CN106661761B - 氧化铝基板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氧化铝基板。本发明的目的在于提供一种在将AlN结晶等制作于氧化铝基板上时能够制作出更高质量的结晶的氧化铝基板。本发明的另外一个目的在于提供一种AlN层的翘曲被减小的氧化铝基板。本发明的再有一个目的在于提供一种基板材料，在作为种基板进行使用的情况下，当被过度施加由不可避免发生的晶格不匹配引起的应力时，能够促进自然剥离主导的基板独立化。通过将AlN层形成于氧化铝基板的表面上并且将稀土含有层以及/或者稀土含有区域形成于AlN层的内部或者AlN层与所述氧化铝基板的界面上从而缓和对AlN层的应力，能够减小翘曲。另外，如果使用这样的基板来培养AlN结晶则能够通过自然剥离令培养了的结晶独立化。

Description

氧化铝基板
技术领域
本发明涉及将氮化铝层设置于主面的氧化铝基板。
背景技术
在本发明中，将由α-氧化铝(Al2O3)单晶(以下称之为蓝宝石)制作而成的基板称作为蓝宝石基板，将由多晶的氧化铝(Al2O3)制作而成的基板称作为多晶氧化铝基板。将蓝宝石基板以及多晶氧化铝基板一并称为氧化铝基板。
由氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)等Ⅲ族氮化物半导体构成的结晶层，作为构成发出蓝色区～紫外区的短波长光的发光二极管和激光二极管等发光装置以及功率晶体管的功能层而备受关注。另外，AlN也是一种作为有效利用高导热性的放热材料被期待的材料。
关于这些结晶层，有方案提出使用分子束外延法或者有机金属化学气相沉积法(MOCVD)等气相沉积手段来使多层半导体薄膜层生长沉积于α-氧化铝(Al2O3)单晶(以下称之为蓝宝石)和SiC单晶等的基板上。特别是蓝宝石基板是一种从尺寸、供给能力以及成本的观点出发表现优异的基板材料，但是由于基板材料和这些半导体薄膜层在构成元素的种类、组成比或者结晶结构方面不同，在晶格常数以及热膨胀系数方面会有差异。由于这些差异，在半导体薄膜层的形成过程中产生内部応力，结果带来高密度的缺陷或失真变形，并且带来由半导体元件的能量效率的降低·元件寿命的缩短、特性不良、破碎引起的合格率降低。
因此，现有技术中研究探讨了针对在晶格匹配性方面表现优异的同种材料基板，例如大量含有Al的AlGaN的半导体薄膜层，将AlN单晶用作基板的方案。具体是指由升华法、氢化物气相外延(HVPE：hydride vapor phase epitaxy)法等气相沉积法或者助熔剂法(flux method)，在蓝宝石和SiC单晶等的基板上制作AlN结晶，使AlGaN的半导体薄膜层形成于AlN单晶的上面。在此情况下，为了除去作为基础的蓝宝石和SiC单晶等基板的影响，最理想的是由研磨等来除去蓝宝石或SiC单晶等，做成AlN单晶的独立基板之后，层叠AlGaN半导体薄膜层。然而为了基板独立化，必须使AlN单晶生长沉积到100μm以上的厚度，而由于不同种类基板上的生长沉积，内部变形被累积，导致内部出现缺陷、破碎或翘曲，结果影响到层叠于基板上面的AlGaN半导体薄膜层，以至于在产业上无法形成质量足够好的AlGaN半导体薄膜层。
作为其对策，有方案提出再度使AlN单晶生长沉积于所述独立基板上的方法。虽然通过该方法能够期待质量的提高，但是存在工序变复杂、成本上升、产业上的利用价值降低的缺点。
另外，还有方案提出形成以层状以及/或者区域状夹入性状不同于AlN单晶的物质或空隙的结构之后将AlN单晶形成于蓝宝石和SiC单晶等基板上。通过做成如此结构，使抑制内部応力并且减少缺陷、翘曲、龟裂或变形成为可能，或者说使独立基板的制作变得容易。
专利文献1中公开了在将含有钛或钒的金属膜以虫蛀状形成于基板上之后使GaN或AlN单晶生长沉积的方法。根据该方法GaN或AlN从虫蛀状的部分开始生长沉积，在形成有金属膜的部分应力被缓和。
专利文献2中公开了在将AlN的生长沉积基底层、ALGaN或AlInN的中间层形成于基板上之后使AlN单晶生长沉积的方法。根据该方法在AlN单晶生长沉积之后通过热处理，中间层消失，使基板独立化。
现有专利文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4457576号公报
专利文献2：日本专利第4907127号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明人为了获得更高质量的AlN单晶而对作为其籽晶(晶种)的基板材料进行了研究探讨。如果籽晶是AlN单晶的话则因为构成元素和组成以及结晶构造与目标结晶相同，所以不会产生由晶格不匹配或热膨胀系数差异而导致的应力。在抑制应力产生的这一点上，最理想的是将AlN单晶作为籽晶来使用，但如果将包含较多缺陷的AlN单晶用于籽晶的话则在其上面进行生长沉积的AlN单晶也成为缺陷很多的结晶。另外，目前不能够以便宜的价格，稳定地供给一定数量的例如所谓英寸大小的高质量的AlN单晶基板。
另外，例如虽然蓝宝石基板是在质量、尺寸、价格以及供给能力方面都表现优异的基板，但是如果在蓝宝石基板上形成AlN层的话，由于是与AlN不同种类的物质，则会发生由晶格不匹配以及热膨胀系数差异造成的翘曲。只要基板和形成层是不同种类的物质，这样的翘曲就不可避免。专利文献1、2中，通过实施以层状以及/或者区域状夹入性状不同于AlN的物质或空隙的处理，至少能够减小基板的上述翘曲，但是，这些方法也有尚待改善的技术问题。
专利文献1在特征在于，从含有钛或钒的金属膜没有形成的地方开始的AlN单晶的生长沉积。但是，由于成为基础的基板是与AlN单晶具有不同的组成或结晶结构的物质，减小由晶格不匹配引起的翘曲则变得困难。
专利文献2中，通过中间层的分解能够实现基板独立化，但是由于成为AlN结晶培养(成长)后的处理，翘曲的减小不能达到。
本发明的目的在于提供一种形成有减小了翘曲的AlN层的氧化铝基板。另外，本发明的目的在于提供一种能够在培养AlN结晶的时候将培养后的AlN结晶通过自然剥离以独立的结晶取出的氧化铝基板。
解决技术问题的手段
本发明是为了解决所涉及的技术问题而做出的不懈努力之结果，本发明所涉及的氧化铝基板的特征在于：在所述氧化铝基板表面上形成有AlN层，并且在所述AlN层的内部或者所述AlN层与所述氧化铝基板的界面上形成有稀土含有层以及/或者稀土含有区域。通过形成稀土含有层以及/或者稀土含有区域，将晶格不匹配等的内部应力以及变形集中于稀土含有层以及/或者稀土含有区域，从而能够减小AlN层中的内部应力以及变形。因而能够减小本发明的氧化铝基板的翘曲，并且在对本发明的基板上制作AlN结晶的情况下，在结晶制作中或者在冷却时容易在本发明的基板内剥离，具有容易基板独立化的效果。
作为本发明的最理想的方式是，稀土元素的含量以Al元素比计优选为1～10000ppm。由此，更为显著得出现稀土含有层以及/或者稀土含有区域中的应力的集中以及由此而带来的翘曲减小的效果。
作为本发明的最理想的方式是，AlN层的厚度优选为0.02μm～100μm。由此，就能够更加显著地出现翘曲减小的效果。另外，在对本发明的氧化铝基板上实施AlN等的结晶培养的时候，在施加过度的应力的情况下，本发明的氧化铝基板内发生自然剥离，能够防止发生在培养结晶内的龟裂或破碎。
作为本发明的最理想的方式是，氧化铝基板优选为蓝宝石。由此，就能够提供一种对于发光装置和功率晶体管等将半导体层层叠于单晶基板上的装置有用的基板材料。
作为本发明的最理想的方式是，AlN层优选主要为单晶。由此，就能够降低制作发光装置和功率晶体管等将半导体层层叠于单晶基板上的装置的成本。
发明的效果
根据本发明就能够提供一种形成有减小了翘曲的AlN层的氧化铝基板。
通过使用本发明的氧化铝基板并培养AlN结晶等，从而就能够通过自然剥离将培养后的AlN结晶等作为独立的结晶取出。
附图说明
图1是示意性地表示本实施方式的氧化铝基板的截面的示意图，表示形成有稀土含有层的情况的例子。图1(a)是以被夹入氧化铝基板与AlN层的界面的形式进行形成的情况，图1(b)是稀土含有层被形成于AlN层内部的情况的一个例子。
图2是示意性地表示本实施方式的氧化铝基板的截面的示意图，表示形成有稀土含有区域的情况的例子。图2(a)表示分散于与氧化铝基板的界面上的情况的例子，图2(b)表示分散于AlN层内部的情况的例子，图2(c)表示以相对于基板表面从平行的方向倾斜的状态进行分散的情况的例子。
图3是表示本实施方式的氧化铝基板的制作流程的一个例子的示意图。
图4是示意性地表示氮化处理时的加热部的示意图。
图5是表示实施例1中的氮化处理基板与粉末状碳的关系的平面图。
图6是示意性地表示本实施方式中氧化铝基板的曲率半径的测定方法的示意图，图6(a)表示成为基准的第1次测定系统，图6(b)表示移动照射位置之后的光学测定系统。
图7是示意性地表示对实施例1以及实施例2中的FIB加工截面实施反射电子图像SEM观察的情况的示意图，图7(a)表示实施例1的截面，图7(b)表示实施例2的截面。
实施方式
本实施方式的特征在于，使氧化铝基板具有将稀土含有层以及/或者稀土含有区域配置于AlN层的内部、或者由AlN层和氧化铝基板的表面形成的界面上的结构。采用图1以及图2针对该结构作如下说明。
本实施方式所涉及的稀土是指Y以及镧系元素的各个元素。这些元素与Al相比因为离子半径极大，所以被用作用于使后述的拉力集中的层以及/或者区域的元素的效果尤其显著。另外，这些稀土元素所具有特征还在于：是比较容易达到形成本实施方式的结构的元素。稀土元素并不限定于一个种类，也可以同时使用多个种类的稀土元素。
图1表示稀土含有层31被配置成层状的结构，图1(a)是稀土含有层31被配置于没有被氮化的氧化铝基板33与形成于氧化铝基板上的AlN层30的界面上的例子。另外。图1(b)是稀土含有层31被配置于AlN层30内部的例子。通过制成如此结构，从而就能够使由氧化铝基板33与AlN层30的晶格不匹配以及热膨胀系数差异引起的应力集中于稀土含有层31，仅仅所集中的应力就能够减小施加在位于比稀土含有层更接近于表面的这一侧的AlN层30上的应力。同时还能够减少AlN层30上的变形、缺陷、翘曲、龟裂以及破碎。另外，稀土因为是高熔点物质，所以是能够耐得住比较高温条件下的AlN结晶培养的物质。
另外，在将本实施方式的氧化铝基板作为籽晶来使用并培养AlN结晶的情况下，随着AlN结晶生长沉积而由氧化铝基板以及AlN结晶的晶格不匹配以及热膨胀系数差异引起的应力会进一步增大，但是该应力变得最集中于稀土含有层31。因此，进入到位于比稀土含有层31更接近于基板表面的这一侧的AlN层以及将其作为种籽进行生长沉积的AlN结晶的应力只被集中于稀土含有层31的这一部分缓和。另外，在应力被进一步过度累积的情况下，在应力最集中的地方，即在稀土含有层31发生剥离，并且AlN结晶独立化。
在此，就应力集中于稀土含有层31的原因作如下说明。一般来说，在晶格间隔不同的2种物质进行结合的情况下，由于晶格不匹配而产生应力。另外，在即使晶格间隔一致而热膨胀系数却不同的情况下，因为温度变动使得晶格间隔不同、所以依然会发生晶格不匹配而产生应力。AlN结晶与氧化铝基板相比相对具有较大的晶格间隔，因而稀土含有层具有更大的晶格间隔。因此，如图1(a)所示在氧化铝基板33与AlN层30之间夹着稀土含有层31的情况下，首先在由氧化铝基板33和稀土含有层31形成的界面附近的稀土含有层31中产生应力，进而在稀土含有层31与AlN层30的界面附近也产生应力。即，由于在稀土含有层31上产生双重应力，在单单将AlN层30形成于氧化铝基板33上的时候，施加在稀土含有层31应力大于产生在AlN层30的应力。该稀土含有层31上仅过剩产生的应力的这一部分就抵消了从氧化铝基板33受到的应力，从而AlN层30的翘曲减小。
如图1(b)所示，稀土含有层并不是直接接合于氧化铝基板33而是通过AlN层接合的情况下也相同。但是，成为了由与氧化铝基板的接合而受到的应力中仅通过AlN层的这一部分就缓和了集中的结构。
含有稀土元素的地方成为区域而不是层状的情况也相同。在本实施方式中，将相对于基板表面大致平行并且连续地分布稀土元素的情况设定为稀土含有层，将不连续地进行分布的情况设为稀土含有区域。另外，稀土含有区域并不一定有必要相对于基板表面为大致平行。图2是示意性地表示稀土含有区域的配置的示意图。图2(a)图示了稀土含有区域32接触于氧化铝基板界面被配置的结构，图2(b)图示了稀土含有区域32不接触于氧化铝基板界面而以被AlN包围的状态被配置的结构，图2(c)图示了稀土含有区域32以相对于AlN层表面倾斜的状态被配置的结构。上述情况都与上述稀土含有层的情况相同，即，应力集中于稀土含有区域32的结果是，仅仅该部分应力就能够抵消与氧化铝基板33的相互作用而产生的应力，从而在AlN层30中，被配置于比稀土含有区域32更接近于表面的一方的部分的AlN层30的翘曲减小。
在将本实施方式的氧化铝基板用作籽晶并且培养AlN结晶的情况下，由氧化铝基板33与AlN结晶的晶格不匹配引起的应力随着AlN结晶生长沉积而增加，应力被过度累积的话则发生龟裂。此时，应力集中的稀土含有层31以及/或者区域32成为龟裂的起点，并且会进一步沿着稀土含有层31以及/或者区域32进行传递。通过稀土含有层31以及/或者区域32在相对于基板表面为大致平行的方向上进行分布，从而龟裂就不会朝向被培养的AlN结晶，并且能够使AlN结晶自然剥离而实现独立化。
本实施方式的氧化铝基板因为表面层是AlN层，所以在高温条件下的AlN结晶培养是可能的。如果至少在1750℃以下的温度条件下培养的话，则因为本实施方式的氧化铝基板的构成物质即氧化铝基板33、稀土含有层31以及/或者区域32、以及AlN层30都没有被分解，所以凭借例如助熔剂法等液相法的AlN单晶培养成为可能。另外，即使是如升华法那样在超过2000℃的高温条件下的培养也因为至少表面层即AlN层30不会分解所以培养是可能的。
稀土含有层31可以是单层和复层中的任一种形式。如果是单层的话则由于稀土含有层31上的应力集中更加强烈地起作用，自然剥离变得容易。如果是复层的话则每一层的应力集中被缓和，但是由于龟裂的传递方向被强烈限制，能够更加有效地防止龟裂向培养了的AlN结晶传递。
对于稀土含有区域32的形状没有限定，但是相对于基板表面在垂直方向上呈长形，优选相对于基板表面在平行方向上呈长形，其原因在于应力集中变得显著。另外，图2中图示的是矩形的稀土含有区域，但是稀土含有区域并不限定于矩形。例如，既可以是椭圆球状也可以是不定形状以及其他形状。另外，可以是具有如图2(a)、图2(b)以及图2(c)所示那样的配置的稀土含有区域32混在一起的结构，也可以是与稀土含有层31相组合的结构。
稀土含有层31以及稀土含有区域32优选在相对于基板表面为大致平行的方向上进行分布，这是因为在进行AlN结晶培养和自然剥离主导的独立化的情况下，能够将龟裂传递方向朝相对于基板表面为平行的方向进行诱导，并且在自然剥离的时候能够抑制龟裂向AlN结晶传递。另外，大致平行的方向是指，能够抑制龟裂向培养了的AlN结晶传递的程度的高低差为被允许的水准的平行。
成为基础的基板为氧化铝基板即蓝宝石基板、或者多晶氧化铝基板。
所含有的稀土的量以Al元素比计优选为1ppm以上10000ppm以下，进一步优选为1ppm以上1000ppm以下。由此，就能够达到稀土含有层以及/或者稀土含有区域中的应力集中以及由该应力集中带来的翘曲减小。
AlN层的层厚为0.02μm以上100μm以下，优选为0.05μm以上10μm以下，进一步优选为0.05μm以上1μm以下。由此就能够达到翘曲的减小。另外，在对本发明的氧化铝基板上实施AlN等的结晶培养的时候，在过度的应力被施加的情况下，在本发明的氧化铝基板内发生自然剥离，因而能够防止在培养了的结晶内发生龟裂或破碎。
在使用蓝宝石基板的情况下，要求形成的AlN层主要为单晶。在实用方面，优选相对于成为基础的基板的总面积为50％以上进行单晶化。由此，就能够降低在发光装置和功率晶体管等单晶基板上层叠半导体层的装置的制作成本。
以下是表示用于制作本实施方式的氧化铝基板的一个例子，也可以以其他的方法来制作具有本实施方式结构的氧化铝基板。
在图3中例示了制作流程。作为主要工序由以下工序构成：即，a)将稀土含有原料涂布于成为基础的氧化铝基板的工序；b)干燥工序；c)在空气中对涂布了的基板实施热处理的工序；d)氮化处理工序。另外，也可以重复实施这些工序。
首先，将含有该稀土元素的原料涂布于氧化铝基板上。由能够简便地进行涂布的旋涂法来实施，但是并不限定于此方法，例如也可以由喷雾法、蒸镀法以及溅射法等来实施。另外，也可以不实施涂布而在含有稀土的氛围气体中实施后面所述的氮化处理工序。
旋涂法中，因为必须使用原料溶液，所以作为原料而使用稀土元素硝酸盐的乙醇溶液以及高纯度化学研究所制的稀土MOD溶液。MOD溶液是将该稀土元素的有机盐溶解于以二甲苯为主体的溶液的混合液。由于挥发性高而能够防止涂布后的溶液的再凝集。在以1000～3000rpm的转速进行旋转的氧化铝基板上旋涂稀土元素硝酸盐的乙醇溶液或者稀土MOD溶液20～120秒钟从而形成涂布层。如果关注再凝集的话，也能够使用水溶液。如果是蒸镀法或溅射法的话则能够使用氧化物、金属这些形态的稀土原料。
在作为原料而使用盐类的情况下，为了对稀土实施氧化物化而优选在空气中进行热处理。通过该热处理就能够抑制其他种类的阴离子的混入。热处理温度根据盐类的种类来设定，但是优选为500℃～1400℃，进一步优选为600℃～1000℃。在该温度范围内能够维持基板表面的平滑性并且能够完全热分解涂布溶液，即使是无机盐、有机盐也能够使其成为稀土氧化物。
氮化处理是在氮中对表面涂布了稀土元素的氧化铝基板或者蓝宝石基板实施加热。以下采用图4进行说明。图4是示意性地表示加热部的示意图。加热炉是由碳加热器22、试样设置台20以及覆盖全体的腔室23构成。在腔室23中设置有气体排气口24以及气体导入口25，气体排出口24被连结于旋转泵(没有图示)以及扩散泵(没有图示)，成为能够脱气的结构。而且成为能够通过气体导入口25导入氮气的结构。
将氧化铝板13放置于试样设置台的上面，并在其上面放置氮化处理基板10、碳11。另外，以同时覆盖氮化处理基板10以及碳11全体的形式将大致密闭状的匣钵12装载于氧化铝基板13的上面来进行配置。另外，大致密闭状是指，完全隔断气体流通的程度的密闭性虽然没有，但是在某种程度上能够抑制气体流通的密闭性。另外，在对稀土含有原料实施氮化处理的时候进行配置的情况与碳11同样用大致密闭状的匣钵进行覆盖的形式进行配置。再有，在将稀土含有原料或碳附着配置于保持夹具的情况下，对氧化铝基板13或者大致密闭状的匣钵12的内侧实施涂布。
加热温度也是根据稀土元素的种类来设定，但是一般为1400～1800℃的程度。如果低于该温度范围的话则AlN层的形成不够充分，另外，如果温度过高的话则处理基板即氧化铝基板会变质。另外，在基板附近配置碳。根据处理尺寸和处理条件的不同，碳量也不同，虽然不能一概而论，但是一般为0.1mg以上。如果过少的话则氮化处理会实施得不够充分，AlN要么没有生成要么成为微量。另外，还会有结晶性降低的现象。在多于0.1mg的情况下，因为过剩的碳没有气化而维持其状态，所以不会对AlN的生成带来太多影响。但是由于会发生基板表面的平坦性降低或者异相析出的现象，必须对应于能够允许的水准对碳量进行调整。
对于碳的配置法以及碳的形态没有特别的限制。图5中表示了配置的一个例子。在英寸大小的氮化处理基板10的周围四个地方均等地配置碳11。既可以集中于一个地方进行配置，又可以涂布于匣钵等的保持体。另外，也可以配置块状或者棒状的碳。
通过该处理，AlN层被形成于氧化铝基板表面上。蓝宝石基板的情况下，形成了的AlN层沿着基底的基板方位继续形成。另外，即使涂布原料中不含有Al也在基板表面生成AlN，因此该AlN不是附着形成于氧化铝基板的表面上，而是表面附近的氧化铝基板所具有的氧被氮置换，从而形成了AlN。另外，涂布于基板表面的稀土通过氮化处理而大部分消失。认为形成氮化物或者碳化物，从而气化消失。
通过使涂布好的稀土全部气化消失，也可以制作没有形成稀土含有层以及/或者稀土含有区域但形成有AlN层的氧化铝基板，但是本发明人反而使稀土元素的一部分作为层状以及/或者区域残留，并使起因于晶格不匹配的应力集中于那里。因此，尝试了有意使一部分稀土残留。试错的结果发现，通过调整涂布的稀土含有物的层厚以及密度、热处理温度、氮化处理温度、时间以及氛围气体控制，进而调整碳量，就能够控制残留量，从而完成了本发明。
在本实施方式中是用密闭型的加热炉以及大致密闭型的匣钵来维持氛围气体，但是并不限定于此。如果能够抑制碳量和稀土元素量的话则即使气体流动或者开放的加热部也能够制得形成有AlN层和稀土含有层以及/或者稀土含有区域的基板。
翘曲能够通过利用表面反射光的方法求得曲率半径来进行评价。以下采用图6进行说明。从可视的LD或者LED光源41向本实施方式的氧化铝基板10中形成有AlN层的一侧的任意一点431上进行光照射，使其反射光成像于屏幕42，并标记出其位置441。[参照图6(a)]继续在光学系统固定的状态下，与屏幕相平行地移动氧化铝基板，移动距离仅为D，将照射位置改变成位置432，同样标记出来自照射位置432的反射光成像于屏幕上的位置442。[参照图6(b)]将两个成像位置441以及442的间距设定为位移量X。另外，在将氧化铝基板10与屏幕42的距离设定为L，并且将氧化铝基板10的翘曲的曲率半径设定为R，L以及R与D以及X相比如果充分大的话则能够以下式近似性地求得曲率半径R。
R＝2LD/X
另外，如果将照射位置431作为起点的照射位置432的位移矢量与将成像位置441作为起点的成像位置442的位移矢量为平行的话则氧化铝基板10的翘曲成为凸起，如果是反向平行的话氧化铝基板10的翘曲则成为凹下去。
实施例
＜实施例1＞
以2000rpm转速旋涂20秒钟，将含有浓度2wt％的Y作为稀土元素的MOD溶液涂布于具有英寸大小的c面蓝宝石基板。在涂布之后在150℃的热平板上使之干燥10分钟，之后在空气中以600℃的温度条件热处理2小时。在热处理之后将其承载于100mm见方的氧化铝板13上，进一步如图5所示在基板10的周围四个地方每个地方配置各20mg总共配置80mg的粉末状碳11。如图4所示那样将其全体以75mm见方且高度为30mm的氧化铝匣钵12覆盖之后，将其设置于试样设置台20。氮化处理炉是将碳作为加热器的电阻加热型电炉。在加热之前使用旋转泵和扩散泵并脱气至0.03Pa，接着直至成为100kPa(大气压)使氮气流入之后停止氮气的流入。将氮化处理的处理温度设定为1750℃，将处理时间设定为4小时，将升温速度设定为600℃/小时。在冷却至室温之后取出处理基板并进行评价。处理基板为大致透明，但是从外周部到大约1mm内侧的区域发现白浊。另外，如果由显微镜观察的话那么即使是在透明部也看到形成有小丘(hillock)的地方。
使用从中心部附近切割出的10mm见方的试样来实施将Cu作为靶材的XRD测定，结果AlN(002)衍射线被确认，并且确认是沿着c轴的单晶或者定向膜。另外，没有发现含有Y的结晶相。另外，相对于蓝宝石(006)衍射线的AlN(002)衍射线的强度比为52％。利用(112)面的极图测定中发现有6根六次轴对称的波峰，并且能够确认是单晶。
以图6记载的光学系统来对该试样测定曲率半径可知曲率半径为69m，并且在AlN层形成表面侧为凸起。另外，在由荧光X射线来从AlN层形成表面侧实施对稀土量的分析时，相对于Al原子数检测出110ppm的Y原子。接着，对在中心部附近的截面实施FIB加工并实施SEM的反射电子图像的观察。示意性地将其形态表示于图7(a)，观察到被厚度为0.3μm的第一结晶50和第二结晶53夹住的状态下的约0.02μm厚的发白亮的层51。XRD的结果表明第一结晶50为AlN结晶，另外，反射电子图像的性质表明在发白亮的层51中包含原子量大于Al元素的元素。综合考虑在处理工序中所使用的元素的话则认为原子量大于Al元素的元素应该是Y，并且由EPMA确认是Y。另外，第一结晶50以及第二结晶53也是由EPMA来实施元素分析，分别确认第一结晶50是AlN层，第二结晶53是氧化铝。
＜实施例2＞
在由实施例1切割出的10mm见方的试样中挑选使用外周部附近的试样与实施例1相同实施XRD测定、曲率半径测定、荧光X射线分析以及SEM观察。XRD测定中，与实施例1相同确认了AlN(002)的衍射线，相对于蓝宝石(006)衍射线的AlN(002)衍射线的强度比为48％。利用(112)面的极图测定中发现有6根六次轴对称的波峰，并且能够确认是单晶。但是，在外周部附近的发现有白浊的区域中，除了AlN(002)之外还出现了AlN(101)，没有成为单晶而是成为了大碗(bowl)状。曲率半径为120m，另外，荧光X射线分析中相对于Al原子数检测出180ppm的Y原子。与实施例1相比较可知稀土含量增加的话则曲率半径就变大，即翘曲就变小。
将SEM的反射电子图像观察的结果示意性地表示于图7(b)。观察到以包入第一结晶50的形式发白亮的区域52，通过与实施例1相同的推定与确认，判明含有Y。该发白亮的区域52不是连续的层状，而是作为局部独立的区域。另外，该发白亮的区域52被大致分为：以区域下方的一部分或者全部接触于第二结晶53与第一结晶50的界面的形式形成的区域、以及被第一结晶50包围起来的区域。另外，第一结晶50的厚度为0.35μm，发白亮的区域52的厚度最大约为0.04μm。另外，第一结晶50以及第二结晶53由EPMA的元素分析而分别被确认为AlN层、以及氧化铝层。
＜实施例3＞
将c面蓝宝石切割成10mm见方，准备氮化处理用的基板10。将硝酸钕水合物溶解于乙醇，在调整到浓度2wt％之后添加若干表面活性剂从而制作出涂布溶液。以3000rpm转速实施20秒钟旋涂。在250℃的热平板上干燥10分钟，之后在空气中以800℃实施热处理2小时。氮化处理以与实施例1相同的方式实施。但是处理温度为1750℃。
XRD测定中，确认了AlN(002)的衍射线，相对于蓝宝石(006)衍射线的AlN(002)衍射线的强度比为15％。由FIB加工截面的反射电子图像SEM观察而能够确认到第一结晶50的厚度为0.15μm，发白亮的层51的厚度大约为0.02μm。Nd原子以Al原子数比率计为100ppm，曲率半径为74m。
＜比较例1＞
除了氮化处理时间为12小时并且作为氧化铝匣钵12使用直径为60mm以及高度为50mm的圆筒状氧化铝坩埚之外，实施与实施例3相同的处理，确认到相对于蓝宝石(006)衍射线的AlN(002)衍射线的强度比为18％，且第一结晶50的厚度为0.17μm，基本上与实施例3相同。另外，曲率半径为15m，Nd没有被检测出。从实施例3与比较例1的比较可知通过含有稀土，本实施方式的氧化铝基板的曲率半径变大，即翘曲变小。
＜实施例4＞
将c面蓝宝石切割成10mm见方，准备氮化处理用的基板10。以2000rpm转速旋涂涂布作为稀土元素含有浓度为2wt％的Eu的MOD溶液20秒钟。涂布后在150℃的热平板上干燥10分钟，之后在空气中以600℃实施热处理2小时。氮化处理以与实施例1相同的方式实施。但是处理温度为1650℃。
XRD测定中，确认了AlN(002)的衍射线，相对于蓝宝石(006)衍射线的AlN(002)衍射线的强度比为32％。通过FIB加工截面的SEM观察确认，第一结晶50的厚度为0.25μm，发白亮的层51的厚度大约为0.02μm。曲率半径为30m，Eu原子以Al原子数比率计为35ppm。
＜实施例5＞
将多晶氧化铝基板切割成10mm见方，准备氮化处理用的基板10。实施与实施例4相同的涂布、干燥、空气中热处理、以及氮化处理。但是氮化处理温度为1550℃。
XRD测定中，除了氧化铝的衍射线之外还确认了AlN(100)以及AlN(002)的衍射线。检测出第一结晶50的厚度为0.05μm，且Eu原子以Al原子数比率计为10ppm。
＜实施例6＞
将在实施例1中从中心部附近切割下来的10mm见方的试样中的1个作为基板，通过助熔剂法来实施AlN单晶培养。助熔剂法是以下所述条件。将材料(组成：35.7wt％Si、2.3wt％C、62.0wt％Al；重量：150g)放入由氧化钇稳定化氧化锆制的坩埚中，将该坩埚放置于高频加热炉的加热区域。在材料直接上方配置固定了氮化处理的蓝宝石基板并且由氧化钇稳定化氧化锆制的搅拌器具。在氮氛围气体中使材料温度上升至1600℃并使之熔融，之后一边用搅拌叶片搅拌溶液一边保持5小时从而以氮来使溶液饱和。之后，使经氮化处理了的蓝宝石基板接触于溶液表面并一边以100rpm转速使其旋转一边渐渐地降低材料温度从而在蓝宝石基板上花20小时使AlN单晶生长沉积。在结晶生长沉积结束之后，从溶液取出蓝宝石基板并使材料冷却至室温。在冷却结束之后，在从炉内取出试样时，将氧化铝基板从横向剥离，从而AlN单晶板从蓝宝石基板分离。稀土含有层在AlN结晶的培养中集中受到晶格不匹配引起的应力的结果是自然剥离。AlN单晶板的厚度为250μm。
产业上的利用可能性
本实施方式的氧化铝基板不仅仅作为AlN等的单晶培养用的基板来进行利用，也能够用于发光元件以及半导体元件用基板或者利用了AlN所具有的高导热性的领域的产品的基板。
另外，本实施方式的氧化铝基板如果不影响产业上的利用价值话也能够直接利用。即，如果所含的稀土的量是在被允许的范围内的话则能够作为高导热性基板以及表面弹性波用基板或者压电基板来进行利用。
符号说明
10.氮化处理基板
11.碳
12.氧化铝匣钵
13.氧化铝板
20.试样设置台
22.碳加热器
23.腔室
24.气体排气口
25.气体导入口
30.AlN层
31.稀土含有层
32.稀土含有区域
33.氧化铝基板
41.可视的LD、或者LED光源
42.屏幕
431.本实施方式的氧化铝基板10中形成有AlN层的一侧的任意一点上的光的照射位置
432.与屏幕42相平行地移动本实施方式的氧化铝基板10后的光的照射位置
441.对应于光的照射位置431成像于屏幕上的反射光的成像位置
442.对应于光的照射位置432成像于屏幕上的反射光的成像位置
50.第一结晶
51.发白亮的层
52.发白亮的区域
53.第二结晶

Claims (4)

1.一种氧化铝基板，其特征在于：
在所述氧化铝基板表面上形成有AlN层，并且在AlN层与所述氧化铝基板的界面上形成有稀土含有层以及/或者稀土含有区域，
稀土元素的含量以Al元素比计为1～10000ppm。
2.如权利要求1所述的氧化铝基板，其特征在于：
AlN层的厚度为0.02μm～100μm。
3.如权利要求1或2所述的氧化铝基板，其特征在于：
氧化铝基板为蓝宝石。
4.如权利要求3所述的氧化铝基板，其特征在于：
AlN层是单晶。
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