JP2016040208A - アルミナ基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】高品質AlN結晶の育成に使用されるソリが少なく、表面にAlN層が形成されたアルミナ基板の提供。【解決手段】炭素含有相31を含むAlN層30が形成されたアルミナ基板であって、炭素含有相31が(AlN)x(Al4C3)yで示される組成、例えばAl5C3Nで示される組成を有し、(a)窒化されていないアルミナ基板33とAlN層30の界面、(b)AlN層30の内部、あるいは、(c)AlN層30の上部表面に層状に配置される。AlN層30の厚さは0.02〜100μmであり、アルミナ基板10はサファイアであることが望ましい。このような構造とすることにより、アルミナ基板33とAlN層30の格子不整合及び熱膨張係数差に起因する応力を層状の炭素含有相31に集中させ、集中させた応力の分だけ、層状の炭素含有相31より表面に近い側に位置するAlN層30にかかる応力が減少し、ソリが低減する。【選択図】図1

Description

本発明は、主面に窒化アルミニウム層を配置したアルミナ基板に関する。
本発明においては、α−アルミナ(Al)単結晶(以下サファイアと呼ぶ)で作成された基板をサファイア基板と呼び、多結晶質のアルミナ(Al)で作成された基板を多結晶アルミナ基板と呼ぶ。サファイア基板および多結晶アルミナ基板を合わせてアルミナ基板と呼ぶ。
窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化アルミニウム・ガリウム(AlGaN)等のIII族窒化物半導体よりなる結晶層は、青色帯〜紫外帯の短波長光を発する発光ダイオードやレーザーダイオード等の発光デバイスおよびパワートランジスタを構成する機能層として注目されている。またAlNは高熱伝導性を活かした放熱材としても期待される材料である。
これらの結晶層は、サファイアやSiC単結晶等の基板上に、分子線エピタキシャル法または有機金属気相成長法等の気相成長手段を用いて多層の薄膜を堆積させる方法が提案されている。しかしながら、基板材料とこれらの半導体結晶の、格子定数および熱膨張係数の不整合に起因して、成膜プロセスにおいて高密度の欠陥や歪が導入され、半導体素子のエネルギー効率の低下・素子寿命の短縮、特性不良、ワレによる歩留低下をもたらす。
上記課題を解決する手段として、格子整合性に優れる同種材料基板、例えば、Alを多く含有するAlGaN結晶層に対しては、サファイアやSiC単結晶等の基板上に昇華法、ハライド気相成長法(HVPE)等の気相成長法、あるいはフラックス法を用いてAlN結晶を得る方法が数多く研究されている。また得られたAlN結晶はサファイアやSiC単結晶等の基板を研磨等により除去し、自立基板とした上で、AlGaN結晶層を積層することが望ましいとされている。そのためAlN結晶は望ましくは100μm以上の厚さまで成長させる必要があるが、異種基板上での成長のため、内部歪が蓄積され、欠陥、ワレあるいはソリを引き起こしてしまうため様々な対策が検討されている。
その一つとして、前記自立基板上に再度AlN単結晶を成長させる方法が提案されている。この方法によると品質向上は期待できるが、工程が複雑となりコスト上昇を引き起こし、産業上の利用価値が低減してしまうという欠点がある。
また別の手段として、特許文献1では、サファイア基板表面を窒化処理することにより、サファイア基板表面にAlN層を作成する方法が開示されている。この方法では、N−CO混合ガス組成を調整しながらサファイア基板とグラファイトが配置された熱処理部に導入し1675℃で熱処理することにより、5〜20nmのAlN層が得られており、サファイア基板とAlN単結晶膜との間の結晶格子の不整合が転位層によって緩和され、従来のAlN単結晶膜には不可避であった貫通転位の発生が抑制されているとのことである。
特開2006−213586号公報
前記サファイア基板表面の窒化処理では、格子不整合を転位層によって緩和しているが、転位層の制御は困難である。またAlNの層厚が5〜20nmと薄いため、テンプレート基板としてその上に昇華法、HVPE法あるいはフラックス法にてAlN結晶を育成する場合、その育成において基となるサファイア基板の格子不整合、熱膨張係数差といった影響を受けやすく、たとえ転位層にて格子不整合や熱膨張係数差欠陥、歪等が緩和されるとしても十分にソリが低減できるとは言えない。
本発明の課題は、ソリを低減したAlN層が形成されたアルミナ基板を提供することを目的とする。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、アルミナ基板であって、アルミナ基板表面にはAlN層が形成されており、かつ炭素含有相を含む。AlN層内部および/またはアルミナとの界面に炭素含有相を含むことにより格子不整合等に起因する応力を炭素含有相に集中し、AlN層における応力およびソリを低減することができるという効果がある。
本発明の望ましい態様としては、炭素含有相が(AlN)x(Al)yで示される組成であることが好ましい。ここでxおよびyは0を含まない正数である。更に好ましくは炭素含有相がAlNで示される組成である。AlN層内部および/またはアルミナとの界面に炭素含有相を含むことにより格子不整合等に起因する応力を炭素含有相に集中し、AlN層における応力およびソリを低減することができるという効果を顕著に出現することができる。
本発明の望ましい態様としては、AlN層の厚さが0.02μmから100μmであることが好ましい。これによりソリの低減効果をより顕著に出現することができる。
本発明の望ましい態様としては、基板はサファイアであることが好ましい。これにより発光デバイスやパワートランジスタ等単結晶基板上に半導体層を積層するデバイスに有用な基板材を提供することができる。
本発明の望ましい態様としては、AlN層および炭素含有相の基板主面に対する面方位は、基板主面の面方位と一致していることが好ましい。これにより、発光デバイスやパワートランジスタ等単結晶基板上に半導体層を積層するデバイス作成のコストを低減することができる。
本発明によるとソリを低減したAlN層が形成されたアルミナ基板を提供することができる。
図1は本発明の実施形態の一例を模式的に示したもので、炭素含有相が層状に形成されている場合を示す。(a)はアルミナ基板とAlN層の界面に形成された場合、(b)はAlN層内部に形成された場合、および(c)は最表面に形成された場合を示す。 図2は本発明の実施形態の一例を模式的に示したもので、炭素含有相が領域状に形成されている場合を示す。(a)はアルミナ基板とAlN層の界面に形成された場合、(b)はAlN層内部に形成された場合、および(c)は最表面に形成された場合を示す。 図3は本発明の実施形態の一例のフローを模式的に示したものである。 図4は窒化処理時の加熱部を模式的に示したものである。 図5は実施例5における窒化処理基板10とカーボン11および希土類原料14の配置の関係を示した平面図である。 図6は本実施形態のアルミナ基板の曲率半径を測定法を模式的に示した図であり、(a)は基準となる1回目の測定系を、(b)は照射位置を移動した後の光学測定系を示す。
本実施形態はサファイアやアルミナ基板を窒化処理し、基板表面にAlN層を形成させたものを、各種基板材として利用することを意図したものであるが、完全性の高いAlN層を形成するのではなく、むしろいわば完全性の低いAlN層を積極的に導入することにより、基板としての有用性を高めることに着想したものである。組成や結晶構造の異なる基板の上に単結晶を形成する場合、格子定数や熱膨張係数が異なるため、歪の発生は不可避である。また歪に誘導され、欠陥、ソリおよびクラックが往々にして発生する。発明者らは、下地基板であるアルミナやサファイアの影響を緩和する機能を持たせ、かつ基板の上に形成する単結晶の成長の妨げとならないものを検討してきた。その結果、AlN層が形成されたアルミナ基板において、炭素含有相も同時に形成することにより格子不整合や熱膨張係数差に起因するソリを低減できることを見出し、発明を完成させるに至った。
本発明の実施形態例を図1および図2を用いて説明する。図1は炭素含有相が層状に配置された構造を示し、図1(a)は層状の炭素含有相31が窒化されていないアルミナ基板33とアルミナ基板上に形成されたAlN層30の界面に配置されている例である。また図1(b)は層状の炭素含有相31がAlN層30の内部に配置されている例であり、図1(c)は層状の炭素含有相31がAlN層30の上部表面に配置されている例である。図1(a)および図1(b)では、層状の炭素含有相31がAlN層30の内部または窒化されていないアルミナ基板33とアルミナ基板上に形成されたAlN層30の界面に配置されていることが特徴である。後述するように、このような構造をとることにより、アルミナ基板33とAlN層30の格子不整合および熱膨張係数差に起因する応力を層状の炭素含有相31に集中させ、集中させた応力の分だけ、層状の炭素含有相31より表面に近い側に位置するAlN層30にかかる応力を減少させることができることとなる。同時にAlN層30における歪、欠陥、ソリ、クラックおよびワレを低減することができる。図1(c)は層状の炭素含有相31が表面に配置されていることが特徴であり、炭素含有相の格子間隔はAlNより大きく、またGaNやInNの格子間隔に近いため、GaN、AlGaN、InN、InGaN等の形成用基板として用いた時に格子不整合を低減することができる。
図2は炭素含有相が領域状に配置された構造を示し、図2(a)は領域状の炭素含有相32が窒化されていないアルミナ基板33とアルミナ基板上に形成されたAlN層30の界面に配置されている例である。また図2(b)は領域状の炭素含有相32がAlN層30の内部に配置されている例であり、図2(c)は領域状の炭素含有相32が表面に配置されている例である。本実施形態では基板表面に対し略平行かつ連続的に炭素含有相が分布されている場合を層状とし、不連続に分布している場合は領域とした。図2(a)および図2(b)では、領域状の炭素含有相32がAlN層30の内部または窒化されていないアルミナ基板33とアルミナ基板上に形成されたAlN層30の界面に配置されていることが特徴である。層状の炭素含有相の場合と同様に、アルミナ基板33とAlN層30の格子不整合および熱膨張係数差に起因する応力を領域状の炭素含有相32に集中させることができ、集中させた応力の分だけ領域状の炭素含有相32より表面に近い側に位置するAlN層30にかかる応力を減少させることができることとなる。同時にAlN層30における歪、欠陥、ソリ、クラックおよびワレを低減することができる。図2(c)は領域状の炭素含有相32が表面に配置されていることが特徴であり、層状の炭素含有相の場合と同様にGaNやInNの格子間隔に近いため、GaN、AlGaN、InN、InGaN等の形成用基板として用いた時に格子不整合を低減することができる。更に、表面における領域状の炭素含有相32とAlN層30の比率をその上に育成するGaN、AlGaN、InN、InGaN等の格子間隔に合わせることにより、格子不整合を極めて小さくすることができる。
ここで炭素含有相31、32がAlN層30の内部または窒化されていないアルミナ基板33とアルミナ基板上に形成されたAlN層30の界面に配置されている場合に炭素含有相31、32に応力が集中する理由を説明する。一般的に、格子間隔の異なる2種類の物質が結合する場合、格子不整合のため応力が発生する。また格子間隔が一致していても熱膨張係数が異なる場合、温度変動により格子間隔が異なってしまうため、やはり格子不整合を起こし応力が発生する。アルミナ基板に比べAlN結晶は大きな格子間隔をとり、炭素含有相は更に大きな格子間隔をとる。したがって図1(a)および図2(a)のように窒化されていないアルミナ基板33とアルミナ基板上に形成されたAlN層30の界面に配置されている場合は、まずアルミナ基板33と炭素含有相31、32で形成する界面近傍に応力が発生し、更に炭素含有相31、32とAlN層30の界面近傍にも応力が発生することになる。即ち炭素含有相31、32では二重の応力が発生するため単にアルミナ基板33上にAlN層30を形成したときにAlN層30に発生する応力より大きな応力が炭素含有相31、32にかかることとなる。AlN層30はこの炭素含有相31、32に余剰に発生した応力の分だけアルミナ基板33から受ける応力を相殺し、ソリが低減するのである。
本実施形態の一例である炭素含有相がAlN層内部、あるいはアルミナ基板との界面に配置したアルミナ基板を用いてAlN等の結晶育成を行った場合、育成中、あるいは冷却中に炭素含有相に応力が集中しクラックが発生することもある。その場合炭素含有相がクラックの起点となり、応力が緩和され、育成結晶への歪、欠陥、あるいはクラックの伝搬は低減できる。また炭素含有相に入ったクラックは横方向に伝搬し、育成結晶に致命的なダメージを与えることなく剥離を起こし、自立化することもある。
炭素含有相が(AlN)x(Al)yで示される組成である場合は特に効果的である。ここでx、yは正数である。AlN相(X=Y=1)のa軸の格子定数は0.328nm、Al62相(X=2、Y=1)のa軸の格子定数は0.325nm、Al73相(X=3、Y=1)のa軸の格子定数は0.323nm、Al84相(X=4、Y=1)のa軸の格子定数は0.321nmと、AlNの0.311nmおよびGaNの0.319nmより大きく、InNの0.355nmより小さい。したがってGaN、AlGaN、InN、InGaN等を積層する場合、最表面に(AlN)x(Al)yを配置することにより、格子不整合を低減することができ、またx、yの比率および/または最表面におけるAlN層と(AlN)x(Al)y相との比率を調整することにより、本実施形態のアルミナ基板にAlGaNやInGaN等の混晶系の結晶を成長させる場合であっても格子不整合を大きくすることなく育成することができる。
AlN相(X=Y=1)は、AlN層30の内部または窒化されていないアルミナ基板33とアルミナ基板上に形成されたAlN層30の界面に配置されている場合の炭素含有相への応力の集中とAlN層の応力の緩和によるソリの低減に効果が高い。またInNとの混晶系結晶を本実施形態のアルミナ基板上に育成する上でも効果的な材料である。
AlN層の層厚は0.02μm以上100μm以下、好ましくは0.05μm以上10μm以下、更に好ましくは0.05μm以上1μm以下である。これによりソリを効果的に低減することができる。
サファイア基板を用いる場合は形成されるAlN層は基板主面の面方位と一致していることが望ましい。これにより発光デバイスやパワートランジスタ等単結晶基板上に半導体層を積層するデバイス作成のコストを低減することができる。
以下、本実施形態のアルミナ基板を実施するための形態について具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図3に、本実施形態のアルミナ基板の作成フローを例示する。主な工程として、a)希土類含有原料をアルミナ基板やサファイア基板に塗布する工程、b)乾燥する工程、c)塗布した基板を空気中で熱処理する工程、d)窒化処理する工程からなる。またこの工程を繰り返し行っても良い。
基になるアルミナ基板として、サファイア基板、あるいは多結晶の焼結アルミナ基板を用い、希土類元素を含む原料を前記基板上に塗布する。塗布法としては、スピンコート法、噴霧法、蒸着法、スパッタ法等が例示されるが、それに限定されるものではない。ここでは最も簡便に塗布できるスピンコート法を用いて説明する。
スピンコート法では原料溶液を用いる必要があるため、原料として希土類硝酸塩のエタノール溶液および高純度化学研究所製の希土類MOD溶液を用いた。MOD溶液は当該希土類元素の有機塩を、キシレンを主体とした溶液に溶かしたものである。試料台にアルミナ基板を載せ、1000〜3000rpmに回転させた状態で原料溶液を塗布した。回転によりアルミナ基板上に原料溶液が薄く、均一に塗布される。揮発性が高いため塗布後の溶液の再凝集を防止することができる。再凝集に注意を払えば、水溶液を用いることもできる。蒸着法やスパッタ法であれば、酸化物、金属といった形態の希土類原料を用いることができる。
希土類原料の供給方法は塗布に限らない。別の手段として、窒化処理の際に希土類含有原料の一部または全部を基板近傍に配置、あるいは基板上に載置、または匣鉢等の保持治具に付着配置することが例示できる。
希土類元素は1種類に限定されるものではなく、複数種類の希土類元素を同時に用いても良い。また、希土類元素以外の原料としてアルミニウム元素を含む原料を加えても良い。
原料として塩類を用いる場合、500℃〜1400℃、空気中で熱処理することが好ましい。この熱処理により塗布溶液を完全に熱分解し、無機塩、有機塩であっても希土類酸化物にすることができる。
窒化処理は希土類元素を表面に塗布後空気中で熱処理したアルミナ基板を窒素中で加熱し行う。図4および図5を使って説明する。図4は加熱部を模式的に示したものである。加熱炉はカーボンヒーター22、試料設置台20および全体を覆うチャンバー23で構成されている。チャンバー23にはガス排気口24およびガス導入口25が設置されており、ガス排気口24は回転ポンプ(図示せず)および拡散ポンプ(図示せず)に連結されており、脱気できる構造となっている。また、ガス導入口25を通して窒素ガスを導入できる構造となっている。
試料設置台の上にアルミナ板13を載置し、その上にアルミナ基板10、カーボン11を載せる。また同時にアルミナ基板10およびカーボン11全体を覆うように略密閉状の匣鉢12をアルミナ板13の上に載せて配置した。なお略密閉状とは、ガス流通を完全に遮断するほどの密閉性はないが、ガス流通をある程度抑制できる程度の密閉性という意味である。また希土類含有原料(図示せず)を窒化処理する際に配置する場合はカーボン11と同様に略密閉状の匣鉢で覆うように配置する。更に希土類含有原料やカーボンを保持治具に付着配置する場合はアルミナ板13あるいは略密閉状の匣鉢12の内側に塗布して行う。
加熱温度は希土類元素の種類にもよるが、1400〜1800℃程度である。この温度より低いとAlN層の形成が十分ではなく、一方温度が高すぎると処理基板であるアルミナ基板が変質してしまう。またこの処理時には基板近傍にカーボンを配置することが好ましい。カーボン量は処理サイズと処理条件によって異なるため一概には言えないが、0.1mg以上である。少なすぎると炭素含有相が形成されず、またAlN層も十分には形成されない。また結晶性が低下することもある。なお窒化処理を繰り返す場合は、カーボンを配置しないことも可能である。この場合は、炭素含有相の増加とAlN相の減少が認められる。カーボンが多い場合、過剰の炭素はガス化せずそのままの形態を維持するためAlN生成にはあまり影響を与えない。ただし基板表面の平坦性の低下や炭素含有相の析出に影響を与えるため目的に合わせたカーボン量の調整が必要がある。
カーボンの配置法およびカーボンの形態に特に制限はない。図5では配置の一例を示す。10mm角サイズのアルミナ基板10の周囲1か所にカーボン11をまとめて配置し、対向する辺の周囲1か所に希土類原料を配置した例である。周囲に分散させて配置しても良く、匣鉢等の保持体に塗布しても良い。また、ブロックあるいは棒状のカーボンを配置しても良い。
この処理により、アルミナ基板10表面にAlN層30が形成される。なお塗布原料にAlを含まなくても基板表面にAlNが生成するため、このAlNはアルミナ基板表面に付着形成するのではなく、表面近傍のアルミナ基板のもつ酸素が窒素に置換され、AlNが形成されているのである。一方希土類は消失している。窒化物あるいは炭化物を形成し、ガス化して消失するものと思われる。
意図的に炭素含有相を得るための条件および方策を鋭意検討した結果、窒化処理温度、処理時間、および雰囲気、カーボン量および希土類元素量を調整することにより炭素含有相を形成しかつ、AlN層の比率を調整することができた。
また一度処理した基板に更に、処理を繰り返すこともAlN層と炭素含有相の比率調整に有効であった。それにより、本実施形態の基板の応用に合わせて最適化された比率の炭素含有相を含有し、またAlN層をもつ基板を提供することができるようになった。
本実施形態では密閉型の加熱炉および略密閉型の匣鉢にて雰囲気維持を行ったが、それに限るものではない。カーボン量と希土類元素量を制御できるのであれば、ガスフロー、あるいは開放された加熱部としても、AlN層と炭素含有相をもつ基板を得ることは可能と思われる。
ソリは表面反射光を利用した方法で曲率半径を求めることにより評価できる。図6を用いて説明する。可視のLD、またはLED光源41から本実施形態のアルミナ基板10のAlN層が形成されている側の任意の一点431に光を照射し、スクリーン42にその反射光を結像させ、その位置441をマーキングする。(図6(a))続いて光学系は固定した状態で、アルミナ基板をスクリーンと平行にDだけ移動し、照射位置を位置432に変え、同様に照射位置432からの反射光がスクリーン上に結像する位置442をマーキングする。(図6(b))二つの結像位置441および442の距離を変位量Xとする。またアルミナ基板10とスクリーン42の距離をL、アルミナ基板10のソリの曲率半径Rとすると、LおよびRがDおよびXに比べて十分に大きければ近似的に曲率半径Rは次式で求めることができる。
R=2LD/X
なお照射位置431を起点とした照射位置432の変位ベクトルと結像位置441を起点とした結像位置442の変位ベクトルが平行であれば凸、反平行であれば凹となっている。
<実施例1>
c面サファイア基板を10mm角サイズに切断し、基板として用いた。濃度2wt%の希土類元素としてYを含有するMOD溶液を、3000rpmで20秒間スピンコートにより塗布した。塗布後、150℃のホットプレート上で10分間乾燥させた後、空気中にて600℃、2時間熱処理した。熱処理後、100mm角のアルミナ板13に載せ、更に基板の横1か所に5mgの粉末状カーボン11を配置した。略密閉状の匣鉢12として、直径30mm、高さ30mmの円筒状アルミナルツボを用いた。当該アルミナルツボを逆さにして基板および粉末状カーボンを覆うことにより、略密閉状態を実現した。図2に示す。窒化処理炉はカーボンをヒーターとする抵抗加熱型の電気炉を用いた。ガス置換のために、加熱前に回転ポンプと拡散ポンプを用いて0.03Paまで脱気し、次いで100kPa(大気圧)になるまで窒素ガスを流した後、窒素ガスのフローを停止した。ガス置換後、加熱し熱処理を行った。処理温度を1750℃、処理時間を4時間、昇降温速度を600℃/時間とした。室温まで冷却後、処理基板を取り出し評価した。
CuをターゲットとするXRD測定を行った結果、2θが15deg〜45degの範囲にて、AlN(002n)(ここでn=2、3、4、5)の回折線、AlN(002)回折線、およびサファイア(006)回折線が認められ、AlN(006)/サファイア(006)の強度比は0.5%、AlN(002)/サファイア(006)の強度比は28%であった。このことからAlN相以外にc軸に配向したAlN相が生成していることが判明した。また図6に示す測定系を用いて曲率半径を求めたところ、65mであった。
また、断面をFIB加工し、SEM観察した。その結果、反射電子像からサファイア表面上に0.3μmの厚さのAlN層を確認した。
<実施例2>
c面サファイアを10mm角に切り出し窒化処理用の基板を準備した。硝酸ユーロピウム水和物をエタノールに溶かし、濃度2wt%とした後、若干界面活性剤を加え、塗布溶液を作成した。スピンコートは3000rpmで20秒間行った。250℃のホットプレート上で10分間乾燥させた後、空気中にて1000℃、2時間熱処理した。窒化処理は実施例1と同様に行った。ただし処理温度は1650℃とした。
XRD測定では2θが15deg〜45degの範囲にて、AlN(002n)(ここでn=2、3、4、5)の回折線、AlN(002)回折線、およびサファイア(006)回折線が認められ、また、AlN(006)/サファイア(006)の強度比は0.2%、AlN(002)/サファイア(006)の強度比は25%であった。曲率半径は30mであった。
また、断面をFIB加工し、SEM観察した。その結果、反射電子像からサファイア表面上に0.2μmの厚さのAlN層を確認した。実施例1と比較すると、AlN層の厚さが減少しているにも係らず、曲率半径は減少し、即ちソリが増加していることがわかる。AlN(006)/サファイア(006)の強度比が実施例1に比べ低下していることから、AlN相にソリを低減させる効果があったと結論される。
<実施例3>
実施例1と同様の処理を施したアルミナ基板を準備し、再度実施例1と同様の処理を重ねた。ただしこの処理では粉末状のカーボンを配置せず、基板のみをアルミナルツボで覆い、窒化処理を行った。
XRD測定では実施例1と同様、2θが15deg〜45degの範囲にて、AlN(002n)(ここでn=2、3、4、5)の回折線、AlN(002)回折線、およびサファイア(006)回折線が認められた。また、AlN(006)/サファイア(006)の強度比は6.5%、AlN(002)/サファイア(006)の強度比は7.1%となり、AlN相の増加と、AlN相の減少が認められた。曲率半径は128mと実施例1より増加していた。
<実施例4>
実施例2で作成した基板を用い、再度実施例2と同様の処理を重ねた。ただし、この処理では粉末状のカーボン8mgを配置して窒化処理を行った。
XRD測定では実施例1と同様、2θが15deg〜45degの範囲にて、AlN(002n)(ここでn=2、3、4、5)の回折線、AlN(002)回折線、およびサファイア(006)回折線が認められた。また、AlN(006)/サファイア(006)の強度比は0.1%、AlN(002)/サファイア(006)の強度比は30%となり、実施例3とは逆にAlN相の減少と、AlN相の増加が認められた。曲率半径は22mとなり、実施例2と比較すると、曲率半径の減少、即ちソリの増加が認められた。
<実施例5>
実施例2で作成した基板を用い、再度実施例2と同様の処理を重ねた。このときの配置は図3と同様の配置とし、粉末状カーボンを8mg、Eu粉を5mgとした。
XRD測定では実施例1と同様、2θが15deg〜45degの範囲にて、AlN(002n)(ここでn=2、3、4、5)の回折線、AlN(002)回折線、およびサファイア(006)回折線が認められた。また、AlN(006)/サファイア(006)の強度比は3.2%、AlN(002)/サファイア(006)の強度比は24%となり、AlN相、AlN相いずれも増加していた。また曲率半径は82mと増加していた。
本発明のアルミナ基板は、AlN等の単結晶育成用の基板として利用できるばかりではなく、発光素子、半導体素子用基板、圧電素子あるいはAlNのもつ高熱伝導性を利用した分野の製品にも利用可能である。
10 アルミナ基板
11 カーボン
12 略密閉状の匣鉢
13 アルミナ板
14 希土類原料
20 試料設置台
22 カーボンヒーター
23 チャンバー
24 ガス排気口
25 ガス導入口
30 AlN層
31 層状の炭素含有相
32 領域状の炭素含有相
33 窒化されていないアルミナ基板
41 可視のLD、またはLED光源
42 スクリーン
431 本実施形態のアルミナ基板10のAlN層が形成されている側の任意の一点における光の照射位置
432 本実施形態のアルミナ基板10をスクリーン42と平行に移動した後の光の照射位置
441 光の照射位置431に対応してスクリーン上に結像した反射光の結像位置
442 光の照射位置432に対応してスクリーン上に結像した反射光の結像位置

Claims (6)

  1. 表面にAlN層が形成されたアルミナ基板であって、かつ炭素含有相を含むことを特徴とするアルミナ基板。
  2. 前記炭素含有相が(AlN)x(Al)yで示される組成であることを特徴とする請求項1記載のアルミナ基板。ここでxおよびyは0を含まない正数。
  3. 前記炭素含有相がAlNで示される組成であることを特徴とする請求項1および請求項2記載のアルミナ基板。
  4. 前記AlN層の厚さが0.02μmから100μmであることを特徴とする請求項1〜請求項3記載のアルミナ基板。
  5. 前記アルミナ基板はサファイアであることを特徴とする請求項1〜請求項4記載のアルミナ基板。
  6. 前記AlN層の基板主面に対する面方位は、基板主面の面方位と一致していることを特徴とする請求項5記載のアルミナ基板。
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