WO2023181586A1 - 窒化アルミニウム単結晶基板、及び窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム単結晶基板、及び窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】窒化アルミニウム単結晶層の端部又は外縁部に発生する凸状に成長したクラウンと呼ばれる多結晶を抑制することができるベース基板、及びかかるベース基板を用いて該ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させることを含む窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法を提供する。 【解決手段】窒化アルミニウム単結晶層を成長させる主面を有する窒化アルミニウム単結晶基板であって、主面は、該ベース基板の中心側から外周側に延在する平坦面と、該平坦面の端部において平坦面と接続し、該平坦面に対して該平坦面の反対側に位置する裏面の方向に傾斜する傾斜面と、を備え、平坦面の面方向に対する傾斜面の傾斜角は、１０°以上５０°以下である、窒化アルミニウム単結晶基板。
Description
本発明は、窒化アルミニウム単結晶基板、特に、窒化アルミニウム単結晶層を成長させるベース基板として用いられる窒化アルミニウム単結晶基板、および、その製造方法に関する。
従来、ベース基板上の表面上に窒化アルミニウム単結晶（以下、「ＡｌＮ単結晶」ともいう。）層を成長させてＡｌＮ単結晶基板を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、ＡｌＮ単結晶からなるベース基板の主面上にＡｌＮ単結晶層を成長した後、該ベース基板とＡｌＮ単結晶層とを分離して、ＡｌＮ単結晶基板を製造する方法が開示されている。このＡｌＮ単結晶基板の製造方法は、前記ベース基板と該ベース基板の主面上に成長された前記ＡｌＮ単結晶層とを有する積層体を得る成長工程、前記積層体の前記ＡｌＮ単結晶層部分を切断することにより、前記積層体をＡｌＮ単結晶層の少なくとも一部の薄膜が積層したベース基板とそれ以外のＡｌＮ単結晶層部分とに分離する分離工程、該薄膜が積層したベース基板の薄膜の表面を研磨する再生研磨工程、及び該再生研磨工程で得られたＡｌＮ単結晶からなる再生ベース基板を、その研磨した表面上にＡｌＮ単結晶を成長させるベース基板として使用する循環工程を含むことを特徴とする。
ところで、ベース基板上の表面上にＡｌＮ単結晶層を成長させる時、ＡｌＮ単結晶層の端部又は外縁部に凸状に成長したクラウンとよばれる多結晶が形成される場合があることが知られている。このクラウンは、成長させる単結晶層の膜厚が大きくなるほど顕著となる。クラウンとその付近の領域は、他の領域と比較して、結晶品質が悪く、半導体素子製造用基板として使用することに適さない。ベース基板の表面を研磨しエピレディの状態に仕上げる場合、このクラウンを除去する必要があり、これによりベース基板の直径を小さくしてしまうという問題がある。
特に、特許文献１に記載されているＡｌＮ単結晶のベース基板を繰り返し使用する方法によれば、ベース基板の表面上にＡｌＮ単結晶層を成長させるときにクラウンが発生してしまう場合、繰り返し使用するための再生ベース基板を作製する際に前記の循環工程を繰り返すたびにクラウンを除去する必要が生じることから、前記の問題が特に顕著となる。
これに対して、特許文献１には、ＡｌＮ単結晶層の外周に発生した多結晶を除去する目的として外周研削工程を導入する方法が開示されている。しかしながら、ベース基板を繰り返し使用する度に当該方法を適用し続けると、再生ベース基板の厚さが薄くなったり直径が小さくなってしまう虞がある。
かかる状況を鑑み、従来、クラウンの発生を抑制する方法が提案されてきた。例えば、引用文献２では、表面がＣＭＰされた直径２５ｍｍの円形のベース基板や７ｍｍ四方である正方形形状のベース基板を準備し、該ベース基板におけるＩＩＩ族窒化物単結晶層を成長させる面が（０００１）面であり、前記のＩＩＩ族窒化物単結晶層を成長させる面の外縁部上に到達するＩＩＩ族源ガスと窒素源ガスにおけるＩＩＩ族原子量に対する窒素原子量の比（窒素原子量／ＩＩＩ族原子量）の経時平均値を０．５～３．０に制御することによりクラウンの発生を抑制する方法が提案されている。
また、引用文献３では、（０００－１）面を所定の方向に傾斜させた面である表面と、傾斜面を有する側面とを備えるＧａＮからなるベース基板の表面及び側面上にＧａＮ単結晶からなる半導体を成長させる成長工程を有し、この成長させたＧａＮ単結晶からなる半導体の上面の面積が、ベース基板の表面の面積よりも大きくなるようにＧａＮ単結晶からなる半導体を成長させる方法が提案されている。
Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔｕｓ Ｓｏｌｉｄｉ Ｃ ６, Ｎｏ.Ｓ２（２００９）
しかしながら、特許文献２に記載の方法によれば、ベース基板が大きくなればＩＩＩ族原子量に対する窒素原子量の比を制御する範囲が増大し、該比の制御が困難になる虞があることから、当該方法は、必ずしも直径２５ｍｍよりも大きなベース基板に適している方法とはいえない。また、当該方法を直径２５ｍｍよりも大きな基板に適用する際の対策として成長装置を大型化する方法もあるが、その場合、温度勾配も大きくなり、緻密な制御が要求される。加えて、原料を増加し生産性を向上させる場合、より高度な制御が要求される。
また、引用文献２に記載の方法によれば、ベース基板の径が比較的小さいことから、ベース基板の寸法よりも大きな径を有するサセプタを用いており、これによりベース基板をサセプタの中心から所定の距離を離した位置に設置する（すなわち、オフセットする）ことによって原料の濃度比の調整を図っている。しかしながら、成長の対象とする窒化アルミニウム単結晶層の径が大きくなりサセプタとベース基板との間に一定の余裕が得られない場合、オフセットした場合とは異なる原料消費のため、原料比のばらつきが生じやすい。
かかる点において、特許文献２に記載の方法は、特に大口径化された窒化アルミニウム単結晶基板に適用する際にクラウンの発生を抑制する点において改善の余地がある。
また、特許文献３に記載の方法によれば、ベース基板の結晶成長面を（０００－１）面として用いているため、かかる方法を窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板に適用すると即座に極性反転して（０００１）面が成長する虞がある（非特許文献１参照）。上記の極性反転領域は、転位密度が高いため、ベース基板の端部において露出した極性反転領域を起点として却って多結晶を発生させてしまう可能性がある。
また、上述した特許文献３には、成長時のガスの流れの乱れを抑制するという観点から、ベース基板の縁部に傾斜面を有する構成が開示されている。しかしながら、特許文献３に記載の傾斜面は、結晶面か否かは不明であり、また、該傾斜面の角度や高さは、記載されておらず、どのような形状の斜面が適しているかについて明記はされていない。
以上を鑑み、本発明の目的は、窒化アルミニウム単結晶層の端部又は外縁部に発生する凸状に成長したクラウンと呼ばれる多結晶を抑制することができるベース基板、及びかかるベース基板を用いて該ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させることを含む窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、窒化アルミニウム単結晶層の端部又は外縁部にクラウンが発生するベース基板に着目し、上記のクラウンの発生を抑制する方法について、鋭意検討を行った。その結果、ベース基板の外縁部の形状が上記のクラウンの発生を抑制することを見出し、以下の本発明を完成するに至った。
［１］ 窒化アルミニウム単結晶層を成長させる主面を有する窒化アルミニウム単結晶基板であって、
前記主面は、該ベース基板の中心側から外周側に延在する平坦面と、該平坦面の端部において前記平坦面と接続し、該平坦面に対して該平坦面の反対側に位置する裏面の方向に傾斜する傾斜面と、を備え、
前記平坦面の面方向に対する前記傾斜面の傾斜角は、１０°以上５０°以下である、
窒化アルミニウム単結晶基板。
前記主面は、該ベース基板の中心側から外周側に延在する平坦面と、該平坦面の端部において前記平坦面と接続し、該平坦面に対して該平坦面の反対側に位置する裏面の方向に傾斜する傾斜面と、を備え、
前記平坦面の面方向に対する前記傾斜面の傾斜角は、１０°以上５０°以下である、
窒化アルミニウム単結晶基板。
［２］ 前記傾斜面の高さは、１０μｍ以上２５０μｍ以下である、［１］に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。
［３］ 前記窒化アルミニウム単結晶基板の径方向における前記傾斜面の幅は、５０μｍ以上３５０μｍ以下である、［１］又は［２］に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。
［３］ 前記窒化アルミニウム単結晶基板の径方向における前記傾斜面の幅は、５０μｍ以上３５０μｍ以下である、［１］又は［２］に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。
［４］ 前記平坦面は、アルミニウム極性面であり、前記裏面は、窒素極性面である、［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。
［５］ 前記傾斜角は、２５°以上４５°以下である、［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の窒化アルミウム単結晶基板。
［５］ 前記傾斜角は、２５°以上４５°以下である、［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の窒化アルミウム単結晶基板。
［６］ 前記傾斜角は、さらに４０°以下である、［５］に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。
［７］ ［１］乃至［６］のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム単結晶基板をベース基板とし、該ベース基板上にアルミニウム源ガスと窒素源ガスとを供給して反応させることにより前記ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を気相成長させる成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
［７］ ［１］乃至［６］のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム単結晶基板をベース基板とし、該ベース基板上にアルミニウム源ガスと窒素源ガスとを供給して反応させることにより前記ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を気相成長させる成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
本発明によれば、窒化アルミニウム単結晶層の端部又は外縁部に、凸状に成長したクラウンと呼ばれる多結晶が発生することを抑制することができる。それにより、ベース基板の表面を研磨しエピレディの状態に仕上げる場合や、ベース基板を繰り返し使用する場合であっても、他の領域と比較して、結晶品質が悪くなることを抑制して窒化アルミニウム単結晶層を製造することが可能となる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、図面は、必ずしも正確な寸法を反映したものではない。また、本明細書においては特に断らない限り、数値Ａ及びＢについて「Ａ～Ｂ」という表記は「Ａ以上Ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｂのみに単位を付した場合には、該当単位が数値Ａにも適用されるものとする。また「又は」及び「若しくは」の語は、特に断りのない限り論理和を意味するものとする。
［ベース基板］
図１は、本発明の一実施形態に係るベース基板の縦断面を模式的に示す図であり、特にベース基板の中心軸Ｏを含む断面を模式的に示す図である。このベース基板は、本発明に係る「窒化アルミニウム単結晶基板」の一例である。本実施の形態に係るベース基板１は、その上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させるテンプレートとなる種基板として機能するものである。
図１は、本発明の一実施形態に係るベース基板の縦断面を模式的に示す図であり、特にベース基板の中心軸Ｏを含む断面を模式的に示す図である。このベース基板は、本発明に係る「窒化アルミニウム単結晶基板」の一例である。本実施の形態に係るベース基板１は、その上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させるテンプレートとなる種基板として機能するものである。
なお、本発明の「窒化アルミニウム単結晶基板」は、窒化アルミニウム単結晶層を成長させるために用いることができる基板であればよく、ベース基板１に限定されるものではない。本発明の「窒化アルミニウム単結晶基板」は、ベース基板１に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた積層体の表面をエピレディ状態に研磨したものや、前記の積層体からベース基板１を分離した基板（所謂、「窒化アルミニウム単結晶自立基板」ともいう。）を含む。
〔ベース基板の外形〕
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るベース基板１は、窒化アルミニウム単結晶層（窒化アルミニウム単結晶からなる薄膜を積層させて形成した結晶層をいう。）が成長する主面１０と、この主面１０の反対側に位置する裏面７１と、を備える。本実施の形態では、ベース基板１は、図１の上下方向から見た形状が略円板状の形状を有している。
円板状のベース基板の場合、その直径は、特定の長さに限定されるものではないが、３２ｍｍ～２１１ｍｍであることが好ましい。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るベース基板１は、窒化アルミニウム単結晶層（窒化アルミニウム単結晶からなる薄膜を積層させて形成した結晶層をいう。）が成長する主面１０と、この主面１０の反対側に位置する裏面７１と、を備える。本実施の形態では、ベース基板１は、図１の上下方向から見た形状が略円板状の形状を有している。
円板状のベース基板の場合、その直径は、特定の長さに限定されるものではないが、３２ｍｍ～２１１ｍｍであることが好ましい。
主面１０は、窒化アルミニウム結晶層を成長できる面であれば特に面方位が限定されるものではないが、窒化アルミニウム単結晶層の品質を向上させるためには、ベース基板１の主面１０は、（０００１）面（＋ｃ面、アルミニウム極性面）、（１０－１０）面（ｍ面、非極性面）、又は（１１－２０）面（ａ面、非極性面）であることが好ましい。本願発明の好ましい形態では、主面１０は、（０００１）面（＋ｃ面、アルミニウム極性面）であり、裏面７１は、（０００－１）面（－ｃ面、窒素極性面）である。
また、主面１０は、略平坦な形状を有し、ベース基板１の中心側から外周側に延在する平坦面１１と、この平坦面１１の端部３１において該平坦面１１と接続し、該平坦面１１に対して裏面７１の方向に傾斜する傾斜面１２と、を有している。
すなわち、本実施の形態に係るベース基板１は、主面１０としてのアルミニウム極性面と、このアルミニウム極性面の端部において該アルミニウム極性面と接続し、該アルミニウム極性面に対して該アルミニウム極性面の反対側に位置する裏面７１の方向に傾斜する傾斜面１２と、を備える。
〔傾斜面１２〕
傾斜面１２は、平坦面１１と接続し、裏面７１の方向に傾斜する面である。傾斜面１２は、平坦な面であってもよく、曲面であってもよく、曲面の場合は、凸状でも凹状でもよい。また、傾斜面１２は、複数の面から構成されているものであってもよい。
傾斜面１２は、平坦面１１と接続し、裏面７１の方向に傾斜する面である。傾斜面１２は、平坦な面であってもよく、曲面であってもよく、曲面の場合は、凸状でも凹状でもよい。また、傾斜面１２は、複数の面から構成されているものであってもよい。
図１に示した形態では、傾斜面１２は、平坦面１１と接続する第１傾斜面１３と、この第１傾斜面１３の端部（第１傾斜面１３の両端部のうち、ベース基板１の径方向における外周側に位置する端部をいう。以下、傾斜面に係る「端部」についての同様の説明は、省略する場合がある。）３２において該第１傾斜面１３と接続する第２傾斜面１４と、を備えた、２つの面から構成されている。本発明において、本発明の窒化アルミニウム単結晶基板が複数の傾斜面を有している場合、本発明の「傾斜面」とは、平坦面１１と接続している傾斜面を意味する。図１の形態では、平坦面１１と接続している第１傾斜面１３を意味する。
図１に示した形態では、第１傾斜面１３は、図１に示す断面視において緩やかに凸状に湾曲する曲面の形状を有している。第１傾斜面１３の表面は、後述する研磨加工により発生し得るダメージ層が非常に小さく、鏡面に近い状態であることが好ましい。また、図１に示した形態の第１傾斜面１３は、平坦面１１の面方向（第１仮想平面５１参照。）に対して傾斜角６１を有している。
図１に示した形態において、第２傾斜面１４は、略平坦な形状を有する平面である。平坦面１１の面方向に対する第２傾斜面１４の傾斜角（不図示）は、第１傾斜面１３の傾斜角６１よりも大きい。
（傾斜角６１）
傾斜角６１は、１０°以上５０°以下である。傾斜角６１を１０°以上５０°以下とすることによって、ベース基板１上に成長させた窒化アルミニウム単結晶層の重量に対する多結晶の重量の比（以下、単に「多結晶重量比」ともいう。）を、従来技術で達成可能な水準（２０％程度）と比較して、約１／３程度まで抑制することができる。前記の角度の範囲にすることで、傾斜面が鏡面に近い状態を形成しやすくなるので、クラウンの発生を抑制することができると推定される。
傾斜角６１は、１０°以上５０°以下である。傾斜角６１を１０°以上５０°以下とすることによって、ベース基板１上に成長させた窒化アルミニウム単結晶層の重量に対する多結晶の重量の比（以下、単に「多結晶重量比」ともいう。）を、従来技術で達成可能な水準（２０％程度）と比較して、約１／３程度まで抑制することができる。前記の角度の範囲にすることで、傾斜面が鏡面に近い状態を形成しやすくなるので、クラウンの発生を抑制することができると推定される。
好ましくは、傾斜角６１は、１０°以上４５°以下である。傾斜角６１を１０°以上４５°以下とすることによって、多結晶重量比を５％以下まで抑制することができる。
また、より好ましくは、傾斜角６１は、２５°以上４５°以下であり、さらに好ましくは、２５°以上４０°以下であり、さらにより好ましくは、３０°以上４０°以下である。傾斜角６１を２５°以上４５°以下とすることによって、多結晶重量比をさらに抑制することができ、具体的には、２％以下に抑制することができる。また、傾斜角６１を２５°以上４０°以下にすることによって、多結晶重量比を１％以下に抑制することができる。さらに、傾斜角６１を３０°以上４０°以下にすることによって、多結晶重量比を０．５％以下に抑制することができる。また、傾斜角６１を２５°以上４０°以下（とりわけ、３０°以上４０°以下）にすれば、後述する第１傾斜面１３の幅１５を広くしたとしても多結晶量比を小さく抑えることができる。すなわち、傾斜角６１を２５°以上４０°以下（とりわけ、３０°以上４０°以下）にすることにより、幅１５に係る設計の自由度を高めることができる。
（高さ２１）
第１傾斜面１３の高さ２１は、ダメージ層を除去するために、取り代が多いことが好ましいため、１０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。また、第１傾斜面１３の高さ２１は、２５０μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましく、１７０μｍ以下であることがさらに好ましい。すなわち、第１傾斜面１３の高さ２１は、１０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以上１７０μｍ以下であることがさらに好ましい。
第１傾斜面１３の高さ２１は、ダメージ層を除去するために、取り代が多いことが好ましいため、１０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。また、第１傾斜面１３の高さ２１は、２５０μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましく、１７０μｍ以下であることがさらに好ましい。すなわち、第１傾斜面１３の高さ２１は、１０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以上１７０μｍ以下であることがさらに好ましい。
図１示す形態において、第１傾斜面１３の高さ２１は、図１に示す断面（すなわち、平坦面１１に直交しベース基板１の中心軸Ｏを含む断面）視における、平坦面１１を含む第１仮想平面５１と第１傾斜面１３の端部３２との距離をいい、換言すれば、第１傾斜面１３の端部３２から前記の第１仮想平面５１に下した法線の長さをいう。
（幅１５）
第１傾斜面１３の幅１５は、ダメージ層を除去するために、取り代が多いことが好ましいため、５０μｍ以上３５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以上２５０μｍ以下であることがさらに好ましく、１００μｍ以上１８０μｍ以下であることがさらにより好ましい。
第１傾斜面１３の幅１５は、ダメージ層を除去するために、取り代が多いことが好ましいため、５０μｍ以上３５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以上２５０μｍ以下であることがさらに好ましく、１００μｍ以上１８０μｍ以下であることがさらにより好ましい。
ここで、「第１傾斜面１３の幅１５」とは、図１に示す形態において、ベース基板１の平面視（図１の上方向から見た場合）における平坦面１１の端部３１から第１傾斜面１３の端部３２までの距離をいい、言い換えれば、ベース基板１の径方向における、平坦面１１の端部３１から第１傾斜面１３の端部３２までの距離をいう（以下、同様の説明は、省略する場合がある。）。
（傾斜面の数）
図１に示すベース基板１として、第１傾斜面１３及び第２傾斜面１４の２つの傾斜面を有する形態を一例として示したが、傾斜面１２を構成する面の数は、必ずしも２つに限られるものではない。すなわち、ベース基板１は、１つの傾斜面を有するものでもよく、３つ以上の傾斜面を有するものでもよい。
図１に示すベース基板１として、第１傾斜面１３及び第２傾斜面１４の２つの傾斜面を有する形態を一例として示したが、傾斜面１２を構成する面の数は、必ずしも２つに限られるものではない。すなわち、ベース基板１は、１つの傾斜面を有するものでもよく、３つ以上の傾斜面を有するものでもよい。
傾斜面が１つである構成の場合、当該１つの傾斜面に係る傾斜角が上記の範囲を満足すればよく、該１つの傾斜面の幅及び高さがそれぞれ上記の範囲を満足することが好ましい。また、傾斜面が３つ以上である構成の場合、少なくとも平坦面１１に最も近い傾斜面（すなわち、第１傾斜面１３）に係る傾斜角が上記の範囲を満足すればよく、該少なくとも平坦面１１に最も近い傾斜面の幅及び高さが上記の範囲をそれぞれ上記の範囲を満足することが好ましい。
〔その他の条件〕
ベース基板１の主面１０の面積は、特定の範囲に限定されるものではないが、８００ｍｍ２～３５０００ｍｍ２であることが好ましい。また、ベース基板１の厚みは、特定の範囲に限定されるものではないが、窒化アルミニウム単結晶層を成長する上で強度不足で割れることのない範囲で決定すればよい。具体的には、ベース基板１の厚みは、５０μｍ～２０００μｍであることが好ましく、１００μｍ～１０００μｍであることがより好ましい。
ベース基板１の主面１０の面積は、特定の範囲に限定されるものではないが、８００ｍｍ２～３５０００ｍｍ２であることが好ましい。また、ベース基板１の厚みは、特定の範囲に限定されるものではないが、窒化アルミニウム単結晶層を成長する上で強度不足で割れることのない範囲で決定すればよい。具体的には、ベース基板１の厚みは、５０μｍ～２０００μｍであることが好ましく、１００μｍ～１０００μｍであることがより好ましい。
ベース基板１の主面１０の状態は、特に制限されるものではないが、表面粗さ（二乗平均粗さ）が０．０５ｎｍ～０．５ｎｍであり、原子間力顕微鏡や走査プローブ顕微鏡観察により２μｍ×２μｍ視野程度で原子ステップが観察されることが好ましい。表面粗さは、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）で調整することができる。表面粗さの測定は、例えば、原子間力顕微鏡や走査プローブ顕微鏡を用い、ベース基板１の主面１０の異物や汚染物を除去した上で行い、５μｍ×５μｍ視野の観察から表面粗さを求めることができる。ただし、島状やストライプ状の凹凸加工を主面に施したベース基板１を用いることも可能である。
ベース基板１の主面１０の曲率半径は、特に制限されるものではないが、５ｍ～１００００ｍの範囲であることが好ましい。ベース基板１の主面１０の曲率半径は、より好ましくは、６ｍ～１００００ｍであり、さらに好ましくは、８ｍ～１００００ｍである。また、ベース基板１の主面１０が（０００１）面、（１１－２０）面、又は（１０－１０）面である場合、ベース基板１の主面１０をなす結晶格子面又は主面１０に平行な結晶格子面の曲率半径は、特に制限されるものではないが、２ｍ～１００００ｍの範囲であることが好ましい。窒化アルミニウム単結晶層を５００μｍ以上厚く成長させる場合、ベース基板１の主面１０をなす結晶格子面又は主面１０に平行な結晶格子面の曲率半径が小さいと成長時にクラックが生じることがある。このため、該結晶格子面の曲率半径は好ましくは５ｍ～１００００ｍ、さらに好ましくは１０ｍ～１００００ｍである。
ベース基板１を構成するＡｌＮ単結晶の結晶品質については、前記主面１０に対するＸ線の入射角度が４°以下である条件下で測定される、特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下であることが好ましい。ここで、主面１０が（０００１）面であるとき、特定結晶面は（１０－１３）面であり、主面１０が（１０－１０）面であるとき、特定結晶面は（１０－１６）面であり、主面１０が（１１－２０）面であるとき、特定結晶面は（１１４）面である。なお、本明細書において、「主面に対するＸ線の入射角度」とは、主面１０とＸ線の進行方向とがなす角度を意味する。例えば、Ｘ線の進行方向が主面１０に対して垂直であるとき、「主面に対するＸ線の入射角度」は９０°である。なお、上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの測定においては、ゲルマニウム単結晶の（２２０）面で２回回折することにより単色化したＸ線源を用いることが好ましい。
ベース基板１上に成長させる窒化アルミニウム単結晶層の用途を広げ、かつ得られる窒化アルミニウム単結晶層の厚みをより厚くするためには、窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板の主面１０が、（０００１）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でｍ軸方向に傾斜し、かつ（０００１）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でａ軸方向に傾斜している（０００１）面であり、主面１０のｍ軸方向への傾斜角及び前記主面１０のａ軸方向への傾斜角のうち少なくとも一方は０．００°超であることが好ましい。
〔形状例〕
ベース基板１の形状は、平面視で略円形のものに限定されるものではなく、楕円形、四角形や六角形等の多角形、又は不定形でもよい。但し、ベース基板１の全周に亘って均一に傾斜面１２を形成しやすいため、ベース基板１としては、平面視で円形のものがより好ましい。
ベース基板１の形状は、平面視で略円形のものに限定されるものではなく、楕円形、四角形や六角形等の多角形、又は不定形でもよい。但し、ベース基板１の全周に亘って均一に傾斜面１２を形成しやすいため、ベース基板１としては、平面視で円形のものがより好ましい。
また、窒化アルミニウム単結晶層が成長する結晶成長面は、平坦面１１のみであってもよい。すなわち、本発明の「窒化アルミニウム単結晶基板」は、傾斜面１２から窒化アルミニウム単結晶が成長しないものを除外するものではない。
［ベース基板の製造方法］
このベース基板１は、昇華法（physical vapor transport法、ＰＶＴ法）で成長されたものであっても、ハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy法、ＨＶＰＥ法）で成長したものであってもよい。また、液相法で成長されたものであってもよく、島状やストライプ状の凹凸加工を事前に行ったベース基板の使用も可能である。さらに、特許文献１のように、循環工程を繰り返し行った再生ベース基板としての使用も可能である。
このベース基板１は、昇華法（physical vapor transport法、ＰＶＴ法）で成長されたものであっても、ハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy法、ＨＶＰＥ法）で成長したものであってもよい。また、液相法で成長されたものであってもよく、島状やストライプ状の凹凸加工を事前に行ったベース基板の使用も可能である。さらに、特許文献１のように、循環工程を繰り返し行った再生ベース基板としての使用も可能である。
〔傾斜面の製造方法〕
第１傾斜面１３は、公知のエッジ研磨加工、表面の鏡面研磨ラッピング加工や化学的機械的研磨（ＣＭＰ）で形成することができる。前記研磨加工を、ベース基板１、及び該ベース基板１を載せた研磨盤の両方、又はいずれか一方を自転させて行うことにより、ベース基板１の外縁部の形状は、全周に亘って略同一の形状となる。第２傾斜面１４（傾斜面が３つ以上ある場合は第２傾斜面以降の傾斜面）は、前記研磨加工以外に、公知の外周研削加工も含めて形成される。平坦面１１は、前記のＣＭＰで形成される。
第１傾斜面１３は、公知のエッジ研磨加工、表面の鏡面研磨ラッピング加工や化学的機械的研磨（ＣＭＰ）で形成することができる。前記研磨加工を、ベース基板１、及び該ベース基板１を載せた研磨盤の両方、又はいずれか一方を自転させて行うことにより、ベース基板１の外縁部の形状は、全周に亘って略同一の形状となる。第２傾斜面１４（傾斜面が３つ以上ある場合は第２傾斜面以降の傾斜面）は、前記研磨加工以外に、公知の外周研削加工も含めて形成される。平坦面１１は、前記のＣＭＰで形成される。
第一傾斜面１３の傾斜角６１、高さ２１、幅１５等の形状は、平坦面１１の品質も考慮しつつ、前記エッジ研磨加工や鏡面研磨ラッピング加工、ＣＭＰの加工条件、研磨剤、研磨パットの組み合わせにより調整することが出来る。例えば、加工時の荷重を大きくすることで、ベース基板１が研磨パッドに沈み込みやすくなり、ベース基板１の外縁部が研磨パットに接触しやすくなることで、第一傾斜面１３の傾斜角６１、高さ２１及び幅１５をそれぞれ大きくすることができる。加工装置、研磨剤、研磨パッドは、市販の製品を適用することができる。
研磨剤としては、シリカ、アルミナ、セリア、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンドからなる群より選ばれる少なくとも１つ以上の材質を含む研磨剤を用いることができる。また、研磨剤の性状は、アルカリ性、中性、又は酸性のいずれでもよい。ただし、窒化アルミニウムは、窒素極性面（－ｃ面）の耐アルカリ性が低いため、強アルカリ性の研磨剤よりも、弱アルカリ性、中性又は酸性の研磨剤、具体的には、ｐＨ９以下の研磨剤を用いることが好ましい。もちろん、窒素極性面に保護膜を形成すれば強アルカリ性の研磨剤も問題なく使用することも可能である。また、研磨速度を高めるために酸化剤等の添加剤を研磨剤に配合することも可能である。
研磨パットとしては、市販のものを使用することができ、その材質、構造及び硬度は、特に制限されない。
〔傾斜面１２の測定方法〕
傾斜面１２に係る傾斜角、幅及び高さは、公知の測定装置や計算により算出することができる。例えば、第１傾斜面１３の傾斜角６１は、平坦面１１の端部３１及び第１傾斜面１３の端部３２を通る仮想的な平面（以下、「第２仮想平面」ともいう。）５２と、上述の第１仮想平面５１と、のなす角（鋭角）を計測する方法により算出することができる。なお、かかる算出処理は、例えば、画像処理により解析することにより行うことができる。
傾斜面１２に係る傾斜角、幅及び高さは、公知の測定装置や計算により算出することができる。例えば、第１傾斜面１３の傾斜角６１は、平坦面１１の端部３１及び第１傾斜面１３の端部３２を通る仮想的な平面（以下、「第２仮想平面」ともいう。）５２と、上述の第１仮想平面５１と、のなす角（鋭角）を計測する方法により算出することができる。なお、かかる算出処理は、例えば、画像処理により解析することにより行うことができる。
［窒化アルミニウム単結晶層］
前記ベース基板１上に成長させる窒化アルミニウム単結晶層は、５００μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。これにより、得られる窒化アルミニウム単結晶層の厚さを十分に確保し、窒化アルミニウム単結晶層を研削や研磨によってデバイス製造用のウェハに加工する際に、窒化アルミニウム単結晶層が強度を確保し易くなる。
前記ベース基板１上に成長させる窒化アルミニウム単結晶層は、５００μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。これにより、得られる窒化アルミニウム単結晶層の厚さを十分に確保し、窒化アルミニウム単結晶層を研削や研磨によってデバイス製造用のウェハに加工する際に、窒化アルミニウム単結晶層が強度を確保し易くなる。
一方、前記ベース基板１上に気相成長させる窒化アルミニウム単結晶層の厚みの上限は、特に制限されるものではないが、工業的な生産を考慮すると２０００μｍである。成長される窒化アルミニウム単結晶層が過度に厚い場合には成長工程や研磨工程に時間を要するため、工業的な生産を考慮すると、成長工程において成長される窒化アルミニウム単結晶層の厚みは、６００μｍ～１５００μｍであることが好ましく、８００μｍ～１２００μｍであることがさらに好ましい。
窒化アルミニウム単結晶層の面内の厚さ差（窒化アルミニウム単結晶層の面内で最も高い位置と最も低い位置とにおける高度差とする。）は、成長面加工の工程の加工時間に関わってくるため、厚み差が少ない方が加工時間が少なくなるので好ましい。工業的な生産を考慮すると、窒化アルミニウム単結晶層の面内の厚さ差は、５μｍ～６００μｍであることが好ましく、５μｍ～３００μｍであることがさらに好ましい。
［窒化アルミニウム単結晶層の製造方法］
窒化アルミニウム単結晶層の成長方法は、昇華法、液相法、又は気相成長法の何れの方法を採用してもよい。昇華法の場合、アルミニウム源とは、窒化アルミニウムを昇華、又は分解させた蒸気であり、窒素源とは、窒化アルミニウムを昇華、若しくは分解させた蒸気、又は成長装置に供給した窒素ガスである。液相法の場合、アルミニウム源と窒素源とは、窒化アルミニウムが溶解した溶液である。気相成長法の場合、アルミニウム源は、塩化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、臭化アルミニウム等のハロゲン化アルミニウムガス、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム等の有機アルミニウムガスであり、窒素源は、アンモニアガス、窒素ガスである。
窒化アルミニウム単結晶層の成長方法は、昇華法、液相法、又は気相成長法の何れの方法を採用してもよい。昇華法の場合、アルミニウム源とは、窒化アルミニウムを昇華、又は分解させた蒸気であり、窒素源とは、窒化アルミニウムを昇華、若しくは分解させた蒸気、又は成長装置に供給した窒素ガスである。液相法の場合、アルミニウム源と窒素源とは、窒化アルミニウムが溶解した溶液である。気相成長法の場合、アルミニウム源は、塩化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、臭化アルミニウム等のハロゲン化アルミニウムガス、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム等の有機アルミニウムガスであり、窒素源は、アンモニアガス、窒素ガスである。
これらの成長方法の中で気相成長法の１つであるＨＶＰＥ法により窒化アルミニウム単結晶層を成長させる場合に効果が顕著となる。ＨＶＰＥ法は、昇華法と比べると成長速度が遅いが、深紫外光透過率に悪影響を及ぼす不純物の濃度を低減できるため、発光素子用の窒化アルミニウム単結晶からなる基板の製造に好適である。また、不純物が低減できるため、電子移動度に悪影響を及ぼすアルミニウム空孔等の点欠陥濃度が低くなることから、電子デバイス用の窒化アルミニウム単結晶からなる基板の製造にも好適である。具体的には最終的な窒化アルミニウム単結晶基板で不純物として含まれる炭素濃度を３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に抑えることが、他の気相成長法より容易である。炭素濃度の下限値は特に限定されることはないが１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
また、ＨＶＰＥ法は、液相法よりも成長速度が速いため、結晶性の良好な単結晶を速い成膜速度で成長させることが可能であることから結晶品質と量産性とをバランスした製造方法である。
ＨＶＰＥ法に用いる気相成長装置（ＨＶＰＥ装置）は特に限定されることはなく公知の装置を採用可能である。この装置で窒化アルミニウム単結晶層の成長は、ベース基板１上にアルミニウム源ガスと、窒素源ガスとを供給し、両ガスを加熱されたベース基板上で反応させることにより行われる。すなわち、窒化アルミニウム単結晶層の製造方法は、ベース基板１上にアルミニウム源ガス及び窒素源ガスを供給して反応させることにより、このベース基板１上に窒化アルミニウム単結晶層を気相成長させる成長工程を含む。
アルミニウム源ガスとしては、塩化アルミニウムガス等のハロゲン化アルミニウムガスや、アルミニウム有機金属ガスとハロゲン化水素ガスとの混合ガスが用いられる。また、窒素源ガスとしてはアンモニアガスが好適に使用される。これらの原料ガスは、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等のキャリアガスとともに供給される。キャリアガスとしては１種のガスを単独で用いてもよく、２種以上のガスを組み合わせて用いてもよい。さらに、アルミニウム源ガスや窒素源ガスにはハロゲンガスやハロゲン化水素ガス等のハロゲン系ガスを適宜追加供給し、ハロゲン化アルミニウムガスからの不均化反応による金属アルミニウムの発生を抑制してもよい。
これらの各種ガスの供給量をはじめ、ベース基板に原料ガスを供給するノズル形状やリアクタ形状、キャリアガスの組成、キャリアガス供給量、リアクタ中のガス流の線速度、成長圧力（リアクタ内の圧力）、ベース基板の加熱温度（成長温度）等の成長にかかわる条件を、所望する成長速度において良好な結晶品質の窒化アルミニウム単結晶層が得られるように、適宜調整する。典型的な成長条件としては、アルミニウム源ガスが０．１ｓｃｃｍ～１００ｓｃｃｍ、窒素源ガスが１ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ、追加供給するハロゲン系ガスが０．１ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ、キャリアガスの総流量が１０００ｓｃｃｍ～１０００００ｓｃｃｍ、キャリアガスの組成が窒素、水素、アルゴン、ヘリウム（ガス組成比は任意）、成長圧力が３６Ｔｏｒｒ～１０００Ｔｏｒｒ、ベース基板の加熱温度（成長温度）が１２００℃～１８００℃である条件を例示できる。
ＨＶＰＥ法では、結晶性が良好な単結晶を得るために、様々な検討が行われている。本発明においては、それら公知の方法が特に制限なく使用できる。中でも、一ハロゲン化アルミニウムガスが低減されたハロゲン化アルミニウムガス（主成分は、三ハロゲン化アルミニウムガス）を原料ガスとすることが好ましい。三ハロゲン化アルミニウムガス中に一ハロゲン化アルミニウムガスが多く含まれると、結晶品質が低下する場合がある。そのため、なるべくアルミニウム源ガス中に一ハロゲン化アルミニウムガスが含まれないような手段をとることが好ましい。
また、窒化アルミニウム単結晶層の導電性を制御する必要がある場合には、適宜ドナーやアクセプタとなる不純物（例えばＳｉ、Ｍｇ、Ｓ等を含む化合物）を供給しながら窒化アルミニウム単結晶層を成長することも可能である。
ベース基板１上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた後、窒化アルミニウム単結晶層の端部又は外縁部に凸状に成長したクラウンとよばれる多結晶が発生することを抑制するため、特許文献２に記載されているように、外縁部上に到達するＩＩＩ族源ガスと窒素源ガスにおけるＩＩＩ族原子量に対する窒素原子量の比（窒素原子量／ＩＩＩ族原子量）の経時平均値を０．５～３．０に制御することが、より好ましい。
［作用効果］
このようなベース基板１により、ベース基板１の主面１０に成長させる窒化アルミニウム単結晶層の結晶品質が良好なものとなり、かつ外縁部に発生するクラウンの発生を抑制することができる。さらに、特許文献１のように分離工程を含む工程がある場合は、外縁部のクラウンの発生を抑制することで、精度良く分離することができるので、本発明の効果がより顕著となる。
このようなベース基板１により、ベース基板１の主面１０に成長させる窒化アルミニウム単結晶層の結晶品質が良好なものとなり、かつ外縁部に発生するクラウンの発生を抑制することができる。さらに、特許文献１のように分離工程を含む工程がある場合は、外縁部のクラウンの発生を抑制することで、精度良く分離することができるので、本発明の効果がより顕著となる。
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において、外縁部に発生する凸状に成長したクラウンとよばれる多結晶の重量の、窒化アルミニウム単結晶層の重量に対する比、及びベース基板端面の形状は、以下の手順にて測定した。なお、以下の実施例については、付番は省略して説明する。
（窒化アルミニウム単結晶層の重量に対する多結晶重量の比）
ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長して作製した窒化アルミニウム単結晶積層体を秤量した。この窒化アルミニウム単結晶層には、外縁部にクラウンが付着している。クラウンを除去した後、再び積層体を秤量した。クラウンの除去前の前記積層体の重量とクラウンの除去後の前記積層体の重量との差が、多結晶の重量である。一方、クラウンの除去後の積層体の重量とベース基板の重量との差が、窒化アルミニウム単結晶層の重量である。多結晶の重量を窒化アルミニウム単結晶層の重量で除することにより、窒化アルミニウム単結晶の重量に対する多結晶の重量の比（すなわち、「多結晶重量比」）を算出した。
ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長して作製した窒化アルミニウム単結晶積層体を秤量した。この窒化アルミニウム単結晶層には、外縁部にクラウンが付着している。クラウンを除去した後、再び積層体を秤量した。クラウンの除去前の前記積層体の重量とクラウンの除去後の前記積層体の重量との差が、多結晶の重量である。一方、クラウンの除去後の積層体の重量とベース基板の重量との差が、窒化アルミニウム単結晶層の重量である。多結晶の重量を窒化アルミニウム単結晶層の重量で除することにより、窒化アルミニウム単結晶の重量に対する多結晶の重量の比（すなわち、「多結晶重量比」）を算出した。
（傾斜面の形状の測定）
ベース基板の傾斜面の形状は、レーザー顕微鏡（キーエンス製：ＶＫ－Ｘ３０５０）を用いて測定した。レーザー光波長は、６６１ｎｍを用いた。ベース基板をステージに設置して測定を行った。このとき、対物レンズは５０倍、測定ピッチは０．２６μｍとした。測定深さは、ベース基板の厚み以上となるように設定した。傾斜面の角度、高さ及び幅は、付属のソフトウェア（ＶＫ－Ｘ３０００ マルチファイル解析アプリケーション）で測定した。傾斜面の角度は、傾斜面の高さと幅の測定値から算出した。測定位置は、ベース基板のオリエンテーションフラットと中心点を挟んで反対側に位置する傾斜面とした。
ベース基板の傾斜面の形状は、レーザー顕微鏡（キーエンス製：ＶＫ－Ｘ３０５０）を用いて測定した。レーザー光波長は、６６１ｎｍを用いた。ベース基板をステージに設置して測定を行った。このとき、対物レンズは５０倍、測定ピッチは０．２６μｍとした。測定深さは、ベース基板の厚み以上となるように設定した。傾斜面の角度、高さ及び幅は、付属のソフトウェア（ＶＫ－Ｘ３０００ マルチファイル解析アプリケーション）で測定した。傾斜面の角度は、傾斜面の高さと幅の測定値から算出した。測定位置は、ベース基板のオリエンテーションフラットと中心点を挟んで反対側に位置する傾斜面とした。
窒化アルミニウム単結晶層の厚みは、ＦＡシステムズ社製の非接触板厚測定器を用いて、レーザーを照射することにより測定した。なお、窒化アルミニウム単結晶層の厚みは、マイクロメータを用いて計測してもよい。
＜実施例１＞
（ベース基板）
ベース基板として、硬度４８°、開孔径７０μmの研磨パッドを使用しＣＭＰ研磨加工を行った直径５０．８ｍｍ、厚さ約５００μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ４４°、２０１μｍ及び２１０μｍであった。傾斜面には、（１１－２４）面、（１０－１２）面が現れていた。
（ベース基板）
ベース基板として、硬度４８°、開孔径７０μmの研磨パッドを使用しＣＭＰ研磨加工を行った直径５０．８ｍｍ、厚さ約５００μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ４４°、２０１μｍ及び２１０μｍであった。傾斜面には、（１１－２４）面、（１０－１２）面が現れていた。
（窒化アルミニウム単結晶層の積層と多結晶重量比）
高周波誘導加熱による加熱機構を備えたＨＶＰＥ装置内のサセプタ上に、アルミニウム極性面が上面となるようにベース基板を設置し、該基板の加熱温度を１５００℃、反応器内部の圧力を５００Ｔｏｒｒとし、３０ｓｃｃｍの三塩化アルミニウムガス、２５０ｓｃｃｍのアンモニアガス、キャリアガスとしての窒素ガス及び水素ガスを合計１６６５０ｓｃｃｍ流通させ、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、窒化アルミニウム単結晶層の面内の中心の位置（以下、「基板中心位置」ともいう。）の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１４１μｍであった。多結晶重量比は１．７％であった。
高周波誘導加熱による加熱機構を備えたＨＶＰＥ装置内のサセプタ上に、アルミニウム極性面が上面となるようにベース基板を設置し、該基板の加熱温度を１５００℃、反応器内部の圧力を５００Ｔｏｒｒとし、３０ｓｃｃｍの三塩化アルミニウムガス、２５０ｓｃｃｍのアンモニアガス、キャリアガスとしての窒素ガス及び水素ガスを合計１６６５０ｓｃｃｍ流通させ、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、窒化アルミニウム単結晶層の面内の中心の位置（以下、「基板中心位置」ともいう。）の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１４１μｍであった。多結晶重量比は１．７％であった。
＜実施例２＞
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約３６０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例１の表面のＣＭＰで用いた研磨パットより硬度を約３０％低下する研磨パットに変更した以外は、実施例１と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ４０°、１５１μｍ及び１７８μｍであった。傾斜面には、（１１－２６）面、（１０－１３）面が現れていた。
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約３６０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例１の表面のＣＭＰで用いた研磨パットより硬度を約３０％低下する研磨パットに変更した以外は、実施例１と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ４０°、１５１μｍ及び１７８μｍであった。傾斜面には、（１１－２６）面、（１０－１３）面が現れていた。
（窒化アルミニウム単結晶層の積層と多結晶重量比）
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１８２μｍであった。多結晶重量比は０．３％であった。
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１８２μｍであった。多結晶重量比は０．３％であった。
＜実施例３＞
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約３３０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例２の条件に対してエッジ研磨加工を追加し外周部のダメージ層を低下させて表面のＣＭＰを実施した以外は、実施例２と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ３７°、１１４μｍ及び１５２μｍであった。
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約３３０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例２の条件に対してエッジ研磨加工を追加し外周部のダメージ層を低下させて表面のＣＭＰを実施した以外は、実施例２と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ３７°、１１４μｍ及び１５２μｍであった。
（窒化アルミニウム単結晶層の積層と多結晶重量比）
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１３６μｍであった。多結晶重量比は０．０％であった。
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１３６μｍであった。多結晶重量比は０．０％であった。
＜実施例４＞
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約４００μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。実施例１の表面のＣＭＰで用いた研磨パットより硬度を２０％低下させ開孔径を約３０％小さくした研磨パットに変更した以外は、実施例１と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面と第２傾斜面との２つの面を有していた。オリエンテーションフラットの反対側の第１傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ２７°、１１３μｍ及び２２４μｍであった。
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約４００μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。実施例１の表面のＣＭＰで用いた研磨パットより硬度を２０％低下させ開孔径を約３０％小さくした研磨パットに変更した以外は、実施例１と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面と第２傾斜面との２つの面を有していた。オリエンテーションフラットの反対側の第１傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ２７°、１１３μｍ及び２２４μｍであった。
（窒化アルミニウム単結晶層の積層と多結晶重量比）
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１４２μｍであった。多結晶重量比は０．６％であった。
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１４２μｍであった。多結晶重量比は０．６％であった。
＜実施例５＞
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約３７０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例２の表面のＣＭＰ加工条件より定盤回転数を２５％上昇させた以外は、実施例２と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ３３°、２１２μｍ及び３２１μｍであった。傾斜面には、（１１－２５）面、（２０－２５）面が現れていた。
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約３７０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例２の表面のＣＭＰ加工条件より定盤回転数を２５％上昇させた以外は、実施例２と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ３３°、２１２μｍ及び３２１μｍであった。傾斜面には、（１１－２５）面、（２０－２５）面が現れていた。
（窒化アルミニウム単結晶層の積層と多結晶重量比）
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,０５３μｍであった。多結晶重量比は０．０％であった。
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,０５３μｍであった。多結晶重量比は０．０％であった。
＜実施例６＞
（ベース基板）
ベース基板として、特許文献１の実施例で記載されている循環工程を１回行った再生ベース基板を作製し、直径５０．８ｍｍ、厚さ約３６０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例１の表面のＣＭＰで用いた研磨パットより開孔径を約４０％小さくした研磨パットに変更した以外は、実施例１と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ１０°、１４μｍ及び８２μｍであった。
（ベース基板）
ベース基板として、特許文献１の実施例で記載されている循環工程を１回行った再生ベース基板を作製し、直径５０．８ｍｍ、厚さ約３６０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例１の表面のＣＭＰで用いた研磨パットより開孔径を約４０％小さくした研磨パットに変更した以外は、実施例１と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ１０°、１４μｍ及び８２μｍであった。
（窒化アルミニウム単結晶層の積層と多結晶重量比）
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１２９μｍであった。多結晶重量比は３．５％であった。
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１２９μｍであった。多結晶重量比は３．５％であった。
＜実施例７＞
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約４８０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例１の表面のＣＭＰで用いた研磨パットより圧縮率を約４０％低下させた研磨パットに変更した以外は、実施例１と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ４７°、９４μｍ及び８７μｍであった。
（ベース基板）
ベース基板として、直径５０．８ｍｍ、厚さ約４８０μｍの窒化アルミニウム単結晶を用意した。この時、実施例１の表面のＣＭＰで用いた研磨パットより圧縮率を約４０％低下させた研磨パットに変更した以外は、実施例１と同様の加工を行った。レーザー顕微鏡で傾斜面を観察したところ、傾斜面は、第１傾斜面の１つの面のみ有していた。オリエンテーションフラットの反対側の傾斜面の角度、高さ及び幅は、それぞれ４７°、９４μｍ及び８７μｍであった。
（窒化アルミニウム単結晶層の積層と多結晶重量比）
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１８５μｍであった。多結晶重量比は６．７％であった。
実施例１と同様の装置と成長条件で、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長させた。成長時間は１６時間とし、基板中心位置の窒化アルミニウム単結晶層の厚みは１,１８５μｍであった。多結晶重量比は６．７％であった。
＜比較例＞
比較例として、特許文献２に記載された実施例６を挙げる。クラウンの発生は、ベース基板上に成長させる窒化アルミニウム単結晶層の膜厚が大きいほど、顕著となる傾向があることが知られている。したがって、比較例としては、特許文献２で記載されている実施例の中でも、大きな厚みを有する例を選択した。
比較例として、特許文献２に記載された実施例６を挙げる。クラウンの発生は、ベース基板上に成長させる窒化アルミニウム単結晶層の膜厚が大きいほど、顕著となる傾向があることが知られている。したがって、比較例としては、特許文献２で記載されている実施例の中でも、大きな厚みを有する例を選択した。
具体的には、特許文献２には、窒化アルミニウム単結晶層の基板中心位置での厚みが１００～１４０μｍの実施例と、８００～８４０μｍの実施例が列挙されている。後者の８００～８４０μｍの厚みを有する３つの実施例（具体的には、実施例６乃至８）のうち、上記の「多結晶重量比」に相当し得る「クラウン質量増加量の比」が最も抑制されている実施例６を本書における比較例として選択した。
特許文献２によれば、実施例６は、ＣＭＰ前に端部の面取りを行ったことにより、外縁部に幅０．２ｍｍ（すなわち、幅２００μm）の傾斜面を有するベース基板を用いている。但し、傾斜面の傾斜角及び高さは不明である。この実施例６の「クラウン質量増加量の比」は、０．２０（すなわち、２０％）である。
（考察）
表１に実施例１乃至７及び比較例の結果をまとめる。また、図２に、実施例１乃至７に係る第１の傾斜面の傾斜角と多結晶重量比との関係をまとめる。ここで、図２の横軸は、第１の傾斜面の傾斜角（°）を示し、縦軸は、多結晶重量比を示す。多結晶重量比は、上述のように、窒化アルミニウム単結晶層に対する比率で表している。また、図２内の横長の太破線は、比較例における多結晶重量比（２０％）を示している。
表１に実施例１乃至７及び比較例の結果をまとめる。また、図２に、実施例１乃至７に係る第１の傾斜面の傾斜角と多結晶重量比との関係をまとめる。ここで、図２の横軸は、第１の傾斜面の傾斜角（°）を示し、縦軸は、多結晶重量比を示す。多結晶重量比は、上述のように、窒化アルミニウム単結晶層に対する比率で表している。また、図２内の横長の太破線は、比較例における多結晶重量比（２０％）を示している。
実施例１乃至７から示されるように、本発明に係る構成により、クラウンが成長しやすいとされる、窒化アルミニウム単結晶膜厚が基板中心位置において８００μｍ以上の条件でも、多結晶重量比を最大でも６．７％以下にすることが可能となり、条件を調整することにより多結晶重量比をさらに抑制しクラウンの発生を限りなくゼロに近づけることが可能となる。
また、上述した実施例１乃至７の中でも、実施例１乃至５は、「多結晶重量比」をより小さくできる点でより効果的である。また、実施例１乃至５の中でも、実施例２乃至５は、「多結晶重量比」をさらに小さく、具体的には、１％以下にできる点でさらに効果的である。
また、図２に示すように、第１傾斜面の傾斜角と多結晶重量比との間に何らかの相関関係を見出すことができる。具体的には、傾斜角が特定の範囲にあるときに多結晶重量比が極小となり、傾斜角が前記の特定の範囲よりも小さくなるほど、又は大きくなるほど多結晶重量比が大きくなる傾向を見出すことができる。より具体的には、傾斜角が２５°以上４０°以下の範囲の間に、多結晶重量比が極小となり、傾斜角が２５°未満又は４０°よりも大きい範囲において、それぞれ多結晶重量比が増加する傾向がみられる。換言すれば、図２に示されるように、第１傾斜面の傾斜角としては、２５°以上４０°以下がより好ましく、３０°以上４０°以下が最適である。
また、実施例５の結果が示しているように、傾斜角を３０°以上４０°以下にすれば、第１傾斜面の幅を３００μｍ以上に広くしても多結晶重量比を０．５％以内に抑えることができる。すなわち、実施例２及び３と実施例５との比較から示されるように、傾斜角を３０°以上４０°以下にすることによって、幅に係る設計の自由度を高めることができる。
実施例１乃至７と比較例の結果から示されるように、加工工程でベース基板の傾斜面の形状を制御することで、緻密かつ高度な制御が要求されるベース基板の端部に到達する原料ガスの比率の調整を行わなくとも、外縁部の多結晶の発生を抑制することができた。
１ ベース基板
１０ 薄膜を積層する主面
１１ 平坦面
１２ 傾斜面
１３ 第１傾斜面
１４ 第２傾斜面
１５ 第１傾斜面の幅
２１ 第１傾斜面の高さ
３１ 平坦面の端部
３２ 第１傾斜面の端部
５１ 第１仮想平面
５２ 第２仮想平面
６１ 第１傾斜面の傾斜角
７１ 裏面
Ｏ 中心軸
１０ 薄膜を積層する主面
１１ 平坦面
１２ 傾斜面
１３ 第１傾斜面
１４ 第２傾斜面
１５ 第１傾斜面の幅
２１ 第１傾斜面の高さ
３１ 平坦面の端部
３２ 第１傾斜面の端部
５１ 第１仮想平面
５２ 第２仮想平面
６１ 第１傾斜面の傾斜角
７１ 裏面
Ｏ 中心軸
Claims (7)
- 窒化アルミニウム単結晶層を成長させる主面を有する窒化アルミニウム単結晶基板であって、
前記主面は、該ベース基板の中心側から外周側に延在する平坦面と、該平坦面の端部において前記平坦面と接続し、該平坦面に対して該平坦面の反対側に位置する裏面の方向に傾斜する傾斜面と、を備え、
前記平坦面の面方向に対する前記傾斜面の傾斜角は、１０°以上５０°以下である、
窒化アルミニウム単結晶基板。 - 前記傾斜面の高さは、１０μｍ以上２５０μｍ以下である、
請求項１に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。 - 前記窒化アルミニウム単結晶基板の径方向における前記傾斜面の幅は、５０μｍ以上３５０μｍ以下である、
請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。 - 前記平坦面は、アルミニウム極性面であり、
前記裏面は、窒素極性面である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。 - 前記傾斜角は、２５°以上４５°以下である、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化アルミウム単結晶基板。 - 前記傾斜角は、さらに４０°以下である、
請求項５に記載の窒化アルミニウム単結晶基板。 - 前記１乃至６のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム単結晶基板をベース基板とし、該ベース基板上にアルミニウム源ガスと窒素源ガスとを供給して反応させることにより前記ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を気相成長させる成長工程を含む窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
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| JP2022-049957 | 2022-03-25 | ||
| JP2022049957 | 2022-03-25 |
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2023
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Patent Citations (3)
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