JP2009132569A - 窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化アルミニウム結晶を成長させる際に下地基板が昇華されることを防止することにより、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させる、窒化アルミニウム結晶の成長方法および窒化アルミニウム結晶を提供する。
【解決手段】窒化アルミニウム結晶２０の成長方法は、以下の工程が実施される。主表面１１ａと、この主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように保護層１２が形成される。そして、下地基板１１の裏面１１ｂが保護層１２で覆われた状態で、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶２０が気相成長法により成長される。保護層１２は、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなり、かつ２００μｍを超えて１０ｃｍ以下の厚さＨを有している。
【選択図】図４

Description

本発明は窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶に関する。

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）結晶は、６．２ｅＶの広いエネルギバンドギャップ、約３．３ＷＫ^-1ｃｍ^-1の高い熱伝導率および高い電気抵抗を有しているため、光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板材料として注目されている。

このような窒化アルミニウム結晶の成長方法には、たとえば気相成長法の昇華法が用いられる。昇華法による窒化アルミニウム結晶の成長は、たとえば以下の工程によって実施される。すなわち、成長室の下部に窒化アルミニウム多結晶原料が設置され、成長室の上部の台座に下地基板が窒化アルミニウム多結晶原料と互いに向かい合うよう設置される。そして、窒化アルミニウム多結晶原料が昇華する温度まで窒化アルミニウム多結晶原料が加熱される。この加熱により、窒化アルミニウム多結晶原料が昇華して昇華ガスが生成され、窒化アルミニウム多結晶原料よりも低温に設置されている下地基板の表面に窒化アルミニウム単結晶が成長する。

このように、下地基板と窒化アルミニウム多結晶原料との間には下地基板から窒化アルミニウム多結晶原料に向けて温度が低くなる温度勾配がある。このため、下地基板と台座との間にも下地基板から台座に向けて温度が低くなる温度勾配があり、かつ下地基板内にも窒化アルミニウム多結晶原料と対向する面から台座と対向する面に向けて温度が低くなる温度勾配がある。下地基板と台座との間に隙間ができると、窒化アルミニウム結晶の成長雰囲気に下地基板の裏面が曝されてしまうので、上記の温度勾配により、下地基板を構成する元素が、下地基板から台座へ、また下地基板内において高温部から低温部へ、昇華してしまう。その結果として、下地基板を貫通する穴が発生する。再結晶化がさらに進むと、下地基板の表面上に成長した窒化アルミニウム結晶に、穴が発生する。したがって、下地基板の昇華を防止して、下地基板の穴の発生を抑制することが課題となっている。

このような下地基板の昇華を防止するための技術として、たとえば、特開２００６−２９０６７６号公報（特許文献１）には、下地基板とサセプタとをアルミナ系の高温用接着剤を用いて接着することが記載されている。この高温用接着剤は、１０００℃以上の高温でも十分な強度を発揮することが記載されている。

また特表平１１−５１０７８１号公報（特許文献２）には、下地基板の裏面に最高でも約１００μｍの厚さの皮膜が形成されていることが記載されている。

また特開２００５−２４７６８１号公報（特許文献３）には、金属材料を黒鉛台座の上に配置し、その金属材料の上に下地基板を配置し、その下地基板の上に加圧部材を配置し、この状態で加熱して黒鉛台座と金属材料と下地基板とを固定一体化している方法が記載されている。このように固定一体化された金属材料の厚さは２０μｍ以上２００μｍ以下であることが記載されている。

また特開平９−２６８０９６号公報（特許文献４）には、下地基板において単結晶が成長する面以外の表面を保護層で被覆していることが記載されている。さらに、保護層と台座とを接着剤を用いて固定されていることが開示されている。
特開２００６−２９０６７６号公報 特表平１１−５１０７８１号公報 特開２００５−２４７６８１号公報 特開平９−２６８０９６号公報

しかし、上記特許文献１で用いる接着剤は、窒化アルミニウム結晶を成長させるための約２０００℃近傍の高温に長時間曝されるため、接着剤の耐熱性が十分でないことから、下地基板の裏面から剥がれてしまう場合がある。接着剤が剥がれてしまうと、下地基板の裏面が窒化アルミニウム結晶の成長雰囲気に曝されてしまうので、下地基板が裏面から昇華されてしまう場合がある。

また上記特許文献２および上記特許文献３には、上述したような窒化アルミニウム結晶を成長させるために必要な高温で長時間の成長条件下で、結晶成長することは開示されていない。このため、このような窒化アルミニウム結晶の成長条件では、上記特許文献２の皮膜および上記特許文献３の金属材料は、下地基板から剥離または消失する恐れがある。このため、下地基板が裏面から昇華されてしまう場合がある。

また上記特許文献４では、接着剤と保護層とが用いられている。したがって、上記特許文献１と同様の接着剤の耐熱性の問題と、上記特許文献２および３と同様の保護層の剥離または消失の恐れとがある。このため、下地基板が裏面から昇華されてしまう場合がある。このため、上記特許文献１〜４では、上述したように、成長させた窒化アルミニウム結晶に穴が発生するという問題がある。

したがって、本発明は、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に下地基板が昇華されることを防止することにより、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させる、窒化アルミニウム結晶の成長方法および窒化アルミニウム結晶を提供することである。

本発明者は、窒化アルミニウム結晶を成長する際に、下地基板が昇華して穴が発生することを防止する方法を鋭意研究した結果、下地基板の裏面側に２００μｍを超えて１０ｃｍ以下の厚さを有する保護層を形成することが効果的であることを見出した。

すなわち、本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法は、以下の工程が実施される。主表面と、この主表面と反対側の裏面とを有する下地基板の裏面を覆うように保護層が形成される。そして、下地基板の裏面が保護層で覆われた状態で、下地基板の主表面上に窒化アルミニウム結晶が気相成長法により成長される。保護層は、窒化アルミニウム結晶の成長温度において下地基板よりも昇華しにくい材質よりなり、かつ２００μｍを超えて１０ｃｍ以下の厚さを有している。

本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法によれば、下地基板よりも昇華しにくい材質よりなる保護層が２００μｍを超える厚さを有しているので、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、下地基板から保護層が剥がれる、または保護層から下地基板が露出するように保護層が消失することを防止することができる。このため、下地基板が窒化アルミニウム結晶を成長させる雰囲気に曝されることを防止できるので、下地基板の昇華を抑制できる。これにより、下地基板に穴が発生することを防止できる、この上に成長した窒化アルミニウム結晶に穴が発生することを防止できる。したがって、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させることができる。一方、下地基板よりも昇華しにくい材質よりなる保護層が１０ｃｍ以下の厚さを有していると、窒化アルミニウム結晶の成長に用いる装置に、保護層が形成された下地基板を容易に配置できる。

上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、保護層は、下地基板の裏面上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を接触させて、混合物を焼結することにより、下地基板の裏面を覆うように形成される。

これにより、金属材料を物理蒸着等により下地基板と台座との間に挟み、結晶成長面側から加圧部材を用いて加熱圧着している上記特許文献３と異なり、加圧部材等を用いずに保護層を形成できる。このため、窒化アルミニウム結晶の成長面に汚れが発生することを防止できる、窒化アルミニウム結晶の成長面と加圧部材との反応を防止できる、窒化アルミニウム結晶の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶を成長することができる。また、加圧部材を用いないので、簡略化して保護層を形成することができる。

上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は窒化アルミニウム基板であり、粉末が窒化アルミニウム単結晶である。

上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は窒化アルミニウム基板であり、粉末が、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末である。

これにより、上記混合物は下地基板と同一の元素を含むので、混合物を焼結すると、下地基板との密着性を向上した保護層を形成できる。このため、下地基板と保護層とを強固に固着できるので、下地基板から保護層が剥がれることを効果的に防止できる。

上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記粉末が、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末である。

上記ホウ化物は高融点であるので、耐熱性の高い保護層を形成できる。このため、特に高温で窒化アルミニウム結晶を成長させる場合に、保護層により下地基板が昇華することを効果的に防止できる。

上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は炭化珪素基板であり、粉末は炭素元素を含む。

これにより、上記混合物は下地基板と同一の元素を含むので、混合物を焼結すると、下地基板との密着性を向上して保護層を形成できる。このため、下地基板と保護層とを強固に固着できるので、下地基板から保護層が剥がれることを効果的に防止できる。

上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記溶剤は、有機溶剤、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなる。

上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記溶剤は、アセトン、ホルムアルデヒド、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる。

これにより、この溶剤と粉末とを混合した混合物をペースト状にできるので、下地基板に混合物を接触させやすい。このため、下地基板の裏面に混合物を均一に接触させることができるので、下地基板の裏面全体を保護できる保護層を容易に形成できる。

本発明の窒化アルミニウム結晶の製造方法は、上記いずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法により窒化アルミニウム結晶を成長する工程と、少なくとも保護層を除去する工程とを備えている。

本発明の窒化アルミニウム結晶の製造方法によれば、保護層により下地基板が昇華されることを防止できる。このため、窒化アルミニウム結晶に穴が発生することが抑制できるので、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を製造することができる。

本発明の窒化アルミニウム結晶は、上記いずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法により製造される。

本発明の窒化アルミニウム結晶によれば、保護層により下地基板が昇華されることを防止して成長されるので、結晶性が良好である。

本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶によれば、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に下地基板が昇華されることを防止することにより、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。図１を参照して本実施の形態における窒化アルミニウム結晶および製造方法について説明する。

図２は、本実施の形態における下地基板１１を示す概略側面図である。図１および図２に示すように、まず、主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。準備する下地基板１１は、特に限定されないが、結晶性の良好な窒化アルミニウムを成長させる観点から、窒化アルミニウム基板および炭化珪素基板であることが好ましい。

下地基板１１の厚さは、たとえば１００μｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。この範囲の厚さを有していると、下地基板１１内の温度勾配が大きくなりすぎないためである。

図３は、本実施の形態における保護層１２を形成した状態を示す概略側面図である。図１および図３に示すように、下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように保護層１２を形成する（ステップＳ２）。この保護層１２は、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなり、かつ２００μｍを超えて１０ｃｍ以下の厚さＨを有する。

保護層１２の厚さＨは、２００μｍを超えて１０ｃｍ以下であり、２１０μｍ以上５ｃｍ以下が好ましく、５００μｍ以上１ｃｍ以下がより好ましい。厚さＨが２００μｍを超えている場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際（図４参照）に、下地基板１１から保護層１２が剥がれる、または保護層１２から下地基板１１が露出するように保護層１２が消失することを防止することができる。このため、高温で長時間の窒化アルミニウム結晶の成長に耐え得る保護層１２を形成できる。２１０μｍ以上の場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、保護層１２の剥がれおよび消失を効果的に防止できる。５００μｍ以上の場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、保護層１２の剥がれおよび消失をより一層防止できる。一方、下地基板よりも昇華しにくい材質よりなる保護層が１０ｃｍ以下の場合、窒化アルミニウム結晶の成長に用いる装置に、保護層１２が形成された下地基板１１を容易に配置できるので、取り扱いが容易である。５ｃｍ以下の場合、下地基板１１と保護層１２とを備えた状態での取り扱いがより容易である。１ｃｍ以下の場合、下地基板１１と保護層１２とを備えた状態での取り扱いがより容易である。

保護層１２は、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる。ここで、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度とは、たとえば１７００℃〜２０００℃である。下地基板１１よりも昇華しにくい材質とは、たとえば下地基板１１よりも融点が高い材質である。

具体的には、保護層１２は、以下の工程が実施されることが好ましい。まず、粉末と溶剤とを混合して、混合物を形成する。そして、下地基板１１の裏面１１ｂ上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を接触させて、この混合物を焼結することにより、混合物が硬化して、下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように保護層１２が形成される。

混合物を裏面１１ｂ上に接触させる方法としては、裏面１１ｂ上に混合物を塗布してもよく、貯留されている混合物に浸漬させてもよい。

また、混合物を焼結する際には、下地基板１１の裏面上に配置された混合物をその上方から圧力を加えずに、焼結することが好ましい。この場合、圧力を加えるための加圧部材を用いないので、成長させる窒化アルミニウム結晶成長面の汚れを防止できる、成長させる窒化アルミニウム結晶成長面と加圧部材との反応を防止できる、成長させる窒化アルミニウム結晶の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶を成長できる。

また、混合物を焼結する際には、たとえば下地基板１１の裏面１１ｂに混合物を接触させた状態で加熱炉に投入することにより保護層１２を形成できる。なお、混合物を焼結させる際の雰囲気は特に限定されず、大気中で行なってもよいが、下地基板と混合物との間の隙間の空気を脱胞できるので、真空加熱炉を用いることが好ましい。混合物を焼結させる温度は、たとえば２００℃〜１０００℃である。

粉末は、下地基板１１を構成する材料の元素を含んでいることが好ましい。具体的には、下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、この粉末は、窒化アルミニウム単結晶、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末であることが好ましい。下地基板１１が炭化珪素基板である場合には、粉末は炭素元素を含むことが好ましい。この場合には、粉末は下地基板１１と同一の元素を含むので、この粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結すると、下地基板１１との隙間を減らして下地基板との密着性を向上した保護層１２を形成できる。このため、下地基板１１と保護層１２とを強固に固着できるので、下地基板１１から保護層１２が剥がれることを効果的に防止できる。また、窒化アルミニウム結晶を長時間成長させる場合に、不純物の混入を防止できる。

また、粉末は、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末であってもよい。これらのホウ化物は高融点であるので、耐熱性の高い保護層１２を形成できる。このため、特に高温で窒化アルミニウム結晶（図４参照）を成長させる場合に、保護層１２により下地基板１１が昇華することをより防止できる。

また、粉末の粒径は、０．５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。１００μｍ以下の場合、下地基板１１と緻密かつ強固に接触する保護層１２を形成できる。１０μｍ以下の場合、下地基板１１とより緻密かつ強固に接触する保護層１２を形成できる。一方、０．５μｍ以上の場合、この粉末と溶剤とを混合した際に、沈殿や分離が起きず、均一に混合物を作製することができる。

溶剤は、有機物、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなることが好ましい。有機物としては、たとえばアセトン、イソプロピルアルコール、ホルマリン（ホルムアルデヒド）などを用いることができる。樹脂としては、たとえばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。芳香族アルコールとしては、たとえばフリフリルアルコール、シンナミルアルコールなどを用いることができる。この溶剤と粉末とを混合した混合物をペースト状にできるので、下地基板に混合物を接触させやすい。このため、下地基板１１の裏面１１ｂに混合物を均一に接触させることができるので、下地基板１１の裏面１１ｂ全体を保護できる保護層１２を容易に形成できる。

特に、アセトン、ホルムアルデヒド、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる溶剤を用いることが好ましい。この場合、簡易性および量産性に優れているため、コストを低減できる。

図４は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０を成長させた状態を示す概略側面図である。図１および図４に示すように、下地基板１１の裏面１１ｂが保護層１２で覆われた状態で、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶２０を気相成長法により成長する（ステップＳ３）。

窒化アルミニウム結晶２０の成長方法は、気相成長法であれば特に限定されず、たとえばたとえば昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などを採用できる。特に、窒化アルミニウム結晶２０の結晶成長に適しているため、昇華法により窒化アルミニウム結晶２０を成長することが好ましい。

以上のステップＳ１〜Ｓ３により、窒化アルミニウム結晶２０を成長することができる。この窒化アルミニウム結晶２０を用いて窒化アルミニウム結晶２１（図５参照）を製造する場合には、さらに以下の工程が実施される。

図５は、本実施の形態における少なくとも保護層１２を除去した状態を示す概略側面図である。次に、図１および図５に示すように、少なくとも保護層１２を除去する（ステップＳ４）。下地基板１１が窒化アルミニウムと異なる材料である異種基板である場合には、図５に示すように、下地基板１１および保護層１２を除去している。下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、図５に示すように下地基板１１および保護層１２を除去してもよく、また保護層１２のみを除去してもよい。

除去する方法は特に限定されず、たとえば切断、研削、へき開など機械的な除去方法を用いることができる。切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサーなどで機械的に窒化アルミニウム結晶２０から少なくとも下地基板１１を除去することをいう。研削とは、砥石を回転させながら表面に接触させて、厚み方向に削り取ることをいう。へき開とは、結晶格子面に沿って窒化アルミニウム結晶２０を分割することをいう。なお、エッチングなど化学的な除去方法を用いてもよい。

以上のステップＳ１〜Ｓ４を実施することにより、窒化アルミニウム結晶２１を製造することができる。このように製造される窒化アルミニウム結晶２１は、５ｍｍ以上の大きな径を有する平面形状が円形、または一辺が５ｍｍ以上の平面形状が四角形であり、かつ１ｍｍ以上の大きな厚みを有する。そのため、窒化アルミニウム結晶２１はデバイスの基板に用いることができる。

なお、１ｍｍ以上の厚みを有する窒化アルミニウム結晶２０を成長させる場合には、窒化アルミニウム結晶２０、２１から複数の窒化アルミニウム結晶基板を切り出すことができる。窒化アルミニウム結晶２０、２１は単結晶からなるので、容易に分割される。この場合には、窒化アルミニウム結晶基板は結晶性が良好で、コストを低減できる。

以上説明したように、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造方法によれば、下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように、かつ２００μｍを超えて１０ｃｍ以下の厚さＨを有する保護層１２を形成している。

本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造によれば、下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる保護層１２が２００μｍを超える厚さを有しているので、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる際に、下地基板１１から保護層１２が剥がれる、または保護層１２から下地基板１１が露出するように保護層１２が消失することを防止することができる。このため、下地基板１１が窒化アルミニウム結晶２０を成長させる雰囲気に曝されないので、下地基板１１の昇華を抑制できる。これにより、下地基板１１に穴が発生することを防止できるので、この上に成長する窒化アルミニウム結晶２０に穴が発生することを防止できる。

また仮に下地基板１１と成長装置の台座との間に隙間ができた場合であっても、下地基板１１よりも昇華しにくい保護層１２が上記厚さＨで形成されているので、下地基板１１の構成元素が、保護層１２を通過して下地基板１１から台座へ拡散することを防止できる。したがって、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶２０を成長させることができる。その結果、この窒化アルミニウム結晶２０を用いて製造された窒化アルミニウム結晶２１の結晶性を向上できる。

上記窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造方法において、下地基板１１の裏面１１ｂ上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を接触させて、混合物を焼結することにより、下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように保護層１２を形成することが好ましい。この場合、加圧部材等を用いずに保護層１２を形成できるため、簡略化して保護層１２を形成することができる。また、窒化アルミニウム結晶２０の成長面に汚れが発生することを防止でき、窒化アルミニウム結晶２０の成長面と加圧部材との反応を防止でき、窒化アルミニウム結晶２０の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶２０を成長することができる。

このように、得られる窒化アルミニウム結晶２０、２１は、結晶性が良好であるので、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴなどの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイスなどに好適に用いることができる。

本実施例では、２００μｍを超える厚さＨを有する保護層を形成することによる効果について調べた。具体的には、下地基板の裏面側に種々の保護層を形成して、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウムに穴が発生したかを調べた。

（試料１〜１３）
詳細には、まず、下地基板として、１０ｍｍの直径を有し、５００μｍの厚さを有し、昇華法により作製された窒化アルミニウム単結晶基板を準備した（ステップＳ１）。この窒化アルミニウム単結晶基板のオフ角は０．３°以下であり、主表面を鏡面仕上げし、裏面をラップ仕上げした。

次に、窒化アルミニウム単結晶よりなり、１０μｍの粒径を有する粉末を準備した。またアセトン、ホルムアルデヒド、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂からなる溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤を混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物を形成した。

その後、この窒化アルミニウム単結晶基板の裏面に上記混合物を均一に塗布し、大気中でホットプレートにより加熱した。これにより、下地基板の裏面に保護層を形成した（ステップＳ２）。なお、ホットプレートの温度を３００℃、加熱時間を、昇温時間が３０分、保持時間が４時間、冷却時間が１時間にした。

図６は、本実施例に用いる結晶成長装置を示す概略図である。次に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。

この窒化アルミニウム結晶を成長させるステップＳ３では、図６に示すように、反応容器１２２内の坩堝１１５の上部に保護層１２が形成された下地基板１１を載置し、坩堝１１５の下部に原料である窒化アルミニウム多結晶原料１７を収容した。なお、図６に示す結晶成長装置は、断熱材１１９と放射温度計１２１ａ、１２１ｂとを含んでいる。

次に、反応容器１２２内に窒素ガスを流しながら、高周波加熱コイル１２３を用いて坩堝１１５内の温度を上昇させ、下地基板１１の温度を１８００℃、窒化アルミニウム多結晶原料１７の温度を２０００℃にして窒化アルミニウム多結晶原料１７を昇華させ、下地基板１１の主表面上で再結晶化させて、成長時間を１００時間として、下地基板１１上に窒化アルミニウム結晶を２０ｍｍの厚さになるように成長させた。

なお、窒化アルミニウム結晶の成長中においては、反応容器１２２内に窒素ガスを流し続け、反応容器１２２内のガス分圧が１０ｋＰａ〜１００ｋＰａ程度になるように、窒素ガス排気量を制御した。

このように成長させた窒化アルミニウム結晶について、穴が発生していたか否かを光学顕微鏡およびＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により調べた。その結果を下記の表１に記載する。表１において「○」は、穴が発生しなかった良好な結晶性であることを意味する。

（測定結果）
表１に示すように、２１０μｍ以上１００００００μｍ以下の厚さを有する保護層を形成した試料４〜１３では、下地基板に穴が発生しなかったため、成長した窒化アルミニウム結晶にも穴が発生しなかった。

一方、５０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有する保護層を形成した試料１〜３では、下地基板に穴が発生したため、成長した窒化アルミニウム結晶にも穴が発生した。

また、１０１０００μｍ以上１０５０００μｍ以下の厚みを有する保護層を形成した試料１４〜１６は、図６に示す結晶成長装置において、保護層が形成された下地基板を反応容器内の坩堝に設置することができなかった。

以上より、本実施例によれば、２００μｍを超え１０ｃｍ以下の厚さを有する保護層を形成することにより、下地基板が昇華されることを防止して、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させることができることを確認した。

本実施例では、２００μｍを超える厚さＨを有する保護層を形成することによる効果について調べた。具体的には、下地基板の裏面側に種々の保護層を形成して、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウムに穴が発生したかを調べた。

（試料１７〜３２）
詳細には、まず、下地基板として、５０ｍｍの直径を有し、４００μｍの厚さを有する炭化珪素単結晶基板を準備した（ステップＳ１）。この炭化珪素単結晶基板のオフ角は０．３°以下であり、主表面を鏡面仕上げし、裏面をラップ仕上げした。

次に、１０μｍの粒径を有し、純度が９９．９９％の炭素を粉末として準備した。またアセトン、ホルムアルデヒド、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂からなる溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤を混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物を形成した。

その後、この炭化珪素単結晶基板の裏面に上記混合物を均一に塗布し、大気中でホットプレートにより加熱した。これにより、下地基板の裏面に保護層を形成した（ステップＳ２）。なお、ホットプレートの温度を４００℃、加熱時間を、昇温時間が３０分、保持時間が４時間、冷却時間が１時間にした。

次に、実施例１と同様に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。本実施例では、下地基板１１の温度を１７００℃、窒化アルミニウム多結晶原料１７の温度を１９００℃にして窒化アルミニウム多結晶原料１７を昇華させ、下地基板１１の主表面上で再結晶化させて、成長時間を２４０時間として、下地基板１１上に窒化アルミニウム結晶を８ｍｍの厚さになるように成長させた。なお、窒化アルミニウム結晶の成長中の条件は実施例１と同様にした。

このように成長させた窒化アルミニウム結晶について、穴が発生していたか否かを実施例１と同様に調べた。その結果を下記の表１に記載する。表１において「○」は、穴が発生しなかった良好な結晶性であることを意味する。

（測定結果）
表２に示すように、２１０μｍ以上１０００００μｍ以下の厚さを有する保護層を形成した試料２０〜２９では、下地基板に穴が発生しなかったため、成長した窒化アルミニウム結晶にも穴が発生しなかった。

一方、２００μｍ以下の厚さを有する保護層を形成した試料１７〜１９では、下地基板に穴が発生したため、成長した窒化アルミニウム結晶にも穴が発生した。

また、１０１０００μｍ以上の厚みを有する保護層を形成した試料３０〜３２は、図６に示す結晶成長装置において、保護層が形成された下地基板を反応容器内の坩堝に設置することができなかった。

以上より、本実施例によれば、２００μｍを超え１０ｃｍ以下の厚さを有する保護層を形成することにより、下地基板が異種基板であっても、下地基板が昇華されることを防止することにより、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させることができることを確認した。また、下地基板が炭化珪素基板の場合には、粉末に炭素を用いることで下地基板と保護層との密着性が向上するので、２００μｍを超え１０ｃｍ以下の厚みを有する保護層を形成することにより、下地基板および窒化アルミニウム結晶に穴が発生することを防止できることを確認した。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における下地基板を示す概略側面図である。 本発明の実施の形態１における保護を形成した状態を示す概略側面図である。 本発明の実施の形態１における窒化アルミニウム結晶を成長させた状態を示す概略側面図である。 本発明の実施の形態における少なくとも保護層を除去した状態を示す概略側面図である。 実施例に用いる結晶成長装置を示す概略図である。

符号の説明

１１ 下地基板、１１ａ 主表面、１１ｂ 裏面、１２ 保護層、１７ 窒化アルミニウム多結晶原料、２０，２１ 窒化アルミニウム結晶、１１５ 坩堝、１１９ 断熱材、１２１ａ，１２１ｂ 放射温度計、１２２ 反応容器、１２３ 高周波加熱コイル、Ｈ 厚さ。

Claims (10)

1. 主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有する下地基板の前記裏面を覆うように保護層を形成する工程と、
   前記下地基板の前記裏面が前記保護層で覆われた状態で、前記下地基板の前記主表面上に窒化アルミニウム結晶を気相成長法により成長する工程とを備え、
   前記保護層は、前記窒化アルミニウム結晶の成長温度において前記下地基板よりも昇華しにくい材質よりなり、かつ２００μｍを超えて１０ｃｍ以下の厚さを有する、窒化アルミニウム結晶の成長方法。
2. 前記保護層は、前記下地基板の前記裏面上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を接触させて、前記混合物を焼結することにより、前記下地基板の前記裏面を覆うように形成される、請求項１に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
3. 前記下地基板は窒化アルミニウム基板であり、
   前記粉末が窒化アルミニウム単結晶である、請求項２に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
4. 前記下地基板は窒化アルミニウム基板であり、
   前記粉末が、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末である、請求項２に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
5. 前記粉末が、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末である、請求項２に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
6. 前記下地基板は炭化珪素基板であり、
   前記粉末は炭素元素を含む、請求項２に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
7. 前記溶剤は、有機物、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなる、請求項２〜６のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
8. 前記溶剤は、アセトン、ホルムアルデヒド、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる、請求項２〜６のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法により窒化アルミニウム結晶を成長する工程と、
   少なくとも前記保護層を除去する工程とを備えた、窒化アルミニウム結晶の製造方法。
10. 請求項９の窒化アルミニウム結晶の製造方法により製造された、窒化アルミニウム結晶。

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