JPH02229789A - 砒化シリコンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は砒化シリコンの製造方法、特にはシリコンと砒
素を直接高温，高圧に熱圧して、光学素子材料として、
またシリコン半導体における砒素拡散剤として有用とさ
れる砒化シリコンを工業的に有利に製造する方法に関す
るものである．［従来の技術］ ＳＩＡｓやＳｉＡｓ．などで示される砒化シリコンは光
学素子材料として、またシリコン半導体に対する砒素拡
散剤として利用されている．しかして、この砒化シリコ
ンの製造についてはいくつかの方法が公知とされており
、この一つの方法は石英などで作られたアンプルに細か
い粉末状のシリコンと砒素を真空封入し、ＳｉＡｓ結晶
の融点である１，０８３℃以上の温度に加熱してシリコ
ンと砒素を反応させる方法であり、第２の方法は沃素な
どの化学輸送剤を媒介として長いアンプルの一端にシリ
コンを、他噛に砒素を少量の沃素と共に真空封入し、シ
リコン側を１，０００〜１，１００℃に、砒素側を５０
０〜６００℃に加熱して沃化シリコンおよび沃化砒素を
気相生成させ、アンプルの中間点で両者′を反応させて
ＳｉＡｓを合成する方法である。また、第３の方法とし
ては長いアンプルの一端にシリコンを、他端に砒素を真
空封入し、シリコン側をＳ＋Ａｓ結晶の融点である１，
０８３℃以上に、砒素側を砒素の融点である６４０℃以
上に加熱し、２気圧以上の加圧下の砒素雰囲気で砒化シ
リコンを合成させる方法も知られている． ［発明が解決しようとする課題］ しかし、この公知の砒化シリコンの製造方法については
、上記した第１の方法には単位砒素の高温での蒸気圧が
高くなるためにアンプルが破裂する危険性があるし、砒
化シリコンを少量しか合成できないという不利があるし
、第２の方法には合成に時間がかかるし、コストが高く
なるという欠点があり、さらに第３の方法には長いアン
プルを必要とするし、これもコストが高くなるという欠
点があるので、この公知の方法にはいずれの方法にして
も工業．的に安価に、かつ大量に砒化シリコンを得るこ
とができないという不利がある．［課題を解決するため
の手段］ 本発明はこのような不利、欠点を解決した砒化シリコン
の製造方法に関するもので、これはルツボ内にシリコン
，砒素およびカプセル封止剤を装入し、これを３６．５
気圧以上、１，０８３℃以上で熱圧してシリコンと砒素
を反応させ、生成した溶融状態の砒化シリコンを冷却し
、結晶化させることを特徴とするものである。

すなわち、本発明者らは砒化シリコンを工業的に容易に
、かつ大量に生産する方法について種々検討した結果、
砒化シリコンの合成にはシリコンと砒素およびカプセル
封止剤としての例えばＢ２０３，ＣａＣＩＬ　２をルツ
ボに収納し、このルツボ中でこれらを高温、高圧下に直
接反応させることがよく、これによれば目的とする砒化
シリコンを容易にかつ大量に生産することができること
を見出すと共に、この反応条件としての温度については
砒化シリコン結晶の融点である１，０８３℃以上とする
必要があり、この反応圧力については３６．５気圧以上
とすることがよいということを確認して本発明を完成さ
せた． 以下にさらにこれを詳述する． ［作用］ 本発明の方法は前記したように、シリコンと砒素をカプ
セル封止剤と共にルツボ内に装入し、ここで高温，加圧
下に反応させて砒化シリコンとするものであるが、本発
明の方法においてはこの反応をルツボ内で行なわせるこ
とが必要とされる．これは従来法では石英などで作られ
たアンプル中で反応が行なわれているので反応効率がわ
るいし、アンプルが破裂するおそれがあるのであるが、
これを例えば石英製のルツポ内で行えばシリコンと砒素
の反応を一挙に大量に反応させることができるし、これ
にはルツボが破裂するということもないので、これによ
れば砒化シリコンを容易にかつ大量に生産することがで
きるという有利性が与えられるし、この場合には不純物
の生成も少量に抑えることができる． 本発明の方法はシリコンと砒素をルツボ内で直接反応さ
せるのであるが、この場合にはこの反応圏が後記するよ
うに１，０８３℃以上という高温で行なわれるので、こ
の温度では気化してしまう砒素の大気中への拡散を防止
するためにルツボの上部に浮いて砒素の拡散を防ぐ作用
をするカプセル封止剤を存在させておく必要があるが、
このカブセル封止剤と゛しては蒸気圧が低く、しかもシ
リコンよりも軽いものであることが必要とされることか
ら、Ｂ，０．，ＣａＣｆ　，などがカプセル封止剤とし
て添加される． また、このシリコンと砒素との反応は加熱により進行す
るが、目的とする砒化シリコンＳＩＡｓの融点が１，０
８３℃であり、反応生成物としての砒化シリコンは溶融
体として得ることが好ましいので、この反応温度は１，
０８３℃以上とすることが必要とされるし、この反応圧
力は３６．５気圧以下では砒素が気化するので、３６．
５気圧とする必要がある．本発明の方法を行なう場合の
シリコンと砒素との配合比は目的とする砒化シリコンが
Ｓ１＾Ｓで示されるものであることから、通常は等モル
量とすればよいが、この反応はＳＩＡｓのほか、ＳｉＡ
ｓ２．　ＳｉＡｓとＳｔとの共晶体、ＳＩＡｓ．とＡｓ
との共晶体、さらにはこれらの複数の混合物も得られる
ので、これについては目的とする砒化シリコンの種類に
よってシリコンと砒素との配合比を変えることがよい．
また、この反応系に添加されるカプセル封止剤の量は通
常、シリコンと砒素との合計量に対し半量程度とすれば
よいが、これはここに通用される反応温度、反応圧に応
じて任意に増減するようにすればよい。

なお、第１図は本発明による砒化シリコン合成用反応装
置の一実施態様を示す縦断面図であるが、本発明による
砒化シリコンの合成は第１図におけるステンレス製の高
圧容器１に収容されており、サセブタ３で保護するよう
にされている石英ガラス製ルツボ２の中に砒素４とシリ
コン５およびカプセル封止剤としてのＢｚＯｓ　６を装
入レ、ヒーター７で加熱し、系内を加圧することによっ
て砒素とシリコンを反応させればよいが、この場合、反
応は１，０８３℃以上、３６．５気圧以上の条件で行な
われるので砒素は液状となってシリコンと反応し、砒化
シリコンとされるが、砒化シリコンは溶融状態とされて
いるので、反応終了後は加圧のままで常温まで冷却する
と、この砒化シリコンは結晶体となるので、これを取出
せばよい．［実施例］ つぎに本発明の実施例をあげる。

実施例１ ステンレス製の高圧容器に収容されている内径７６ｍＬ
ａ、高さ２５０１＋１０１の石英ルツボ中に、シリコン
１１０ｇ，砒素３００ｇ，カプセル封止剤としての８２
０３　２００ｇを装入し、１，２５０℃，８０気圧の条
件で３時間反応させたのち、圧力を保ちながら室温まで
冷却したところ、ルツボ上部にわずかに未反応のシリコ
ンがＵめられたが、約４００　ｇの砒化シリコンＳｉＡ
ｓを得ることができた． 実施例２ 実施例１で使用したものと同じ石英ルツボにシリコン３
００ｇ．砒素３００ｇ　，　Ｂ２０３を２００ｇ装入し
、１，４５０℃，　８０気圧の条件でｌθ時間保持した
のち、　９００℃まで急玲し、ついで室温まで徐冷した
ところ、ルツボ上部にシリコン層５ｍｍ、下部に砒化シ
リコンのみの部分が５Ｉｌ層程存在することが認められ
たが、４ｈａ程度の高さでＳＩＡｓとＳｔの共晶体が得
られ、この共晶体は分析の結果、重量比で５１．３％の
磁素を含有するものであった．［発明の効果］ 本発明の方法は前記したようにシリコンと砒素をカプセ
ル封止剤の存在下にルッポ中で３６．５気圧以上、１，
０８３℃以上で反応させて砒化シリコンを製造するとい
うものであるが、これによればルッポでのシリコンと砒
素の直接反応で砒化シリコンが製造されるものであるこ
とから、目的とする砒化シリコンを容易に、しかも大量
に得ることができるという工業的な有利性が与えられる
．

【図面の簡単な説明】

第１図は木発明による砒化シリコン合成用反応装置の一
実施態様を示す縦断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ルツボ内にシリコン、砒素およびカプセル封止剤を
   装入し、これを３６．５気圧以上、１，０８３℃以上で
   熱圧してシリコンと砒素を反応させ、生成した溶融状態
   の砒化シリコンを冷却し結晶化させることを特徴とする
   砒化シリコンの製造方法。 ２、砒化シリコンがＳｉＡｓ、ＳｉＡｓ＿２、ＳｉＡｓ
   とＳｉとの共晶体またはＳｉＡｓ＿２とＡｓとの共晶体
   のいずれか、またはこれらの２種または２種以上の混合
   物である請求項１に記載の砒化シリコンの製造方法。