを介装した配管５ａを介してアンモニアガス６を収容したタンク７、及びバルブ４ｂを介装した配管５ｂを介して窒素ガス８を収用したタンク９が夫々連結されている。
【００１０】
前記石英炉心管２の下流側には容器１０が配管５ｃを介して接続され、更に容器１０には硝酸バブラー１１が配管５ｄを介して連結されている。なお、図中の付番１２は石英炉心管２に配置されたガリウムトリイソプロポキシドを示し、付番１３は希硝酸水溶液及び希硝酸水溶液によりトラップされたアンモニアガスを示す。
【００１１】
こうした構成の装置では、まず、電気炉１に設置された石英反応管２内にガリウムイソプロポキシド１２をセットした後、タンク９から窒素ガスを導入し、所定の温度まで昇温させる。更に、昇温により目的とする反応温度になったらタンク７からアンモニアガスを導入し、一定時間熱処理を行ってアンモニアガスをガリウムトリイソプロポキシドと反応させる。なお、過剰のアンモニアガス６は、石英反応管２に接続されている硝酸バブラー１１にて吸収後排出される。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１を参照して説明する。但し、次に述べる実施例は本発明の一例を示すもので、本願発明の権利範囲を特定するものではない。なお、本実施例では、アルコキシル基の熱分解が４５０〜５００℃の温度で起るため、５００℃にて１時間保持し、熱分解して残留している炭素を炭化水素に転化させ、反応系外に放出する手順を用いた。
【００１３】
即ち、まず、ガリウムイソプロポキシド１２を設置した石英反応管２をセットした後、タンク９から窒素ガスを導入し、室温（２５℃）から５００℃まで２℃／分の速さで昇温した。次に、窒素ガスからアンモニアガスに切り替え、５００℃、１時間の熱分解を行なった。ひきつづき、再度アンモニアガスから窒素ガスに切り替え、２℃／分の速さで目的温度（６００℃，６５０℃，７００℃，７５０℃，８００℃，８５０℃，９００℃，９５０℃，１０００℃，１０５０℃，１１００℃）まで昇温した後、窒素ガスの導入を止めた。この後、アンモニアガスを流し、目的温度で１時間熱処理行ってアンモニアガスをガリウムトリイソプロポキシドと反応させた。最後に、アンモニアガスから窒素ガスに切り替え、２℃／分の速さで室温まで放冷して窒化ガリウムを製造した。本実施例による時間（時）と温度（℃）との関係は、図２に示す通りである。但し、図２は、窒化反応のための温度が９００℃の場合について示した。
【００１４】
このようにして得られた窒化ガリウムの組成分析をＸ線回折分析法により同定したところ、図３に示す結果が得られた。図３において、グラフＡはガリウムトリイソプロポキシドを７００℃で窒化反応させた窒化ガリウムのＸ線回折図形を示す。グラフＢは、ガリウムトリイソプロポキシドを７５０℃で窒化反応させた窒化ガリウムのＸ線回折図形を示す。グラフＣは、ガリウムトリイソプロポキシドを８００℃で窒化反応させた窒化ガリウムのＸ線回折図形を示す。グラフＤは、ガリウムトリイソプロポキシドを８５０℃で窒化反応させた窒化ガリウムのＸ線回折図形を示す。グラフＥは、ガリウムトリイソプロポキシドを９００℃で窒化反応させた窒化ガリウムのＸ線回折図形を示す。なお、図３中の黒丸印は、ＩＣＤＤ（International Center for Diffraction Data）カードの窒化ガリウムのピークと一致したピークを示す。
【００１５】
また、同窒化ガリウムを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、図４、図５及び図６に示すような結果が得られた。ここで、図４は、７００℃で反応させた窒化ガリウムの走査型顕微鏡による５０００倍で撮った微細構造を示す写真図を示す。図５は、８００℃で反応させた窒化ガリウムの走査型顕微鏡による５０００倍で撮った微細構造を示す写真図を示す。図６は、９００℃で反応させた窒化ガリウムの走査型顕微鏡による５０００倍で撮った微細構造を示す写真図を示す。
【００１６】
また、前記窒化ガリウムについて蛍光Ｘ線分析法及びＥＰＭＡ（Electron  Probe  X−ray  Microanalyzer）による不純物の同定をしたところ、下記表１に示す結果が得られた。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１より、反応温度が８００℃〜１０５０℃のいずれの温度でも、蛍光Ｘ線分析法、ＥＰＭＡによる不純物の同定においてＧａＮ以外検出できず、良好な結果が得られることが確認できた。一方、６００℃ではＧａＮ以外に一部Ｇａ２Ｏ３が検出され、６５０℃〜７５０℃ではＧａＮ以外に一部不純物が検出され、１１００℃では一部異常粒成長のＧａＮが検出された。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、純度９９％以上の高純度ガリウムトリイソプロポキシドを、８００℃〜１０５０℃の温度でかつアンモニアガス雰囲気下で窒化反応させることにより、高純度の単相窒化ガリウムを得ることができる窒化ガリウムの製造方法を提供できる。
【００２０】
特に、高純度の単相ガリウムトリイソプロポキシドに、８００℃〜１０５０℃の温度条件下の電気炉内で純度９９％以上の高純度アンモニアガスを流すことにより、効率良く単相窒化ガリウムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化ガリウムの製造方法で使用される製造装置の概略説明図。
【図２】本発明の実施例に係る時間と温度との関係を示す特性図。
【図３】ガリウムトリイソプロポキシドから合成した窒化ガリウムのＸ線回折図。
【図４】７００℃で反応させた窒化ガリウムの走査型顕微鏡による５０００倍で撮った微細構造を示す写真。
【図５】８００℃で反応させた窒化ガリウムの走査型顕微鏡による５０００倍で撮った微細構造を示す写真。
【図６】９００℃で反応させた窒化ガリウムの走査型顕微鏡による５０００倍で撮った微細構造を示す写真。
【符号の説明】
１…電気炉、
２…石英炉心管、
３…混合容器、
４ａ，４ｂ…バルブ、
５ａ，５ｂ、５ｃ、５ｄ…配管、
６…アンモニアガス、
７…窒素ガス、
８，９…タンク、
１２…ガリウムトリイソプロポキシド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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