TW202113167A

TW202113167A - ScAlMgO4單晶及其製作方法和自支撐基板

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Publication number: TW202113167A
Application number: TW109125777A
Authority: TW
Inventors: 福田承生; 白石裕児; 南都十輝; 藤井高志
Original assignee: 日商福田結晶技術研究所股份有限公司
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2021-04-01
Also published as: WO2021020539A1

Abstract

本發明的目的在於提供一種無差排缺陷的ScAlMgO₄ 單晶的成長方法及單晶。本發明的單晶成長方法係ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，其中在藉由使晶種與坩堝內的熔融原料接觸並在提拉的同時旋轉該晶種以製作出ScAlMgO₄ 單晶之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法中，使用無差排的晶種作為前述晶種，將前述晶種周圍的垂直方向的溫度梯度設為比其他部分的垂直方向的溫度梯度更大，且將作為熔融液的起始原料的組成比例設為Sc₂ O₃ ：Al₂ O₃ ：MgO =25.5～28.5％：25.0～28.0％：42.0～50.0％。

Description

ScAlMgO4單晶及其製作方法和自支撐基板

本發明係有關於ScAlMgO₄ 單晶及其製作方法和自支撐基板，更詳細而言，本發明係有關於在晶體中無差排之無差排ScAlMgO₄ 單晶及其成長方法和使用此無差排單晶之無差排的半導體自支撐基板。

ScAlMgO₄ 單晶與GaN的晶格不規則性小，並作為GaN自支撐基板的晶種、功率裝置用的晶體而受到關注。一般使用Al₂ O₃ 作為基板，但其與GaN的晶格不規則性大，而且存在許多差排缺陷。因此，藉由使用無差排且晶格不規則性小的ScAlMgO₄ 單晶，可以提高作為GaN用基板的效率。由於無差排晶體在很大程度上取決於成長初期的方法和爐內結構，因此可以藉由嚴格控制成長方法和爐內結構來製造晶體。

一般利用柴可拉斯基（Czochralski）法（以下稱為「CZ法」）製造單晶（例如，專利文獻1、專利文獻2）。所謂CZ法係將放入坩堝內的原料加熱使之熔融，且使旋轉的晶種與熔融原料接觸之後，提拉並冷卻以得到單晶的方法。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本專利特開第2008-7353號公報 [專利文獻2] 日本專利特開第2011-105575號公報

[發明所欲解決的課題]

在使用傳統的柴可拉斯基法之單晶製作技術中，在製作ScAlMgO₄ 單晶時，使旋轉的晶種與熔融原料接觸之後，提拉並冷卻，以製作出單晶。

在製造上述單晶時，在晶種與熔融液的接觸部分會發生差排缺陷，不利於GaN的磊晶成長。再者，若在製作晶體時也過度發生差排缺陷，則會造成裂紋和多晶化，故減少差排的條件為必要的。發生差排缺陷的原因是由於當晶種與熔融液彼此接觸時的溫度差引起熱衝擊的緣故。在Si單晶的製造中，一般會進行稱為縮頸的步驟，以去除差排缺陷。已知在ScAlMgO₄ 單晶的製作中，相較於Si單晶的製作，製造晶體的速度與1/100有很大的差異，但在ScAlMgO₄ 單晶的製作中，去除差排缺陷方面則同樣有效。

本發明的目的在於在ScAlMgO₄ 單晶的製作中，消除差排缺陷，並製作出更高的效率、需求的GaN用基板。 [用於解決課題的手段]

根據請求項1的發明，提供一種ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，其中在藉由使晶種與坩堝內的熔融原料接觸並在提拉的同時旋轉該晶種以製作出ScAlMgO₄ 單晶之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法中，使用無差排的晶種作為前述晶種，將前述晶種周圍的垂直方向的溫度梯度設為比其他部分的垂直方向的溫度梯度更大，且將作為熔融液的起始原料的組成比例設為Sc2O3：Al2O3：MgO =25.5～28.5％：25.0～28.0％：42.0～50.0％。

根據請求項2的發明，在如請求項1所述之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法中，藉由在前述熔融原料周圍配置耐火材料或隔熱材料，使得前述晶種周圍的垂直方向的溫度梯度比其他部分的垂直方向的溫度梯度更大。

根據請求項3的發明，在如請求項1所述之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法中，添加50～400ppm的Zr和50～400ppm的Si兩者或其中任一者，目的在於防止差排的增殖、發生滑動。再者，雖然在原料中添加超過400ppm也可以製作出無差排晶體，但為了提高產率，以400ppm以下為佳。

根據請求項4的發明，在如請求項1所述之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法中，為了易於形成當Zr和Si增加時產生次晶粒（subgrain）的波狀缺陷，重複進行頸縮（necking）以利用添加了50ppm以下的雜質Zr、Si兩者或是其中任一者之原料製作。

根據請求項5的發明，在如請求項1～3中任一項所述之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法中，形成結晶以藉由O形環覆蓋前述熔融原料的周圍表面。

根據請求項6的發明，提供一種ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，使用具有前述坩堝、用於保持前述晶種的支架、用於提拉前述支架的提拉軸、和用於前述坩堝內的原料加熱熔融之加熱構造的柴可拉斯基單晶提拉裝置，並將最適溫度和提拉溫度設為±10°C以內，以防止熔融液影響前述晶種。

根據請求項7的發明，提供一種ScAlMgO₄ 單晶，其特徵在於無差排。

根據請求項8的發明，提供一種半導體自支撐基板及其模板基板，其中在如請求項7所述之ScAlMgO₄ 單晶上製作與ScAlMgO₄ 晶格匹配無差排缺陷之InGaN膜或AlGaInN膜，且在其模板基板上製作出該半導體自支撐基板。

根據請求項9的發明，提供一種ScAlMgO₄ 基板，其中在如請求項7所述之ScAlMgO₄ 單晶的加工產品中，在[0001]面上形成有Sc和Al的條紋（striation）。

在本發明中，ScAlMgO₄ 和InGaN膜或AlGaInN膜並無晶格常數的不匹配（mismatch），因此能夠得到沒有變形且沒有差排缺陷的模板（template）基板。另外，若藉由分子束磊晶法形成InGaN膜或AlGaInN膜，能夠形成無差排缺陷的膜。再者，可以藉由HVPE法在此模板基板上製作InGaN或AlGaInN的自支撐基板。

發明人進行了各種實驗，為了防止差排缺陷在晶體中擴散，採用差排缺陷極少的晶體作為晶種使用，而有必要藉由頸縮處理來減少置入晶種時的熱衝擊造成的影響。此時，置入晶種的溫度設為介於1880～1950°C之間。需要藉由將熔體（melt）的成分最適化以調整置入晶種時的溫度。如果在成長過程中在中央部分出現核心狀的應變，則差排缺陷會發生在應變周圍，因此有必要藉由成長速度、轉速、和熔體內的溫度梯度來控制固液界面的形狀。可以將成長速度設為0.2～0.7mm/h、將轉速設為3.0～8.0rpm，以藉此控制核心狀的應變。再者，發明人發現，向晶體中添加50ppm以下的Zr、Si兩者或是其中任一者作為雜質，使其進入晶體中晶格的空隙，可減少缺陷。在ScAlMgO₄ 單晶的晶體成長過程中固液界面的形狀為平坦的，且可認為在去除差排缺陷時也有必要控制固液界面的形狀。爐內溫度梯度對於使固液界面變平坦且減少對晶種的熱衝擊很重要。若溫度梯度大則會強烈發生強制對流，差排缺陷會聚集在晶種的中央部分，在晶種內產生缺陷而造成不利的影響。再者，若溫度梯度小則晶種會融化，變得難以製作晶體。因此，必須構造出最適當的爐內部結構，並使用耐火材料或隔熱材料來降低熔融原料周圍的溫度梯度，且增加晶種周圍的溫度梯度。藉由調整所使用的原料的組成，可以防止在置入晶種時、在晶體成長期間由於多晶體的附著而造成的巨觀缺陷、波浪狀缺陷的情況，且可以藉由降低熔點來控制固液界面。藉由根據前述內容來製作晶體，能夠得到無差排缺陷的ScAlMgO₄ 單晶。在ScAlMgO₄ 單晶中，在[0001]面上形成有Sc和Al的條紋。發明人實驗的結果證實，具有明顯表現出條紋的狀態之晶體的差排缺陷比較少，且具有優異的品質。 [本發明的效果]

本發明的效果將與實施本發明時所得到的見解同時說明。

可認為在進行ScAlMgO₄ 單晶成長時所發生的差排缺陷係由於晶種與熔融原料接觸時從接觸部分受到熱衝擊所造成的。因此，藉由在製造晶體時將投入的原料升溫至熔點，並在上述情況下將熔融原料設為最適溫度，以避免對晶種與熔融原料之間的接觸部分造成熱衝擊之調整為必要的。再者，若是相對於最適溫度在低溫下進行接觸，則會從晶種的下部產生並附著多晶體，這可能對單晶成長造成不利的影響。所謂最適溫度係晶種的接觸部分的邊緣局部融化而並未融掉的狀態，且意指接觸部分中的彎液面（meniscus ）的寬度為大約1～2mm的狀態。藉由減少來自熱衝擊的影響並調整爐內溫度梯度和爐內氣氛的O₂ ，可以得到無差排缺陷的晶體。然而，可認為若用於晶種的晶體具有許多差排缺陷，則即使在上述方法中也會發生差排缺陷，因此可認為晶種是否存在差排缺陷是最重要的。在晶種用的晶體的製作中，藉由調整成容易進行頸縮的溫度梯度且進行大約1〜3mm的頸縮，能夠減少晶種的差排缺陷，並藉由使用此晶體作為晶種來製作晶種用的晶體，進而能夠逐漸地減少晶種的差排。當利用X射線形貌（topography）測量製作出的晶種時，可觀察到一部分的差排，但在外周部分也觀察得到無差排的部分。將無差排缺陷的部分加工並將其作為晶種使用，可以量產出無差排缺陷的晶體。

根據本發明，能夠得到以下的效果。

能夠得到在ScAlMgO₄ 單晶成長中無差排缺陷的晶體。藉由使用無差排的晶體作為晶種，也變得可以量產出無差排晶體。

以下，參照所附圖式對本發明的實施形態更詳細地說明。

[晶體製造裝置] 在使用本發明的技術來成長SCAM單晶時，可以使用在一般的CZ法中所使用的氧化物單晶成長裝置。

此裝置設置有用於使爐體內減壓的減壓構造、監測減壓的壓力測量構造、測量爐體溫度的溫度測量構造、向爐體內部供給惰性氣體的構造，且此裝置的上方需要有測量晶體的重量的機制、能夠以0.1rpm的間隔將提拉伸軸3控制在每1分鐘10.0rpm以下、且可以以0.1mm的間隔將提拉速度控制在每1小時2.0mm以下的機制。

爐內由坩堝21、配置於該坩堝周圍的氧化鋁耐火材料1、氧化鋯耐火材料2和高頻加熱用線圈4所組成。坩堝21的上部設置有環22。

關於氧化鋁耐火材料1和氧化鋯耐火材料2的組成，最好可使得從環22向上的溫度梯度成為1.5℃/mm～5.0℃/mm。可防止晶種300產生缺陷，且能夠成長出單晶。再者，需要在坩堝21周圍無間隔地設置耐火材料，以製作出高品質的晶體。

關於設置坩堝21的上部的環22，為了產生上方的溫度梯度，將內徑設為目標晶體的1.1～2.0倍，而關於坩堝21的直徑，最好將內徑設為目標晶體的1.5～3.0倍。藉由設為上述範圍，能夠更容易地在環上方的溫度梯度中將晶種的溫度梯度設定為1.5℃/mm～5.0℃/mm。

由於晶種300因來自熔融原料的輻射的影響而產生缺陷，因此有必要防止來自用於固定晶種300的支架23的熱輻射，並最好對提拉軸3進行水冷處理。

高頻加熱電源和加熱用線圈4需要能夠將坩堝21加熱至成長ScAlMgO₄ 單晶所需要的2000℃。再者，坩堝21的直徑（ϕc）與加熱用線圈4的直徑（ϕw）之比例以0.4 ＜ϕc/ϕw＜0.6為佳。0.6為佳。

[晶體製作方法] 單晶的製作可使用CZ方法，其使晶種300與坩堝21內的熔融液302接觸之後，在提拉的同時旋轉晶種300以成長出單晶301。

如以下所述製造晶體。首先，秤量出Sc2O3：Al2O3：MgO的組成比例＝25.5～28.5％：25.0～28.0％：42.0～50.0％之原料、進行燒結，並填充於坩堝21。此時，在原料中添加大約50～200ppm的Zr和Si、或是其中任一者作為雜質。利用高頻介電加熱法加熱坩堝21，使得原料熔融，以得到熔融液原料302。當熔融液原料302充分熔融時，將單晶加工成棒狀所得到的晶體作為晶種300，並使晶種300與熔融液原料302的表面接觸，以開始晶體成長。此時，在爐內供給N₂ 氣體及Ar氣體等的惰性氣體，並在製作直體時，將0.1％～5.0％的O₂ 氣體的O₂ 氣體與惰性氣體混合。

單晶的成長除了上述爐內構造的條件以外，可根據一般的氧化物單晶的製造方法，調整晶種300的轉速和提拉速度，形成晶體301的頸部及肩部，然後形成直體部分。在形成晶體301之後，從熔融液原料302分離出成長的晶體301，並逐漸地將加熱源降溫以冷卻晶體301。

以下，將詳細說明成長方法。

＜準備步驟＞在準備步驟中，準備晶種300，並將其設置於作為提拉軸3的保持用夾具的保持器15上。接著，將坩堝21水平放置在加熱用線圈4的中心。

將預先秤量的原料填充到坩堝21內，並將氧化鋯耐火材料2和氧化鋁耐火材料1設置成包圍住坩堝21。

上述準備工作結束之後，利用減壓構造對爐內進行減壓。之後，從氣體供給部供給惰性氣體（N₂ 或Ar），以利用惰性氣體氣氛使爐內達到常壓。

＜加熱步驟＞在熔融步驟之後，不斷地從氣體供給部對爐內供給惰性氣體。

利用高頻電源對加熱用線圈4供給高頻電流，在加熱用線圈4中產生磁通量，且在作為待加熱對象的坩堝21中產生渦電流，進而將坩堝21加熱至ScAlMgO₄ 的晶體熔點。

＜置入晶種的步驟＞在置入晶種的步驟中並不引入O₂ 氣體。

提拉驅動部控制提拉軸3下降到設置於保持器23上的晶種300的下端與坩堝21內的熔融液原料302接觸的位置並停止。在此狀態下，線圈電源基於來自重量檢測部的重量信號來調整供給至加熱用線圈4的高頻電流的電流值。

＜肩部形成步驟＞在肩部形成步驟中，在調節由線圈電源提供給加熱用線圈4的高頻電流後，靜置一段時間直到熔融液原料302的溫度穩定，之後將提拉軸3向上提拉並同時旋轉。然後，將晶種300在其下端浸入原料熔融液302的狀態下一邊旋轉一邊提拉，在晶種300的下端形成肩部。肩部的形成可以藉由調節高頻電流來控制其形狀，且藉由無晶面（facetless）地製作出肩部的形狀，能夠減少晶體出現裂紋和防止核心狀缺陷，而且也可以製作出直徑增大的晶體。

當直徑變得比肩部的目標直徑更大了數mm（1～5mm）時，肩部形成步驟即完成。

＜直體部形成步驟＞在直體部形成步驟中，調節加熱用線圈4的高頻電流，並藉由控制隔著坩堝21對原料熔融液302的加熱，以調整出一致的直徑。提拉驅動部還能夠改變提拉軸3的提拉速度、旋轉速度。再者，在製作直體之後，將0.1％～5.0％的O₂ 氣體與惰性氣體混合，以製作出裂紋很少的晶體。

＜尾部形成步驟＞在尾部形成步驟中，以與直體部形成步驟相同的方式調節加熱用線圈4的高頻電流，並藉由控制隔著坩堝21對原料熔融液302的加熱，以調整直徑將其逐漸地縮小。此時，可以藉由將溫度控制為恆定來形成尾部，而且也可以藉由提高提拉軸3的提拉速度來調整尾部。達到目標直徑之後，提高提拉速度，將熔融液原料302從晶體301的下端拉開分離。

＜冷卻步驟＞在冷卻步驟中，停止從氣體供給部供給O₂ 氣體，而僅供給惰性氣體。

在尾部形成步驟完成之後，停止提拉軸3的旋轉、提拉。

逐漸地減少高頻加熱電流，並降低溫度以使爐內的溫度不會急劇地下降。此時，在急劇地降溫的情況下，晶體內外會出現熱膨脹的差異，因而產生裂紋，而且在晶體內部會發生變形進而出現缺陷。

在坩堝21內殘留未形成晶體301的熔融液原料302。因此，隨著加熱的停止，坩堝21中的原料熔融液302逐漸地冷卻，且在低於原料的熔點之後，在坩堝21中固化而成為固態的ScAlMgO₄ 多晶體。之後，在爐內充分冷卻的狀態下，從爐內取出晶體301。 [實施例]

（實施例1）使用高頻感應加熱型柴可拉斯基爐成長出ScAlMgO₄ 單晶。

在外徑為ϕ120mm的Ir製坩堝的上部設置外徑為ϕ125mm、內徑為ϕ90mm的Ir製環，並加入3500g的原料作為起始原料，其調配了含有指定原子％的4N（99.99％）的鈧（scandium）、鋁、鎂。

將放入了原料的坩堝放置於前述成長爐中，並將爐內抽真空之後，引入N₂ 氣體使得爐內達到大氣壓時，開始加熱裝置直到形成熔融液為止，進行23小時的加熱。之後，當原料變成熔融液時，將O₂ 氣體與N₂ 氣體以0.5％的比例混合。

將以＜001＞方向切出的ScAlMgO₄ 單晶作為晶種使用，並使晶種下降至接近熔融液。之後，停止引入O₂ 氣體，將晶種慢慢下降並同時以5rpm旋轉，使得晶種的尖端與熔融液接觸。之後，將晶種融化5mm，然後逐漸地降低溫度，並以0.5mm/Hr的提拉速度升高晶種以進行晶體成長。結果，得到了直徑為50mm、直體部的長度為30mm的單晶。當利用X射線以反射形貌儀觀察所得到的ScAlMgO₄ 單晶時，未觀察到差排排缺陷，進而可確認並無差排。

（比較例1）在此範例中，在較大的溫度梯度下進行測驗。除了溫度梯度以外，其餘以與上述內容相同的方式進行晶體成長，結果發現，從晶種引入了許多差排缺陷，由於對晶體造成了影響因此無法得到高品質的晶體。

（實施例2）使用高頻感應加熱型柴可拉斯基爐成長出SCAM單晶。

在外徑為ϕ120mm的Ir製坩堝的上部設置外徑為ϕ125mm、內徑為ϕ90mm的Ir製環，並加入3500g的原料作為起始原料，其調配了含有指定原子％的4N（99.99％）的鈧、鋁、鎂。

將放入了原料的坩堝放置於前述成長爐中，並將爐內抽真空之後，引入N₂ 氣體使得爐內達到大氣壓時，開始加熱裝置直到形成熔融液為止，進行24小時的加熱。此時，並不進行O₂ 氣體的導入。

將以＜001＞方向切出的ScAlMgO₄ 單晶作為晶種使用，並使晶種下降至接近熔融液。將此晶種慢慢下降並同時以5rpm旋轉，使得晶種的尖端與熔融液接觸。之後，將晶種融化5mm，然後逐漸地降低溫度，並以0.5mm/Hr的提拉速度升高晶種以進行晶體成長。結果，得到了直徑為50mm、直體部的長度為30mm的單晶。雖然所得到的ScAlMgO₄ 單晶在表面上可觀察到白色混濁，但當利用X射線以反射形貌儀觀察時，未觀察到差排排缺陷，進而可確認並無差排。

（實施例3）使用高頻感應加熱型柴可拉斯基爐成長出SCAM單晶。

在外徑為ϕ150mm的Ir製坩堝的上部設置外徑為ϕ155mm、內徑為ϕ120mm的Ir製環，並加入6800g的原料作為起始原料，其調配了含有指定原子％的4N（99.99％）的鈧、鋁、鎂。

將以＜001＞方向切出的ScAlMgO₄ 單晶作為晶種使用，並使晶種下降至接近熔融液。將此晶種慢慢下降並同時以5rpm旋轉，使得晶種的尖端與熔融液接觸。之後，將晶種融化5mm，然後逐漸地降低溫度，並以0.5mm/Hr的提拉速度升高晶種以進行晶體成長。結果，得到了直徑為80mm、直體部的長度為30mm的單晶。對所得到的ScAlMgO₄ 單晶進行晶圓加工，並利用X射線以反射形貌儀觀察時，未觀察到差排排缺陷，進而可確認並無差排。

（實施例4）使用高頻感應加熱型柴可拉斯基爐成長出SCAM單晶。

在外徑為ϕ80mm的Ir製坩堝的上部設置外徑為ϕ80mm、內徑為ϕ60mm的Ir製環，並加入950g的原料作為起始原料，其調配了含有指定原子％的4N（99.99％）的鈧、鋁、鎂。此時，添加10ppm、50ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm的Zr、Si作為雜質來進行測驗。

將放入了原料的坩堝放置於前述成長爐中，並將爐內抽真空之後，引入N₂ 氣體使得爐內達到大氣壓時，開始加熱裝置直到形成熔融液為止，進行16小時的加熱。此時，並不進行O₂ 氣體的導入。

將以＜001＞方向切出的SCAM單晶作為晶種使用，並使晶種下降至接近熔融液。將此晶種慢慢下降並同時以5rpm旋轉，使得晶種的尖端與熔融液接觸。之後，將晶種融化5mm，然後逐漸地降低溫度，並以1.0mm/Hr的提拉速度升高晶種以進行晶體成長。當雜質為50ppm以下的Zr、Si時也不會出現條紋，且差排密度為10⁵ /cm² 以上，而當Zr、Si皆為300ppm以上時，晶體變得容易產生次晶粒和裂紋的缺陷。當Zr、Si皆為50～200ppm的範圍內時會出現條紋，但差排減少。可推測Si具有防止差排增加的效果，且Zr具有防止滑動差排的擴散的效果。若能順利地進行播晶種（seeding）、頸縮則即使Zr、Si皆為100ppm以下也能夠得到無差排晶體，因此更為理想。

1:多孔氧化鋁耐火材料 2:氧化鋯耐火材料 3:提拉軸 4:加熱用線圈 21:環 22:坩堝 23:晶種保持用支架 300:晶種 301:晶體（晶錠） 302:熔融液原料

[圖1] 係繪示出根據用於實施本發明的形態之單晶成長裝置的概念圖。

1:氧化鋁耐火材料

2:氧化鋯耐火材料

3:提拉軸

4:加熱用線圈

21:坩堝

22:環

23:晶種保持用支架

300:晶種

301:晶體(晶錠)

302:原料熔融液

Claims

一種ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，其中在藉由使晶種與坩堝內的熔融原料接觸並在提拉的同時旋轉該晶種以製作出ScAlMgO₄ 單晶之ScAlMgO₄ 單結晶的製作方法中，使用無差排的晶種作為前述晶種，將前述晶種周圍的垂直方向的溫度梯度設為比其他部分的垂直方法的溫度梯度更大，且將作為熔融液的起始原料的組成比例設為Sc₂ O₃ ：Al₂ O₃ ：MgO = 25.5～28.5％：25.0～28.0％：42.0～50.0％。
如請求項1所述之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，其中在前述熔融原料周圍配置有耐火材料或隔熱材料。
如請求項1所述之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，其中添加50～400ppm的Zr和Si或其中任一者。
如請求項1所述之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，其中重複進行頸縮以利用添加了50ppm以下的雜質Zr、Si兩者或是其中任一者之原料製作。
如請求項1〜3中任一項所述之ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，其中形成結晶以藉由O形環覆蓋前述熔融原料的周圍表面。
一種ScAlMgO₄ 單晶的製作方法，其中使用具有前述坩堝、用於保持前述晶種的支架、用於拉起前述支架的拉軸、和用於前述坩堝內的原料加熱熔融之加熱構造的柴可拉斯基單晶拉晶裝置，並將最適溫度和提拉溫度設為±10°C以內，以防止熔融液影響前述晶種。
一種ScAlMgO₄ 單晶，其特徵在於無差排。
一種半導體自支撐基板及其模板基板，其中在如請求項7所述之ScAlMgO₄ 單晶上製作與ScAlMgO₄ 晶格匹配無差排缺陷之InGaN膜或AlGaInN膜，且在其模板基板上製作出該半導體自支撐基板。
一種ScAlMgO₄ 基板，其中在如請求項6所述之ScAlMgO₄ 單晶的加工產品中，在[0001]面上形成有Sc和Al的條紋。