WO2009090831A1 - 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

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 Download PDF

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aluminum nitride
layer
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nitride crystal
growing
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Keisuke Tanizaki
Naho Mizuhara
Michimasa Miyanaga
Hideaki Nakahata
Yoshiyuki Yamamoto
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum nitride crystal growth method, an aluminum nitride crystal production method, and an aluminum nitride crystal.
  • Aluminum nitride (AlN) crystal has a wide energy band gap of 6.2 eV, a high thermal conductivity of about 3.3 WK ⁇ 1 cm ⁇ 1 , and a high electrical resistance, so that it is a semiconductor such as an optical device or an electronic device. It is attracting attention as a substrate material for devices.
  • a method for growing such an aluminum nitride crystal for example, a vapor phase sublimation method is used.
  • the growth of the aluminum nitride crystal by the sublimation method is performed, for example, by the following steps. That is, the aluminum nitride polycrystalline material is installed at the bottom of the growth chamber, and the base substrate is installed on the susceptor at the top of the growth chamber so as to face the aluminum nitride polycrystalline material. Then, the aluminum nitride polycrystalline material is heated to a temperature at which the aluminum nitride polycrystalline material sublimes.
  • the aluminum nitride polycrystal raw material is sublimated to generate sublimation gas, and an aluminum nitride single crystal grows on the surface of the base substrate placed at a lower temperature than the aluminum nitride polycrystal raw material.
  • the back surface of the base substrate is exposed to the growth atmosphere of the aluminum nitride crystal, so the elements constituting the base substrate sublime due to the above temperature gradient, and the base substrate From the high temperature portion to the low temperature portion in the base substrate.
  • a hole penetrating the base substrate is generated.
  • the constituent elements of the aluminum nitride crystal grown on the base substrate may be transported to a low temperature part such as the base substrate or the susceptor. As a result, holes may occur in the aluminum nitride crystal grown on the surface of the base substrate. Therefore, it is a problem to prevent sublimation of the base substrate and suppress the generation of holes in the base substrate.
  • Patent Document 1 As a technique for preventing such sublimation of the base substrate, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-290676 (Patent Document 1), the base substrate and the susceptor are bonded using an alumina-based high temperature adhesive. It is described. It is described that this high temperature adhesive exhibits sufficient strength even at a high temperature of 1000 ° C. or higher.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Publication No. 11-510781 (Patent Document 2) describes that a film made of a metal and a metal compound is formed on the back surface of the base substrate.
  • Patent Document 3 discloses that a metal material is disposed on a graphite base, a base substrate is disposed on the metal material, and a pressure member is disposed on the base substrate.
  • a method is described in which a high pressure of 87.5 kPa or less is applied at a high temperature of 1700 ° C. or higher with a pressure member, and the graphite pedestal, the metal material, and the base substrate are fixedly integrated.
  • the metal material is at least one material selected from titanium, vanadium and zirconium.
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-268096 (Patent Document 4) describes that a surface other than a surface on which a single crystal is grown on a base substrate is covered with a protective layer. It is described that the protective layer is made of at least one selected from tantalum, tungsten, niobium, molybdenum, rhenium, osmium, iridium and their carbides, borides, and nitrides. Furthermore, it is disclosed that the protective layer and the pedestal are fixed using an adhesive.
  • JP 2006-290676 A Japanese National Patent Publication No. 11-510781 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-247681 Japanese Patent Laid-Open No. 9-268096
  • an aluminum nitride crystal with good crystallinity it is possible to grow an aluminum nitride crystal with good crystallinity and improve the growth rate of the aluminum nitride crystal by preventing the base substrate from being sublimated when growing the aluminum nitride crystal. It is to provide an aluminum nitride crystal growth method, an aluminum nitride crystal production method, and an aluminum nitride crystal.
  • the method for growing an aluminum nitride crystal according to the present invention includes the following steps. First, a multilayer substrate including a base substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface, a first layer formed on the back surface, and a second layer formed on the first layer is provided. Be prepared. Then, an aluminum nitride crystal is grown on the main surface of the base substrate by a vapor phase growth method.
  • the first layer is made of a material that is less likely to sublime than the base substrate at the growth temperature of the aluminum nitride crystal.
  • the second layer is made of a material higher than the thermal conductivity of the first layer.
  • the first layer is made of a material that is more difficult to sublimate than the base substrate. Therefore, when the aluminum nitride crystal is grown, the first layer is peeled off from the base substrate, or The first layer can be prevented from disappearing so that the base substrate is exposed from the first layer. For this reason, it can prevent that a base substrate is exposed to the atmosphere which grows an aluminum nitride crystal.
  • the second layer is made of a material having a higher thermal conductivity than that of the first layer, the second layer has higher heat dissipation than the first layer. For this reason, when the aluminum nitride crystal is grown, the second layer has an effect of cooling the base substrate because the heat received by the base substrate can be diffused to the outside of the base substrate. Therefore, it is possible to suppress heat from being accumulated on the base substrate. As a result, the temperature gradient between the susceptor located in the low temperature region and the base substrate in the apparatus for growing the aluminum nitride crystal can be reduced, so that sublimation of the base substrate can be suppressed.
  • the laminated substrate includes the second layer that enhances the cooling effect of the base substrate, the heating temperature of the aluminum nitride crystal material can be set high. For this reason, since the temperature gradient between the raw material and the base substrate can be increased, the growth rate of the aluminum nitride crystal can be improved.
  • the aluminum nitride crystal is grown with the laminated substrate placed on the susceptor, and the second layer is made of a material having a higher thermal conductivity than the susceptor.
  • the second layer is made of a material having a higher thermal conductivity than the susceptor, the second layer has higher heat dissipation than the susceptor. For this reason, it is possible to further suppress the accumulation of heat on the base substrate, and to further reduce the temperature gradient between the base substrate and the susceptor. Therefore, sublimation of the base substrate can be further suppressed.
  • the heating temperature of the raw material for the aluminum nitride crystal can be set higher, the growth rate of the aluminum nitride crystal can be further improved.
  • the preparing step includes disposing a mixture of powder and solvent on the back surface of the base substrate and disposing a second layer on the mixture; Sintering the mixture to form one layer.
  • the metal material is sandwiched between the base substrate and the pedestal by physical vapor deposition or the like, and is thermocompression bonded at a high pressure and a high temperature from the crystal growth surface side using a pressure member.
  • the first layer can be formed at a low pressure and at a low temperature without using a pressure member or the like, or even when a pressure member is used. Therefore, it is possible to prevent contamination on the growth surface of the aluminum nitride crystal, to prevent reaction between the growth surface of the aluminum nitride crystal and the pressure member, and to generate a damage layer on the growth surface of the aluminum nitride crystal. This makes it possible to grow an aluminum nitride crystal with good crystallinity.
  • the first layer can be formed in a simplified manner. For this reason, the laminated substrate which can integrate a base substrate and a 2nd layer through a 1st layer is obtained easily.
  • the base substrate is an aluminum nitride substrate and the powder is an aluminum nitride single crystal.
  • the base substrate is an aluminum nitride substrate
  • the powder is one or more powders selected from the group consisting of aluminum nitride polycrystals, aluminum nitride ceramics, and aluminum nitride compounds.
  • the mixture contains the same elements as the base substrate, the first layer with improved adhesion to the base substrate can be formed by sintering the mixture. For this reason, since the base substrate and the first layer can be firmly fixed, it is possible to effectively prevent the first layer from being peeled off from the base substrate.
  • the powder is at least one powder selected from the group consisting of zirconium boride, titanium boride, tantalum boride, niobium boride, molybdenum boride, and chromium boride. is there.
  • the boride Since the boride has a high melting point, the first layer having high heat resistance can be formed. For this reason, it is possible to effectively prevent the base substrate from being sublimated by the first layer, particularly when growing an aluminum nitride crystal at a high temperature.
  • the base substrate is a silicon carbide substrate, and the powder contains a carbon element.
  • the mixture contains the same elements as the base substrate, the first layer with improved adhesion to the base substrate can be formed by sintering the mixture. For this reason, since the base substrate and the first layer can be firmly fixed, it is possible to effectively prevent the first layer from being peeled off from the base substrate.
  • the solvent is a mixture of an organic substance, a resin and an aromatic alcohol.
  • the solvent is a mixture of acetone, formalin (formaldehyde), furfuryl alcohol and polyimide resin.
  • the mixture of the solvent and the powder can be made into a paste, so that the mixture can be easily brought into contact with the base substrate. For this reason, since a mixture can be made to contact the back surface of a base substrate uniformly, the 1st layer which can protect the whole back surface of a base substrate can be formed easily.
  • the second layer contains a carbon element.
  • the second layer preferably contains aluminum nitride.
  • the heat resistance of the second layer can be improved such that the second layer has a heat resistance of about 3000 ° C. in an inert gas atmosphere.
  • the thickness of the second layer is preferably 10 ⁇ m or more and 10 cm or less.
  • the thickness is 10 ⁇ m or more, the heat dissipation effect of the second layer can be enhanced. In the case of 10 cm or less, the second layer can be prevented from peeling off from the first layer.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate and the thermal expansion coefficient of the first layer is 1.0 ⁇ 10 ⁇ in a temperature range of room temperature to 2300 ° C. at 5 ° C. -1 or less
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the starting substrate and the thermal expansion coefficient of the second layer is 1.0 ⁇ 10 -5 °C -1 or less.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate and the thermal expansion coefficient of the first layer and the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate and the thermal expansion coefficient of the second layer can be reduced. For this reason, it is possible to prevent the first and second layers from being peeled from the base substrate when the temperature is raised to start the growth of the aluminum nitride crystal and when the temperature is lowered to the room temperature after the growth of the aluminum nitride crystal is finished.
  • the preparing step further includes a step of forming a metal film on the back surface of the base substrate by vapor deposition.
  • the metal film has a very high heat dissipation property and a low thermal resistance at the interface with the base substrate, the heat dissipation effect of the base substrate can be greatly improved. Further, at least the first layer can be easily removed from the aluminum nitride crystal by etching with an acidic solution after growing the aluminum nitride crystal.
  • the thickness of the metal film is 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the thickness is 1 ⁇ m or more, the heat dissipation effect of the metal film can be enhanced.
  • the thickness is 200 ⁇ m or less, the metal film can be prevented from peeling from the base substrate.
  • the metal film is preferably made of one or more selected from the group consisting of tungsten (W), tantalum (Ta) and molybdenum (Mo).
  • the heat dissipation effect of the base substrate can be effectively improved.
  • the method for producing an aluminum nitride crystal of the present invention comprises a step of growing an aluminum nitride crystal by any one of the above-described aluminum nitride crystal growth methods and a step of removing at least the first layer.
  • an aluminum nitride crystal of the present invention sublimation of the base substrate can be suppressed by preventing heat from being accumulated on the base substrate by the second layer. For this reason, since it can suppress that a hole is generated in aluminum nitride, an aluminum nitride crystal with favorable crystallinity can be manufactured. In addition, since the aluminum nitride crystal can be grown at an increased growth rate, the aluminum nitride crystal can be produced efficiently.
  • the aluminum nitride crystal of the present invention is produced by any one of the methods for producing an aluminum nitride crystal described above.
  • the base substrate is prevented from being sublimated by the second layer, and the aluminum nitride crystal is grown. For this reason, the crystallinity of the aluminum nitride crystal is good.
  • the method for growing an aluminum nitride crystal by preventing the base substrate from being sublimated when growing the aluminum nitride crystal, the crystallinity is improved. While growing an aluminum nitride crystal, the growth rate of the aluminum nitride crystal can be improved.
  • Embodiment 1 of this invention It is a schematic side view which shows the state which removed the at least 1st layer in Embodiment 1 of this invention. It is a flowchart which shows the growth method and manufacturing method of the aluminum nitride crystal in Embodiment 2 of this invention. It is a schematic side view which shows the laminated substrate in Embodiment 2 of this invention. It is a schematic side view which shows the state which grew the aluminum nitride crystal in Embodiment 2 of this invention. It is a schematic diagram which shows the state which grows an aluminum nitride crystal by the sublimation method using the laminated substrate in Embodiment 2 of this invention. It is a schematic side view which shows the state which removed the at least 1st layer in Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a flowchart showing an aluminum nitride crystal growth method and manufacturing method according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the aluminum nitride crystal and the manufacturing method in the present embodiment will be described.
  • FIG. 2 is a schematic side view showing the base substrate 11 in the present embodiment.
  • a base substrate 11 having a main surface 11a and a back surface 11b opposite to the main surface 11a is prepared (step S1).
  • the base substrate 11 to be prepared is not particularly limited, but is preferably an aluminum nitride substrate or a silicon carbide substrate from the viewpoint of growing aluminum nitride having good crystallinity.
  • the thickness of the base substrate 11 is preferably, for example, 100 ⁇ m or more and 5 mm or less. This is because if the thickness is in this range, the temperature gradient in the base substrate 11 does not become too large.
  • FIG. 3 is a schematic side view showing a state in which the first layer 12 in the present embodiment is formed.
  • the first layer 12 is formed so as to cover the back surface 11b of the base substrate 11 (step S2).
  • the first layer 12 is made of a material that is less likely to sublime than the base substrate 11 at the growth temperature of the aluminum nitride crystal 20.
  • the first layer 12 is formed to protect the base substrate 11 and to bond the base substrate 11 and the second layer 13.
  • the thickness H12 of the first layer 12 is preferably 50 ⁇ m or more and 10 mm or less, and more preferably 500 ⁇ m or more and 5 mm or less.
  • the thickness H is 50 ⁇ m or more
  • the aluminum nitride crystal is grown (see FIG. 5)
  • the first layer 12 is peeled off from the base substrate 11 or the base substrate 11 is exposed from the first layer 12.
  • the disappearance of the first layer 12 can be prevented. Therefore, the first layer 12 that can withstand the growth of aluminum nitride crystals for a long time at a high temperature can be formed.
  • peeling and disappearance of the first layer 12 can be further prevented when growing an aluminum nitride crystal.
  • the multilayer substrate 10 (the first layer 12 is formed on the apparatus used for growing the aluminum nitride crystal). 4) can be easily arranged, and handling is easy. In the case of 5 mm or less, handling in a state in which the base substrate 11 and the first layer 12 are provided is easier.
  • the first layer 12 is made of a material that is more difficult to sublime than the base substrate 11 at the growth temperature of the aluminum nitride crystal 20.
  • the growth temperature of the aluminum nitride crystal 20 is, for example, 1700 ° C. to 2000 ° C.
  • the material that is more difficult to sublimate than the base substrate 11 is, for example, a material having the same or higher melting point than the base substrate 11.
  • the following steps are performed on the first layer 12. First, a powder and a solvent are mixed to form a mixture. Then, the mixture of the powder and the solvent is brought into contact with the back surface 11b of the base substrate 11 and the mixture is sintered, so that the mixture is cured, and the back surface 11b of the base substrate 11 is covered. One layer 12 is formed.
  • the mixture may be applied on the back surface 11b, or may be immersed in a stored mixture.
  • the second layer 13 may be disposed on the mixture, and the pressure member may be disposed on the second layer 13.
  • the material constituting the pressing member is preferably silicon (Si) or the like, and the pressure applied by the pressing member is preferably 10 g / cm 2 to 1000 g / cm 2 .
  • the first layer 12 can be formed by putting the mixture into a heating furnace in a state where the mixture is in contact with the back surface 11 b of the base substrate 11.
  • the atmosphere for sintering the mixture is not particularly limited and may be performed in the air. However, it is preferable to use a vacuum heating furnace because air in the gap between the base substrate and the mixture can be discharged. .
  • the temperature at which the mixture is sintered is, for example, 200 ° C. to 500 ° C.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate 11 and the thermal expansion coefficient of the first layer 12 in the temperature range of room temperature to 2300 ° C. is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 ° C. ⁇ 1 or less. preferable. Since the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate 11 and the thermal expansion coefficient of the first layer 12 is small, it is cooled to room temperature when the temperature is increased to start the growth of the aluminum nitride crystal and after the growth of the aluminum nitride crystal is completed. In this case, the stress due to the difference in thermal expansion coefficient can be reduced. Accordingly, the first layer 12 can be prevented from peeling off from the base substrate 11, and the generation of holes in the aluminum nitride crystal to be grown can be suppressed.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate 11 and the thermal expansion coefficient of the first layer 12 is preferably as small as possible, and the difference may be zero.
  • the temperature distribution during the growth of the aluminum nitride crystal is performed in the range of room temperature to 2300 ° C. or less.
  • the room temperature is, for example, about 20 ° C.
  • the soot powder contains an element of the material constituting the base substrate 11.
  • the powder is one or more powders selected from the group consisting of aluminum nitride single crystals, aluminum nitride polycrystals, aluminum nitride ceramics, and aluminum nitride compounds.
  • the powder preferably contains a carbon element. In this case, since the powder contains the same elements as the base substrate 11, sintering the mixture of the powder and the solvent reduces the gap between the base substrate 11 and improves the adhesion to the base substrate.
  • the first layer 12 can be formed.
  • the base substrate 11 and the first layer 12 can be firmly fixed, it is possible to effectively prevent the first layer 12 from being peeled from the base substrate 11. Further, when the aluminum nitride crystal is grown for a long time, the mixing of impurities can be prevented.
  • the powder may be one or more powders selected from the group consisting of zirconium boride, titanium boride, tantalum boride, niobium boride, molybdenum boride, and chromium boride. Since these borides have a high melting point, the first layer 12 having high heat resistance can be formed. Therefore, when the aluminum nitride crystal (see FIG. 5) is grown particularly at a high temperature, the first substrate 12 can further prevent the base substrate 11 from sublimating.
  • the particle size of the powder is preferably 0.5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and more preferably 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the first layer 12 can be formed in close contact with the base substrate 11 in a dense and firm manner. Since the contact area with the base substrate 11 is large, the heat received by the base substrate 11 can be easily transferred to the second layer 13, and the accumulation of heat on the base substrate 11 can be further suppressed.
  • the thickness is 10 ⁇ m or less, the first layer 12 that is more densely and firmly in contact with the base substrate 11 can be formed.
  • precipitation and separation do not occur when mixed with a solvent, and a mixture can be formed uniformly.
  • the soot solvent is preferably a mixture of an organic substance, a resin and an aromatic alcohol.
  • the organic substance for example, acetone, isopropyl alcohol, formalin (formaldehyde) and the like can be used.
  • the resin for example, a polyimide resin, an epoxy resin, a phenol resin, or the like can be used.
  • the aromatic alcohol for example, furfuryl alcohol, cinnamyl alcohol and the like can be used. Since the mixture of the solvent and the powder can be made into a paste, the mixture can be easily brought into contact with the base substrate. For this reason, since the mixture can be uniformly brought into contact with the back surface 11b of the base substrate 11, the first layer 12 that can protect the entire back surface 11b of the base substrate 11 can be easily formed.
  • FIG. 4 is a schematic side view showing a state in which the second layer 13 in the present embodiment is formed.
  • the second layer 13 is formed so as to cover the back surface 12b of the first layer 12 (step S3).
  • the second layer 13 is formed to diffuse the heat received by the base substrate 11 to the outside of the base substrate 11.
  • the thickness H13 of the second layer 13 is preferably 10 ⁇ m or more and 10 cm or less, more preferably 50 ⁇ m or more and 10 cm or less, and even more preferably 100 ⁇ m or more and 5 cm or less.
  • the thickness H13 is 10 ⁇ m or more, the cooling effect of diffusing heat from the base substrate 11 by the second layer 13 is enhanced.
  • the cooling effect of diffusing heat from the base substrate 11 by the second layer 13 becomes higher.
  • the thickness is 100 ⁇ m or more, the cooling effect of the base substrate 11 included in the second layer 13 is further enhanced.
  • the thickness is 10 cm or less, the second layer 13 can be prevented from being peeled off from the first layer 12. In the case of 5 cm or less, the second layer 13 can be further prevented from being peeled off from the first layer 12.
  • the second layer 13 is preferably made of a material higher than the thermal conductivity of the first layer 12, and is preferably made of a material higher than the thermal conductivity of the susceptor 116 (see FIG. 6).
  • the second layer 13 preferably contains at least one of a carbon element and an aluminum nitride element.
  • the heat resistance of the second layer 13 can be improved, for example, the second layer 13 has a heat resistance of about 3000 ° C. in an inert gas atmosphere.
  • the base substrate 11 is a silicon carbide substrate
  • the second layer 13 preferably contains a carbon element, and is preferably a carbon substrate.
  • the second layer 13 preferably contains an aluminum nitride element, and more preferably an aluminum nitride ceramic substrate.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate 11 and the thermal expansion coefficient of the second layer 13 in the temperature range of room temperature to 2300 ° C. is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 ° C. ⁇ 1 or less. preferable. Since the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate 11 and the thermal expansion coefficient of the second layer 13 is small, it is cooled to room temperature when the temperature is raised to start the growth of the aluminum nitride crystal and after the growth of the aluminum nitride crystal is completed. In this case, the stress due to the difference in thermal expansion coefficient can be reduced. Therefore, the second layer 13 can be prevented from peeling off from the base substrate 11, and the generation of holes in the aluminum nitride crystal to be grown can be suppressed.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate 11 and the thermal expansion coefficient of the second layer 13 is preferably as small as possible, and the difference may be zero.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the first layer 12 and the thermal expansion coefficient of the second layer 13 is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 ° C. ⁇ 1 or less. It is preferable that In this case, it can suppress that the 2nd layer 13 peels from the 1st layer 12.
  • the multilayer substrate 10 including the base substrate 11, the first layer 12 formed on the back surface 11 b of the base substrate 11, and the second layer 13 formed on the first layer 12 is prepared. Can do.
  • the method of forming the first layer 12 on the back surface 11b of the base substrate 11 and then forming the second layer 13 has been described as an example. It is not limited.
  • the mixture to be the first layer 12 is disposed on the back surface 11b of the base substrate 11, and the second layer 13 is disposed on the mixture. Thereafter, the mixture is sintered to form the first layer 12.
  • the second layer 13 may be formed on the back surface 11 b of the base substrate 11 via the first layer 12. In this case, since the base substrate 11 and the second layer 13 can be easily joined by the first layer 12, the base substrate 11, the first layer 12, and the second layer 13 can be easily integrated.
  • FIG. 5 is a schematic side view showing a state in which the aluminum nitride crystal 20 in the present embodiment is grown.
  • the aluminum nitride crystal 20 is deposited on the main surface 11 a of the base substrate 11 with the back surface 11 b of the base substrate 11 covered with the first layer 12 and the second layer 13. Growth is performed by the phase growth method (step S4).
  • the growth method of the aluminum nitride crystal 20 is not particularly limited as long as it is a vapor phase growth method. MOCVD (Metal-Organic-Chemical-Vapor-Deposition) method etc. are employable. In particular, from the viewpoint of being suitable for crystal growth of the aluminum nitride crystal 20, it is preferable to grow the aluminum nitride crystal 20 by a sublimation method.
  • MOCVD Metal-Organic-Chemical-Vapor-Deposition
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an apparatus for growing an aluminum nitride crystal by the sublimation method in the present embodiment.
  • a crucible 115 having a vent 115 c is provided at the center of the reaction vessel 122 in this vertical apparatus, and a susceptor for placing the laminated substrate 10 is placed on the crucible 115. 116 is provided.
  • the susceptor 116 constitutes a part of the crucible 115.
  • a heating element 119 is provided around the crucible 115 so as to ensure ventilation from the inside of the crucible 115 to the outside.
  • a high-frequency heating coil 123 for heating the heating body 119 is provided at the outer central portion of the reaction vessel 122.
  • a nitrogen gas inlet 122 a and a nitrogen gas outlet 122 b for flowing nitrogen (N 2 ) gas to the outside of the crucible 115 of the reaction vessel 122, and a lower surface and an upper surface of the crucible 115 are provided.
  • Radiation thermometers 121a and 121b for measuring the temperature are provided.
  • the aluminum nitride crystal 20 is grown by the sublimation method using the above apparatus as follows. First, the raw material 17 is arranged at the lower part of the crucible 115, and the laminated substrate 10 is arranged at the susceptor 116 at the upper part of the crucible 115. Thereafter, the temperature inside the crucible 115 is raised by heating the heating element 119 using the high-frequency heating coil 123 while flowing N 2 gas into the reaction vessel 122, and the temperature on the raw material 17 side of the crucible 115 is increased. Keep the temperature higher than the other parts. Thereby, the raw material 17 is sublimated, and the aluminum nitride crystal is solidified (recrystallized) on the main surface 11 a of the base substrate 11 to grow the aluminum nitride crystal 20.
  • the temperature on the raw material 17 side of the crucible 115 is set to 1600 ° C. to 2300 ° C., for example, and the temperature of the main surface 11a of the base substrate 11 on the crucible 115 is higher than the temperature on the raw material 17 side, for example.
  • the temperature of the main surface 11a of the base substrate 11 on the crucible 115 is higher than the temperature on the raw material 17 side, for example.
  • the growth rate of the aluminum nitride crystal can be improved by making the temperature of the base substrate 11 lower by 50 ° C. to 200 ° C. than the temperature of the raw material 17.
  • mixing of impurities into the aluminum nitride crystal can be reduced by continuously flowing nitrogen gas to the outside of the crucible 115 in the reaction vessel 122 so as to be 100 sccm to 1 slm even during crystal growth.
  • impurities inside the crucible 115 can be removed through the vent 115c by raising the temperature of the other part than the temperature on the raw material 17 side of the crucible 115. For this reason, it can further reduce that an impurity mixes into the growing aluminum nitride crystal 20.
  • the aluminum nitride crystal 20 can be grown by the above steps S1 to S4.
  • the aluminum nitride crystal 21 (see FIG. 7) is manufactured using the aluminum nitride crystal 20, the following steps are further performed.
  • FIG. 7 is a schematic side view showing a state in which at least the first layer 12 is removed in the present embodiment.
  • the base substrate 11 is a different substrate made of a material different from aluminum nitride
  • the base substrate 11 and the first layer 12 are removed as shown in FIG.
  • the base substrate 11 and the first layer 12 may be removed as shown in FIG. 7, or only the first layer 12 may be removed.
  • the method for removing wrinkles is not particularly limited, and a mechanical removal method such as cutting, grinding, or cleavage can be used.
  • Cutting refers to mechanically removing at least the base substrate 11 from the aluminum nitride crystal 20 with a slicer having an outer peripheral edge of an electrodeposited diamond wheel. Grinding refers to scraping in the thickness direction by contacting the surface while rotating the grindstone.
  • the cleavage refers to dividing the aluminum nitride crystal 20 along the crystal lattice plane.
  • a chemical removal method such as etching may be used.
  • the aluminum nitride crystal 21 can be manufactured.
  • the aluminum nitride crystal 21 manufactured in this way has a planar shape, for example, a diameter of 5 mm or more or a quadrangle with one side of 5 mm or more, and a thickness of 1 mm or more. Therefore, the aluminum nitride crystal 21 is suitably used for a device substrate.
  • the aluminum nitride crystal 20 having a thickness of 1 mm or more
  • a plurality of aluminum nitride crystal substrates can be cut out from the aluminum nitride crystals 20 and 21. Since the aluminum nitride crystals 20 and 21 are made of a single crystal, they are easily divided. In this case, the aluminum nitride crystal substrate has good crystallinity and can reduce the cost.
  • the method of growing aluminum nitride crystal 20 and the method of manufacturing aluminum nitride crystal 21 in the present embodiment are based on base substrate 11, first layer 12 formed on back surface 11b, and first layer.
  • the first layer 12 uses a laminated substrate 10 made of a material that is less likely to sublime than the base substrate 11 at the growth temperature of the aluminum nitride crystal.
  • second layer 13 is made of a material having a higher thermal conductivity than first layer 12, so The layer 13 has higher heat dissipation than the first layer 12. For this reason, when the aluminum nitride crystal 20 is grown, the second layer 13 can diffuse the heat received by the base substrate 11, and thus has an effect of cooling the base substrate 11. Therefore, since it is possible to suppress heat from being accumulated in the base substrate 11, the temperature gradient between the susceptor 116 and the base substrate 11 that are located in a relatively low temperature region in the apparatus for growing the aluminum nitride crystal 20. Can be reduced.
  • the first layer 12 is made of a material that is more difficult to sublime than the base substrate 11, the first layer 12 is peeled off from the base substrate 11 or grown from the first layer 12 when the aluminum nitride crystal 20 is grown. It is possible to prevent the first layer 12 from disappearing so that the base substrate 11 is exposed. For this reason, it is possible to prevent the base substrate 11 from being exposed to the atmosphere in which the aluminum nitride crystal 20 is grown.
  • the second layer 13 can suppress heat accumulation in the base substrate 11, and the first layer 12 can prevent the base substrate 11 from being exposed to an atmosphere in which the aluminum nitride crystal 20 is grown. Can be suppressed. Due to this synergistic effect, sublimation of the underlying substrate 11 can be suppressed. Therefore, the aluminum nitride crystal 20 with good crystallinity can be grown. As a result, the crystallinity of the aluminum nitride crystal 21 manufactured using the aluminum nitride crystal 20 can be improved.
  • the first layer 12 that is more difficult to sublimate than the base substrate 11 is formed. It is possible to prevent diffusion from the base substrate 11 to the susceptor 116 through the first layer 12. Further, even if part of the first layer 12 and the second layer 13 is peeled off from the base substrate 11, heat received by the base substrate 11 from the second layer 13 can be released. For this reason, since the temperature gradient of the base substrate 11 and the susceptor 116 can be made smaller than before, sublimation of the base substrate 11 can be suppressed.
  • the laminated substrate 10 includes the second layer 13 that enhances the cooling effect of the base substrate 11, sublimation of the base substrate 11 can be suppressed even when the heating temperature of the raw material 17 of the aluminum nitride crystal 20 is set high. . For this reason, since the temperature gradient between the raw material 17 and the base substrate 11 can be increased, the growth rate of the aluminum nitride crystal 20 can be improved.
  • the step of preparing the laminated substrate 10 is a mixture of a powder and a solvent on the back surface 11b of the base substrate 11. And placing the second layer 13 on the mixture and sintering the mixture to form the first layer 12.
  • the second layer 13 can be integrated with the base substrate 11 at a low pressure and at a low temperature without using a pressure member or the like, or even when a pressure member is used.
  • the laminated substrate 10 can be formed. For this reason, the laminated substrate 10 which can integrate the base substrate 11 and the 2nd layer 13 through the 1st layer 12 is obtained easily. Further, it is possible to prevent the growth surface of the aluminum nitride crystal 20 from being contaminated, to prevent the reaction between the growth surface of the aluminum nitride crystal 20 and the pressure member, and to generate a damage layer on the growth surface of the aluminum nitride crystal 20. Therefore, it is possible to grow the aluminum nitride crystal 20 having good crystallinity. Furthermore, the base substrate 11 and the second layer 13 can be firmly bonded via the first layer 12.
  • the crystallinity of the obtained aluminum nitride crystals 20 and 21 is good, for example, optical devices such as light-emitting diodes and laser diodes, Schottky barrier diodes, rectifiers, bipolar transistors, field-effect transistors, HEMTs (High Electron Mobility (Transistor: high electron mobility transistor) and other electronic devices, temperature sensors, pressure sensors, radiation sensors, semiconductor sensors such as visible-ultraviolet light detectors, SAW (Surface Acoustic Wave Devices) devices, vibrators , Resonators, oscillators, MEMS components, piezoelectric actuators, and the like.
  • optical devices such as light-emitting diodes and laser diodes, Schottky barrier diodes, rectifiers, bipolar transistors, field-effect transistors, HEMTs (High Electron Mobility (Transistor: high electron mobility transistor) and other electronic devices, temperature sensors, pressure sensors, radiation sensors, semiconductor sensors such as visible-ultraviolet light detectors, SAW (Surface Acoustic Wave Device
  • FIG. 8 is a flowchart showing an aluminum nitride crystal growth method and manufacturing method according to the present embodiment.
  • the method for growing an aluminum nitride crystal in the present embodiment is basically the same as that in the first embodiment, except that a laminated substrate provided with a metal film is prepared (the metal film is formed). Step S6 is further provided).
  • FIG. 9 is a schematic side view showing the laminated substrate 10 in the present embodiment. As shown in FIGS. 8 and 9, first, as in the first embodiment, the base substrate 11 is prepared (step S1).
  • the thickness H14 of the metal film 14 is preferably 1 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. In the case of 1 ⁇ m or more, the heat dissipation effect of the metal film 14 can be enhanced, so that heat can be prevented from being accumulated in the base substrate 11. When the thickness is 800 ⁇ m or less, the metal film 14 can be prevented from peeling from the base substrate 11. When the thickness is 200 ⁇ m or less, it is possible to effectively prevent the metal film 14 from being peeled from the base substrate 11.
  • the metal film 14 is preferably made of one or more selected from the group consisting of tungsten, tantalum and molybdenum.
  • the first layer 12 is formed on the back surface 14b of the metal film (the surface opposite to the main surface 14a in contact with the base substrate 11) as in the first embodiment (step S2).
  • the first layer 12 is formed by sintering the mixture, the mixture is brought into contact with the metal film 14.
  • the second layer 13 is formed on the back surface 12 b of the first layer 12.
  • the laminated substrate 10 provided with the base substrate 11, the metal film 14, the first layer 12, and the second layer 13 can be prepared.
  • FIG. 10 is a schematic side view showing a state in which the aluminum nitride crystal 20 in the present embodiment is grown.
  • the base substrate 11 with the back surface 11 b of the base substrate 11 covered with the metal film 14, the first layer 12, and the second layer 13 is used.
  • An aluminum nitride crystal 20 is grown on the main surface 11a by vapor phase epitaxy (step S4).
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which an aluminum nitride crystal is grown by the sublimation method using the laminated substrate 10 in the present embodiment. As shown in FIG. 11, even when the multilayer substrate 10 includes the metal film 14, the multilayer substrate 10 is placed on the susceptor 116 as in the first embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic side view showing a state where at least the first layer 12 is removed in the present embodiment.
  • step S5 at least the first layer 12 is removed from the laminated substrate 10 and the aluminum nitride crystal 20.
  • the metal film 14 is etched with an acidic solution, it is preferable to remove the first layer 12 from the base substrate 11 by removing the metal film 14 from the base substrate 11 by etching.
  • the growth method and manufacturing method of the aluminum nitride crystal in the present embodiment are the base substrate 11, the metal film 14 formed on the back surface 11b, and the first layer 12 formed on the metal film 14. And a laminated substrate 10 including the second layer 13 formed on the first layer 12 is used.
  • the metal film 14 since the metal film 14 has a very high thermal conductivity, the metal film 14 has a very high heat dissipation property, and the metal film 14 and the base substrate. The thermal resistance at the interface with 11 is low. For this reason, by forming the metal film 14, the effect of radiating the heat accumulated in the base substrate 11 can be greatly improved.
  • the metal film 14 can be formed by a vapor deposition method, there is no problem when using the pressure member of Patent Document 3 described above.
  • At least the first layer 12 can be easily removed from the aluminum nitride crystal 20 by performing etching with an acidic solution after growing the aluminum nitride crystal.
  • an aluminum nitride crystal is grown by growing an aluminum nitride crystal on the main surface side of the base substrate using a laminated substrate in which first and second layers having various thicknesses are formed on the back side of the base substrate. It was investigated whether or not a hole was generated.
  • an aluminum nitride single crystal substrate having a diameter of 10 mm and a thickness of 500 ⁇ m and manufactured by a sublimation method was prepared as a base substrate (step S1).
  • the aluminum nitride single crystal substrate had an off angle of 0.3 ° or less, and the main surface was mirror finished and the back surface was lapped.
  • a powder made of aluminum nitride single crystal and having a particle size of 1 ⁇ m was prepared.
  • a second layer made of aluminum nitride ceramics and having a thickness described in Table 1 below was prepared.
  • the thermal conductivity of aluminum nitride ceramics is 300 W / (m ⁇ K), and the thermal conductivity of the base substrate is 400 W / (m ⁇ K).
  • the mixture was uniformly applied on the back surface of the base substrate, and a second layer was disposed on the mixture.
  • a vacuum heating furnace using a vacuum heating furnace, the air in the mixture is heated while defoaming, and a load is applied to the base substrate and the second layer to make the mixture into the first layer, and the base substrate and The first layer and the second layer were fixed.
  • the thermal conductivity of the first layer was 150 W / (m ⁇ K).
  • the thickness of the first layer was as shown in Table 1 below.
  • the heating temperature was 400 ° C.
  • the heating time was 30 minutes
  • the holding time was 4 hours
  • the cooling time was 1 hour, which was a total heating time of 5 hours and 30 minutes.
  • the applied load was a magnitude
  • step S4 an aluminum nitride crystal was grown on the main surface of the base substrate by the sublimation method using the crystal growth apparatus shown in FIG. 6 (step S4).
  • step S4 for growing the aluminum nitride crystal as shown in FIG. 6, the laminated substrate 10 is placed on the upper part of the crucible 115 in the reaction vessel 122, and the aluminum nitride polycrystal is accommodated as the raw material 17 in the lower part of the crucible 115. did.
  • the material of the susceptor 116 was carbon, and its thermal conductivity was 100 W / (cm ⁇ K).
  • the temperature in the crucible 115 is increased using the high-frequency heating coil 123, the temperature of the base substrate 11 is 2000 ° C., the temperature of the raw material 17 is 2100 ° C., and the raw material 17 was sublimated and recrystallized on the main surface of the base substrate 11 to grow an aluminum nitride crystal on the base substrate 11 to a thickness of 50 mm with a growth time of 500 hours.
  • the nitrogen gas was continuously flowed into the reaction vessel 122, and the nitrogen gas exhaust amount was controlled so that the gas partial pressure in the reaction vessel 122 was about 10 kPa to 100 kPa.
  • aluminum nitride is formed using a multilayer substrate in which the first layer has a thickness of 0.05 mm to 10.0 mm and the second layer has a thickness of 0.05 cm to 10.0 cm.
  • the crystal was grown, it was possible to prevent the first layer from peeling from the base substrate and the second layer from peeling from the first layer, so that the base substrate could be prevented from sublimating.
  • the first layer is peeled off from the base substrate, and the second layer There was at least any peeling of the layer from the first layer.
  • the base substrate since it was possible to suppress heat from being accumulated in the base substrate, a part of the base substrate sublimated and unevenness was generated on the back surface of the base substrate, but no hole penetrating the base substrate was generated. Further, in the initial stage of growing the aluminum nitride crystal, sublimation of the base substrate could be prevented, and the progress of sublimation on the back surface of the base substrate could be delayed. For this reason, no hole was generated in the grown aluminum nitride.
  • the present embodiment it is possible to suppress the accumulation of heat in the base substrate by growing the aluminum nitride crystal using the multilayer substrate including the second layer, and thus the sublimation of the base substrate can be suppressed. It was confirmed that it was possible to suppress the formation of holes in the aluminum nitride crystal grown thereon.
  • the effect when the first layer was formed by sintering a mixture of powder and solvent was examined.
  • the first layer was formed using powders of various particle sizes, and an aluminum nitride crystal was grown on the main surface side of the base substrate, and it was examined whether holes were generated in the aluminum nitride crystal. .
  • step S1 a base substrate similar to that in Example 1 was prepared.
  • powders having particle sizes of 0.5 ⁇ m, 1.0 ⁇ m, 5.0 ⁇ m, 10 ⁇ m, 20 ⁇ m, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, 110 ⁇ m, 150 ⁇ m and 200 ⁇ m were prepared.
  • a second layer similar to that of Example 1 was prepared, which was made of aluminum nitride ceramics and had a thickness of 1 cm.
  • Example 2 the mixture is sintered to form the base substrate, the first layer having a thickness of 10 mm formed on the back surface side of the base substrate, and the first layer side.
  • a laminated substrate provided with the second layer thus prepared was prepared (steps S2 and S3).
  • the temperature of the base substrate 11 and the temperature of the raw material 17 were appropriately changed according to the prepared laminated substrate. Specifically, for the laminated substrate using powder having a particle size of 0.5 ⁇ m to 200 ⁇ m, the temperature of the base substrate 11 was set to 2100 ° C., and the temperature of the raw material 17 was set to 2200 ° C.
  • Example 2 Similarly to Example 1, whether or not holes were generated in the aluminum nitride crystal grown in this manner, whether or not the first layer was peeled off from the base substrate, and whether or not the second layer was removed from the first layer. It was investigated whether or not the layer was peeled off. The results are listed in Table 2. In Table 2, “ ⁇ ” and “X2” have the same meanings as in Table 1 of Example 1.
  • the growth rate of the aluminum nitride crystal was measured by setting the temperature of the raw material 17 and the temperature of the base substrate 11 as described above. The results are listed in Table 2.
  • the laminated substrate including the first layer using the powder having a particle size of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m can diffuse the heat received by the base substrate to the outside.
  • the temperature of the polycrystalline material could be set high.
  • the aluminum nitride crystal could be grown at a large growth rate of 50 ⁇ m / h or more without any holes in the aluminum nitride crystal.
  • a laminated substrate having a first layer using a powder having a particle size of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m is more than a laminated substrate having a first layer using a powder having a particle size of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m. Since it was necessary to set the temperature of the aluminum nitride polycrystalline material to a low temperature, the growth rate was slightly reduced, but the first and second layers could be prevented from peeling off from the underlying substrate.
  • the multilayer substrate provided with the first layer using the powder having a particle size of 110 ⁇ m to 200 ⁇ m is used as the multilayer substrate including the first layer using the powder having a particle size of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m This was the same as the set temperature of the aluminum nitride polycrystalline raw material.
  • the second layer was peeled off from the first layer, so that irregularities were formed on the back surface of the base substrate. However, no hole penetrating the base substrate was generated.
  • the powder when the first layer formed by sintering the powder and the solvent is provided, the powder has a particle size of 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. It was confirmed that the heat accumulation of the base substrate can be further suppressed.
  • Example 1 As in Example 1, the effect of growing an aluminum nitride crystal using a multilayer substrate provided with the second layer was examined.
  • a silicon carbide single crystal substrate having a diameter of 50 mm and a thickness of 400 ⁇ m was prepared as a base substrate (step S1).
  • the off-angle with respect to the crystal orientation (0002) of this silicon carbide single crystal substrate was 3 °, the main surface was mirror finished, and the back surface was lapped.
  • carbon having a particle size of 10 ⁇ m and a purity of 99.99% was prepared as a powder.
  • a carbon substrate having the thickness shown in Table 1 below was prepared as the second layer.
  • the thermal conductivity of the carbon substrate is 200 W / (m ⁇ K), and the thermal conductivity of the base substrate is 400 W / (m ⁇ K).
  • Example 2 by sintering the mixture, the base substrate, the first layer formed on the back side of the base substrate, and the second layer formed on the first layer side Were prepared (steps S2 and S3).
  • the thermal conductivity of the first layer was 150 W / (m ⁇ K) as in Example 1, and the thickness of the first layer was as shown in Table 3 below.
  • the heating furnace temperature was 350 ° C.
  • the heating time was 30 minutes
  • the holding time was 3 hours
  • the cooling time was 1 hour, which was a total heating time of 4 hours and 30 minutes.
  • an aluminum nitride crystal was grown on the main surface of the base substrate by the sublimation method using the crystal growth apparatus shown in FIG. 6 (step S4).
  • the temperature of the base substrate 11 is 1700 ° C.
  • the temperature of the raw material 17 is 1900 ° C.
  • the raw material 17 is sublimated, and recrystallized on the main surface of the base substrate 11, and the growth time is 500 hours.
  • An aluminum nitride crystal was grown on the base substrate 11 to a thickness of 25 mm. The conditions during the growth of the aluminum nitride crystal were the same as in Example 1.
  • aluminum nitride is formed using a multilayer substrate in which the first layer has a thickness of 0.05 mm to 10.0 mm and the second layer has a thickness of 0.05 cm to 10.0 cm.
  • the crystal was grown, it was possible to prevent the first layer from peeling from the base substrate and the second layer from peeling from the first layer, so that the base substrate could be prevented from sublimating.
  • the first layer is peeled off from the base substrate, and the second layer There was at least any peeling of the layer from the first layer.
  • the base substrate because it was possible to suppress the accumulation of heat on the base substrate, a portion of the base substrate sublimated and irregularities were formed on the back surface of the base substrate, but no holes penetrating the base substrate were generated. No holes were generated in the aluminum nitride thus formed.
  • the present embodiment it is possible to suppress the accumulation of heat in the base substrate by growing the aluminum nitride crystal using the multilayer substrate including the second layer, and thus the sublimation of the base substrate can be suppressed. It was confirmed that it was possible to suppress the formation of holes in the aluminum nitride crystal grown thereon. Further, it was confirmed that the same effect as in Example 1 was obtained when the base substrate was a silicon carbide substrate and the second layer contained a carbon element.
  • Example 2 As in Example 2, the effect when the first layer was formed by sintering a mixture of powder and solvent was examined.
  • step S1 a base substrate similar to that in Example 3 was prepared.
  • powders having particle sizes of 0.5 ⁇ m, 1.0 ⁇ m, 5.0 ⁇ m, 10 ⁇ m, 20 ⁇ m, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, 110 ⁇ m, 150 ⁇ m and 200 ⁇ m were prepared.
  • a second layer similar to that of Example 3 was prepared.
  • Example 3 the mixture is sintered to form a base substrate, a first layer having a thickness of 10 mm formed on the back surface side of the base substrate, and a first layer side.
  • a laminated substrate provided with the second layer thus prepared was prepared (steps S2 and S3).
  • Step S4 an aluminum nitride crystal was grown on the main surface of the base substrate by the sublimation method using the crystal growth apparatus shown in FIG. 6 (Step S4).
  • the temperature of the base substrate 11 and the temperature of the raw material 17 were appropriately changed depending on the laminated substrate. Specifically, for the laminated substrate using powder having a particle size of 0.5 ⁇ m to 200 ⁇ m, the temperature of the base substrate 11 was set to 1800 ° C., and the temperature of the raw material 17 was set to 2000 ° C.
  • Example 1 Similarly to Example 1, whether or not holes were generated in the aluminum nitride crystal grown in this manner, whether or not the first layer was peeled off from the base substrate, and whether or not the second layer was removed from the first layer. It was investigated whether or not the layer was peeled off. The results are listed in Table 4. In Table 4, “ ⁇ ” and “X2” have the same meaning as in Table 1 of Example 1.
  • the laminated substrate including the first layer using the powder having a particle diameter of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m was able to diffuse the heat received by the base substrate to the outside of the base substrate.
  • the temperature of the aluminum nitride polycrystalline raw material could be set high.
  • the aluminum nitride crystal could be grown at a high growth rate of 50 ⁇ m / h or more without having a hole in the aluminum nitride crystal.
  • a laminated substrate having a first layer using a powder having a particle size of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m is more than a laminated substrate having a first layer using a powder having a particle size of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m. Since it was necessary to set the temperature of the aluminum nitride polycrystalline material to a low temperature, the growth rate was slightly reduced, but the first and second layers could be prevented from peeling off from the underlying substrate.
  • the multilayer substrate provided with the first layer using the powder having a particle size of 110 ⁇ m to 200 ⁇ m is used as the multilayer substrate including the first layer using the powder having a particle size of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m This was the same as the set temperature of the aluminum nitride polycrystalline raw material.
  • the second layer was peeled off from the first layer, so that irregularities were formed on the back surface of the base substrate. However, no hole penetrating the base substrate was generated.
  • the powder when the first layer formed by sintering the powder and the solvent is provided, the powder has a particle size of 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. It was confirmed that the heat accumulation of the base substrate can be further suppressed.
  • the effect of suppressing peeling due to the difference in thermal expansion coefficient between the first layer and the second layer with respect to the base substrate was examined. Specifically, first and second layers having various thermal expansion coefficients were formed, and an aluminum nitride crystal was grown on the main surface side of the base substrate, and it was examined whether holes were generated in the aluminum nitride crystal. .
  • Example 3 a base substrate similar to that in Example 3 was prepared.
  • the thermal expansion coefficient of the base substrate at 2000 ° C. was 7.0 ⁇ 10 ⁇ 6 ° C. ⁇ 1 .
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the first layer and the thermal expansion coefficient of the base substrate is less than 1.0 ⁇ 10 ⁇ 6 ° C. ⁇ 1 to 1.1.
  • a mixture layer having a range of ⁇ 10 ⁇ 5 ° C. ⁇ 1 was formed on the back surface side of the base substrate.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the second layer and the thermal expansion coefficient of the base substrate is less than 1.0 ⁇ 10 ⁇ 6 ° C. ⁇ 1 to 1.1 ⁇ .
  • a second layer carbon plate having a range of 10 ⁇ 5 ° C. ⁇ 1 was prepared.
  • Example 1 by sintering the mixture, the base substrate, the first layer formed on the back side of the base substrate, and the second layer formed on the first layer side Were prepared (steps S2 and S3).
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate and the thermal expansion coefficient of the first layer is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficients of the two layers is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less
  • the gap between the base substrate and the first layer and between the first layer and the second layer is Peeling did not occur and no holes were generated in the grown aluminum nitride crystal. From this, it was possible to suppress the peeling caused by the difference in the thermal expansion coefficient during the subsequent cooling by bringing the thermal expansion coefficients of the first and second layers close to the thermal expansion coefficient of the base substrate.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate and the thermal expansion coefficient of the first layer is 1.1 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C.
  • the thermal expansion coefficient of the base substrate and the thermal expansion coefficient of the second layer When the absolute value of the difference between the first layer and the first layer was at least one of 1.1 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C., peeling of the first layer from the base substrate occurred. However, since it was possible to suppress heat from being accumulated in the base substrate, a part of the base substrate sublimated and unevenness was generated on the back surface of the base substrate, but no hole penetrating the base substrate was generated.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the base substrate and the thermal expansion coefficient of the first layer is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 5 in the temperature range of room temperature to 2300 ° C. ° C. -1 or less
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficient of the starting substrate and the thermal expansion coefficient of the second layer is a 1.0 ⁇ 10 -5 °C -1 or less
  • the effect of growing an aluminum nitride crystal using a laminated substrate further provided with a metal film was examined. Specifically, titanium films having various thicknesses were formed on the back side of the base substrate, and an aluminum nitride crystal was grown on the main surface side of the base substrate to examine whether holes were generated in the aluminum nitride crystal. .
  • step S1 a base substrate similar to that in Example 1 was prepared (step S1).
  • metal films having thicknesses of 1 ⁇ m, 10 ⁇ m, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, 200 ⁇ m, 500 ⁇ m, 800 ⁇ m and 1000 ⁇ m were formed by vapor deposition.
  • a second layer made of aluminum nitride ceramics and having a thickness of 1.0 cm was prepared.
  • the mixture is brought into contact with the metal film, the second layer is disposed on the mixture, and the mixture is sintered in the same manner as in Example 1 to thereby form the base substrate and the back side of the base substrate.
  • a laminated substrate comprising a metal film formed on the substrate, a first layer having a thickness of 10 mm formed on the metal film, and a second layer formed on the first layer was prepared (step S2). , S3).
  • the thermal conductivity of the first layer, the second layer, the base substrate, and the susceptor was the same as in Example 1.
  • an aluminum nitride crystal was grown on the main surface of the base substrate by a sublimation method using a crystal growth apparatus (step S4).
  • Example 2 Similarly to Example 1, whether or not holes were generated in the aluminum nitride crystal grown in this manner, whether or not the first layer was peeled off from the base substrate, and whether or not the second layer was removed from the first layer. It was investigated whether or not the layer was peeled off. The results are listed in Table 6.
  • the laminated substrate provided with the metal film having a thickness of 1 ⁇ m to 200 ⁇ m can diffuse the heat received by the base substrate to the outside by the metal film and the second layer. Therefore, it was possible to suppress the first and second layers from peeling from the base substrate.
  • the metal film was partially peeled from the base substrate.
  • the heat accumulated on the base substrate by the metal film and the second layer could be suppressed, the back surface was uneven due to the sublimation of a part of the base substrate, but a hole penetrating the base substrate was generated. There wasn't.
  • the laminated substrate provided with the metal film having a thickness of 1000 ⁇ m was a point when the metal film was peeled off from the base substrate, but it was at the time when most of the grown aluminum nitride crystal was finished, so that the base substrate was uneven. No holes penetrating the base substrate were generated.
  • the metal film having a thickness of 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less is effective for protecting the base substrate.
  • Example 7 This example is basically the same as Example 6, but differs from Example 6 only in that a metal film made of molybdenum is formed. The results are shown in Table 7 below.
  • Example 6 similarly to Example 6 in which the metal film is made of titanium, even when a laminated substrate having a metal film made of molybdenum is used, it is more effective when it has a thickness of 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. It was confirmed that the base substrate could be protected.
  • Example 6 is basically the same as Example 6, but differs from Example 6 only in that a metal film made of tungsten is formed.
  • Table 8 The results are shown in Table 8 below.
  • the thickness is 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. When it has, it has confirmed that a base substrate could be protected more effectively.

Abstract

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して、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長速度を向上して成長させる、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を提供する。 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。まず、主表面１１ａと裏面１１ｂとを有する下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０が準備される。 そして、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。第１の層１１ａ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。第２の層１２は、第１の層１１の熱伝導率よりも高い材質よりなる。

Description

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
  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、成長室の上部のサセプタ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（温度差）がある。このため、下地基板とサセプタとの間にも下地基板からサセプタ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サセプタと対向する面に向けて温度が低くなる温度勾配がある。下地基板とサセプタ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昇華して、下地基板からサセプタへ、または下地基板内において高温部から低温部へ、再結晶化してしまう。この昇華および再結晶化が進行すると、下地基板を貫通する穴が発生する。さらに昇華が進行すると、下地基板上に成長した窒化アルミニウム結晶の構成元素が下地基板、サセプタなどの低温部へ輸送される場合がある。この結果、下地基板の表面上に成長した窒化アルミニウム結晶に、穴が発生する場合がある。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、下地基板の裏面に金属および金属化合物からなる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、加圧部材で１７００℃以上の高温で８７．５ｋＰａ以下の高い圧力を加えて、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。金属材料は、チタン、バナジウムおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも１つの材料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。保護層は、タンタル、タングステン、ニオブ、モリブデン、レニウム、オスミウム、イリジウムおよびこれらの炭化物、ホウ化物、窒化物から選ばれる少なくとも１種よりなることが記載されている。さらに、この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１～４で用いる接着剤、保護層およびサセプタ（台座）の放熱性が悪い場合には、下地基板に熱が蓄積される。下地基板に熱が蓄積されると、下地基板との熱膨張率の違い等から下地基板の裏面から、接着剤、保護層およびサセプタが剥離しやすくなり、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場合がある。この場合には、下地基板の温度が高いので下地基板の昇華が著しく進行し、下地基板上に成長した窒化アルミニウム結晶に穴があいてしまう場合がある。
  また、下地基板の昇華を抑制するために、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低くすることが考えられる。しかし、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低くすると、窒化アルミニウム多結晶原料と下地基板との温度勾配が小さくなるので、下地基板上に成長させる窒化アルミニウム結晶の成長速度が遅いという問題がある。
  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とともに、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる、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を提供することである。
  本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法は、以下の工程を備えている。まず、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と、裏面に形成された第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板が準備される。そして、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。第１の層は、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る。第２の層は、第１の層の熱伝導率よりも高い材質よりなる。
  本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法によれば、第１の層は下地基板よりも昇華しにくい材質よりなるので、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、下地基板から第１の層が剥がれる、または第１の層から下地基板が露出するように第１の層が消失することを防止できる。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。
  さらに、第２の層は第１の層よりも熱伝導率が高い材質よりなるので、第２の層は第１の層よりも放熱性が高い。このため、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、第２の層は、下地基板が受けた熱を下地基板の外部へ拡散できるので、下地基板を冷却する効果を有する。したがって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できる。その結果、窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置内において温度の低い領域に位置するサセプタと、下地基板との温度勾配を小さくすることができるため、下地基板の昇華を抑制することができる。
  また、積層基板は、下地基板の冷却効果を高める第２の層を備えているので、窒化アルミニウム結晶の原料の加熱温度を高く設定できる。このため、この原料と下地基板との温度勾配を大きくすることができるので、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる。
  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、窒化アルミニウム結晶の成長は、積層基板をサセプタに載置された状態で行なわれ、第２の層は、サセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなる。
  第２の層はサセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなるため、第２の層はサセプタよりも放熱性が高い。このため、下地基板に熱が蓄積されることをより抑制でき、かつ下地基板とサセプタとの温度勾配をより小さくすることができる。よって、下地基板の昇華をより抑制できる。
  また、窒化アルミニウム結晶の原料の加熱温度をより高く設定できるので、窒化アルミニウム結晶の成長速度をより向上できる。
  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、上記準備する工程は、下地基板の裏面上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を配置し、混合物上に第２の層を配置する工程と、第１の層にするために混合物を焼結する工程とを含んでいる。
  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大きな圧力で、かつ高い温度で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、あるいは加圧部材を用いる場合であっても小さな圧力、低い温度で、第１の層を形成できる。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、簡略化して第１の層を形成することができる。このため、第１の層を介して下地基板と第２の層とを一体化できる積層基板が容易に得られる。
  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、上記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、上記粉末が、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。
  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第１の層を形成できる。このため、下地基板と第１の層とを強固に固着できるので、下地基板から第１の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、耐熱性の高い第１の層を形成できる。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、第１の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んでいる。
  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第１の層を形成できる。このため、下地基板と第１の層とを強固に固着できるので、下地基板から第１の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、有機物、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、ホルマリン（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第１の層を容易に形成できる。
  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、第２の層は、炭素元素を含んでいる。また、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、第２の層は、窒化アルミニウムを含んでいる。
  これにより、気相成長法が昇華法である場合に、不活性ガス雰囲気中では第２の層が約３０００℃の耐熱性を有するなど、第２の層の耐熱性を向上できる。
  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、第２の層の厚さが１０μｍ以上１０ｃｍ以下である。
  １０μｍ以上の場合、第２の層の放熱効果を高めることができる。１０ｃｍ以下の場合、第２の層が第１の層から剥離することを防止できる。
  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、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板の熱膨張率と、第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下である。
  これにより、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差、および下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差を小さくすることができる。このため、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、下地基板から第１および第２の層が剥がれることを抑制できる。
  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、上記準備する工程は、下地基板の裏面上に蒸着法により金属皮膜を形成する工程をさらに含んでいる。
  金属皮膜は放熱性が非常に高く、かつ下地基板との界面での熱抵抗が低いため、下地基板の放熱効果を非常に向上できる。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた後に、酸性溶液によるエッチングを行なうことによって、窒化アルミニウム結晶から少なくとも第１の層を容易に除去できる。
  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、金属皮膜の厚さは、１μｍ以上２００μｍ以下である。
  １μｍ以上の場合、金属皮膜の放熱効果を高めることができる。２００μｍ以下の場合、金属皮膜が下地基板から剥離することを防止できる。
  上記窒化アルミニウム結晶において好ましくは、金属皮膜は、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）およびモリブデン（Ｍｏ）よりなる群から選ばれた一種以上よりなる。
  上記材料は、放熱性が非常に高く、かつ下地基板との界面での熱抵抗が非常に低いため、下地基板の放熱効果を効果的に向上できる。
  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、少なくとも第１の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、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを防止することによって、下地基板の昇華を抑制できる。このため、窒化アルミニウムに穴が発生することを抑制できるので、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。また、成長速度を向上して窒化アルミニウム結晶を成長できるので、効率的に窒化アルミニウム結晶を製造できる。
  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、第２の層により下地基板が昇華されることを防止して、窒化アルミニウム結晶が成長される。このため、窒化アルミニウム結晶の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とともに、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる。
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における第１の層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における第２の層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１における昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における少なくとも第１の層を除去した状態を示す概略側面図である。 本発明の実施の形態２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２における積層基板を示す概略側面図である。 本発明の実施の形態２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２における積層基板を用いて昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させる状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態２における少なくとも第１の層を除去した状態を示す概略側面図である。
符号の説明
  １０  積層基板、１１  下地基板、１１ａ，１２ａ，１４ａ  主表面、１１ｂ，１２ｂ，１４ｂ  裏面、１２  第１の層、１３  第２の層、１４  金属皮膜、１７  原料、２０，２１  窒化アルミニウム結晶、１１５  坩堝、１１５ｃ  通気口、１１６  サセプタ、１１９  加熱体、１２１ａ，１２１ｂ  放射温度計、１２２  反応容器、１２２ａ  窒素ガス導入口、１２２ｂ  窒素ガス排出口、１２３  高周波加熱コイル、Ｈ  厚さ。
  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。
  （実施の形態１）
  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以下であることが好ましい。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第１の層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を覆うように第１の層１２を形成する（ステップＳ２）。この第１の層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。第１の層１２は、下地基板１１を保護するため、および、下地基板１１と第２の層１３とを接合するために形成されている。
  第１の層１２の厚さＨ１２は、５０μｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、５００μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。厚さＨが５０μｍ以上の場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際（図５参照）に、下地基板１１から第１の層１２が剥がれる、または第１の層１２から下地基板１１が露出するように第１の層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第１の層１２を形成できる。５００μｍ以上の場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、第１の層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第１の層１２の厚さＨ１２が１０ｍｍ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、第１の層１２が形成された積層基板１０（図４参照）を容易に配置できるので、取り扱いが容易である。５ｍｍ以下の場合、下地基板１１と第１の層１２とを備えた状態での取り扱いがより容易である。
  第１の層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よりも融点が同じまたは高い材質である。
  具体的には、第１の層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を覆うように第１の層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１１ｂ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。
  なお、混合物の上に第２の層１３（図４参照）を配置し、第２の層１３上に加圧部材を配置してもよい。この場合には、加圧部材を構成する材料がシリコン（Ｓｉ）などであることが好ましく、また、加圧部材で加圧する圧力は１０ｇ／ｃｍ2～１０００ｇ／ｃｍ2であることが好ましい。
  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第１の層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℃～５００℃である。
  室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板１１の熱膨張率と、第１の層１２の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。下地基板１１の熱膨張率と第１の層１２の熱膨張率との差が小さいので、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、熱膨張率の差による応力を低減できる。したがって、下地基板１１から第１の層１２が剥がれることを抑制できるので、成長させる窒化アルミニウム結晶に穴が発生することを抑制することができる。なお、下地基板１１の熱膨張率と、第１の層１２の熱膨張率との差の絶対値は小さいほど好ましく、差が０であってもよい。また、窒化アルミニウム結晶の成長の際の温度分布は、室温から２３００℃以下の範囲で行なわれる。室温は、たとえば２０℃程度である。
  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第１の層１２を形成できる。このため、下地基板１１と第１の層１２とを強固に固着できるので、下地基板１１から第１の層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、耐熱性の高い第１の層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５参照）を成長させる場合に、第１の層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第１の層１２を形成できる。下地基板１１との接触面積が大きいため、下地基板１１が受けた熱を第２の層１３まで伝達しやすくし、下地基板１１に熱が蓄積されることをより抑制できる。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第１の層１２を形成できる。一方、０．５μｍ以上の場合、溶剤と混合した際に、沈殿、分離などが発生せず、均一に混合物を作成することができる。
  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全体を保護できる第１の層１２を容易に形成できる。
  特に、アセトン、ホルマリン（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第２の層１３を形成し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、第１の層１２の裏面１２ｂを覆うように第２の層１３を形成する（ステップＳ３）。第２の層１３は、下地基板１１が受けた熱を下地基板１１の外部へ拡散するために形成されている。
  第２の層１３の厚さＨ１３は、１０μｍ以上１０ｃｍ以下が好ましく、５０μｍ以上１０ｃｍ以下がより好ましく、１００μｍ以上５ｃｍ以下がより一層好ましい。厚さＨ１３が１０μｍ以上の場合、第２の層１３により下地基板１１から熱を拡散する冷却効果が高くなる。５０μｍ以上の場合、第２の層１３により下地基板１１から熱を拡散する冷却効果がより高くなる。１００μｍ以上の場合、第２の層１３の有する下地基板１１の冷却効果がより一層高くなる。一方、１０ｃｍ以下の場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることを防止できる。５ｃｍ以下の場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることをより防止できる。
  第２の層１３は、第１の層１２の熱伝導率よりも高い材質よりなり、サセプタ１１６（図６参照）の熱伝導率よりも高い材質よりなることが好ましい。第２の層１３は、炭素元素および窒化アルミニウム元素の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。この場合、気相成長法が昇華法である場合に、不活性ガス雰囲気中では第２の層１３が約３０００℃の耐熱性を有するなど、第２の層１３の耐熱性を向上できる。下地基板１１が炭化珪素基板である場合には、第２の層１３は炭素元素を含んでいることが好ましく、カーボン基板であることが好ましい。下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、第２の層１３は窒化アルミニウム元素を含んでいることが好ましく、窒化アルミニウムセラミックス基板であることがより好ましい。
  室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板１１の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。下地基板１１の熱膨張率と第２の層１３の熱膨張率との差が小さいので、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、熱膨張率の差による応力を低減できる。したがって、下地基板１１から第２の層１３が剥がれることを抑制できるので、成長させる窒化アルミニウム結晶に穴が発生することを抑制することができる。なお、下地基板１１の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値は小さいほど好ましく、差が０であってもよい。
  また、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第１の層１２の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。この場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることを抑制することができる。
  以上より、下地基板１１と、下地基板１１の裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０を準備することができる。
  なお、上記では、下地基板１１の裏面１１ｂに第１の層１２を形成し、その後に第２の層１３を形成する方法を例に挙げて説明したが、これらを形成する順序は特にこれに限定されない。たとえば、第１の層１２となるべき混合物を下地基板１１の裏面１１ｂ上に配置し、この混合物上に第２の層１３を配置する。その後、第１の層１２にするために混合物を焼結する。このように、第１の層１２を介して、下地基板１１の裏面１１ｂ上に第２の層１３を形成してもよい。この場合、第１の層１２により下地基板１１と第２の層１３とを容易に接合できるので、下地基板１１と第１の層１２と第２の層１３とを容易に一体化できる。
  図５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５に示すように、下地基板１１の裏面１１ｂが第１の層１２および第２の層１３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Ｓ４）。
  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観点から、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。
  図６は、本実施の形態における昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置を示す概略図である。図６に示すように、この縦型の装置における反応容器１２２の中央部には、通気口１１５ｃを有する坩堝１１５が設けられ、坩堝１１５の上部には、積層基板１０を載置するためのサセプタ１１６が設けられている。サセプタ１１６は、坩堝１１５の一部を構成している。坩堝１１５の内部から外部への通気を確保するように、坩堝１１５の周りに加熱体１１９が設けられている。また、反応容器１２２の外側中央部には、加熱体１１９を加熱するための高周波加熱コイル１２３が設けられている。さらに、反応容器１２２の端部には、反応容器１２２の坩堝１１５の外部に窒素（Ｎ2）ガスを流すための窒素ガス導入口１２２ａおよび窒素ガス排出口１２２ｂと、坩堝１１５の下面および上面の温度を測定するための放射温度計１２１ａ、１２１ｂが設けられている。
  本実施の形態では、上記装置を用いて、昇華法により窒化アルミニウム結晶２０を以下のようにして成長させる。まず、坩堝１１５の下部に原料１７を配置し、坩堝１１５の上部のサセプタ１１６に積層基板１０を配置する。その後、反応容器１２２内にＮ2ガスを流しながら、高周波加熱コイル１２３を用いて加熱体１１９を加熱することにより坩堝１１５内の温度を上昇させて、坩堝１１５の原料１７側の温度を、それ以外の部分の温度よりも高く保持する。これにより、原料１７を昇華させて、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶を固化（再結晶化）させて、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる。
  ここで、窒化アルミニウム結晶の成長中は、坩堝１１５の原料１７側の温度はたとえば１６００℃～２３００℃とし、坩堝１１５の上部の下地基板１１の主表面１１ａの温度をたとえば原料１７側の温度より１０℃～２００℃低くすることにより、結晶性のよい窒化アルミニウム結晶が得られる。また、下地基板１１の温度を原料１７の温度よりも５０℃～２００℃低くすることにより、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上することができる。
  また、結晶成長中も反応容器１２２内の坩堝１１５の外側に窒素ガスを、１００ｓｃｃｍ～１ｓｌｍになるように流し続けることにより、窒化アルミニウム結晶への不純物の混入を低減することができる。
  なお、坩堝１１５内部の昇温中は、坩堝１１５の原料１７側の温度よりもそれ以外の部分の温度を高くすることにより、坩堝１１５内部の不純物を通気口１１５ｃを通じて除去することができる。このため、成長する窒化アルミニウム結晶２０へ不純物が混入することをより低減することができる。
  以上のステップＳ１～Ｓ４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７参照）を製造する場合には、さらに以下の工程が実施される。
  図７は、本実施の形態における少なくとも第１の層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７に示すように、積層基板１０および窒化アルミニウム結晶２０から、少なくとも第１の層１２を除去する（ステップＳ５）。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７に示すように、下地基板１１および第１の層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７に示すように下地基板１１および第１の層１２を除去してもよく、また第１の層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、厚さ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～Ｓ５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、たとえば５ｍｍ以上の径または一辺が５ｍｍ以上の四角形である平面形状を有し、かつ１ｍｍ以上の厚さを有する。そのため、窒化アルミニウム結晶２１はデバイスの基板に好適に用いられる。
  なお、１ｍｍ以上の厚さ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の製造方法は、下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備え、第１の層１２は、窒化アルミニウム結晶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積層基板１０を用いている。
  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の製造方法によれば、第２の層１３は第１の層１２よりも熱伝導率が高い材質よりなるので、第２の層１３は第１の層１２よりも放熱性が高い。このため、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる際に、第２の層１３は下地基板１１が受けた熱を拡散できるので、下地基板１１を冷却する効果を有する。したがって、下地基板１１に熱が蓄積されることを抑制できるので、窒化アルミニウム結晶２０を成長させるための装置内において相対的に温度の低い領域に位置するサセプタ１１６と、下地基板１１との温度勾配を小さくすることができる。
  また、第１の層１２は下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなるので、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる際に、下地基板１１から第１の層１２が剥がれる、または第１の層１２から下地基板１１が露出するように第１の層１２が消失することを防止できる。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ることを防止できる。
  このように、第２の層１３によって、下地基板１１に熱が蓄積されることを抑制でき、第１の層１２によって、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ることを抑制できる。この相乗効果により、下地基板１１の昇華を抑制することができる。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。
  仮に、下地基板１１とサセプタ１１６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第１の層１２が形成されているので、下地基板１１の構成元素が、第１の層１２を通過して下地基板１１からサセプタ１１６へ拡散することを防止できる。また仮に、下地基板１１から第１の層１２および第２の層１３の一部が剥離した場合であっても、第２の層１３から下地基板１１が受ける熱を逃がすことができる。このため、下地基板１１とサセプタ１１６との温度勾配を従来よりも小さくできるので、下地基板１１の昇華を抑制できる。なお、仮に第１および第２の層１２、１３が剥離する場合であっても、従来の第１および第２の層１２、１３が形成されていない下地基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させる場合よりも、積層基板１０を用いて窒化アルミニウム結晶２０を成長させる場合の方が、窒化アルミニウム結晶２０を成長させるステップＳ４の後期段階で、第１および第２の層１２、１３の一部が剥離するに留まる。このため、従来よりも下地基板１１の昇華のタイミングを遅らすことができるため、下地基板１１を貫通する穴が発生することを抑制できる。
  また、積層基板１０は、下地基板１１の冷却効果を高める第２の層１３を備えているので、窒化アルミニウム結晶２０の原料１７の加熱温度を高く設定しても下地基板１１の昇華を抑制できる。このため、この原料１７と下地基板１１との温度勾配を大きくすることができるので、窒化アルミニウム結晶２０の成長速度を向上できる。
  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、積層基板１０を準備する工程（ステップＳ１～Ｓ３）は、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配置し、混合物上に第２の層１３を配置する工程と、第１の層１２にするために混合物を焼結する工程とを含むことが好ましい。
  これにより、加圧部材等を用いずに、あるいは加圧部材を用いる場合であっても小さな圧力、低い温度で、第２の層１３を下地基板１１と一体化できるため、簡略化した方法で積層基板１０を形成することができる。このため、第１の層１２を介して下地基板１１と第２の層１３とを一体化できる積層基板１０が容易に得られる。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。さらに、第１の層１２を介して下地基板１１と第２の層１３とを強固に接合することができる。
  このように、得られる窒化アルミニウム結晶２０、２１の結晶性は良好であるので、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの光デバイス、ショットキーバリアダイオード、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（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）などの電子デバイス、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（Surface Acoustic Wave Device：表面弾性波素子）デバイス、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ部品、圧電アクチュエータなどに好適に用いることができる。
  （実施の形態２）
  図８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８に示すように、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は、基本的には実施の形態１と同様であるが、金属皮膜を備えた積層基板を準備する点（金属皮膜を形成するステップＳ６をさらに備えている点）において異なる。
  図９は、本実施の形態における積層基板１０を示す概略側面図である。図８および図９に示すように、まず、実施の形態１と同様に、下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。
  次に、下地基板１１の裏面１１ｂに蒸着法により金属皮膜１４を形成する（ステップＳ６）。金属皮膜１４の厚さＨ１４は、１μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。１μｍ以上の場合、金属皮膜１４の放熱効果を高めることができるので、下地基板１１に熱が蓄積されることを防止できる。８００μｍ以下の場合、金属皮膜１４が下地基板１１から剥離することを防止できる。
２００μｍ以下の場合、金属皮膜１４が下地基板１１から剥離することを効果的に防止できる。
  また、金属皮膜１４は、タングステン、タンタルおよびモリブデンよりなる群から選ばれた一種以上よりなることが好ましい。
  次に、金属皮膜の裏面１４ｂ（下地基板１１と接触する主表面１４ａと反対側の表面）に、実施の形態１と同様に第１の層１２を形成する（ステップＳ２）。第１の層１２が混合物を焼結させることにより形成される場合には、金属皮膜１４に混合物を接触させる。
  次に、実施の形態１と同様に、第１の層１２の裏面１２ｂに第２の層１３を形成する。
これにより、下地基板１１と、金属皮膜１４と、第１の層１２と、第２の層１３とを備えた積層基板１０を準備できる。
  図１０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８および図１０に示すように、実施の形態１と同様に、下地基板１１の裏面１１ｂが金属皮膜１４、第１の層１２および第２の層１３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Ｓ４）。
  図１１は、本実施の形態における積層基板１０を用いて昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させる状態を示す模式図である。図１１に示すように、積層基板１０が金属皮膜１４を備えている場合であっても、実施の形態１と同様に、この積層基板１０をサセプタ１１６に載置する。
  図１２は、本実施の形態における少なくとも第１の層１２を除去した状態を示す概略側面図である。次に、図８および図１２に示すように、積層基板１０および窒化アルミニウム結晶２０から、少なくとも第１の層１２を除去する（ステップＳ５）。
  金属皮膜１４は酸性溶液によりエッチングされるので、エッチングにより金属皮膜１４を下地基板１１から除去することにより、第１の層１２を下地基板１１から除去することが好ましい。
  なお、これ以外の窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法は、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の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
  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の成長方法および製造方法は、下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された金属皮膜１４と、金属皮膜１４に形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０を用いている。
  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によれば、金属皮膜１４の熱伝導率が非常に高いことから、金属皮膜１４の放熱性が非常に高く、かつ金属皮膜１４と下地基板１１との界面での熱抵抗が低い。このため、金属皮膜１４を形成することにより、下地基板１１に蓄積された熱を放熱する効果を非常に向上できる。
  また、蒸着法により金属皮膜１４を形成できるので、上述した特許文献３の加圧部材を用いるときの問題も生じない。
  さらに、窒化アルミニウム結晶を成長させた後に、酸性溶液によるエッチングを行なうことによって、窒化アルミニウム結晶２０から少なくとも第１の層１２を容易に除去できる。
  本実施例では、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させ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厚さの第１および第２の層を形成した積層基板を用いて、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、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
  詳細には、まず、下地基板として、１０ｍｍの直径と、５００μｍの厚さとを有し、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、１μｍの粒径を有する粉末を準備した。またアセトン、ホルマリン（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。
  また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、下記の表１に記載の厚さを有する第２の層を準備した。なお、窒化アルミニウムセラミックスの熱伝導率は３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、下地基板の熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
  次に、この下地基板の裏面上に上記混合物を均一に塗布し、この混合物上に第２の層を配置した。この状態で、真空加熱炉を用いて、混合物中の空気を脱泡しながら加熱し、かつ下地基板と第２の層に荷重を加えて、混合物を第１の層にするとともに、下地基板と第１の層と第２の層とを固着した。なお、第１の層の熱伝導率は１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。第１の層の厚みは下記の表１の通りであった。これにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
  なお、加熱炉の温度を４００℃、昇温時間が３０分、保持時間が４時間、冷却時間を１時間の合計５時間３０分の加熱時間にした。また、加えた荷重は、４００℃の温度で４．９ｋＰａの大きさであった。
  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Ｓ４）。この窒化アルミニウム結晶を成長させるステップＳ４では、図６に示すように、反応容器１２２内の坩堝１１５の上部に積層基板１０を載置し、坩堝１１５の下部に原料１７として窒化アルミニウム多結晶を収容した。なお、サセプタ１１６の材料はカーボンであり、その熱伝導率は１００Ｗ／（ｃｍ・Ｋ）であった。
  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２０００℃、原料１７の温度を２１００℃にして原料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５００時間として、下地基板１１上に窒化アルミニウム結晶を５０ｍｍ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、ＳＥＭおよび目視により調べた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離したか否かを光学顕微鏡、ＳＥＭおよび目視により調べた。その結果を下記の表１に記載する。表１において「○」は下地基板から第１および第２の層が剥離しなかったことを意味し、「Ｘ１」は下地基板から第１の層の一部が剥離したことを意味し、「Ｘ２」は第１の層から第２の層の一部が剥離したことを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  （測定結果）
  第１の層よりも高い熱伝導率を有する第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。このことから、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたことがわかった。
  特に表１に示すように、第１の層の厚さが０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下で、第２の層の厚さが０．０５ｃｍ以上１０．０ｃｍ以下の積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長した場合に、下地基板から第１の層が剥がれること、および第１の層から第２の層が剥がれることを防止できたため、下地基板が昇華することを防止できた。
  なお、第１の層の厚さが１１．０ｍｍ、および第２の層の厚さが１１．０ｃｍの少なくともいずれかの場合には、第１の層の下地基板からの剥がれ、および第２の層の第１の層からの剥がれの少なくともいずれかが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかった。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた初期段階では下地基板の昇華を防止でき、下地基板の裏面の昇華の進行を遅らすことができた。
このため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
  以上より、本実施例によれば、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できるので、下地基板の昇華を抑制でき、その上に成長させる窒化アルミニウム結晶に穴があくことを抑制できることが確認できた。
  本実施例では、第１の層が粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結してなる場合の効果について調べた。具体的には、種々の粒径の粉末を用いて第１の層を形成して、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、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
  詳細には、まず、実施例１と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、０．５μｍ、１．０μｍ、５．０μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１５０μｍおよび２００μｍの粒径を有する粉末をそれぞれ準備した。また実施例１と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。
  また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、１ｃｍの厚さを有する、実施例１と同様の第２の層を準備した。
  次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
  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Ｓ４）。
  なお、準備した積層基板により、下地基板１１の温度と原料１７の温度とを適宜変更した。具体的には、０．５μｍ～２００μｍの粒径を有する粉末を用いた積層基板については、下地基板１１の温度を２１００℃にし、かつ原料１７の温度を２２００℃にした。
  実施例１と同様に、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、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表２に記載する。なお、表２中、「○」、「Ｘ２」については、実施例１の表１と同様の意味である。
  また、原料１７の温度と下地基板１１の温度とを上記のように設定することにより、窒化アルミニウム結晶の成長速度を測定した。その結果を表２に記載する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  （測定結果）
  第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
  特に表２に示すように、０．５μｍ～１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、下地基板の受けた熱を外部へ拡散できたので、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を高く設定できた。このため、窒化アルミニウム結晶に穴がなくことなく、５０μｍ／ｈ以上の大きい成長速度で窒化アルミニウム結晶を成長させることができた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
  ２０μｍ～１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、０．５μｍ～１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板よりも窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低い温度に設定する必要があったため、成長速度が少し小さくなったものの、下地基板から第１および第２の層が剥離することを防止できた。
  １１０μｍ～２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、２０μｍ～１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板を用いた場合の窒化アルミニウム多結晶原料の設定温度と同様であった。また、１１０μｍ～２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、第１の層から第２の層が剥離したため、下地基板の裏面に凹凸が形成されていたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
  以上より、本実施例によれば、粉末と溶媒とを焼結してなる第１の層を備えている場合には、粉末が０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径を有していることにより、下地基板の熱の蓄積をより抑制できることが確認できた。
  本実施例では、実施例１と同様に、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによる効果について調べた。
  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結晶方位（０００２）に対するオフ角は３°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、ホルマリン（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。
  また、下記の表１に記載の厚さを有するカーボン基板を第２の層として準備した。なお、カーボン基板の熱伝導率は、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、下地基板の熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
  次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。なお、第１の層の熱伝導率は実施例１と同様の１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、第１の層の厚みは下記の表３の通りであった。なお、本実施例では、加熱炉の温度を３５０℃、昇温時間が３０分、保持時間が３時間、冷却時間を１時間の合計４時間３０分の加熱時間にした。
  次に、実施例１と同様に、昇華法により、図６に示す結晶成長装置を用いて、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Ｓ４）。本実施例では、下地基板１１の温度を１７００℃、原料１７の温度を１９００℃にして原料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５００時間として、下地基板１１上に窒化アルミニウム結晶を２５ｍｍ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、下地基板から第１の層が剥離していたか否か、第１の層から第２の層が剥離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３に記載する。表３において「○」、「Ｘ１」および「Ｘ２」は、実施例１の表１と同様の意味である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  （測定結果）
  第１の層よりも高い熱伝導率を有する第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。このことから、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたことがわかった。
  特に表３に示すように、第１の層の厚さが０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下で、第２の層の厚さが０．０５ｃｍ以上１０．０ｃｍ以下の積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長した場合に、下地基板から第１の層が剥がれること、および第１の層から第２の層が剥がれることを防止できたため、下地基板が昇華することを防止できた。
  なお、第１の層の厚さが１１．０ｍｍ、および第２の層の厚さが１１．０ｃｍの少なくともいずれかの場合には、第１の層の下地基板からの剥がれ、および第２の層の第１の層からの剥がれの少なくともいずれかが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかったため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
  以上より、本実施例によれば、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できるので、下地基板の昇華を抑制でき、その上に成長させる窒化アルミニウム結晶に穴があくことを抑制できることが確認できた。また、下地基板が炭化珪素基板であり、第２の層が炭素元素を含む場合にも実施例１と同様の効果を有することが確認できた。
  本実施例では、実施例２と同様に、第１の層が粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結してなる場合の効果について調べた。
  詳細には、まず、実施例３と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、０．５μｍ、１．０μｍ、５．０μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１５０μｍおよび２００μｍの粒径を有する粉末をそれぞれ準備した。また実施例３と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。また、実施例３と同様の第２の層を準備した。
  次に、実施例３と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
  次に、実施例３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Ｓ４）。なお、積層基板により、下地基板１１の温度と原料１７の温度とを適宜変更した。具体的には、０．５μｍ～２００μｍの粒径を有する粉末を用いた積層基板については、下地基板１１の温度を１８００℃にし、かつ原料１７の温度を２０００℃にした。
  実施例１と同様に、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、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表４に記載する。なお、表４中、「○」、「Ｘ２」については、実施例１の表１と同様の意味である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  （測定結果）
  第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
  特に表４に示すように、０．５μｍ～１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、下地基板の受けた熱を下地基板の外部へ拡散できたので、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を高く設定できた。このため、窒化アルミニウム結晶に穴があくことなく、５０μｍ／ｈ以上の高い成長速度で窒化アルミニウム結晶を成長させることができた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
  ２０μｍ～１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、０．５μｍ～１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板よりも窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低い温度に設定する必要があったため、成長速度が少し小さくなったものの、下地基板から第１および第２の層が剥離することを防止できた。
  １１０μｍ～２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、２０μｍ～１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板を用いた場合の窒化アルミニウム多結晶原料の設定温度と同様であった。また、１１０μｍ～２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、第１の層から第２の層が剥離したため、下地基板の裏面に凹凸が形成されていたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
  以上より、本実施例によれば、粉末と溶媒とを焼結してなる第１の層を備えている場合には、粉末が０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径を有していると、下地基板の熱の蓄積をより抑制できることが確認できた。
  本実施例では、下地基板に対する第１の層および第２の層の熱膨張率の違いによる剥離抑制の効果について調べた。具体的には種々の熱膨張率を有する第１および第２の層を形成して、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、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
  詳細には、まず、実施例３と同様の下地基板を準備した。下地基板の２０００℃での熱膨張率は、７．０×１０-6℃-1であった。次に、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第１の層の熱膨張率と下地基板の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-6℃-1未満から１．１×１０-5℃-1の範囲となる混合物層を下地基板の裏面側に形成した。また、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第２の層の熱膨張率と下地基板の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-6℃-1未満から１．１×１０-5℃-1の範囲の範囲となる第２の層のカーボン板を準備した。
  次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
  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Ｓ４）。
  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、下地基板から第１の層とが剥離したか否か、および第１の層から第２の層が剥離したか否かを調べた。測定方法は、実施例１と基本的には同様であったが、超音波探傷測定器をさらに用いた点において異なっていた。その結果を下記の表５に記載する。なお、表５中、「○」、「Ｘ１」については、実施例１の表１と同様の意味である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
  （測定結果）
  表５に示すように、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5／℃以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5／℃以下の場合には、下地基板と第１の層、第１の層と第２の層との間に剥離が発生せず、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。このことから、第１および第２の層の熱膨張率を下地基板の熱膨張率に近づけることで、その後の冷却の際に熱膨張率の違いから発生する剥離を抑制することができた。
  なお、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．１×１０-5／℃、および下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．１×１０-5／℃の少なくとも一方の場合には、第１の層の下地基板からの剥がれが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかった。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた初期段階では下地基板の昇華を防止でき、下地基板の裏面の昇華の進行を遅らすことができた。このため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
  以上より、本実施例によれば、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板の熱膨張率と、第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下にすることにより、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できることが確認できた。
  本実施例では、金属皮膜をさらに備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることの効果について調べた。具体的には、種々の厚さのチタン膜を下地基板の裏面側に形成して、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、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
  詳細には、まず、実施例１と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、１μｍ、１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、８００μｍおよび１０００μｍの厚さを有する金属皮膜を蒸着法により形成した。
  次に、５０μｍの粒径を有する粉末を準備した。また実施例１と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。
  また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、１．０ｃｍの厚さを有する第２の層を準備した。
  次に、金属皮膜の上に混合物を接触させ、この混合物上に第２の層を配置して、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された金属皮膜と、金属皮膜に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。なお、第１の層、第２の層、下地基板およびサセプタの熱伝導率は、実施例１と同様であった。
  次に、実施例１と同様に、図１１に示すように、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Ｓ４）。
  実施例１と同様に、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、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表６に記載する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
  （測定結果）
  金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
  特に表６に示すように、金属皮膜の厚さが１μｍ～２００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、金属皮膜および第２の層により下地基板の受けた熱を外部へ拡散できたので、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
  ５００μｍ～８００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、下地基板から金属皮膜が部分的に剥離した。しかし、金属皮膜および第２の層による下地基板に蓄積される熱を抑制できたので、下地基板の一部が昇華したことにより裏面に凹凸ができたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
  また、１０００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、下地基板から金属皮膜が剥離したものの、成長させた窒化アルミニウム結晶大半を終了した時点であったため、下地基板に凹凸ができたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
  以上より、本実施例によれば、金属皮膜を備えた積層基板を用いることによって、下地基板の昇華を抑制できることが確認できた。また、金属皮膜は１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有していることが下地基板の保護には効果的であることが確認できた。
  本実施例では、基本的には実施例６と同様であったが、モリブデンよりなる金属皮膜を形成した点においてのみ、実施例６と異なる。この結果を下記の表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
  金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
  また、金属皮膜がチタンよりなる実施例６と同様に、モリブデンよりなる金属皮膜を備えた積層基板を用いた場合にも、１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している場合に、より効果的に下地基板を保護できることが確認できた。
  本実施例では、基本的には実施例６と同様であったが、タングステンよりなる金属皮膜を形成した点においてのみ、実施例６と異なる。この結果を下記の表８に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
  表８に示すように、金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
  また、金属皮膜がチタンよりなる実施例６および金属皮膜がモリブデンよりなる実施例７と同様に、タングステンよりなる金属皮膜を備えた積層基板を用いた場合にも、１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している場合に、より効果的に下地基板を保護できることが確認できた。
  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。

Claims (18)

  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と、前記裏面に形成された第１の層と、前記第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備する工程と、
      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、
      前記第１の層は、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、
      前記第２の層は、前記第１の層の熱伝導率よりも高い材質よりなる、窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  2.   前記窒化アルミニウム結晶の成長は、前記積層基板をサセプタに載置された状態で行なわれ、
      前記第２の層は、前記サセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなる、請求項１に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  3.   前記準備する工程は、
      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配置し、前記混合物上に前記第２の層を配置する工程と、
      前記第１の層にするために前記混合物を焼結する工程とを含む、請求項１または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単結晶である、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  5.   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３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  6.   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３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  7.   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３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、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３～７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.   前記溶剤は、アセトン、ホルマリン（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３～７のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  10.   前記第２の層は、炭素元素を含む、請求項１～９のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  11.   前記第２の層は、窒化アルミニウムを含む、請求項１～９のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  12.   前記第２の層の厚さが１０μｍ以上１０ｃｍ以下である、請求項１～１１のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  13.   室温以上２３００℃以下の温度範囲において、前記下地基板の熱膨張率と、前記第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ前記下地基板の熱膨張率と前記第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下である、請求項１～１２のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  14.   前記準備する工程は、前記下地基板の前記裏面上に蒸着法により金属皮膜を形成する工程をさらに含む、請求項１～１３のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  15.   前記金属皮膜の厚さは、１μｍ以上８００μｍ以下である、請求項１４に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  16.   前記金属皮膜は、タングステン、タンタルおよびモリブデンよりなる群から選ばれた一種以上よりなる、請求項１４または１５に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
  17.   請求項１～１６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、
      少なくとも前記第１の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。
  18.   請求項１７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た、窒化アルミニウム結晶。
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