WO2023067983A1 - ＡｌＮ単結晶 - Google Patents

ＡｌＮ単結晶 Download PDF

Info

Publication number
WO2023067983A1
WO2023067983A1 PCT/JP2022/035367 JP2022035367W WO2023067983A1 WO 2023067983 A1 WO2023067983 A1 WO 2023067983A1 JP 2022035367 W JP2022035367 W JP 2022035367W WO 2023067983 A1 WO2023067983 A1 WO 2023067983A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
single crystal
aln single
aln
transmittance
average transmittance
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/035367
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
博久 小川
守道 渡邊
江利 中村
Original Assignee
日本碍子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本碍子株式会社 filed Critical 日本碍子株式会社
Priority to JP2023555066A priority Critical patent/JPWO2023067983A1/ja
Publication of WO2023067983A1 publication Critical patent/WO2023067983A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B23/06—Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38—Nitrides

Definitions

  • the present invention relates to AlN single crystals.
  • AlN aluminum nitride
  • AlN-based semiconductors For example, AlN, AlGaN, or the like is used as the AlN-based semiconductor. Since these AlN-based semiconductors have a direct transition band structure, they are suitable for light-emitting devices and can be applied to LEDs (Light Emitting Diodes) and LDs (Laser Diodes) in the deep ultraviolet region.
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • LDs Laser Diodes
  • Non-Patent Document 1 Hiroyuki Kamata et al., "Aluminum nitride single crystal", Fujikura Technical Report, 2008, Vol. 2, No. 114, pp. 42-47 describes a seed substrate using a sublimation method. A method for growing AlN single crystals thereon is disclosed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 4511801 discloses a polishing method capable of obtaining a high-quality substrate for a GaN single crystal belonging to the same group 13 element nitride as AlN.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method for polishing a GaN single crystal as described above, it does not mention suppression of chipping, and does not disclose an AlN single crystal. Therefore, it is desired to suppress the chipping that occurs in the AlN single crystal when polishing the AlN single crystal.
  • the inventors of the present invention have developed an AlN single crystal that is less susceptible to chipping when ground or polished by giving the AlN single crystal a characteristic in which the transmittance decreases at a constant rate in a specific wavelength range in the transmission spectrum. It was found that crystals can be provided.
  • an object of the present invention is to provide an AlN single crystal that is less susceptible to chipping when ground or polished.
  • the transmission spectrum of the AlN single crystal has an absorption peak with a half width of 50 to 150 nm in the wavelength range of 540 to 800 nm,
  • the half width is (i) the smaller of the average transmittance at 540 to 560 nm and the average transmittance at 780 to 800 nm, and T 2 is the average transmittance at 640 to 660 nm.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a heat treatment apparatus used for producing AlN raw material powder.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a crystal growth apparatus used in a sublimation method;
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a crystal growth apparatus used for HVPE;
  • FIG. 4 is a transmission spectrum of the AlN single crystal produced in Example 1.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a heat treatment apparatus used for producing AlN raw material powder.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a crystal growth apparatus used in a sublimation method
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a crystal growth apparatus used for HVPE
  • FIG. 4 is a transmission spectrum of the AlN single crystal produced in Example 1.
  • AlN single crystal The AlN single crystal according to the present invention has an average transmittance (%) at 640 to 660 nm in the transmission spectrum of the AlN single crystal, an average transmittance (%) at 540 to 560 nm, and an average transmittance (%) at 780 to 800 nm It is lower than each of the average transmittance (%) values.
  • this AlN single crystal has an average transmittance (%) at 640 to 660 nm lower than an average transmittance (%) at 780 to 800 nm by 5 to 20 percentage points (%pt).
  • the AlN single crystal of the present invention can conveniently solve this problem.
  • the transmittance at this time it is preferable to use the transmittance T of 100 ⁇ m when the thickness of the AlN single crystal is converted to 100 ⁇ m. This is because if there is a variation in the thickness of the AlN single crystal to be measured, the transmittance will also vary accordingly. For example, the thicker the AlN single crystal, the lower the transmittance, and the thinner the AlN single crystal, the higher the transmittance.
  • the transmittance in the transmission spectrum can be obtained, for example, by the following calculation method.
  • the total light transmittance Ta of the AlN single crystal is measured using a spectrophotometer.
  • the absorption coefficient ⁇ of the AlN single crystal is obtained using the measured value of Ta and the theoretical transmittance Tt of the AlN single crystal.
  • the transmittance T of 100 ⁇ m is calculated when the thickness of the AlN single crystal is converted to 100 ⁇ m.
  • the total light transmittance Ta can be measured by reducing the actual thickness.
  • a transmission spectrum based on a transmittance T of 100 ⁇ m is obtained when the thickness is converted to 100 ⁇ m .
  • the average transmittance at 640 to 660 nm is preferably 1 to 10% pt lower than the average transmittance at 540 to 560 nm, more preferably 3 to 8% pt. . Further, in the transmission spectrum of the AlN single crystal, the average transmittance at 640 to 660 nm is 5 to 20% pt lower than the average transmittance at 780 to 800 nm, preferably 6 to 18% pt lower. 13%pt lower is more preferred.
  • the AlN single crystal of the present invention preferably has an absorption peak with a half-value width of 50-150 nm in the wavelength range of 540-800 nm, more preferably 70-120 nm, in the transmission spectrum.
  • This “absorption peak” means that in a transmission spectrum in which the horizontal axis is the wavelength (nm) and the vertical axis is the transmittance (%), the transmittance is minimized within the wavelength range of 540 to 800 nm (that is, the absorbance is maximized). ), and in such an absorption band, the shape of the transmission spectrum becomes concave (for example, valley-like).
  • This half-value width is defined as: (i) T1 is the smaller of the average transmittance at 540 to 560 nm and the average transmittance at 780 to 800 nm, and T2 is the average transmittance at 640 to 660 nm. is defined as the width of the wavelength range that gives a lower transmittance than the transmittance calculated from (ii) T 2 +(T 1 -T 2 )/2.
  • the AlN single crystal in the present invention is preferably an oriented layer oriented in both the c-axis direction and the a-axis direction, and may contain mosaic crystals.
  • Mosaic crystals are aggregates of crystals that do not have distinct grain boundaries but have crystal orientations that are slightly different from one or both of the c-axis and a-axis.
  • Such an oriented layer has a structure in which the crystal orientations are substantially aligned in the substantially normal direction (c-axis direction) and the in-plane direction (a-axis direction). With such a structure, it is possible to form a semiconductor layer having excellent quality, particularly excellent orientation, thereon. That is, when the semiconductor layer is formed on the orientation layer, the crystal orientation of the semiconductor layer generally follows the crystal orientation of the orientation layer. Therefore, the semiconductor film formed on the AlN single crystal can easily be used as an oriented film.
  • the method for evaluating the orientation of the AlN single crystal in the present invention is not particularly limited, but for example, a known analysis method such as an EBSD (Electron Back Scatter Diffraction Patterns) method or an X-ray pole figure can be used. .
  • EBSD Electro Back Scatter Diffraction Patterns
  • X-ray pole figure a known analysis method
  • inverse pole figure mapping and crystal orientation mapping of the surface (plate surface) of the AlN single crystal or a cross section perpendicular to the plate surface are measured.
  • the film is oriented along two axes, the c-axis and the a-axis.
  • the substantially in-plane direction of the plate may be oriented in a specific direction (for example, the a-axis) orthogonal to the c-axis.
  • the AlN single crystal may be oriented biaxially in the substantially normal direction and the substantially in-plane direction, but the substantially normal direction is preferably oriented along the c-axis.
  • the smaller the tilt angle distribution in the substantially normal direction and/or the substantially in-plane direction the smaller the mosaic property of the AlN single crystal. Therefore, from the viewpoint of the crystallinity of the AlN single crystal, the tilt angle distribution is preferably small both in the normal direction and in the plate plane direction, for example ⁇ 5° or less, and more preferably ⁇ 3° or less.
  • One side of the AlN single crystal preferably has an area of 20 cm 2 or more, more preferably 70 cm 2 or more, and still more preferably 170 cm 2 or more.
  • the area of the AlN single crystal substrate By increasing the area of the AlN single crystal substrate in this way, it is possible to increase the area of the semiconductor layer formed thereon. Therefore, it is possible to obtain a large number of semiconductor elements from one semiconductor layer, which is expected to reduce the manufacturing cost.
  • the upper limit of the size is not particularly limited, it is typically 710 cm 2 or less on one side.
  • the AlN single crystal of the present invention can be manufactured by various methods as long as the AlN single crystal exhibits a predetermined decrease in transmittance in a specific wavelength range in the transmission spectrum.
  • a seed substrate may be prepared and an epitaxial film may be formed thereon, or an AlN single crystal may be directly produced by spontaneous nucleation without using a seed substrate.
  • the seed substrate used may be an AlN substrate for homoepitaxial growth, or another substrate may be used for heteroepitaxial growth. Any of the vapor phase deposition method, the liquid phase deposition method and the solid phase deposition method may be used for the growth of the single crystal, but preferably the vapor phase deposition method is used to form the AlN single crystal.
  • the vapor deposition method examples include MOVPE (metal organic vapor phase epitaxy) method, various CVD (chemical vapor deposition) methods (e.g. thermal CVD method, plasma CVD method, etc.), sputtering method, hydride vapor phase epitaxy (Hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, molecular beam epitaxial (MBE) method, sublimation method, and pulsed laser deposition (PLD) method, etc., preferably sublimation method or HVPE method.
  • MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
  • CVD chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxial
  • PLD pulsed laser deposition
  • liquid phase deposition method examples include a solution growth method (for example, a flux method) and the like.
  • a solution growth method for example, a flux method
  • the step of forming the orientation precursor layer, the step of turning the orientation precursor layer into an AlN single crystal layer by heat treatment, and the step of grinding and removing the seed substrate can be performed. It is also possible to obtain AlN single crystals.
  • Methods for forming the orientation precursor layer at that time include an AD (aerosol deposition) method and a HPPD (supersonic plasma particle deposition) method.
  • any of the above-described solid-phase deposition method, vapor-phase deposition method, and liquid-phase deposition method can use known conditions. , are described below. Specifically, it is produced by (a) heat-treating AlN polycrystalline powder, (b) forming an AlN single-crystal layer, and (c) removing the seed substrate by grinding and polishing the surface of the AlN single-crystal layer.
  • This step is a step of heat treating the AlN polycrystalline powder to obtain an AlN raw material powder.
  • AlN powder 12 as a raw material for AlN single crystal is placed in a sagger 10 made of boron nitride (BN) and heat-treated in an N2 atmosphere.
  • a BN crucible 16 containing graphite powder 14 is also placed in the sagger 10 so as not to come into direct contact with the AlN powder 12 .
  • This BN crucible 16 has a size that can be accommodated in the sagger 10 .
  • the amount of graphite powder added is preferably 0.015 to 0.130 g, more preferably 0.020 to 0.120 g, per 100 g of AlN powder.
  • the furnace pressure of the sagger 10 is preferably 0.1 to 10 atmospheres, more preferably 0.5 to 5 atmospheres.
  • the heat treatment temperature is preferably 2150-2300°C, more preferably 2200-2250°C.
  • a step is a step of depositing an AlN single crystal on the seed substrate in the crystal growth apparatus.
  • An example of a crystal growth apparatus used in the sublimation method is shown in FIG.
  • a film forming apparatus 20 shown in FIG. 2 includes a crucible 22, a heat insulating material 24 for insulating the crucible 22, and a coil 26 for heating the crucible 22 to a high temperature.
  • the crucible 22 contains AlN raw material powder 28 in its lower part and has a seed substrate 30 on which a sublimate of the AlN raw material powder 28 is deposited on its upper part.
  • the inside of the crucible 22 is pressurized in an N 2 atmosphere, and the crucible 22 is heated by the coil 26 to sublimate the AlN raw material powder 28 .
  • the pressure is preferably 10-100 kPa, more preferably 20-90 kPa.
  • a temperature gradient is provided so that the temperature near the seed substrate 30 in the upper portion of the crucible 22 is lower than the temperature in the vicinity of the AlN raw material powder 28 in the lower portion of the crucible 22 .
  • the portion of the crucible 22 near the AlN raw material powder 28 is preferably heated to 1900 to 2250°C, more preferably 2000 to 2200°C, and the portion of the crucible 22 near the seed substrate 30 is heated to 1400 to 2150°C.
  • the temperature of the portion near the seed substrate 30 is preferably 100 to 500.degree.
  • the heating is preferably maintained for 2 to 100 hours, more preferably 4 to 90 hours.
  • Temperature control can be performed by measuring the temperature above and below the crucible 22 with a radiation thermometer (not shown) through holes in the heat insulating material 24 covering the crucible 22 and feeding back the temperature for temperature control.
  • a radiation thermometer not shown
  • AlN is reprecipitated on the surface thereof to form the AlN single crystal layer 32.
  • step (c) Grinding and removing the seed substrate and polishing the surface of the AlN single crystal layer
  • This step comprises grinding and removing the seed substrate to expose the AlN single crystal layer, and removing irregularities and defects on the surface of the AlN single crystal. Including polishing process. Since the SiC single crystal remains in the AlN single crystal layer produced through the above steps (a) and (b) using the SiC substrate as the seed substrate, the surface of the orientation layer is exposed by grinding. In addition, in order to mirror-finish the surface of the AlN single crystal layer after deposition, the plate surface is smoothed by lapping using diamond abrasive grains, and then polished by chemical mechanical polishing (CMP) using colloidal silica or the like. do. Thus, an AlN single crystal can be produced.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a method of producing an AlN single crystal using the HVPE method will be described below. Specific examples include (d) forming an AlN single crystal layer on the seed substrate, (e) grinding and removing the seed substrate, (f) heat treating the AlN single crystal layer, and (g) polishing the surface of the AlN single crystal layer.
  • FIG. 3 shows a vapor phase growth apparatus using the HVPE method.
  • a vapor phase growth apparatus using the HVPE method includes a reaction furnace 40, a susceptor 44 on which a base substrate 42 for film formation is placed, a carrier gas supply source 46, an Al raw material supply source 48, and an Al raw material supply source 48.
  • a metal Al powder material 50 , a heater 52 , and a gas discharge section 54 are provided.
  • a SiC substrate is preferably used as the base substrate 42 for film formation.
  • AlCl 3 gas obtained by placing the substrate 42 on the susceptor 44 and supplying HCl gas to the heated Al raw material supply source 48 and NH 3 gas from the carrier gas supply source 46 are mixed to form a film. It is supplied to the underlying substrate 42 .
  • the heating temperature of the Al raw material supply source 48 is preferably 500 to 700.degree. C., more preferably 550 to 650.degree.
  • the flow rate ratio of AlCl 3 gas and NH 3 gas is preferably 1:1 to 1:500, more preferably 1:10 to 1:200.
  • the pressure inside the reactor 40 is preferably 1-100 Torr, more preferably 10-30 Torr.
  • the growth temperature is preferably 1100-1400°C, more preferably 1150-1250°C.
  • This step is a grinding step of grinding and removing the seed substrate to expose the AlN single crystal layer. Since the SiC single crystal remains in the AlN single crystal layer produced through the step (d) using the SiC substrate as the seed substrate, the surface of the orientation layer is exposed by grinding.
  • This step is a polishing step for mirror-finishing the surface of the AlN single crystal layer.
  • the plate surface is smoothed by lapping using diamond abrasive grains, and then polished by chemical mechanical polishing (CMP) using colloidal silica or the like.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • Example 1 Production of AlN single crystal (1a) Heat treatment of AlN polycrystalline powder
  • commercially available AlN powder 12 Tokuyama AlN powder, F
  • a BN crucible 16 containing commercially available graphite powder 14 SEC carbon graphite powder, SGP grade
  • This BN crucible 16 has a size that can be accommodated in the sagger 10 .
  • the BN sagger 10 was heat treated at 2200° C. in a graphite heater furnace at 0.1-10 atmospheres in N 2 atmosphere. At this time, 0.052 g of graphite powder was added to 100 g of AlN powder.
  • the AlN raw material powder was produced by heat-treating the AlN polycrystalline powder.
  • a crucible 22 is used as a crystal growth vessel, and a SiC substrate is placed as a base (seed substrate) 30 in this crucible and brought into contact with it.
  • the AlN raw material powder 28 prepared in (1a) above was added so as not to The crucible 22 is pressurized at 50 kPa in an N 2 atmosphere, and the portion near the AlN raw material powder 28 in the crucible 22 is heated to 2100° C. by high-frequency induction heating, while the portion near the SiC substrate 30 in the crucible 22 is heated to 2100° C.
  • the AlN single crystal layer 32 was reprecipitated on the SiC substrate 30 by heating and holding at a low temperature (temperature difference of 200° C.). The holding time was 10 hours.
  • the difference (% pt) of the average value of the transmittance (%) at 640-660 nm to the average value of the transmittance (%) at 540-560 nm (hereinafter referred to as ⁇ (T av640-660 -T av540-560 ))
  • the difference (%pt) of the average value of the transmittance (%) at 640-660 nm to the average value of the transmittance (%) at 780-800 nm hereinafter referred to as ⁇ (T av640-660 - (referred to as T av540-560 )
  • the half width (nm) of the absorption peak was obtained within the wavelength range of 540 to 800 nm.
  • Examples 2-6 AlN single crystals were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that in (1a) above, the amount of graphite powder added during the heat treatment of the AlN polycrystalline powder was set to the amount shown in Table 1. Further, when EBSD measurement was performed on the front and back surfaces of the AlN single crystal, it was found that the AlN crystal was oriented in both the c-axis direction and the a-axis direction. Table 1 shows the results.
  • Examples 7 and 8 (comparative) AlN single crystals were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that in (1a) above, the amount of graphite powder added during the heat treatment of the AlN polycrystalline powder was set to the amount shown in Table 1. Further, when EBSD measurement was performed on the front and back surfaces of the AlN single crystal, it was found that the AlN crystal was oriented in both the c-axis direction and the a-axis direction. Table 1 shows the results.
  • Example 9 (Comparison) An AlN single crystal was produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that a commercially available AlN powder (Tokuyama AlN powder, F grade) was used as the AlN raw material powder without going through the step (1a) above. Further, when EBSD measurement was performed on the front and back surfaces of the AlN single crystal, it was found that the AlN crystal was oriented in both the c-axis direction and the a-axis direction. Table 1 shows the results.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

研削ないし研磨された際にチッピングが発生しにくいＡｌＮ単結晶が提供される。このＡｌＮ単結晶は、ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が、５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値及び７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値の各々よりも低く、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値よりも５～２０パーセントポイント（％ｐｔ）低い。

Description

ＡｌＮ単結晶
　本発明は、ＡｌＮ単結晶に関する。
　近年、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）単結晶が、ＡｌＮ系半導体を用いた深紫外線発光素子の下地基板として注目されている。例えば、ＡｌＮ系半導体として、ＡｌＮやＡｌＧａＮ等が用いられる。これらのＡｌＮ系半導体は直接遷移型のバンド構造を有するため、発光デバイスに適しており、深紫外領域のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）への応用が可能である。
　ＡｌＮ単結晶の作製方法としては、ＨＶＰＥ法（ハライド気相成長法）、ミストＣＶＤ（化学気相成長）、昇華法等が知られている。例えば、非特許文献１（鎌田弘之等、「窒化アルミニウム単結晶」、フジクラ技報、２００８年、Ｖｏｌ．２、第１１４号、ｐｐ．４２－４７）には、昇華法を用いて、種基板上にＡｌＮ単結晶を成長させる方法が開示されている。
　また、作製したＡｌＮ単結晶は、その後の研削や研磨によりＡｌＮ単結晶の表面を平坦化及び鏡面化することが行われる。例えば特許文献１（特許第４５１１８０１号公報）には、ＡｌＮと同じ１３族元素窒化物に属するＧａＮ単結晶について、高品質な基板を得ることができる研磨方法が開示されている。
特許第４５１１８０１号公報
鎌田弘之等、「窒化アルミニウム単結晶」、フジクラ技報、２００８年、Ｖｏｌ．２、第１１４号、ｐｐ．４２－４７
　しかしながら、非特許文献１に開示されるような製法で作製されたＡｌＮ単結晶では、研削工程においてチッピング（欠けやクラックといった欠陥）が発生しやすく、ＡｌＮ単結晶の歩留まりが低下する問題がある。また、ＡｌＮ単結晶の表面を鏡面化させる研磨工程（すなわち、機械的研磨工程及び化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程）においても同様の問題がある。特許文献１では、上述のとおりＧａＮ単結晶の研磨方法が開示されているが、チッピングの発生の抑制についての言及が無いだけでなく、ＡｌＮ単結晶についても開示されていない。そこで、ＡｌＮ単結晶を研磨する際、ＡｌＮ単結晶に発生するチッピングを抑制することが望まれている。
　本発明者らは、今般、ＡｌＮ単結晶に透過スペクトルにおいて特定の波長域で透過率が一定の割合で低下する特性を持たせることで、研削ないし研磨された際にチッピングが発生しにくいＡｌＮ単結晶を提供できるとの知見を得た。
　したがって、本発明の目的は、研削ないし研磨された際にチッピングが発生しにくいＡｌＮ単結晶を提供することにある。
　本発明によれば、以下の態様が提供される。
［態様１］
　ＡｌＮ単結晶であって、前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が、５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値及び７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値の各々よりも低く、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値よりも５～２０パーセントポイント（％ｐｔ）低い、ＡｌＮ単結晶。
［態様２］
　前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、５４０～８００ｎｍの波長範囲内に半値幅が５０～１５０ｎｍとなる吸収ピークを有し、
　前記半値幅は、（ｉ）５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値と７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値のうち小さい方の値をＴ１とし、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値をＴ２としたとき、（ｉｉ）Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）／２から算出される透過率よりも低い透過率を与える波長範囲の幅として定義される、態様１に記載のＡｌＮ単結晶。
［態様３］
　前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値よりも１～１０％ｐｔ低い、態様１又は２に記載のＡｌＮ単結晶。
［態様４］
　前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値よりも６～１８％ｐｔ低い、態様１～３のいずれか一つに記載のＡｌＮ単結晶。
［態様５］
　前記半値幅が７０～１２０ｎｍである、態様２～４のいずれか一つに記載のＡｌＮ単結晶。
［態様６］
　前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値よりも３～８％ｐｔ低い、態様３に記載のＡｌＮ単結晶。
ＡｌＮ原料粉末の作製に用いられる熱処理装置の構成を示す模式断面図である。 昇華法に用いられる結晶成長装置の構成を示す模式断面図である。 ＨＶＰＥ法に用いられる結晶成長装置の構成を示す模式断面図である。 例１で作製したＡｌＮ単結晶の透過スペクトルである。
　ＡｌＮ単結晶
　本発明によるＡｌＮ単結晶は、ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率（％）の平均値が、５４０～５６０ｎｍにおける透過率（％）の平均値及び７８０～８００ｎｍにおける透過率（％）の平均値の各々よりも低いものである。また、このＡｌＮ単結晶は、６４０～６６０ｎｍにおける透過率（％）の平均値が７８０～８００ｎｍにおける透過率（％）の平均値よりも５～２０パーセントポイント（％ｐｔ）低い。このように、ＡｌＮ単結晶に透過スペクトルにおいて特定の波長域で透過率が一定の割合で低下する特性を持たせることで、研削ないし研磨された際にチッピングが発生しにくいＡｌＮ単結晶を提供することができる。したがって、かかるＡｌＮ単結晶を研磨等に付することで、ＡｌＮ単結晶基板を高い歩留まりで製造することができる。すなわち、前述のとおり、ＡｌＮ単結晶は、その後の研削や研磨によりＡｌＮ単結晶の表面を平坦化及び鏡面化することが行われている。しかしながら、従来のＡｌＮ単結晶では、研削ないし研磨工程を経た後、ＡｌＮ単結晶にチッピングが発生しやすいという問題があった。この点、本発明のＡｌＮ単結晶によれば、この問題を好都合に解消することができる。
　ここで、透過スペクトルにおける特定波長域の「透過率の平均値」とは、特定の波長範囲（例えば、５４０～５６０ｎｍ、６４０～６６０ｎｍ、７８０～８００ｎｍ等のことをいう）において測定した各波長（ｎｍ）の透過率（％）の総和を、測定点数で除することによって求める。例えば、５４０～５６０ｎｍの領域において１ｎｍ刻みで透過率を測定し、それら透過率の総和が１０５０であった場合に、その透過率の総和を測定点数である２１で除することで透過率の平均値（例えば１０５０／２１＝５０％）を得ることができる。また、このときの透過率は、ＡｌＮ単結晶の厚さを１００μｍに換算した場合の透過率Ｔ１００μｍを用いるのが好ましい。これは、仮に測定するＡｌＮ単結晶の厚さにばらつきがあると、それにより透過率も変わるためである。例えば、ＡｌＮ単結晶が厚いと透過率は低くなり、ＡｌＮ単結晶が薄いと透過率は高くなる。
　透過スペクトルにおける透過率は、例えば以下に示す算出方法により求めることができる。ＡｌＮ単結晶の全光線透過率Ｔａを分光光度計を用いて測定する。Ｔａの測定値及びＡｌＮ単結晶の理論透過率Ｔｔを用いてＡｌＮ単結晶の吸収係数αを求める。そして、ＡｌＮ単結晶の厚さを１００μｍに換算した場合の透過率Ｔ１００μｍを計算する。このとき、α及びＴ１００μｍは下記式：
　α＝－１／ｔ×ｌｎ（Ｔａ／Ｔｔ）、及び
　Ｔ１００μｍ＝ｅｘｐ（－α／１００）
（式中、ｔはＡｌＮ単結晶サンプルの実際の厚さ（ｃｍ）を表す）により求めることができる。なお、透過率が低く吸収係数αの算出が困難なＡｌＮ単結晶サンプルについては実際の厚さを薄くして全光線透過率Ｔａを測定すればよい。こうして、厚さを１００μｍに換算した場合の透過率Ｔ１００μｍに基づく透過スペクトルが得られる。
　ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値よりも、１～１０％ｐｔ低いのが好ましく、３～８％ｐｔ低いのがより好ましい。また、ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値よりも５～２０％ｐｔ低く、６～１８％ｐｔ低いのが好ましく、８～１３％ｐｔ低いのがより好ましい。
　本発明のＡｌＮ単結晶は、透過スペクトルにおいて、５４０～８００ｎｍの波長範囲内に半値幅が５０～１５０ｎｍとなる吸収ピークを有するのが好ましく、より好ましくは半値幅が７０～１２０ｎｍである。この「吸収ピーク」とは、横軸を波長（ｎｍ）、縦軸を透過率（％）とした透過スペクトルにおいて、５４０～８００ｎｍの波長範囲内で透過率が極小となる（すなわち吸収率が極大となる）吸収帯を意味し、そのような吸収帯では透過スペクトルの形状が下に凹んでいる形状（例えば谷状）となる。この半値幅は、（ｉ）５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値と７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値のうち小さい方の値をＴ１とし、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値をＴ２としたとき、（ｉｉ）Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）／２から算出される透過率よりも低い透過率を与える波長範囲の幅として定義される。
　本発明におけるＡｌＮ単結晶とは、ｃ軸方向及びａ軸方向の両方に配向している配向層であるのが好ましく、モザイク結晶を含んでいてもよい。モザイク結晶とは、明瞭な粒界は有しないが、結晶の配向方位がｃ軸及びａ軸の一方又は両方とわずかに異なる結晶の集まりになっているものをいう。このような配向層は、略法線方向（ｃ軸方向）、及び面内方向（ａ軸方向）に結晶方位が概ね揃った構成を有している。このような構成とすることで、その上に、優れた品質、特に配向性に優れた半導体層を形成することが可能となる。すなわち、配向層上に半導体層を形成する際、半導体層の結晶方位は配向層の結晶方位に概ね倣ったものとなる。したがって、ＡｌＮ単結晶上に形成される半導体膜を配向膜としやすい。
　本発明におけるＡｌＮ単結晶における、配向性の評価方法は、特に限定されるものではないが、例えばＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂａｃｋ　Ｓｃａｔｔｅｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｐａｔｔｅｒｎｓ）法やＸ線極点図等の公知の分析手法を用いることができる。例えば、ＥＢＳＤ法を用いる場合、ＡｌＮ単結晶の表面（板面）又は板面と直交する断面の逆極点図マッピング、結晶方位マッピングを測定する。得られた逆極点図マッピングにおいて、（Ａ）板面の略法線方向の特定方位（第１軸）に配向していること、（Ｂ）第１軸に直交する、略板面内方向の特定方位（第２軸）に配向していること、得られた結晶方位マッピングにおいて、（Ｃ）第１軸からの傾斜角度が±１０°以内に分布していること、（Ｄ）第２軸からの傾斜角度が±１０°以内に分布していること、という４つの条件を満たすときに略法線方向と略板面方向の２軸に配向していると定義できる。言い換えると、上記４つの条件を満たしている場合に、ｃ軸及びａ軸の２軸に配向していると判断できる。例えば板面の略法線方向がｃ軸に配向している場合、略板面内方向がｃ軸と直交する特定方位（例えばａ軸）に配向していればよい。ＡｌＮ単結晶は、略法線方向と略板面内方向の２軸に配向していればよいが、略法線方向がｃ軸に配向していることが好ましい。略法線方向及び／又は略板面内方向の傾斜角度分布は小さい方がＡｌＮ単結晶のモザイク性が小さくなり、ゼロに近づくほど完全な単結晶に近くなる。このため、ＡｌＮ単結晶の結晶性の観点では、傾斜角度分布は略法線方向、略板面方向共に小さいほうが好ましく、例えば±５°以下が好ましく、±３°以下がさらに好ましい。
　ＡｌＮ単結晶は、その片面が、好ましくは２０ｃｍ２以上、より好ましくは７０ｃｍ２以上、さらに好ましくは１７０ｃｍ２以上の面積を有する。このようにＡｌＮ単結晶基板を大面積化することにより、その上に形成する半導体層の大面積化が可能となる。したがって、一枚の半導体層から半導体素子を多数個取りすることが可能となり、製造コストの低減が期待される。大きさの上限は特に限定されるものではないが、典型的には、片面７１０ｃｍ２以下である。
　製造方法
　本発明のＡｌＮ単結晶は、透過スペクトルにおいて特定の波長域で透過率が所定量低下するＡｌＮ単結晶となる限り様々な方法により製造することができる。種基板を用意しその上にエピタキシャル成膜させてもよいし、種基板を用いずに自発核形成によって直接ＡｌＮ単結晶を製造させてもよい。また、用いる種基板はホモエピタキシャル成長となるようにＡｌＮ基板を用いてもよいし、それ以外の基板を用いてヘテロエピタキシャル成長させてもよい。単結晶の成長には気相成膜法、液相成膜法及び固相成膜法のいずれの方法を用いてもよいが、好ましくは気相成膜法を用いてＡｌＮ単結晶を成膜し、その後に必要に応じ種基板部分を研削除去することによって、所望の透過スペクトル特性を持つＡｌＮ単結晶を得ることが可能である。気相成膜法の例としては、ＭＯＶＰＥ（ｍｅｔａｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　ｅｐｉｔａｘｙ）法、各種ＣＶＤ（化学気相成長）法（例えば熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等）、スパッタリング法、ハイドライド気相成長（Ｈｙｄｒｉｄｅ　ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシャル（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｂｅａｍ　ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法、昇華法、及びパルスレーザーデポジション（Ｐｕｌｓｅｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＬＤ）法等が挙げられ、好ましくは昇華法又はＨＶＰＥ法である。液相成膜法の例としては、溶液成長法（例えばフラックス法）等が挙げられる。また、種基板上に直接ＡｌＮ単結晶を成膜せずとも、配向前駆体層を形成する工程、熱処理により配向前駆体層をＡｌＮ単結晶層とする工程、及び種基板を研削除去する工程によりＡｌＮ単結晶を得ることも可能である。その時の配向前駆体層を成膜する製法としてＡＤ（エアロゾルデポジション）法、及びＨＰＰＤ（超音速プラズマ粒子堆積）法等が挙げられる。
　製造工程
　上述した固相成膜法、気相成膜法及び液相成膜法のいずれの手法も公知の条件を用いることができるが、例えば昇華法を用いてＡｌＮ単結晶を作製する手法について、以下に説明する。具体的には、（ａ）ＡｌＮ多結晶粉末の熱処理、（ｂ）ＡｌＮ単結晶層の成膜、並びに（ｃ）種基板の研削除去及びＡｌＮ単結晶層表面の研磨により作製される。
（ａ）ＡｌＮ多結晶粉末の熱処理
　この工程は、ＡｌＮ多結晶粉末を熱処理してＡｌＮ原料粉末を得る工程である。図１に示されるように、ＡｌＮ単結晶の原料としてＡｌＮ粉末１２を窒化ホウ素（ＢＮ）製のサヤ１０内に配置し、Ｎ２雰囲気で熱処理する。この時サヤ１０内にＡｌＮ粉末１２に直接接触しないように黒鉛粉末１４を投入したＢＮ製の坩堝１６も配置する。このＢＮ坩堝１６はサヤ１０内に収納可能な大きさである。黒鉛粉末の投入量はＡｌＮ粉末１００ｇに対し、０．０１５～０．１３０ｇが好ましく、より好ましくは０．０２０～０．１２０ｇである。黒鉛粉末の投入量が上記範囲内であると、例えば、透過スペクトルにおいて特定の波長域での透過率が所定量低下するＡｌＮ単結晶を得ることが可能である。サヤ１０の炉内圧力は０．１～１０気圧が好ましく、より好ましくは０．５～５気圧である。熱処理温度は２１５０℃～２３００℃が好ましく、より好ましくは２２００～２２５０℃である。
（ｂ）ＡｌＮ単結晶層の成膜
　この工程は、結晶成長装置内にて種基板上にＡｌＮ単結晶を成膜する工程である。昇華法で用いられる結晶成長装置の一例を図２に示す。図２に示される成膜装置２０は、坩堝２２と、坩堝２２を断熱するための断熱材２４と、坩堝２２を高温に加熱するコイル２６とを備えている。坩堝２２は、その下部にＡｌＮ原料粉末２８を含み、上部にＡｌＮ原料粉末２８の昇華物を析出させる種基板３０を備える。坩堝２２内をＮ２雰囲気下で加圧し、コイル２６で坩堝２２を加熱してＡｌＮ原料粉末２８を昇華させる。圧力は１０～１００ｋＰａが好ましく、より好ましくは２０～９０ｋＰａである。このとき、坩堝２２の下部におけるＡｌＮ原料粉末２８付近の温度よりも、坩堝２２の上部における種基板３０付近の温度が低くなるように温度勾配をつける。例えば、坩堝２２のＡｌＮ原料粉末２８付近の部分を１９００～２２５０℃に加熱するのが好ましく、より好ましくは２０００～２２００℃であり、坩堝２２の種基板３０付近の部分を１４００～２１５０℃に加熱するのが好ましく、より好ましくは１５００～２０５０℃である。このとき、ＡｌＮ原料粉末２８付近の部分に対して種基板３０付近の部分の温度を１００～５００℃低くするのが好ましく、より好ましくは２００～４００℃である。上記加熱は２～１００時間保持するのが好ましく、より好ましくは４～９０時間である。温度管理は、坩堝２２を覆った断熱材２４の穴を介して、放射温度計（図示せず）で坩堝２２の上下部の温度を測定し、温度調節にフィードバックすることにより行うことができる。こうして、種基板３０としてＳｉＣ単結晶を配置し、その表面上にＡｌＮを再析出させＡｌＮ単結晶層３２を形成することができる。
（ｃ）種基板の研削除去及びＡｌＮ単結晶層表面の研磨
　この工程は、種基板を研削除去しＡｌＮ単結晶層を露出させる研削工程、及びＡｌＮ単結晶表面の不規則性や欠陥を除去する研磨工程を含む。ＳｉＣ基板を種基板として用いて上記（ａ）及び（ｂ）の工程を経て作製したＡｌＮ単結晶層には、ＳｉＣ単結晶が残留するため、研削加工を施して配向層の表面を露出させる。また、成膜後のＡｌＮ単結晶層表面を鏡面加工するため、ダイヤモンド砥粒を用いたラップ加工により板面を平滑化した後に、コロイダルシリカ等を用いた化学機械的研磨（ＣＭＰ）等により研磨する。こうして、ＡｌＮ単結晶を作製することができる。
　昇華法以外の方法として、ＨＶＰＥ法を用いてＡｌＮ単結晶を作製する手法について、以下に説明する。具体例として、（ｄ）種基板上へのＡｌＮ単結晶層の成膜、（ｅ）種基板の研削除去、（ｆ）ＡｌＮ単結晶層の熱処理、及び（ｇ）ＡｌＮ単結晶層表面の研磨にて作製される。
（ｄ）種基板上へのＡｌＮ単結晶層の成膜
　この工程は、種基板上にＡｌＮ単結晶層を成膜する工程である。図３にＨＶＰＥ法を用いた気相成長装置を示す。ＨＶＰＥ法を用いた気相成長装置は、反応炉４０と、成膜用下地基板４２を載置するサセプタ４４と、キャリアガス供給源４６と、Ａｌ原料供給源４８とＡｌ原料供給源４８内に配置された金属Ａｌ粉末原料５０と、ヒーター５２と、ガス排出部５４を備えている。成膜用下地基板４２としてＳｉＣ基板を用いるのが好ましい。サセプタ４４上に基板４２を配置し、加熱したＡｌ原料供給源４８にＨＣｌガスを供給することで得るＡｌＣｌ３ガスと、キャリアガス供給源４６からのＮＨ３ガスとを、混合して成膜用下地基板４２に供給する。このとき、Ａｌ原料供給源４８の加熱温度は５００～７００℃が好ましく、より好ましくは５５０～６５０℃である。また、ＡｌＣｌ３ガスとＮＨ３ガスとの流量比は１：１～１：５００が好ましく、より好ましくは１：１０～１：２００である。反応炉４０内の圧力は１～１００Ｔｏｒｒが好ましく、より好ましくは１０～３０Ｔｏｒｒである。成長温度は１１００～１４００℃が好ましく、より好ましくは１１５０～１２５０℃である。
（ｅ）種基板の研削除去
　この工程は、種基板を研削除去しＡｌＮ単結晶層を露出させる研削工程である。ＳｉＣ基板を種基板として用いて上記（ｄ）の工程を経て作製したＡｌＮ単結晶層には、ＳｉＣ単結晶が残留するため、研削加工を施して配向層の表面を露出させる。
（ｆ）ＡｌＮ単結晶層の熱処理
　ＡｌＮ単結晶を、黒鉛粉末とともにＢＮ製のサヤ内に配置しＮ２雰囲気で熱処理する。この時、炉内圧力は０．１～１０気圧が好ましく、より好ましくは０．５～５気圧である。熱処理温度は２１５０℃～２３００℃が好ましく、より好ましくは２２００～２２５０℃である。
（ｇ）ＡｌＮ単結晶層表面の研磨
　この工程は、ＡｌＮ単結晶層表面を鏡面加工する研磨工程である。熱処理後のＡｌＮ単結晶層表面を鏡面加工するために、ダイヤモンド砥粒を用いたラップ加工により板面を平滑化した後に、コロイダルシリカ等を用いた化学機械的研磨（ＣＭＰ）等により研磨する。こうして、ＡｌＮ単結晶基板を作製することができる。
　本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。
　例１
（１）ＡｌＮ単結晶の作製
（１ａ）ＡｌＮ多結晶粉末の熱処理
　図１に示されるように、ＢＮサヤ１０内にて、ＡｌＮ単結晶の原料として用いる市販のＡｌＮ粉末１２（トクヤマＡｌＮ粉末、Ｆグレード）を配置し、ＡｌＮ粉末１２に直接触れないように市販の黒鉛粉末１４（ＳＥＣカーボン製黒鉛粉末、ＳＧＰグレード）を投入したＢＮ坩堝１６を配置した。このＢＮ坩堝１６はサヤ１０内に収納可能な大きさである。このＢＮサヤ１０を黒鉛ヒーター炉内にて、Ｎ２雰囲気中で０．１～１０気圧で２２００℃で熱処理した。この時、黒鉛粉末はＡｌＮ粉末１００ｇに対し０．０５２ｇの割合で投入した。こうして、ＡｌＮ多結晶粉末を熱処理してＡｌＮ原料粉末を作製した。
（１ｂ）ＡｌＮ単結晶層の成膜
　図２に示されるように、結晶成長容器として坩堝２２を用い、この坩堝内にて、基材（種基板）３０としてＳｉＣ基板を設置し、これと接触しないように上記（１ａ）で作製したＡｌＮ原料粉末２８を入れた。坩堝２２をＮ２雰囲気下で５０ｋＰａで加圧し、高周波誘導加熱により坩堝２２内のＡｌＮ原料粉末２８付近の部分を２１００℃に加熱する一方で坩堝２２内のＳｉＣ基板３０付近の部分をそれよりも低い温度（温度差が２００℃）に加熱して保持することにより、ＳｉＣ基板３０上にＡｌＮ単結晶層３２を再析出させた。保持時間は１０時間とした。
（１ｃ）ＳｉＣ基板の研削除去及びＡｌＮ単結晶層表面の研磨
　上記（１ｂ）で得られた、ＡｌＮが再析出したＳｉＣ基板をＡｌＮ単結晶が露出するまで、＃２０００までの番手の砥石を用いて研削した後、ダイヤモンド砥粒を用いたラップ加工により、板面をさらに平滑化した。その後、板面に対してコロイダルシリカを用いた化学機械的研磨（ＣＭＰ）により鏡面仕上げを施した。こうして、ＡｌＮ単結晶を作製した。
（２）ＡｌＮ単結晶の評価
（２ａ）ＥＢＳＤ測定
　ＡｌＮ単結晶の表面及び裏面でＥＢＳＤ測定を実施したところ、ＡｌＮ結晶がｃ軸方向及びａ軸方向の両方に配向していることが分かった。
（２ｂ）透過スペクトル
　ＡｌＮ単結晶について２００～８００ｎｍの波長域を含む全光線透過率Ｔａを分光光度計（日立ハイテクサイエンス製、ＵＨ４１５０）を用いて測定した。Ｔａの測定値及びＡｌＮ単結晶の理論透過率Ｔｔを用いてＡｌＮ単結晶の吸収係数αを求めた後に、ＡｌＮ単結晶の厚さを１００μｍに換算した場合の透過率Ｔ１００μｍを計算した。α及びＴ１００μｍは下記式：
　α＝－１／ｔ×ｌｎ（Ｔａ／Ｔｔ）、及び
　Ｔ１００μｍ＝ｅｘｐ（－α／１００）
（式中、ｔはＡｌＮ単結晶サンプルの実際の厚さ（ｃｍ）を表す）
により求めた。こうして、厚さを１００μｍに換算した場合の透過率Ｔ１００μｍに基づく透過スペクトルを得た。得られた透過スペクトルに基づき、６４０～６６０ｎｍにおける透過率（％）の平均値の５４０～５６０ｎｍにおける透過率（％）の平均値に対する差（％ｐｔ）（以下、Δ（Ｔａｖ６４０－６６０－Ｔａｖ５４０－５６０）と称する）、及び６４０～６６０ｎｍにおける透過率（％）の平均値の７８０～８００ｎｍにおける透過率（％）の平均値に対する差（％ｐｔ）（以下、Δ（Ｔａｖ６４０－６６０－Ｔａｖ５４０－５６０）と称する）を算出した。また、５４０～８００ｎｍの波長範囲内において、吸収ピークの半値幅（ｎｍ）を求めた。この半値幅は、（ｉ）５４０～５６０ｎｍにおける透過率（％）の平均値と７８０～８００ｎｍにおける透過率（％）の平均値のうち小さい方の値をＴ１と決定し、かつ、６４０～６６０ｎｍにおける透過率（％）の平均値をＴ２と決定した上で、（ｉｉ）式：Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）／２から算出される透過率よりも低い透過率を与える波長範囲の幅を透過スペクトルから読み取ることにより決定した。結果を表１に示す。
（２ｃ）チッピングの確認
　上記（１ｃ）にて研削及び研磨した後のＡｌＮ単結晶の表面を光学顕微鏡にて観察し、最大の長さが５０μｍ以上の欠け及びクラックをチッピングとみなして、そのチッピングの有無を確認した。上記（１）と同様の方法で合計１０個のＡｌＮ単結晶を作製し、そのうち何個のＡｌＮ単結晶にチッピングが発生するかを確認し、以下に示す評価基準にて格付け評価を行った。結果を表１に示す。
＜評価基準＞
‐評価Ａ：チッピングが無かったＡｌＮ単結晶基板が９～１０個
‐評価Ｂ：チッピングが無かったＡｌＮ単結晶基板が６～８個
‐評価Ｃ：チッピングが無かったＡｌＮ単結晶基板が３～５個
‐評価Ｄ：全てのＡｌＮ単結晶基板にチッピングが見られた
　例２～６
　上記（１ａ）において、ＡｌＮ多結晶粉末の熱処理時の黒鉛粉末投入量を表１に示される量としたこと以外は、例１と同様にＡｌＮ単結晶を作製し、評価した。また、ＡｌＮ単結晶の表面及び裏面でＥＢＳＤ測定を実施したところ、ＡｌＮ結晶がｃ軸方向及びａ軸方向の両方に配向していることが分かった。結果を表１に示す。
　例７及び８（比較）
　上記（１ａ）において、ＡｌＮ多結晶粉末の熱処理時の黒鉛粉末投入量を表１に示される量としたこと以外は、例１と同様にＡｌＮ単結晶を作製し、評価した。また、ＡｌＮ単結晶の表面及び裏面でＥＢＳＤ測定を実施したところ、ＡｌＮ結晶がｃ軸方向及びａ軸方向の両方に配向していることが分かった。結果を表１に示す。
　例９（比較）
　上記（１ａ）の工程を経ずに、市販のＡｌＮ粉末（トクヤマＡｌＮ粉末、Ｆグレード）をＡｌＮ原料粉末として用いたこと以外は、例１と同様にＡｌＮ単結晶を作製し、評価した。また、ＡｌＮ単結晶の表面及び裏面でＥＢＳＤ測定を実施したところ、ＡｌＮ結晶がｃ軸方向及びａ軸方向の両方に配向していることが分かった。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

Claims (6)

  1. 　ＡｌＮ単結晶であって、前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が、５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値及び７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値の各々よりも低く、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値よりも５～２０パーセントポイント（％ｐｔ）低い、ＡｌＮ単結晶。
  2. 　前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、５４０～８００ｎｍの波長範囲内に半値幅が５０～１５０ｎｍとなる吸収ピークを有し、
    　前記半値幅は、（ｉ）５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値と７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値のうち小さい方の値をＴ１とし、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値をＴ２としたとき、（ｉｉ）Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）／２から算出される透過率よりも低い透過率を与える波長範囲の幅として定義される、請求項１に記載のＡｌＮ単結晶。
  3. 　前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値よりも１～１０％ｐｔ低い、請求項１又は２に記載のＡｌＮ単結晶。
  4. 　前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が７８０～８００ｎｍにおける透過率の平均値よりも６～１８％ｐｔ低い、請求項１又は２に記載のＡｌＮ単結晶。
  5. 　前記半値幅が７０～１２０ｎｍである、請求項２に記載のＡｌＮ単結晶。
  6. 　前記ＡｌＮ単結晶の透過スペクトルにおいて、６４０～６６０ｎｍにおける透過率の平均値が５４０～５６０ｎｍにおける透過率の平均値よりも３～８％ｐｔ低い、請求項３に記載のＡｌＮ単結晶。
PCT/JP2022/035367 2021-10-22 2022-09-22 ＡｌＮ単結晶 WO2023067983A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023555066A JPWO2023067983A1 (ja) 2021-10-22 2022-09-22

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021173489 2021-10-22
JP2021-173489 2021-10-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023067983A1 true WO2023067983A1 (ja) 2023-04-27

Family

ID=86059055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/035367 WO2023067983A1 (ja) 2021-10-22 2022-09-22 ＡｌＮ単結晶

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2023067983A1 (ja)
WO (1) WO2023067983A1 (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007277074A (ja) * 2006-01-10 2007-10-25 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム単結晶の製造方法及び窒化アルミニウム単結晶

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007277074A (ja) * 2006-01-10 2007-10-25 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム単結晶の製造方法及び窒化アルミニウム単結晶

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Grants-in-Aid for Scientific Research Report on the Research Achievements", 4 June 2015, TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND TECHNOLOGY, JP, article KUMAGAI, YOSHINAO: "Creation of Practical Bulk Aluminum Nitride Crystals by Elucidation of Deep UV Light Transmittance Mechanism", pages: 1 - 6, XP009546788 *
YUNG-HSIN LIN ; JIN-CHERNG HSU ; YI DING ; PAUL W. WANG: "Optical properties of high transmittance aluminum oxynitride thin films for spectral range from near ultraviolet to visible", OPTICAL REVIEW, SPRINGER, BERLIN, DE, vol. 16, no. 3, 9 June 2009 (2009-06-09), Berlin, DE , pages 400 - 403, XP019661858, ISSN: 1349-9432 *

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2023067983A1 (ja) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100883472B1 (ko) 단결정 실리콘 카바이드 잉곳, 단결정 실리콘 카바이드웨이퍼 및 이들을 제조하는 방법
JP5304713B2 (ja) 炭化珪素単結晶基板、炭化珪素エピタキシャルウェハ、及び薄膜エピタキシャルウェハ
KR101749781B1 (ko) 단결정 기판, 이를 이용하여 얻어지는 ⅲ족 질화물 결정 및 ⅲ족 질화물 결정의 제조방법
WO2006013957A1 (ja) Ｇａ含有窒化物半導体単結晶、その製造方法、並びに該結晶を用いた基板およびデバイス
JP7461851B2 (ja) 半導体膜
JP5569112B2 (ja) 炭化珪素単結晶ウェハの製造方法及びこの方法で得られた炭化珪素単結晶ウェハ
EP2896725A1 (en) Aluminum nitride substrate and group-iii nitride laminate
US20170137962A1 (en) Fabrication Method for Growing Single Crystal of Multi-Type Compound
EP3816328A1 (en) Method for preparing a sic ingot, method for preparing a sic wafer, and a device for preparing a sic ingot
JP2006298744A (ja) Ｇａ含有窒化物半導体単結晶、その製造方法、並びに該結晶を用いた基板およびデバイス
EP3940122B1 (en) Method of manufacturing sic wafer
JP7410009B2 (ja) 半導体膜
JP2010222232A (ja) 単結晶体、単結晶基板、ならびに単結晶体の製造方法および製造装置
WO2023067983A1 (ja) ＡｌＮ単結晶
JP2014181178A (ja) 低炭素ｉｉｉ族窒化物結晶
JP5135545B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴット育成用種結晶及びその製造方法
JP2005343722A (ja) ＡｌＮ結晶の成長方法、ＡｌＮ結晶基板および半導体デバイス
JP2005314167A (ja) 炭化珪素単結晶成長用種結晶とその製造方法及びそれを用いた結晶成長方法
JP3758755B2 (ja) 熱分解窒化ホウ素容器およびその製造方法
WO2023181258A1 (ja) ＡｌＮ単結晶基板及びデバイス
KR20230035353A (ko) 질화된 계면 층을 갖는 반도체 기판
WO2023187882A1 (ja) ＡｌＮ単結晶基板
WO2023181259A1 (ja) ＡｌＮ単結晶基板及びデバイス
Li et al. A new buffer layer for MOCVD growth of GaN on sapphire
KR102262864B1 (ko) 웨이퍼의 제조방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조방법, 이에 따라 제조된 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22883293

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023555066

Country of ref document: JP