単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法
【課題】大きな面積及び厚さを有する単結晶窒化アルミニウム板状体が、大きな速度で形成できる製造方法を提供する。
【解決手段】希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は複合酸化物或いは複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、原料の近傍に、突起２４、２６が形成された無機単結晶基板２２を配置する準備工程、及び１０〜１００００Ｐａの非酸化性ガス雰囲気中で、原料及び無機単結晶基板２２を加熱し、原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に無機単結晶基板２２の温度を１５８０℃以上であって原料より低い温度として、突起２４、２６の上に単結晶窒化アルミニウムからなる板状体２８を形成する単結晶窒化アルミニウム形成工程からなる。
【解決手段】希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は複合酸化物或いは複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、原料の近傍に、突起２４、２６が形成された無機単結晶基板２２を配置する準備工程、及び１０〜１００００Ｐａの非酸化性ガス雰囲気中で、原料及び無機単結晶基板２２を加熱し、原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に無機単結晶基板２２の温度を１５８０℃以上であって原料より低い温度として、突起２４、２６の上に単結晶窒化アルミニウムからなる板状体２８を形成する単結晶窒化アルミニウム形成工程からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、特定の原料を特定の雰囲気中で昇華させる単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶窒化アルミニウムは、半導体デバイスの基板などへの応用が期待されている。この単結晶窒化アルミニウムの製造方法として、非特許文献１には、窒化アルミニウムセラミックスプレートと炭化珪素基板とを用いたＰＶＴ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｍｅｔｈｏｄ、物理蒸気輸送法）が開示されている。この方法では、まず、加熱により炭化珪素基板上にエッチピットが生成し、該ピットで窒化アルミニウムの成長が始まる。次いで、上記ピットが窒化アルミニウムで埋まり、その上に窒化アルミニウムの六角錐が生成する。さらに、上記六角錐上に窒化アルミニウムのマイクロロッドが生成し、その後、マイクロロッドのラテラル成長によりマイクロロッドが結合して、窒化アルミニウムの板状体となる。このように、最終的には、炭化珪素基板上に、窒化アルミニウムの六角錐を介して窒化アルミニウムの板状体が形成される。ここで、マイクロロッドの形成は、１７００℃又は１７５０℃、４００〜８５０ｍｂの窒素雰囲気中で行われ、板状体の形成は、１８００℃、３００ｍｂの窒素雰囲気中で行われている。また、得られた板状体の直径は１０ｍｍであり、厚さは１２０μｍである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】G.R. Yazdi, et al., Journal of Crystal Growth, "Fabrication of free-standing AlN crystals by controlled microrod growth", doi:10.1016/j.jcrysgro.2007.11.124
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の製造方法では、単結晶窒化アルミニウム板状体の成長速度に改善の余地がある。また、製造できる窒化アルミニウム板状体の径及び厚さも十分ではない。従って、本発明の目的は、大きな面積及び厚さを有する単結晶窒化アルミニウム板状体が、大きな速度で形成できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、特定の原料を特定の雰囲気中で昇華させることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明に係る単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法は、〔Ｃ〕(1)希土類元
素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は(2)該複合
酸化物或いは該複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、該原料の近傍に、突起が形成された無機単結晶基板を配置する準備工程；及び〔Ｄ〕１０〜１００００Ｐａの非酸化性ガス雰囲気中で、上記原料及び上記無機単結晶基板を加熱し、上記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に上記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、上記突起上に単結晶窒化アルミニウムからなる板状体を形成する単結晶窒化アルミニウム形成工程を含んでなることを特徴とする。
【０００７】
上記単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法は、〔Ａ〕(1)希土類元素及び
アルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は(2)該複合酸化物
或いは該複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、該原料の近傍に、無機単結晶基板を配置する準備工程；及び〔Ｂ〕６６７０Ｐａ以上の非酸化性ガス雰囲気中で、上記原料及び上記無機単結晶基板を加熱し、上記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に上記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、上記無機単結晶基板上に突起を形成する突起形成工程をさらに含み、上記突起形成工程〔Ｂ〕により形成される突起が、上記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなり、上記準備工程〔Ｃ〕が、上記突起形成工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成された無機単結晶基板を、上記突起が形成された無機単結晶基板として配置する準備工程であることが好ましい。
【０００８】
上記原料は、希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる焼結助剤を用いて、酸化アルミニウムを含む窒化アルミニウム原料粉末を焼結した焼結体であることが好ましい。
【０００９】
上記非酸化性ガスは、窒素ガス、又は窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガスであることが好ましい。
【００１０】
上記無機単結晶基板は、炭化珪素単結晶基板であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る積層体は、突起が形成された無機単結晶基板と、当該突起上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる板状体とからなり、上記突起が、上記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る単結晶窒化アルミニウム自立基板の製造方法は、上記積層体を準備する工程、及び該積層体から上記板状体を分離する工程を含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法によれば、大きな面積及び厚さを有する単結晶窒化アルミニウム板状体が、大きな速度で形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係る単結晶窒化アルミニウムの製造方法（実施形態１）を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明に係る単結晶窒化アルミニウムの製造方法（実施形態１）を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明に係る単結晶窒化アルミニウムの製造方法（実施形態１）を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明に係る単結晶窒化アルミニウムの製造方法（実施形態２）を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【図６】図６は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【図７】図７は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【図８】図８は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【図９】図９は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法〕
＜実施形態１＞
本発明に係る単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法（実施形態１）では、特定の圧力、雰囲気及び温度条件で、特定の原料と無機単結晶基板（単にベース基板ともいう。）とを加熱して突起が形成された無機単結晶基板（単に突起が形成されたベース基板ともいう。）を作製し、次いで、特定の圧力、雰囲気及び温度条件で、特定の原料と上記突起が形成されたベース基板とを加熱して単結晶窒化アルミニウム板状体を製造する。
【００１６】
図１に、上記単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法に用いる装置の一例を示す。装置１０における炉本体１２の中央には、原料及びベース基板を配置するための坩堝（るつぼ）１４が設けられており、炉本体１２の外側には、坩堝１４を加熱するための高周波コイル１６が設けられている。また、加熱の際に炉本体１２内の圧力及び雰囲気を調整するため、ガスを排気するガス排気口１８及びガスを導入するガス吸気口２０が炉本体１２に設けられている。なお、図示していないが坩堝１４は外部と均圧をとれる構造となっている。
【００１７】
以下、本発明に用いる装置の一例を示す図を参照しながら、本発明について具体的に説明する。
【００１８】
（準備工程〔Ａ〕）
準備工程〔Ａ〕では、（１）希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウム（Ａｌ）とを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と、を含んでなる原料（本明細書において原料（ａ１）ともいう）を準備し、該原料の近傍に無機単結晶基板を配置する。
【００１９】
ここで原料近傍とは、ベース基板が原料（ａ１）と直接接触せず、尚且つ工程〔Ｂ〕において原料から発生した蒸気がベース基板に十分に到達する距離を意味する。このときの原料とベース基板との距離（図１において原料（ａ１）の表面とベース基板２２の表面との距離）は使用する原料の種類や加熱温度等によって若干変わるが、通常は０．５〜５０ｍｍ、好ましくは１〜３０ｍｍである。この距離は、例えば図１に示すようにカーボン製などのスペーサー２３によって調整する。上記範囲にあると、工程〔Ｂ〕において高さの変動分布が小さい単結晶ＡｌＮからなる多角柱が得られる。
【００２０】
無機単結晶基板（ベース基板）としては、六方晶単結晶基板が好適に使用される。中でも単結晶ＡｌＮとの格子定数のミスマッチが小さいばかりでなく、耐熱性が高く、しかも後述するように突起形成工程において突起が形成され易いため、その上に形成されたＡｌＮ単結晶板状体の分離が容易となるという理由から、炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶基板を使用することが好ましい。ＳｉＣ単結晶基板としては、具体的には、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板が挙げられる。単結晶ＡｌＮとの格子定数のミスマッチがより小さく、単結晶ＡｌＮ板状体の歪みが抑えられることから、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板がより好適に用いられる。ベース基板の大きさは、通常２５ｍｍ2〜１００００ｍｍ2、好ましくは１００ｍｍ2〜２５００ｍｍ2であり、厚さは、通常１００〜１０００μｍ、好ましくは２００〜８００μｍである。
【００２１】
原料（ａ１）は、複合酸化物又は複合酸窒化物及びＡｌＮを含んでなる。この複合酸化物又は複合酸窒化物に用いられる希土類元素としては、Ｙ、Ｃｅ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙが挙げられ、アルカリ土類金属元素としては、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、
Ｂａが挙げられる。希土類元素及びアルカリ土類金属元素は、単独で用いても２種以上を用いてもよい。しかしながら、これらの中でも、ＡｌＮ成長速度の観点から希土類元素、特にＹを含むことが好ましい。この希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とＡｌとを含む複合酸化物及び複合酸窒化物として好適なものを例示すれば、２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3、３Ｙ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ3、ＹＡｌＯＮなどを挙げることができる。これら複合酸化物及び複合酸窒化物は、単独で存在していてもよいが、焼結時における高温の反応は複雑であるため、一般的には種類の異なる複数のものが混合して存在する。原料にＡｌＮと共に上記複合酸化物又は複合酸窒化物が含まれていると、これら複合酸化物又は複合酸窒化物はそれ自体が昇華してＡｌＮ単結晶の原料となるばかりでなく、原料（ａ１）に含まれるＡｌＮの昇華を促進する働きもあると考えられる。従って後述するように突起形成工程〔Ｂ〕では、比較的低温での加熱でも、好ましい大きさの単結晶ＡｌＮからなる多角柱を得ることが可能となる。また、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕では、比較的低温での加熱でも、大きく厚い単結晶ＡｌＮの板状体が速く得られる。
【００２２】
原料（ａ１）中、希土類元素及びアルカリ土類金属元素の合計量が、０．０７６〜３８．２質量％（上記元素がＹのみであり、かつＹ2Ｏ3として存在しているとすると、Ｙ2Ｏ3換算で０．１〜５０質量％）であることが好ましく、０．７６〜２２．９質量％（上記元素がＹのみであり、かつＹ2Ｏ3として存在しているとすると、Ｙ2Ｏ3換算で１〜３０質量％）であることがより好ましい。ここで、希土類元素及びアルカリ土類金属元素は、原料（ａ１）中で複合酸化物又は複合酸窒化物として存在している。また、希土類元素及びアルカリ土類金属元素の量は、後述する蛍光Ｘ線分析法によって求められ、複合酸化物又は複合酸窒化物の存在は、Ｘ線回折測定によって確認することができる。
【００２３】
一般に、ＡｌＮ粉末を焼結する場合には希土類元素の酸化物やアルカリ土類金属元素の酸化物からなる焼結助剤が使用され、粒界においてＡｌＮとこれら焼結助剤との高温反応により、Ａｌの複合酸化物または複合酸窒化物が形成されることが知られている。また、このとき、僅かなＡｌ2Ｏ3などのアルミニウム酸化物の存在により上記反応が起こりやすくなることも知られている。言い換えれば、原料（ａ１）は、より具体的には、希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる焼結助剤を用いて、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含む窒化アルミニウム（ＡｌＮ）原料粉末を焼結した焼結体である。そして、このようにして得られた焼結体には、粒子状のＡｌＮと粒界に存在する複合酸化物及び複合酸窒化物とが含まれている。
【００２４】
上記焼結体の形成に使用される焼結助剤において、希土類元素及びアルカリ土類金属元素としては、上述の元素が挙げられる。これら元素を含む化合物からなる焼結助剤としては、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｈｏ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3
、ＣａＯが用いられるが、結晶成長速度の観点から希土類元素の酸化物、特に酸化イットリウムが好適に用いられる。上記焼結助剤は、単独で用いても２種以上を混合して用いてもよい。
【００２５】
また、焼結助剤の比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、焼結性の観点から１〜５０ｍ2／ｇ
であることが好ましい。
【００２６】
ＡｌＮと上記焼結助剤とを高温で反応させて複合酸化物又は複合酸窒化物を形成する場合、焼結助剤に含まれる酸素原子がＡｌＮの酸化にも使用されるため、Ａｌ2Ｏ3などのアルミニウム酸化物は必ずしも必要ではないが、上記したように反応の促進効果があるため存在することが好ましい。ＡｌＮ粉末は、通常空気中で酸化され、粒子の表面から約１００ｎｍの範囲がＡｌ2Ｏ3となり、ＡｌＮ粉末中０．１〜１質量％の酸素を含むため、通常入手可能なＡｌＮ粉末は、特にＡｌ2Ｏ3を添加しなくても該酸化物を含んでいる。従って
、上記ＡｌＮ粉末を、Ａｌ2Ｏ3を含むＡｌＮ原料粉末として好適に使用できる。
【００２７】
この場合、該粉末に含まれる表面酸化によって形成される酸化アルミニウム含量が粉末質量の０．１質量％未満である場合には、焼結性をより向上させ、更に上記複合酸化物又は複合酸窒化物の形成を容易にすることを目的として、Ａｌ2Ｏ3を添加して焼結することが好ましい。Ａｌ2Ｏ3の添加量はＡｌＮ粉末とＡｌ2Ｏ3粉末との混合粉末の質量を基準として酸素含量が０．１〜１質量％となる量であればよいが、炭素を含む窒素雰囲気中で工程〔Ｂ〕を行う場合には、この範囲を越えて添加してもよい。このような雰囲気中で焼成を行う場合には、Ａｌ2Ｏ3は還元窒化されてＡｌＮ単結晶の原料ともなるからである。
【００２８】
原料（ａ１）のより具体的な態様となる上記焼結体は、例えば以下のようにして製造される。まず、ＡｌＮ原料粉末１００質量部に対して焼結助剤を通常０．１〜３０質量部の量で混合する。焼結助剤とＡｌＮ原料粉末との混合は、公知の方法によって行うことができる。例えば、ボールミル等の混合機によって、乾式又は湿式により混合する方法が好適に用いられる。また、湿式混合では、アルコール類、炭化水素類等の分散媒を使用するが、分散性の点でアルコール類、炭化水素類を用いることが好ましい。なお、この混合にあたっては、焼結助剤の水分吸着又は凝集を生じないように、ドライエア中で保存され、必要により真空乾燥された焼結助剤を、ＡｌＮ原料粉末と直ちに混合することが好ましい。
【００２９】
次に、得られた混合粉末を、所望の原料（ａ１）が得られるような形状に成形する。上記成形は公知の方法で行うことができるが、強度の高い成形体とし、歩留まりを高めるためには、有機バインダーを用いて成形を行うことが好ましい。
【００３０】
例えば、上記混合粉末を有機バインダー及び必要により分散剤、可塑剤、溶媒などと混合して成形用スラリー又はペーストを調製し、押出成形法、射出成形法、鋳込み成形法などによってこの成形用スラリー又はペーストから成形体を作製する。また、成形用スラリーから顆粒を得てから圧縮成形法により成形体を作製してもよい。
【００３１】
有機バインダーとしては、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂、ポリメタクリルブチル等のアクリル樹脂等が挙げられる。このような有機バインダーは、ＡｌＮ原料粉末１００質量部当り、通常０．１〜３０質量部、好ましくは１〜１５質量部の量で使用される。また、分散剤としては、グリセリン化合物類などが挙げられ、可塑剤としては、フタル酸エステル類などが挙げられる。溶媒には、イソプロピルアルコールや炭化水素類などが使用される。
【００３２】
最後に、成形体を脱脂（脱バインダー）した後焼成する。脱脂は、空気中、窒素中、水素中等の雰囲気で加熱して行うことができる。また、脱脂温度は、有機バインダーの種類によって異なるが、通常３００〜９００℃、好ましくは３００〜７００℃である。
【００３３】
焼成は、複合酸化物又は複合酸窒化物を形成させるために、Ｎ2ガスなどの不活性ガス
雰囲気中、１６５０〜１９５０℃で、１〜１０時間実施することが好ましい。
【００３４】
なお、成形体の作製において、有機バインダーを用いずに圧縮成形法により混合粉末を成形してもよい。例えば、上記混合粉末を一軸成形機にて仮成形してグリーン体を製造し、これをＣＩＰ（冷間等方圧）成形機にて１〜４ｔ／ｃｍ2で加圧成形することにより、
上記成形体を作製してもよい。この場合、成形体は脱脂を行わずに焼成される。
【００３５】
上記工程を経て、原料（ａ１）として用いられる焼結体が得られる。
【００３６】
（突起形成工程〔Ｂ〕）
突起形成工程〔Ｂ〕では、６６７０Ｐａ以上の非酸化性ガス雰囲気中で、上記原料及び上記無機単結晶基板を加熱し、上記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に上記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、上記無機単結晶基板上に突起を形成する。
【００３７】
突起形成工程〔Ｂ〕により形成される突起は、具体的には、無機単結晶基板２２上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台２４と、該多角錐又は多角錐台２４上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱２６とからなる（図２参照）。なお、通常多角錐及び多角錐台が形成されるが、図２では、例として多角錐のみ表している。また、図１と図２とでは、基板の上下は逆である。即ち、図１では原料に対向する面は下であるが、図２では、原料に対向する面は上である。
【００３８】
非酸化性ガス雰囲気の圧力は、６６７０Ｐａ以上、好ましくは０．９×１０5〜２×１
０5Ｐａ、より好ましくは１．０×１０5〜１．５×１０5Ｐａである。
【００３９】
突起形成工程〔Ｂ〕に用いる非酸化性ガスとしては、不活性ガスが使用できるが、ＡｌＮ単結晶成長速度の観点から、「窒素ガス」又は「窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガス」を使用することが好ましい。「窒素ガス」又は「窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガス」中で加熱することにより、上記複合酸化物や複合酸窒化物が窒化アルミニウムに転化し易くなり、効率よく単結晶窒化アルミニウムを形成することが可能となる。また、上記転化がより起こり易く、比較的低温での加熱でも好ましい大きさの突起が得られると言う理由から、「窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガス」を使用することがより好ましい。窒素ガスは、純度９９．９９９９％以上であることが好ましい。炭素ガスとしては、カーボンの発生源を共存させ、これを加熱することで発生する炭素ガスが好適に用いられる。カーボンの発生源としては、カーボン製のるつぼ、カーボン製の原料容器、カーボン製の炉本体が挙げられる。また、発生源として、るつぼ中に無定形炭素や黒鉛等のカーボンを共存させてもよい。言い換えると、非酸化性ガスとして窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガスを使用する場合には、窒素を使用するとともに、系内に加熱により炭素ガスを発生するカーボン源を存在させておけばよい。
【００４０】
原料の温度は、１６００〜２０００℃、好ましくは１８００〜１９９０℃とし、ベース基板温度は、１５８０℃以上であって当該原料より低い温度、好ましくは１７９０〜１９８０℃であって当該原料より１０〜１００℃、特に２０〜７０℃低い温度とすることが望ましい。
【００４１】
上記雰囲気、圧力範囲及び温度範囲にあると、良好な突起が形成され、単結晶ＡｌＮ板状体とベース基板との分離が容易となる。また、ベース基板温度が上記範囲より低すぎると、多角錐又は多角錐台の形成と単結晶ＡｌＮの成長が競争的に起こるようになることが原因であると思われるが、好ましい大きさの多角錐又は多角錐台が形成され難くなる傾向がある。なお、原料及びベース基板の温度差が上記範囲にあると、良好な突起（無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱）が形成されやすい。
【００４２】
突起形成工程〔Ｂ〕における雰囲気及び圧力の制御は、例えば系内の雰囲気ガスをガス排気口１８から排気した後に、ガス吸気口２０から窒素ガスを上記圧力になるように導入すればよい（図１）。上記圧力は、例えば炉本体に取り付けられた圧力計により測定される。なお、系内の圧力を調整する場合には調圧弁或いは所定の圧力に達したときに自動的に開くダンパー等を用いればよい。突起形成工程〔Ｂ〕の間、圧力は上記範囲にあれば一定であっても、変化させてもよく、圧力は上記調圧弁或いはダンパーで調整することができる。
【００４３】
突起形成工程〔Ｂ〕における加熱は、具体的には以下のように行われる。即ち、高周波コイル１６を作動させ、るつぼ１４中に配置された上記原料及び上記ベース基板を上記温度まで加熱する（図１）。上記原料及び上記ベース基板の温度は、それ自体を直接計測することは極めて困難なため、両者が収められているカーボン製のるつぼを赤外放射温度計により間接的に計測する。突起形成工程〔Ｂ〕において、上記温度まで加熱した後は、温度は上記範囲にあれば一定であっても、変化させてもよい。
【００４４】
上記原料及び上記ベース基板の温度差は、上記原料及び上記ベース基板の距離を変えることにより調整できる。また、制御系統が独立した２以上のヒーターを用いて調整してもよいし、ヒーターと坩堝との位置関係を調整することにより制御することもできる。
【００４５】
昇温速度は、１〜３０℃／ｍｉｎであることが好ましい。このような速度で昇温することにより、突起が効率よく得られる。なお、良質な突起を得るためには雰囲気を非酸化性ガス雰囲気としてから加熱（昇温）を開始することが好ましい。
【００４６】
また、上記雰囲気及び圧力中で、上記原料及び上記ベース基板を上記温度としてから、該温度に３分〜３時間維持することが好ましい。これにより、好ましい大きさの突起が得られる。
【００４７】
突起形成工程〔Ｂ〕において、まず、ベース基板表面の状態が変化し、ベース基板２２の表面にベース基板と同種材料の単結晶からなる複数の多角錐又は多角錐台２４が形成される（図２参照）。このような多角錐又は多角錐台の形成はベース基板の昇華（或いはエッチング）・再析出によるものと考えられる。上記した非特許文献１では、ベース基板のエッチングのみが起こりピットが形成されるとされているが、実施形態１では上記雰囲気、圧力及び温度範囲で上記原料を加熱するため、一旦昇華したものが再析出して突起が形成されると考えられる。次に、この多角錐又は多角錐台２４上にさらに単結晶ＡｌＮが成長し柱状体（単結晶ＡｌＮの多角柱２６）が形成される（図２参照）。ここで、隣り合う多角錐又は多角錐台上に形成された柱状体同士は、径方向に成長して太くなり結合している場合もある。多角錐又は多角錐台上への単結晶ＡｌＮのデポジットとしては、加熱により昇華した複合酸化物及び複合酸窒化物の還元窒化により形成された前駆体によるＡｌＮのデポジットが優勢であると考えられる。また、アルミニウム複合酸化物及び複合酸窒化物の昇華によりＡｌＮの昇華が促進され、昇華したＡｌＮのデポジットも同時に起こっていると考えられる。
【００４８】
また、工程〔Ｂ〕でベース基板上に形成される多角錐又は多角錐台は、通常底面積が２５μｍ2〜４０００μｍ2であり、高さが５μｍ〜６０μｍである。柱状体は、その断面積は通常１０〜２×１０5μｍ2であり、厚さ（長さ）は、通常５μｍ〜３ｍｍである。多角錐又は多角錐台および柱状体について、底面積及び高さがこの範囲にあると、工程〔Ｄ〕で作製される単結晶ＡｌＮ板状体をベース基板から切り離しやすい。
【００４９】
ベース基板上に形成される突起の密度は、１６〜１００００個／ｍｍ2であることが好
ましい。密度がこの範囲にあると、工程〔Ｄ〕で作製される板状体をベース基板から分離しやすい。なお、突起の数は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像から突起物の数を直接数えることにより確認できる。
【００５０】
（準備工程〔Ｃ〕）
準備工程〔Ｃ〕では、（１）希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウム（Ａｌ）とを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と、を含んでなる原料（原料（ａ１））を準備し、該原料の近傍に
突起が形成された無機単結晶基板を配置する。ここで、突起形成工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成された無機単結晶基板を、上記突起が形成された無機単結晶基板として配置する。原料近傍については、準備工程〔Ａ〕で説明したのと同様である。また、原料（ａ１）は、準備工程〔Ａ〕で説明した原料（ａ１）と同様である。
【００５１】
具体的には、突起形成工程〔Ｂ〕が終了した状態で準備工程〔Ｃ〕も終了する。
【００５２】
（単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕）
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕では、１０〜１００００Ｐａの非酸化性ガス雰囲気中で、上記原料及び上記無機単結晶基板を加熱し、上記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に上記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、上記突起上に単結晶窒化アルミニウムからなる板状体を形成する。
【００５３】
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕により形成される板状体は、具体的には、単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱２６上に形成される（図３参照）。
【００５４】
非酸化性ガス雰囲気の圧力は、１０〜１００００Ｐａ、好ましくは１００〜８０００Ｐａである。単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕に用いる非酸化性ガスについては突起形成工程〔Ｂ〕に用いる非酸化性ガスと同様である。
【００５５】
原料の温度は、１６００〜２０００℃、好ましくは１８００〜１９９０℃とし、ベース基板温度は、１５８０℃以上であって当該原料より低い温度、好ましくは１７９０〜１９８０℃であって当該原料より１０〜１００℃、特に２０〜７０℃低い温度とすることが望ましい。
【００５６】
上記雰囲気、圧力範囲及び温度範囲にあると、大きく厚い単結晶ＡｌＮ板状体が速く形成される。
【００５７】
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕においては、具体的には、突起形成工程〔Ｂ〕での雰囲気及び圧力から、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕での雰囲気及び圧力に変更する。単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕の間、圧力は上記範囲にあれば一定であっても、変化させてもよく、圧力は上記調圧弁或いはダンパーで調整することができる。
【００５８】
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕における加熱は、突起形成工程〔Ｂ〕での上記原料及び上記ベース基板の温度から、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕での上記原料及び上記ベース基板の温度に変更して行う。即ち、高周波コイル１６を作動させ、るつぼ１４中に配置された上記原料及び上記ベース基板を上記温度に加熱する（図１参照）。単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕において、上記温度まで加熱した後は、温度は上記範囲にあれば一定であっても、変化させてもよい。
【００５９】
上記原料及び上記ベース基板の温度差は、上記原料及び上記ベース基板の距離を変えることにより調整できる。また、制御系統が独立した２以上のヒーターを用いて調整してもよいし、ヒーターと坩堝との位置関係を調整することにより制御することもできる。
【００６０】
また、上記雰囲気及び圧力中で、上記原料及び上記ベース基板を上記温度としてから、該温度に１０分〜５０時間維持することが好ましい。これにより、好ましい大きさの板状体が得られる。
【００６１】
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕において、単結晶ＡｌＮの多角柱２６上に単結
晶窒化アルミニウムからなる板状体２８が形成される（図３参照）。単結晶ＡｌＮの多角柱上への単結晶ＡｌＮのデポジットとしては、加熱により昇華した複合酸化物及び複合酸窒化物の還元窒化により形成された前駆体によるＡｌＮのデポジットが優勢であると考えられる。また、アルミニウム複合酸化物及び複合酸窒化物の昇華によりＡｌＮの昇華が促進され、昇華したＡｌＮのデポジットも同時に起こっていると考えられる。
【００６２】
実施形態１によれば、上記雰囲気、圧力及び温度範囲で上記原料を加熱するため、大きな面積及び厚さを有する単結晶窒化アルミニウム板状体が、大きな速度で形成できる。即ち、ベース基板の大きさと同程度の大きさを有し、厚さが４０μｍ〜１ｃｍである単結晶窒化アルミニウム板状体が、１０分〜４０時間で形成できる。
【００６３】
また、上記単結晶ＡｌＮの板状体について、Ｘ線回折における（００２）面のロッキングカーブ半値全幅は通常５０〜３０００ａｒｃｓｅｃである。ロッキングカーブの半値全幅とは、試料がブラックの回折条件を満たす角度にＸ線発生装置と検出器とのなす角度を固定して、Ｘ線入射角ωを変化させて得られる回折チャートにおいて、最大検出カウント数の５０％以上の値をとるωの範囲であり、この値が小さいほど単結晶の品質が高いことを意味する。本発明では、先に多角錐又は多角錐台と多角柱とからなる突起を育成し、その表面に単結晶ＡｌＮの板状体を形成しているため、下地結晶との不整合による影響を受け難い。言い換えると、貫通転位や格子歪みの無い高品質の単結晶ＡｌＮの板状体が得られる。
【００６４】
＜実施形態２＞
準備工程〔Ａ〕および準備工程〔Ｃ〕において、実施形態１で用いた原料（ａ１）の代わりに、（２）上記複合酸化物又は上記複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を除く）と、窒化アルミニウムとを含んでなる原料（本明細書において原料（ａ２）ともいう）を用いてもよい。ここで、上記原料物質とは、例えば、上記焼結体において粒界に存在する複合酸化物又は複合酸窒化物の原料物質、即ち、焼結助剤、Ａｌ2
Ｏ3及びＡｌＮを意味する。酸素の供給源がある場合には昇温中にＡｌＮはＡｌ2Ｏ3に容
易に転化するので、Ａｌ2Ｏ3に代えて他の酸化物あるいは水酸化アルミニウムを使用することもできる。
【００６５】
なお、原料（ａ２）において、ＡｌＮは、昇温時に形成される複合酸化物又は複合酸窒化物の原料として必要とされる量以上含まれていることが好ましいことから、原料（ａ２）は、「原料物質（但し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を除く）と、窒化アルミニウムとを含んでなる原料」としている。「ＡｌＮを過剰量含んでいてもよい原料物質」と表現することもできる。上記原料物質（この場合ＡｌＮを含む）は昇温工程において反応し、昇華し易い複合酸化物又は複合酸窒化物が形成される。この複合酸化物又は複合酸窒化物はそれ自体が昇華してＡｌＮ単結晶の原料となるばかりでなく、原料（ａ２）に過剰量含まれるＡｌＮの昇華を促進する働きもあると考えられる。従って、突起形成工程〔Ｂ〕では、原料（ａ１）を用いたときと同様に低温での加熱でも、好ましい大きさの単結晶ＡｌＮからなる多角柱を得ることが可能となる。また、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕では、原料（ａ１）を用いたときと同様に低温での加熱でも、大きく厚い単結晶ＡｌＮの板状体が得られる。
【００６６】
言い換えれば、原料（ａ２）は、より具体的には、希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物と、Ａｌ2Ｏ3を含むＡｌＮ原料粉末との混合物である。
【００６７】
上記化合物は、原料（ａ１）で焼結助剤に用いられる化合物と同様であり、Ａｌ2Ｏ3を含むＡｌＮ原料粉末も、原料（ａ１）で用いられるＡｌＮ原料粉末と同様である。
【００６８】
原料（ａ２）中、焼結助剤に用いられる化合物は合計で０．１〜５０質量％、特に１〜３０質量％の量で含まれ、Ａｌ2Ｏ3を含むＡｌＮ原料粉末は５０〜９９．９質量％、特に７０〜９９質量％の量で含まれることが好ましい（ここで、焼結助剤に用いられる化合物およびＡｌＮ原料粉末の合計は１００質量％である。）。これにより、結晶性の良い単結晶窒化アルミニウムが大きい速度で効率よく安定して得られる。
【００６９】
準備工程〔Ａ〕において、混合粉末である原料（ａ２）を用いるときは、原料（ａ２）をカーボン製容器３０などに入れて配置してもよい（図４参照）。
【００７０】
実施形態２においても、実施形態１と同様に、工程〔Ｂ〕において、ベース基板２２の表面にベース基板と同種材料の単結晶からなる複数の多角錐又は多角錐台２４が形成される。次いで、上記多角錐又は多角錐台２４上に単結晶ＡｌＮの多角柱２６が形成される（図２参照）。しかしながら、原料（ａ１）及び原料（ａ２）を比較すると、原料（ａ１）を用いた方が、単結晶ＡｌＮの多角柱がより高い再現性で製造できる。これは、ＡｌＮ単結晶の比較的低温での成長には「希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物」が重要な役割を果たしていると考えられるところ、原料（ａ１）ではこれら複合酸化物又は複合酸窒化物が確実に形成されているのに対し、混合粉末である原料（ａ２）を用いたときには工程〔Ｂ〕において、条件によっては上記複合酸化物又は複合酸窒化物が形成され難いことが原因と思われる。また、実施形態２においても、実施形態１と同様に、工程〔Ｄ〕において、単結晶ＡｌＮの多角柱２６上に単結晶ＡｌＮの板状体が形成される（図３参照）。工程〔Ｄ〕においても、上記と同様の理由により、原料（ａ２）よりも原料（ａ１）を用いた方が、単結晶ＡｌＮの板状体がより高い再現性で製造できる。
【００７１】
なお、実施形態２においても、基板上への単結晶ＡｌＮのデポジットとしては、加熱により昇華した複合酸化物及び複合酸窒化物の還元窒化により形成された前駆体によるＡｌＮのデポジットが優勢であると考えられる。また、アルミニウム複合酸化物及び複合酸窒化物の昇華によりＡｌＮの昇華が促進され、昇華したＡｌＮのデポジットも同時に起こっていると考えられる。
【００７２】
＜その他の実施形態＞
実施形態１又は２において、突起形成工程〔Ｂ〕の終了後、準備工程〔Ｃ〕で、一度真空にしてもよい。この場合は、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕では、実施形態１の工程〔Ｂ〕で説明したのと同様に所望の雰囲気及び圧力を達成すればよい。また、突起形成工程〔Ｂ〕の終了後、準備工程〔Ｃ〕で、原料及び基板を一度冷却し大気圧に開放してもよい。この場合は、単結晶窒化アルミニウム形成〔Ｄ〕では、実施形態１の工程〔Ｂ〕で説明したのと同様に所望の雰囲気、圧力及び加熱温度を達成すればよい。なお、一度冷却し大気圧に開放したときに、原料とベース基板との距離を調整してもよい。
【００７３】
また、準備工程〔Ａ〕と工程〔Ｃ〕とで、使用する原料を変えてもよい。例えば、工程〔Ａ〕で原料（ａ１）を用いたときは、工程〔Ｂ〕の終了後、工程〔Ｃ〕で一度冷却し大気圧に開放し、原料（ａ２）に取り替えてもよい。或いは工程〔Ａ〕で原料（ａ２）を用いたときは、工程〔Ｂ〕の終了後、工程〔Ｃ〕で一度冷却し大気圧に開放し、原料（ａ１）に取り替えてもよい。
【００７４】
さらに、突起が形成されている限り、工程〔Ａ〕および〔Ｂ〕で作製した突起が形成された無機単結晶基板以外の無機単結晶基板を用いてもよい。例えば、工程〔Ｂ〕を無機単結晶基板上に該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台を形成した状態で終了し、この多角錐又は多角錐台が形成された無機単結晶基板を、工程〔Ｃ〕において突起が形成された
無機単結晶基板として用いてもよい。
【００７５】
〔単結晶窒化アルミニウム自立基板の製造方法〕
本発明に係る単結晶窒化アルミニウム自立基板では、まず、上述した実施形態１又は２のような方法により「突起が形成された無機単結晶基板と、当該突起上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる板状体とからなり、上記突起が、上記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなる積層体」を準備する。次に、該積層体から単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる板状体を分離する。このとき、ベース基板と単結晶窒化ＡｌＮからなる板状体との間には、多角錐又は多角錐台と多角柱とからなる突起が形成されていることにより、大きな空間が存在する。このため、単結晶ＡｌＮの板状体は容易に分離され、大きく厚い高品質の自立基板が得られる。
【００７６】
なお、上述したその他の実施形態のような方法により「突起が形成された無機単結晶基板と、当該突起上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる板状体とからなることを特徴とする積層体」を準備し、次に、該積層体から単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる板状体を分離してもよい。
【００７７】
上記自立基板は、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ、ハイドライド気相エピタキシャル）法により単結晶ＡｌＮの厚膜を作製する際の基板としても好適に用いられる。
【００７８】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００７９】
〔評価方法〕
＜原料（ａ１）及び原料（ａ２）に用いた原料粉末中の酸素の量＞
原料粉末について波長分散型蛍光Ｘ線分析装置により酸素の量を求めた。なお、ここで含有量が求められる酸素は、原料粉末ではＡｌ2Ｏ3として存在していると考えられる。
【００８０】
＜原料（ａ１）における複合酸化物中の希土類元素の量＞
原料を乳鉢により粉砕した後、波長分散型蛍光Ｘ線分析装置により希土類元素の量を求めた。また濃度が１００ｐｐｍ以下の微量不純物については、原料を粉砕後、硝酸及びリン酸を加え加熱分解し溶液を作製し、島津製作所製「ＩＣＰＳ−７５１０」を使用してＩＣＰ発光分析を行った。なお、希土類元素の濃度は、予め準備した検量線を元に定量した。
【００８１】
＜形状及び大きさ＞
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、大きさが分かるように任意の倍率に拡大して評価した。
【００８２】
＜柱状体の材質の同定及び単結晶ＡｌＮの結晶性＞
柱状体の材質の同定は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を使用して行った。板状体の結晶性は、Ｘ線回折装置を使用して、評価対象について面方位のピークの半値幅から評価した。
【００８３】
＜多角錐及び多角柱の材質の同定＞
エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて、多角錐及び多角柱にビームを絞り評価した。
【００８４】
〔実施例１〕
実施例１には、図４に示す装置１０を使用した。
【００８５】
工程〔Ａ〕：まず、ＡｌＮ原料粉末（酸素含有量：０．８ｍａｓｓ％、Ａｌ以外の不純物含有量：３５ｐｐｍ）１００質量部に対して、Ｙ2Ｏ3粉末１０質量部を自動乳鉢にて約３０分混合して、混合粉末である原料（ａ２）を得た。次いで、原料（ａ２）をカーボン製容器３０の中に、原料表面が坩堝の底面と同じ高さになるように（すり切りいっぱいに）入れた。６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍｔ）とカーボン製容器３０との距離（原料からの距離でもある）が約１ｍｍとなるように、るつぼ１４中に配置した。
【００８６】
工程〔Ｂ〕：次に、炉本体１２内を１．１×１０5Ｐａの窒素ガス雰囲気とした。具体
的にはガス排気口１８から排気を行った後、ガス吸気口２０から上記圧力となるように窒素ガス（純度９９．９９９９％）を導入した。炉本体１２内が上記雰囲気になった後、炉本体１２の外側に設けられた高周波加熱コイル１６を作動して、るつぼ１４、即ちカーボン製容器３０及び６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２の加熱を開始した。カーボン容器の温度（この温度を原料（ａ２）の温度とみなせる。）が１９００℃、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の温度が１８００℃に達するまで加熱した。それぞれの温度が所望の値に収まったことを確認してから６０分間温度を維持し、その後自然冷却した。炉の温度上昇とともに、炉内圧力は上昇するが、炉内圧力が設定値（１．３×１０5Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開
く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。
【００８７】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図５のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が１００〜９００μｍ2であり、高さが５〜４０μｍであった。柱状体は、その
断面積は１５０〜１０００μｍ2であり、厚さ（長さ）は１０〜２０μｍであった。
【００８８】
工程〔Ｃ〕：工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成されたＳｉＣ基板をそのまま用いた。また、ガス排気口１８から排気を行って炉本体１２内を真空（５００Ｐａ以下）とした。
【００８９】
工程〔Ｄ〕：さらに、炉本体１２内を３３３３Ｐａの窒素ガス雰囲気とした。具体的には、ガス吸気口２０から上記圧力となるように窒素ガス（純度９９．９９９９％）を導入した。炉本体１２内が上記雰囲気になった後、炉本体１２の外側に設けられた高周波加熱コイル１６を作動して、カーボン容器の温度（この温度を原料（ａ２）の温度とみなせる。）が１９００℃、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の温度が１８５０℃になるよう加熱した。
【００９０】
上記温度が所望の値に収まったことを確認してから１０分間該温度を維持し、その後自然冷却した。なお、炉内圧力が設定値（５０００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。
【００９１】
上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約５０μｍであった。該板状板は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４００ａｒｃｓｅｃであった。
【００９２】
〔実施例２〕
図４に示す装置１０の代わりに図１に示す装置１０を用いたこと、及び原料（ａ２）の代わりに原料（ａ１）を用いた以外は実施例１と同様に行った。このとき、原料とベース基板（６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２）との距離も実施例１と同じ１ｍｍに設定した。
【００９３】
なお、原料（ａ１）は以下のようにして作製した。まず、ＡｌＮ原料粉末（酸素含有量：０．８ｍａｓｓ％、Ａｌ以外の不純物含有量：３５ｐｐｍ）１００質量部に対して、Ｙ2Ｏ3粉末１０質量部を自動乳鉢にて約３０分混合して混合粉末を得た。そして、有機バインダー、可塑剤、および滑剤を添加して、混合し、顆粒を作製した後、一軸プレス成形法により、板状の成形体を作製した。得られた成形体を空気雰囲気中で保持温度５５０℃、保持時間４時間で脱脂した。次いで、この脱脂体を、窒素雰囲気中、保持温度１８００℃、保持時間５時間で焼成した。これにより、φ３０ｍｍ、厚み５ｍｍの焼結体（Ａ）が得られた。焼結体（Ａ）の希土類元素の量は３．８質量％であった。
【００９４】
上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約４５μｍであった。
【００９５】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図６のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が２５〜５００μｍ2であり、高さが５〜１０μｍであった。柱状体は、その断
面積は５０〜８００μｍ2であり、厚さ（長さ）は５〜１５μｍであった。
【００９６】
〔実施例３〕
実施例１において、工程〔Ｄ〕での炉内圧３３３３Ｐａ（２５Ｔｏｒｒ）を９３３０Ｐａとする以外、全て実施例１と同じにした。なお、炉内圧力が設定値（９９００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約４３μｍであった。該板状態は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４６０ａｒｃｓｅｃであった。
【００９７】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図７のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が２５〜４００μｍ2であり、高さが５〜２０μｍであった。柱状体は、その断
面積は１００〜９００μｍ2であり、厚さ（長さ）は５〜２０μｍであった。
【００９８】
〔実施例４〕
実施例２において、工程〔Ｄ〕での炉内圧３３３３Ｐａ（２５Ｔｏｒｒ）を９３３０Ｐａとする以外、全て実施例２と同じにした。なお、炉内圧力が設定値（９９００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約４１μｍであった。該板状態は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４７０ａｒｃｓｅｃであった。
【００９９】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図８のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が２５〜１０００μｍ2であり、高さが５〜３０μｍであった。柱状体は、その
断面積は通常１００〜３０００μｍ2であり、厚さ（長さ）は１０〜３０μｍであった。
〔実施例５〕
実施例５には、図４に示す装置１０を使用した。
【０１００】
工程〔Ａ〕：まず、ＡｌＮ原料粉末（酸素含有量：０．８ｍａｓｓ％、Ａｌ以外の不純物含有量：３５ｐｐｍ）１００質量部に対して、Ｙ2Ｏ3粉末１０質量部を自動乳鉢にて約３０分混合して、混合粉末である原料（ａ２）を得た。次いで、原料（ａ２）をカーボン製容器３０の中に、原料表面が坩堝の底面と同じ高さになるように（すり切りいっぱいに）入れた。６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍｔ）とカーボン製容器３０との距離（原料からの距離でもある）が約１ｍｍとなるように、るつぼ１４中に配置した。
【０１０１】
工程〔Ｂ〕：次に、炉本体１２内を６９００Ｐａの窒素ガス雰囲気とした。具体的にはガス排気口１８から排気を行った後、ガス吸気口２０から上記圧力となるように窒素ガス（純度９９．９９９９％）を導入した。炉本体１２内が上記雰囲気になった後、炉本体１２の外側に設けられた高周波加熱コイル１６を作動して、るつぼ１４、即ちカーボン製容器３０及び６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２の加熱を開始した。カーボン容器の温度（この温度を原料（ａ２）の温度とみなせる。）が１９００℃、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の温度が１８００℃に達するまで加熱した。それぞれの温度が所望の値に収まったことを確認してから温度を維持し、その後自然冷却した。炉の温度上昇とともに、炉内圧力は上昇するが、炉内圧力が設定値（８０００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。
【０１０２】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図９のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が２０００〜４０００μｍ2であり、高さが４０〜６０μｍであった。柱状体は
、その断面積は１００〜７０００μｍ2であり、厚さ（長さ）は１０〜７０μｍであった
。
【０１０３】
工程〔Ｃ〕：工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成されたＳｉＣ基板をそのまま用いた。また、ガス排気口１８から排気を行って炉本体１２内を真空（５００Ｐａ以下）とした。
【０１０４】
工程〔Ｄ〕：さらに、炉本体１２内を３３３３Ｐａの窒素ガス雰囲気とした。具体的には、ガス吸気口２０から上記圧力となるように窒素ガス（純度９９．９９９９％）を導入した。炉本体１２内が上記雰囲気になった後、炉本体１２の外側に設けられた高周波加熱コイル１６を作動して、カーボン容器の温度（この温度を原料（ａ２）の温度とみなせる。）が１９００℃、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の温度が１８５０℃になるよう加熱した。
【０１０５】
上記温度が所望の値に収まったことを確認してから１０分間該温度を維持し、その後自然冷却した。なお、炉内圧力が設定値（５０００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。
【０１０６】
上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約８０μｍであった。該板状態は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４３０ａｒｃｓｅｃであった。
〔実施例６〕
図４に示す装置１０の代わりに図１に示す装置１０を用いたこと、及び原料（ａ２）の代わりに原料（ａ１）を用いた以外は実施例５と同様に行った。このとき、原料とベース基板（６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２）との距離も実施例１と同じ１ｍｍに設定した。
【０１０７】
なお、原料（ａ１）は以下のようにして作製した。まず、ＡｌＮ原料粉末（酸素含有量：０．８ｍａｓｓ％、Ａｌ以外の不純物含有量：３５ｐｐｍ）１００質量部に対して、Ｙ2Ｏ3粉末１０質量部を自動乳鉢にて約３０分混合して混合粉末を得た。そして、有機バインダー、可塑剤、および滑剤を添加して、混合し、顆粒を作製した後、一軸プレス成形法により、板状の成形体を作製した。得られた成形体を空気雰囲気中で保持温度５５０℃、保持時間４時間で脱脂した。次いで、この脱脂体を、窒素雰囲気中、保持温度１８００℃、保持時間５時間で焼成した。これにより、φ３０ｍｍ、厚み５ｍｍの焼結体（Ａ）が得られた。焼結体（Ａ）の希土類元素の量は３．８質量％であった。
【０１０８】
上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約８５μｍであった。該板状態は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４２０ａｒｃｓｅｃであった。
【符号の説明】
【０１０９】
１０： 装置
１２： 炉本体
１４： 坩堝（るつぼ）
１６： 高周波コイル
１８： ガス排気口
２０： ガス吸気口
２２： 無機単結晶基板
２３： スペーサー
２４： 無機単結晶の多角錐
２６： 単結晶窒化アルミニウムの多角柱
２８： 単結晶窒化アルミニウムの板状体
３０： カーボン製容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、特定の原料を特定の雰囲気中で昇華させる単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶窒化アルミニウムは、半導体デバイスの基板などへの応用が期待されている。この単結晶窒化アルミニウムの製造方法として、非特許文献１には、窒化アルミニウムセラミックスプレートと炭化珪素基板とを用いたＰＶＴ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｍｅｔｈｏｄ、物理蒸気輸送法）が開示されている。この方法では、まず、加熱により炭化珪素基板上にエッチピットが生成し、該ピットで窒化アルミニウムの成長が始まる。次いで、上記ピットが窒化アルミニウムで埋まり、その上に窒化アルミニウムの六角錐が生成する。さらに、上記六角錐上に窒化アルミニウムのマイクロロッドが生成し、その後、マイクロロッドのラテラル成長によりマイクロロッドが結合して、窒化アルミニウムの板状体となる。このように、最終的には、炭化珪素基板上に、窒化アルミニウムの六角錐を介して窒化アルミニウムの板状体が形成される。ここで、マイクロロッドの形成は、１７００℃又は１７５０℃、４００〜８５０ｍｂの窒素雰囲気中で行われ、板状体の形成は、１８００℃、３００ｍｂの窒素雰囲気中で行われている。また、得られた板状体の直径は１０ｍｍであり、厚さは１２０μｍである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】G.R. Yazdi, et al., Journal of Crystal Growth, "Fabrication of free-standing AlN crystals by controlled microrod growth", doi:10.1016/j.jcrysgro.2007.11.124
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の製造方法では、単結晶窒化アルミニウム板状体の成長速度に改善の余地がある。また、製造できる窒化アルミニウム板状体の径及び厚さも十分ではない。従って、本発明の目的は、大きな面積及び厚さを有する単結晶窒化アルミニウム板状体が、大きな速度で形成できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、特定の原料を特定の雰囲気中で昇華させることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明に係る単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法は、〔Ｃ〕(1)希土類元
素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は(2)該複合
酸化物或いは該複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、該原料の近傍に、突起が形成された無機単結晶基板を配置する準備工程；及び〔Ｄ〕１０〜１００００Ｐａの非酸化性ガス雰囲気中で、上記原料及び上記無機単結晶基板を加熱し、上記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に上記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、上記突起上に単結晶窒化アルミニウムからなる板状体を形成する単結晶窒化アルミニウム形成工程を含んでなることを特徴とする。
【０００７】
上記単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法は、〔Ａ〕(1)希土類元素及び
アルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は(2)該複合酸化物
或いは該複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、該原料の近傍に、無機単結晶基板を配置する準備工程；及び〔Ｂ〕６６７０Ｐａ以上の非酸化性ガス雰囲気中で、上記原料及び上記無機単結晶基板を加熱し、上記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に上記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、上記無機単結晶基板上に突起を形成する突起形成工程をさらに含み、上記突起形成工程〔Ｂ〕により形成される突起が、上記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなり、上記準備工程〔Ｃ〕が、上記突起形成工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成された無機単結晶基板を、上記突起が形成された無機単結晶基板として配置する準備工程であることが好ましい。
【０００８】
上記原料は、希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる焼結助剤を用いて、酸化アルミニウムを含む窒化アルミニウム原料粉末を焼結した焼結体であることが好ましい。
【０００９】
上記非酸化性ガスは、窒素ガス、又は窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガスであることが好ましい。
【００１０】
上記無機単結晶基板は、炭化珪素単結晶基板であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る積層体は、突起が形成された無機単結晶基板と、当該突起上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる板状体とからなり、上記突起が、上記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る単結晶窒化アルミニウム自立基板の製造方法は、上記積層体を準備する工程、及び該積層体から上記板状体を分離する工程を含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法によれば、大きな面積及び厚さを有する単結晶窒化アルミニウム板状体が、大きな速度で形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係る単結晶窒化アルミニウムの製造方法（実施形態１）を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明に係る単結晶窒化アルミニウムの製造方法（実施形態１）を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明に係る単結晶窒化アルミニウムの製造方法（実施形態１）を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明に係る単結晶窒化アルミニウムの製造方法（実施形態２）を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【図６】図６は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【図７】図７は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【図８】図８は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【図９】図９は、本発明に係る実施例のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法〕
＜実施形態１＞
本発明に係る単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法（実施形態１）では、特定の圧力、雰囲気及び温度条件で、特定の原料と無機単結晶基板（単にベース基板ともいう。）とを加熱して突起が形成された無機単結晶基板（単に突起が形成されたベース基板ともいう。）を作製し、次いで、特定の圧力、雰囲気及び温度条件で、特定の原料と上記突起が形成されたベース基板とを加熱して単結晶窒化アルミニウム板状体を製造する。
【００１６】
図１に、上記単結晶窒化アルミニウム板状体の製造方法に用いる装置の一例を示す。装置１０における炉本体１２の中央には、原料及びベース基板を配置するための坩堝（るつぼ）１４が設けられており、炉本体１２の外側には、坩堝１４を加熱するための高周波コイル１６が設けられている。また、加熱の際に炉本体１２内の圧力及び雰囲気を調整するため、ガスを排気するガス排気口１８及びガスを導入するガス吸気口２０が炉本体１２に設けられている。なお、図示していないが坩堝１４は外部と均圧をとれる構造となっている。
【００１７】
以下、本発明に用いる装置の一例を示す図を参照しながら、本発明について具体的に説明する。
【００１８】
（準備工程〔Ａ〕）
準備工程〔Ａ〕では、（１）希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウム（Ａｌ）とを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と、を含んでなる原料（本明細書において原料（ａ１）ともいう）を準備し、該原料の近傍に無機単結晶基板を配置する。
【００１９】
ここで原料近傍とは、ベース基板が原料（ａ１）と直接接触せず、尚且つ工程〔Ｂ〕において原料から発生した蒸気がベース基板に十分に到達する距離を意味する。このときの原料とベース基板との距離（図１において原料（ａ１）の表面とベース基板２２の表面との距離）は使用する原料の種類や加熱温度等によって若干変わるが、通常は０．５〜５０ｍｍ、好ましくは１〜３０ｍｍである。この距離は、例えば図１に示すようにカーボン製などのスペーサー２３によって調整する。上記範囲にあると、工程〔Ｂ〕において高さの変動分布が小さい単結晶ＡｌＮからなる多角柱が得られる。
【００２０】
無機単結晶基板（ベース基板）としては、六方晶単結晶基板が好適に使用される。中でも単結晶ＡｌＮとの格子定数のミスマッチが小さいばかりでなく、耐熱性が高く、しかも後述するように突起形成工程において突起が形成され易いため、その上に形成されたＡｌＮ単結晶板状体の分離が容易となるという理由から、炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶基板を使用することが好ましい。ＳｉＣ単結晶基板としては、具体的には、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板が挙げられる。単結晶ＡｌＮとの格子定数のミスマッチがより小さく、単結晶ＡｌＮ板状体の歪みが抑えられることから、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板がより好適に用いられる。ベース基板の大きさは、通常２５ｍｍ2〜１００００ｍｍ2、好ましくは１００ｍｍ2〜２５００ｍｍ2であり、厚さは、通常１００〜１０００μｍ、好ましくは２００〜８００μｍである。
【００２１】
原料（ａ１）は、複合酸化物又は複合酸窒化物及びＡｌＮを含んでなる。この複合酸化物又は複合酸窒化物に用いられる希土類元素としては、Ｙ、Ｃｅ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙが挙げられ、アルカリ土類金属元素としては、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、
Ｂａが挙げられる。希土類元素及びアルカリ土類金属元素は、単独で用いても２種以上を用いてもよい。しかしながら、これらの中でも、ＡｌＮ成長速度の観点から希土類元素、特にＹを含むことが好ましい。この希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とＡｌとを含む複合酸化物及び複合酸窒化物として好適なものを例示すれば、２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3、３Ｙ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ3、ＹＡｌＯＮなどを挙げることができる。これら複合酸化物及び複合酸窒化物は、単独で存在していてもよいが、焼結時における高温の反応は複雑であるため、一般的には種類の異なる複数のものが混合して存在する。原料にＡｌＮと共に上記複合酸化物又は複合酸窒化物が含まれていると、これら複合酸化物又は複合酸窒化物はそれ自体が昇華してＡｌＮ単結晶の原料となるばかりでなく、原料（ａ１）に含まれるＡｌＮの昇華を促進する働きもあると考えられる。従って後述するように突起形成工程〔Ｂ〕では、比較的低温での加熱でも、好ましい大きさの単結晶ＡｌＮからなる多角柱を得ることが可能となる。また、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕では、比較的低温での加熱でも、大きく厚い単結晶ＡｌＮの板状体が速く得られる。
【００２２】
原料（ａ１）中、希土類元素及びアルカリ土類金属元素の合計量が、０．０７６〜３８．２質量％（上記元素がＹのみであり、かつＹ2Ｏ3として存在しているとすると、Ｙ2Ｏ3換算で０．１〜５０質量％）であることが好ましく、０．７６〜２２．９質量％（上記元素がＹのみであり、かつＹ2Ｏ3として存在しているとすると、Ｙ2Ｏ3換算で１〜３０質量％）であることがより好ましい。ここで、希土類元素及びアルカリ土類金属元素は、原料（ａ１）中で複合酸化物又は複合酸窒化物として存在している。また、希土類元素及びアルカリ土類金属元素の量は、後述する蛍光Ｘ線分析法によって求められ、複合酸化物又は複合酸窒化物の存在は、Ｘ線回折測定によって確認することができる。
【００２３】
一般に、ＡｌＮ粉末を焼結する場合には希土類元素の酸化物やアルカリ土類金属元素の酸化物からなる焼結助剤が使用され、粒界においてＡｌＮとこれら焼結助剤との高温反応により、Ａｌの複合酸化物または複合酸窒化物が形成されることが知られている。また、このとき、僅かなＡｌ2Ｏ3などのアルミニウム酸化物の存在により上記反応が起こりやすくなることも知られている。言い換えれば、原料（ａ１）は、より具体的には、希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる焼結助剤を用いて、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含む窒化アルミニウム（ＡｌＮ）原料粉末を焼結した焼結体である。そして、このようにして得られた焼結体には、粒子状のＡｌＮと粒界に存在する複合酸化物及び複合酸窒化物とが含まれている。
【００２４】
上記焼結体の形成に使用される焼結助剤において、希土類元素及びアルカリ土類金属元素としては、上述の元素が挙げられる。これら元素を含む化合物からなる焼結助剤としては、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｈｏ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3
、ＣａＯが用いられるが、結晶成長速度の観点から希土類元素の酸化物、特に酸化イットリウムが好適に用いられる。上記焼結助剤は、単独で用いても２種以上を混合して用いてもよい。
【００２５】
また、焼結助剤の比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、焼結性の観点から１〜５０ｍ2／ｇ
であることが好ましい。
【００２６】
ＡｌＮと上記焼結助剤とを高温で反応させて複合酸化物又は複合酸窒化物を形成する場合、焼結助剤に含まれる酸素原子がＡｌＮの酸化にも使用されるため、Ａｌ2Ｏ3などのアルミニウム酸化物は必ずしも必要ではないが、上記したように反応の促進効果があるため存在することが好ましい。ＡｌＮ粉末は、通常空気中で酸化され、粒子の表面から約１００ｎｍの範囲がＡｌ2Ｏ3となり、ＡｌＮ粉末中０．１〜１質量％の酸素を含むため、通常入手可能なＡｌＮ粉末は、特にＡｌ2Ｏ3を添加しなくても該酸化物を含んでいる。従って
、上記ＡｌＮ粉末を、Ａｌ2Ｏ3を含むＡｌＮ原料粉末として好適に使用できる。
【００２７】
この場合、該粉末に含まれる表面酸化によって形成される酸化アルミニウム含量が粉末質量の０．１質量％未満である場合には、焼結性をより向上させ、更に上記複合酸化物又は複合酸窒化物の形成を容易にすることを目的として、Ａｌ2Ｏ3を添加して焼結することが好ましい。Ａｌ2Ｏ3の添加量はＡｌＮ粉末とＡｌ2Ｏ3粉末との混合粉末の質量を基準として酸素含量が０．１〜１質量％となる量であればよいが、炭素を含む窒素雰囲気中で工程〔Ｂ〕を行う場合には、この範囲を越えて添加してもよい。このような雰囲気中で焼成を行う場合には、Ａｌ2Ｏ3は還元窒化されてＡｌＮ単結晶の原料ともなるからである。
【００２８】
原料（ａ１）のより具体的な態様となる上記焼結体は、例えば以下のようにして製造される。まず、ＡｌＮ原料粉末１００質量部に対して焼結助剤を通常０．１〜３０質量部の量で混合する。焼結助剤とＡｌＮ原料粉末との混合は、公知の方法によって行うことができる。例えば、ボールミル等の混合機によって、乾式又は湿式により混合する方法が好適に用いられる。また、湿式混合では、アルコール類、炭化水素類等の分散媒を使用するが、分散性の点でアルコール類、炭化水素類を用いることが好ましい。なお、この混合にあたっては、焼結助剤の水分吸着又は凝集を生じないように、ドライエア中で保存され、必要により真空乾燥された焼結助剤を、ＡｌＮ原料粉末と直ちに混合することが好ましい。
【００２９】
次に、得られた混合粉末を、所望の原料（ａ１）が得られるような形状に成形する。上記成形は公知の方法で行うことができるが、強度の高い成形体とし、歩留まりを高めるためには、有機バインダーを用いて成形を行うことが好ましい。
【００３０】
例えば、上記混合粉末を有機バインダー及び必要により分散剤、可塑剤、溶媒などと混合して成形用スラリー又はペーストを調製し、押出成形法、射出成形法、鋳込み成形法などによってこの成形用スラリー又はペーストから成形体を作製する。また、成形用スラリーから顆粒を得てから圧縮成形法により成形体を作製してもよい。
【００３１】
有機バインダーとしては、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂、ポリメタクリルブチル等のアクリル樹脂等が挙げられる。このような有機バインダーは、ＡｌＮ原料粉末１００質量部当り、通常０．１〜３０質量部、好ましくは１〜１５質量部の量で使用される。また、分散剤としては、グリセリン化合物類などが挙げられ、可塑剤としては、フタル酸エステル類などが挙げられる。溶媒には、イソプロピルアルコールや炭化水素類などが使用される。
【００３２】
最後に、成形体を脱脂（脱バインダー）した後焼成する。脱脂は、空気中、窒素中、水素中等の雰囲気で加熱して行うことができる。また、脱脂温度は、有機バインダーの種類によって異なるが、通常３００〜９００℃、好ましくは３００〜７００℃である。
【００３３】
焼成は、複合酸化物又は複合酸窒化物を形成させるために、Ｎ2ガスなどの不活性ガス
雰囲気中、１６５０〜１９５０℃で、１〜１０時間実施することが好ましい。
【００３４】
なお、成形体の作製において、有機バインダーを用いずに圧縮成形法により混合粉末を成形してもよい。例えば、上記混合粉末を一軸成形機にて仮成形してグリーン体を製造し、これをＣＩＰ（冷間等方圧）成形機にて１〜４ｔ／ｃｍ2で加圧成形することにより、
上記成形体を作製してもよい。この場合、成形体は脱脂を行わずに焼成される。
【００３５】
上記工程を経て、原料（ａ１）として用いられる焼結体が得られる。
【００３６】
（突起形成工程〔Ｂ〕）
突起形成工程〔Ｂ〕では、６６７０Ｐａ以上の非酸化性ガス雰囲気中で、上記原料及び上記無機単結晶基板を加熱し、上記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に上記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、上記無機単結晶基板上に突起を形成する。
【００３７】
突起形成工程〔Ｂ〕により形成される突起は、具体的には、無機単結晶基板２２上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台２４と、該多角錐又は多角錐台２４上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱２６とからなる（図２参照）。なお、通常多角錐及び多角錐台が形成されるが、図２では、例として多角錐のみ表している。また、図１と図２とでは、基板の上下は逆である。即ち、図１では原料に対向する面は下であるが、図２では、原料に対向する面は上である。
【００３８】
非酸化性ガス雰囲気の圧力は、６６７０Ｐａ以上、好ましくは０．９×１０5〜２×１
０5Ｐａ、より好ましくは１．０×１０5〜１．５×１０5Ｐａである。
【００３９】
突起形成工程〔Ｂ〕に用いる非酸化性ガスとしては、不活性ガスが使用できるが、ＡｌＮ単結晶成長速度の観点から、「窒素ガス」又は「窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガス」を使用することが好ましい。「窒素ガス」又は「窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガス」中で加熱することにより、上記複合酸化物や複合酸窒化物が窒化アルミニウムに転化し易くなり、効率よく単結晶窒化アルミニウムを形成することが可能となる。また、上記転化がより起こり易く、比較的低温での加熱でも好ましい大きさの突起が得られると言う理由から、「窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガス」を使用することがより好ましい。窒素ガスは、純度９９．９９９９％以上であることが好ましい。炭素ガスとしては、カーボンの発生源を共存させ、これを加熱することで発生する炭素ガスが好適に用いられる。カーボンの発生源としては、カーボン製のるつぼ、カーボン製の原料容器、カーボン製の炉本体が挙げられる。また、発生源として、るつぼ中に無定形炭素や黒鉛等のカーボンを共存させてもよい。言い換えると、非酸化性ガスとして窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガスを使用する場合には、窒素を使用するとともに、系内に加熱により炭素ガスを発生するカーボン源を存在させておけばよい。
【００４０】
原料の温度は、１６００〜２０００℃、好ましくは１８００〜１９９０℃とし、ベース基板温度は、１５８０℃以上であって当該原料より低い温度、好ましくは１７９０〜１９８０℃であって当該原料より１０〜１００℃、特に２０〜７０℃低い温度とすることが望ましい。
【００４１】
上記雰囲気、圧力範囲及び温度範囲にあると、良好な突起が形成され、単結晶ＡｌＮ板状体とベース基板との分離が容易となる。また、ベース基板温度が上記範囲より低すぎると、多角錐又は多角錐台の形成と単結晶ＡｌＮの成長が競争的に起こるようになることが原因であると思われるが、好ましい大きさの多角錐又は多角錐台が形成され難くなる傾向がある。なお、原料及びベース基板の温度差が上記範囲にあると、良好な突起（無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱）が形成されやすい。
【００４２】
突起形成工程〔Ｂ〕における雰囲気及び圧力の制御は、例えば系内の雰囲気ガスをガス排気口１８から排気した後に、ガス吸気口２０から窒素ガスを上記圧力になるように導入すればよい（図１）。上記圧力は、例えば炉本体に取り付けられた圧力計により測定される。なお、系内の圧力を調整する場合には調圧弁或いは所定の圧力に達したときに自動的に開くダンパー等を用いればよい。突起形成工程〔Ｂ〕の間、圧力は上記範囲にあれば一定であっても、変化させてもよく、圧力は上記調圧弁或いはダンパーで調整することができる。
【００４３】
突起形成工程〔Ｂ〕における加熱は、具体的には以下のように行われる。即ち、高周波コイル１６を作動させ、るつぼ１４中に配置された上記原料及び上記ベース基板を上記温度まで加熱する（図１）。上記原料及び上記ベース基板の温度は、それ自体を直接計測することは極めて困難なため、両者が収められているカーボン製のるつぼを赤外放射温度計により間接的に計測する。突起形成工程〔Ｂ〕において、上記温度まで加熱した後は、温度は上記範囲にあれば一定であっても、変化させてもよい。
【００４４】
上記原料及び上記ベース基板の温度差は、上記原料及び上記ベース基板の距離を変えることにより調整できる。また、制御系統が独立した２以上のヒーターを用いて調整してもよいし、ヒーターと坩堝との位置関係を調整することにより制御することもできる。
【００４５】
昇温速度は、１〜３０℃／ｍｉｎであることが好ましい。このような速度で昇温することにより、突起が効率よく得られる。なお、良質な突起を得るためには雰囲気を非酸化性ガス雰囲気としてから加熱（昇温）を開始することが好ましい。
【００４６】
また、上記雰囲気及び圧力中で、上記原料及び上記ベース基板を上記温度としてから、該温度に３分〜３時間維持することが好ましい。これにより、好ましい大きさの突起が得られる。
【００４７】
突起形成工程〔Ｂ〕において、まず、ベース基板表面の状態が変化し、ベース基板２２の表面にベース基板と同種材料の単結晶からなる複数の多角錐又は多角錐台２４が形成される（図２参照）。このような多角錐又は多角錐台の形成はベース基板の昇華（或いはエッチング）・再析出によるものと考えられる。上記した非特許文献１では、ベース基板のエッチングのみが起こりピットが形成されるとされているが、実施形態１では上記雰囲気、圧力及び温度範囲で上記原料を加熱するため、一旦昇華したものが再析出して突起が形成されると考えられる。次に、この多角錐又は多角錐台２４上にさらに単結晶ＡｌＮが成長し柱状体（単結晶ＡｌＮの多角柱２６）が形成される（図２参照）。ここで、隣り合う多角錐又は多角錐台上に形成された柱状体同士は、径方向に成長して太くなり結合している場合もある。多角錐又は多角錐台上への単結晶ＡｌＮのデポジットとしては、加熱により昇華した複合酸化物及び複合酸窒化物の還元窒化により形成された前駆体によるＡｌＮのデポジットが優勢であると考えられる。また、アルミニウム複合酸化物及び複合酸窒化物の昇華によりＡｌＮの昇華が促進され、昇華したＡｌＮのデポジットも同時に起こっていると考えられる。
【００４８】
また、工程〔Ｂ〕でベース基板上に形成される多角錐又は多角錐台は、通常底面積が２５μｍ2〜４０００μｍ2であり、高さが５μｍ〜６０μｍである。柱状体は、その断面積は通常１０〜２×１０5μｍ2であり、厚さ（長さ）は、通常５μｍ〜３ｍｍである。多角錐又は多角錐台および柱状体について、底面積及び高さがこの範囲にあると、工程〔Ｄ〕で作製される単結晶ＡｌＮ板状体をベース基板から切り離しやすい。
【００４９】
ベース基板上に形成される突起の密度は、１６〜１００００個／ｍｍ2であることが好
ましい。密度がこの範囲にあると、工程〔Ｄ〕で作製される板状体をベース基板から分離しやすい。なお、突起の数は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像から突起物の数を直接数えることにより確認できる。
【００５０】
（準備工程〔Ｃ〕）
準備工程〔Ｃ〕では、（１）希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウム（Ａｌ）とを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と、を含んでなる原料（原料（ａ１））を準備し、該原料の近傍に
突起が形成された無機単結晶基板を配置する。ここで、突起形成工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成された無機単結晶基板を、上記突起が形成された無機単結晶基板として配置する。原料近傍については、準備工程〔Ａ〕で説明したのと同様である。また、原料（ａ１）は、準備工程〔Ａ〕で説明した原料（ａ１）と同様である。
【００５１】
具体的には、突起形成工程〔Ｂ〕が終了した状態で準備工程〔Ｃ〕も終了する。
【００５２】
（単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕）
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕では、１０〜１００００Ｐａの非酸化性ガス雰囲気中で、上記原料及び上記無機単結晶基板を加熱し、上記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に上記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、上記突起上に単結晶窒化アルミニウムからなる板状体を形成する。
【００５３】
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕により形成される板状体は、具体的には、単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱２６上に形成される（図３参照）。
【００５４】
非酸化性ガス雰囲気の圧力は、１０〜１００００Ｐａ、好ましくは１００〜８０００Ｐａである。単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕に用いる非酸化性ガスについては突起形成工程〔Ｂ〕に用いる非酸化性ガスと同様である。
【００５５】
原料の温度は、１６００〜２０００℃、好ましくは１８００〜１９９０℃とし、ベース基板温度は、１５８０℃以上であって当該原料より低い温度、好ましくは１７９０〜１９８０℃であって当該原料より１０〜１００℃、特に２０〜７０℃低い温度とすることが望ましい。
【００５６】
上記雰囲気、圧力範囲及び温度範囲にあると、大きく厚い単結晶ＡｌＮ板状体が速く形成される。
【００５７】
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕においては、具体的には、突起形成工程〔Ｂ〕での雰囲気及び圧力から、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕での雰囲気及び圧力に変更する。単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕の間、圧力は上記範囲にあれば一定であっても、変化させてもよく、圧力は上記調圧弁或いはダンパーで調整することができる。
【００５８】
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕における加熱は、突起形成工程〔Ｂ〕での上記原料及び上記ベース基板の温度から、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕での上記原料及び上記ベース基板の温度に変更して行う。即ち、高周波コイル１６を作動させ、るつぼ１４中に配置された上記原料及び上記ベース基板を上記温度に加熱する（図１参照）。単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕において、上記温度まで加熱した後は、温度は上記範囲にあれば一定であっても、変化させてもよい。
【００５９】
上記原料及び上記ベース基板の温度差は、上記原料及び上記ベース基板の距離を変えることにより調整できる。また、制御系統が独立した２以上のヒーターを用いて調整してもよいし、ヒーターと坩堝との位置関係を調整することにより制御することもできる。
【００６０】
また、上記雰囲気及び圧力中で、上記原料及び上記ベース基板を上記温度としてから、該温度に１０分〜５０時間維持することが好ましい。これにより、好ましい大きさの板状体が得られる。
【００６１】
単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕において、単結晶ＡｌＮの多角柱２６上に単結
晶窒化アルミニウムからなる板状体２８が形成される（図３参照）。単結晶ＡｌＮの多角柱上への単結晶ＡｌＮのデポジットとしては、加熱により昇華した複合酸化物及び複合酸窒化物の還元窒化により形成された前駆体によるＡｌＮのデポジットが優勢であると考えられる。また、アルミニウム複合酸化物及び複合酸窒化物の昇華によりＡｌＮの昇華が促進され、昇華したＡｌＮのデポジットも同時に起こっていると考えられる。
【００６２】
実施形態１によれば、上記雰囲気、圧力及び温度範囲で上記原料を加熱するため、大きな面積及び厚さを有する単結晶窒化アルミニウム板状体が、大きな速度で形成できる。即ち、ベース基板の大きさと同程度の大きさを有し、厚さが４０μｍ〜１ｃｍである単結晶窒化アルミニウム板状体が、１０分〜４０時間で形成できる。
【００６３】
また、上記単結晶ＡｌＮの板状体について、Ｘ線回折における（００２）面のロッキングカーブ半値全幅は通常５０〜３０００ａｒｃｓｅｃである。ロッキングカーブの半値全幅とは、試料がブラックの回折条件を満たす角度にＸ線発生装置と検出器とのなす角度を固定して、Ｘ線入射角ωを変化させて得られる回折チャートにおいて、最大検出カウント数の５０％以上の値をとるωの範囲であり、この値が小さいほど単結晶の品質が高いことを意味する。本発明では、先に多角錐又は多角錐台と多角柱とからなる突起を育成し、その表面に単結晶ＡｌＮの板状体を形成しているため、下地結晶との不整合による影響を受け難い。言い換えると、貫通転位や格子歪みの無い高品質の単結晶ＡｌＮの板状体が得られる。
【００６４】
＜実施形態２＞
準備工程〔Ａ〕および準備工程〔Ｃ〕において、実施形態１で用いた原料（ａ１）の代わりに、（２）上記複合酸化物又は上記複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を除く）と、窒化アルミニウムとを含んでなる原料（本明細書において原料（ａ２）ともいう）を用いてもよい。ここで、上記原料物質とは、例えば、上記焼結体において粒界に存在する複合酸化物又は複合酸窒化物の原料物質、即ち、焼結助剤、Ａｌ2
Ｏ3及びＡｌＮを意味する。酸素の供給源がある場合には昇温中にＡｌＮはＡｌ2Ｏ3に容
易に転化するので、Ａｌ2Ｏ3に代えて他の酸化物あるいは水酸化アルミニウムを使用することもできる。
【００６５】
なお、原料（ａ２）において、ＡｌＮは、昇温時に形成される複合酸化物又は複合酸窒化物の原料として必要とされる量以上含まれていることが好ましいことから、原料（ａ２）は、「原料物質（但し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を除く）と、窒化アルミニウムとを含んでなる原料」としている。「ＡｌＮを過剰量含んでいてもよい原料物質」と表現することもできる。上記原料物質（この場合ＡｌＮを含む）は昇温工程において反応し、昇華し易い複合酸化物又は複合酸窒化物が形成される。この複合酸化物又は複合酸窒化物はそれ自体が昇華してＡｌＮ単結晶の原料となるばかりでなく、原料（ａ２）に過剰量含まれるＡｌＮの昇華を促進する働きもあると考えられる。従って、突起形成工程〔Ｂ〕では、原料（ａ１）を用いたときと同様に低温での加熱でも、好ましい大きさの単結晶ＡｌＮからなる多角柱を得ることが可能となる。また、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕では、原料（ａ１）を用いたときと同様に低温での加熱でも、大きく厚い単結晶ＡｌＮの板状体が得られる。
【００６６】
言い換えれば、原料（ａ２）は、より具体的には、希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物と、Ａｌ2Ｏ3を含むＡｌＮ原料粉末との混合物である。
【００６７】
上記化合物は、原料（ａ１）で焼結助剤に用いられる化合物と同様であり、Ａｌ2Ｏ3を含むＡｌＮ原料粉末も、原料（ａ１）で用いられるＡｌＮ原料粉末と同様である。
【００６８】
原料（ａ２）中、焼結助剤に用いられる化合物は合計で０．１〜５０質量％、特に１〜３０質量％の量で含まれ、Ａｌ2Ｏ3を含むＡｌＮ原料粉末は５０〜９９．９質量％、特に７０〜９９質量％の量で含まれることが好ましい（ここで、焼結助剤に用いられる化合物およびＡｌＮ原料粉末の合計は１００質量％である。）。これにより、結晶性の良い単結晶窒化アルミニウムが大きい速度で効率よく安定して得られる。
【００６９】
準備工程〔Ａ〕において、混合粉末である原料（ａ２）を用いるときは、原料（ａ２）をカーボン製容器３０などに入れて配置してもよい（図４参照）。
【００７０】
実施形態２においても、実施形態１と同様に、工程〔Ｂ〕において、ベース基板２２の表面にベース基板と同種材料の単結晶からなる複数の多角錐又は多角錐台２４が形成される。次いで、上記多角錐又は多角錐台２４上に単結晶ＡｌＮの多角柱２６が形成される（図２参照）。しかしながら、原料（ａ１）及び原料（ａ２）を比較すると、原料（ａ１）を用いた方が、単結晶ＡｌＮの多角柱がより高い再現性で製造できる。これは、ＡｌＮ単結晶の比較的低温での成長には「希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素とアルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物」が重要な役割を果たしていると考えられるところ、原料（ａ１）ではこれら複合酸化物又は複合酸窒化物が確実に形成されているのに対し、混合粉末である原料（ａ２）を用いたときには工程〔Ｂ〕において、条件によっては上記複合酸化物又は複合酸窒化物が形成され難いことが原因と思われる。また、実施形態２においても、実施形態１と同様に、工程〔Ｄ〕において、単結晶ＡｌＮの多角柱２６上に単結晶ＡｌＮの板状体が形成される（図３参照）。工程〔Ｄ〕においても、上記と同様の理由により、原料（ａ２）よりも原料（ａ１）を用いた方が、単結晶ＡｌＮの板状体がより高い再現性で製造できる。
【００７１】
なお、実施形態２においても、基板上への単結晶ＡｌＮのデポジットとしては、加熱により昇華した複合酸化物及び複合酸窒化物の還元窒化により形成された前駆体によるＡｌＮのデポジットが優勢であると考えられる。また、アルミニウム複合酸化物及び複合酸窒化物の昇華によりＡｌＮの昇華が促進され、昇華したＡｌＮのデポジットも同時に起こっていると考えられる。
【００７２】
＜その他の実施形態＞
実施形態１又は２において、突起形成工程〔Ｂ〕の終了後、準備工程〔Ｃ〕で、一度真空にしてもよい。この場合は、単結晶窒化アルミニウム形成工程〔Ｄ〕では、実施形態１の工程〔Ｂ〕で説明したのと同様に所望の雰囲気及び圧力を達成すればよい。また、突起形成工程〔Ｂ〕の終了後、準備工程〔Ｃ〕で、原料及び基板を一度冷却し大気圧に開放してもよい。この場合は、単結晶窒化アルミニウム形成〔Ｄ〕では、実施形態１の工程〔Ｂ〕で説明したのと同様に所望の雰囲気、圧力及び加熱温度を達成すればよい。なお、一度冷却し大気圧に開放したときに、原料とベース基板との距離を調整してもよい。
【００７３】
また、準備工程〔Ａ〕と工程〔Ｃ〕とで、使用する原料を変えてもよい。例えば、工程〔Ａ〕で原料（ａ１）を用いたときは、工程〔Ｂ〕の終了後、工程〔Ｃ〕で一度冷却し大気圧に開放し、原料（ａ２）に取り替えてもよい。或いは工程〔Ａ〕で原料（ａ２）を用いたときは、工程〔Ｂ〕の終了後、工程〔Ｃ〕で一度冷却し大気圧に開放し、原料（ａ１）に取り替えてもよい。
【００７４】
さらに、突起が形成されている限り、工程〔Ａ〕および〔Ｂ〕で作製した突起が形成された無機単結晶基板以外の無機単結晶基板を用いてもよい。例えば、工程〔Ｂ〕を無機単結晶基板上に該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台を形成した状態で終了し、この多角錐又は多角錐台が形成された無機単結晶基板を、工程〔Ｃ〕において突起が形成された
無機単結晶基板として用いてもよい。
【００７５】
〔単結晶窒化アルミニウム自立基板の製造方法〕
本発明に係る単結晶窒化アルミニウム自立基板では、まず、上述した実施形態１又は２のような方法により「突起が形成された無機単結晶基板と、当該突起上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる板状体とからなり、上記突起が、上記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなる積層体」を準備する。次に、該積層体から単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる板状体を分離する。このとき、ベース基板と単結晶窒化ＡｌＮからなる板状体との間には、多角錐又は多角錐台と多角柱とからなる突起が形成されていることにより、大きな空間が存在する。このため、単結晶ＡｌＮの板状体は容易に分離され、大きく厚い高品質の自立基板が得られる。
【００７６】
なお、上述したその他の実施形態のような方法により「突起が形成された無機単結晶基板と、当該突起上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる板状体とからなることを特徴とする積層体」を準備し、次に、該積層体から単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる板状体を分離してもよい。
【００７７】
上記自立基板は、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ、ハイドライド気相エピタキシャル）法により単結晶ＡｌＮの厚膜を作製する際の基板としても好適に用いられる。
【００７８】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００７９】
〔評価方法〕
＜原料（ａ１）及び原料（ａ２）に用いた原料粉末中の酸素の量＞
原料粉末について波長分散型蛍光Ｘ線分析装置により酸素の量を求めた。なお、ここで含有量が求められる酸素は、原料粉末ではＡｌ2Ｏ3として存在していると考えられる。
【００８０】
＜原料（ａ１）における複合酸化物中の希土類元素の量＞
原料を乳鉢により粉砕した後、波長分散型蛍光Ｘ線分析装置により希土類元素の量を求めた。また濃度が１００ｐｐｍ以下の微量不純物については、原料を粉砕後、硝酸及びリン酸を加え加熱分解し溶液を作製し、島津製作所製「ＩＣＰＳ−７５１０」を使用してＩＣＰ発光分析を行った。なお、希土類元素の濃度は、予め準備した検量線を元に定量した。
【００８１】
＜形状及び大きさ＞
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、大きさが分かるように任意の倍率に拡大して評価した。
【００８２】
＜柱状体の材質の同定及び単結晶ＡｌＮの結晶性＞
柱状体の材質の同定は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を使用して行った。板状体の結晶性は、Ｘ線回折装置を使用して、評価対象について面方位のピークの半値幅から評価した。
【００８３】
＜多角錐及び多角柱の材質の同定＞
エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて、多角錐及び多角柱にビームを絞り評価した。
【００８４】
〔実施例１〕
実施例１には、図４に示す装置１０を使用した。
【００８５】
工程〔Ａ〕：まず、ＡｌＮ原料粉末（酸素含有量：０．８ｍａｓｓ％、Ａｌ以外の不純物含有量：３５ｐｐｍ）１００質量部に対して、Ｙ2Ｏ3粉末１０質量部を自動乳鉢にて約３０分混合して、混合粉末である原料（ａ２）を得た。次いで、原料（ａ２）をカーボン製容器３０の中に、原料表面が坩堝の底面と同じ高さになるように（すり切りいっぱいに）入れた。６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍｔ）とカーボン製容器３０との距離（原料からの距離でもある）が約１ｍｍとなるように、るつぼ１４中に配置した。
【００８６】
工程〔Ｂ〕：次に、炉本体１２内を１．１×１０5Ｐａの窒素ガス雰囲気とした。具体
的にはガス排気口１８から排気を行った後、ガス吸気口２０から上記圧力となるように窒素ガス（純度９９．９９９９％）を導入した。炉本体１２内が上記雰囲気になった後、炉本体１２の外側に設けられた高周波加熱コイル１６を作動して、るつぼ１４、即ちカーボン製容器３０及び６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２の加熱を開始した。カーボン容器の温度（この温度を原料（ａ２）の温度とみなせる。）が１９００℃、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の温度が１８００℃に達するまで加熱した。それぞれの温度が所望の値に収まったことを確認してから６０分間温度を維持し、その後自然冷却した。炉の温度上昇とともに、炉内圧力は上昇するが、炉内圧力が設定値（１．３×１０5Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開
く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。
【００８７】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図５のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が１００〜９００μｍ2であり、高さが５〜４０μｍであった。柱状体は、その
断面積は１５０〜１０００μｍ2であり、厚さ（長さ）は１０〜２０μｍであった。
【００８８】
工程〔Ｃ〕：工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成されたＳｉＣ基板をそのまま用いた。また、ガス排気口１８から排気を行って炉本体１２内を真空（５００Ｐａ以下）とした。
【００８９】
工程〔Ｄ〕：さらに、炉本体１２内を３３３３Ｐａの窒素ガス雰囲気とした。具体的には、ガス吸気口２０から上記圧力となるように窒素ガス（純度９９．９９９９％）を導入した。炉本体１２内が上記雰囲気になった後、炉本体１２の外側に設けられた高周波加熱コイル１６を作動して、カーボン容器の温度（この温度を原料（ａ２）の温度とみなせる。）が１９００℃、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の温度が１８５０℃になるよう加熱した。
【００９０】
上記温度が所望の値に収まったことを確認してから１０分間該温度を維持し、その後自然冷却した。なお、炉内圧力が設定値（５０００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。
【００９１】
上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約５０μｍであった。該板状板は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４００ａｒｃｓｅｃであった。
【００９２】
〔実施例２〕
図４に示す装置１０の代わりに図１に示す装置１０を用いたこと、及び原料（ａ２）の代わりに原料（ａ１）を用いた以外は実施例１と同様に行った。このとき、原料とベース基板（６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２）との距離も実施例１と同じ１ｍｍに設定した。
【００９３】
なお、原料（ａ１）は以下のようにして作製した。まず、ＡｌＮ原料粉末（酸素含有量：０．８ｍａｓｓ％、Ａｌ以外の不純物含有量：３５ｐｐｍ）１００質量部に対して、Ｙ2Ｏ3粉末１０質量部を自動乳鉢にて約３０分混合して混合粉末を得た。そして、有機バインダー、可塑剤、および滑剤を添加して、混合し、顆粒を作製した後、一軸プレス成形法により、板状の成形体を作製した。得られた成形体を空気雰囲気中で保持温度５５０℃、保持時間４時間で脱脂した。次いで、この脱脂体を、窒素雰囲気中、保持温度１８００℃、保持時間５時間で焼成した。これにより、φ３０ｍｍ、厚み５ｍｍの焼結体（Ａ）が得られた。焼結体（Ａ）の希土類元素の量は３．８質量％であった。
【００９４】
上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約４５μｍであった。
【００９５】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図６のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が２５〜５００μｍ2であり、高さが５〜１０μｍであった。柱状体は、その断
面積は５０〜８００μｍ2であり、厚さ（長さ）は５〜１５μｍであった。
【００９６】
〔実施例３〕
実施例１において、工程〔Ｄ〕での炉内圧３３３３Ｐａ（２５Ｔｏｒｒ）を９３３０Ｐａとする以外、全て実施例１と同じにした。なお、炉内圧力が設定値（９９００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約４３μｍであった。該板状態は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４６０ａｒｃｓｅｃであった。
【００９７】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図７のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が２５〜４００μｍ2であり、高さが５〜２０μｍであった。柱状体は、その断
面積は１００〜９００μｍ2であり、厚さ（長さ）は５〜２０μｍであった。
【００９８】
〔実施例４〕
実施例２において、工程〔Ｄ〕での炉内圧３３３３Ｐａ（２５Ｔｏｒｒ）を９３３０Ｐａとする以外、全て実施例２と同じにした。なお、炉内圧力が設定値（９９００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約４１μｍであった。該板状態は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４７０ａｒｃｓｅｃであった。
【００９９】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図８のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が２５〜１０００μｍ2であり、高さが５〜３０μｍであった。柱状体は、その
断面積は通常１００〜３０００μｍ2であり、厚さ（長さ）は１０〜３０μｍであった。
〔実施例５〕
実施例５には、図４に示す装置１０を使用した。
【０１００】
工程〔Ａ〕：まず、ＡｌＮ原料粉末（酸素含有量：０．８ｍａｓｓ％、Ａｌ以外の不純物含有量：３５ｐｐｍ）１００質量部に対して、Ｙ2Ｏ3粉末１０質量部を自動乳鉢にて約３０分混合して、混合粉末である原料（ａ２）を得た。次いで、原料（ａ２）をカーボン製容器３０の中に、原料表面が坩堝の底面と同じ高さになるように（すり切りいっぱいに）入れた。６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍｔ）とカーボン製容器３０との距離（原料からの距離でもある）が約１ｍｍとなるように、るつぼ１４中に配置した。
【０１０１】
工程〔Ｂ〕：次に、炉本体１２内を６９００Ｐａの窒素ガス雰囲気とした。具体的にはガス排気口１８から排気を行った後、ガス吸気口２０から上記圧力となるように窒素ガス（純度９９．９９９９％）を導入した。炉本体１２内が上記雰囲気になった後、炉本体１２の外側に設けられた高周波加熱コイル１６を作動して、るつぼ１４、即ちカーボン製容器３０及び６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２の加熱を開始した。カーボン容器の温度（この温度を原料（ａ２）の温度とみなせる。）が１９００℃、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の温度が１８００℃に達するまで加熱した。それぞれの温度が所望の値に収まったことを確認してから温度を維持し、その後自然冷却した。炉の温度上昇とともに、炉内圧力は上昇するが、炉内圧力が設定値（８０００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。
【０１０２】
なお、この工程〔Ｂ〕で終了したサンプルも作製したが、このサンプルは、ＳｉＣ単結晶基板上に突起が形成されており、突起は、ＳｉＣ単結晶基板上に形成されたＳｉＣ単結晶からなる多角錐及び多角柱と、該多角錐及び多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱からなっていた（図９のＳＥＭ写真参照）。多角錐及び多角錐台は、底面積が２０００〜４０００μｍ2であり、高さが４０〜６０μｍであった。柱状体は
、その断面積は１００〜７０００μｍ2であり、厚さ（長さ）は１０〜７０μｍであった
。
【０１０３】
工程〔Ｃ〕：工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成されたＳｉＣ基板をそのまま用いた。また、ガス排気口１８から排気を行って炉本体１２内を真空（５００Ｐａ以下）とした。
【０１０４】
工程〔Ｄ〕：さらに、炉本体１２内を３３３３Ｐａの窒素ガス雰囲気とした。具体的には、ガス吸気口２０から上記圧力となるように窒素ガス（純度９９．９９９９％）を導入した。炉本体１２内が上記雰囲気になった後、炉本体１２の外側に設けられた高周波加熱コイル１６を作動して、カーボン容器の温度（この温度を原料（ａ２）の温度とみなせる。）が１９００℃、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の温度が１８５０℃になるよう加熱した。
【０１０５】
上記温度が所望の値に収まったことを確認してから１０分間該温度を維持し、その後自然冷却した。なお、炉内圧力が設定値（５０００Ｐａ）を超えると排気ダンパーが開く機構を炉に設けることで炉内圧力を一定に保った。
【０１０６】
上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、柱状体の上に、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約８０μｍであった。該板状態は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４３０ａｒｃｓｅｃであった。
〔実施例６〕
図４に示す装置１０の代わりに図１に示す装置１０を用いたこと、及び原料（ａ２）の代わりに原料（ａ１）を用いた以外は実施例５と同様に行った。このとき、原料とベース基板（６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板２２）との距離も実施例１と同じ１ｍｍに設定した。
【０１０７】
なお、原料（ａ１）は以下のようにして作製した。まず、ＡｌＮ原料粉末（酸素含有量：０．８ｍａｓｓ％、Ａｌ以外の不純物含有量：３５ｐｐｍ）１００質量部に対して、Ｙ2Ｏ3粉末１０質量部を自動乳鉢にて約３０分混合して混合粉末を得た。そして、有機バインダー、可塑剤、および滑剤を添加して、混合し、顆粒を作製した後、一軸プレス成形法により、板状の成形体を作製した。得られた成形体を空気雰囲気中で保持温度５５０℃、保持時間４時間で脱脂した。次いで、この脱脂体を、窒素雰囲気中、保持温度１８００℃、保持時間５時間で焼成した。これにより、φ３０ｍｍ、厚み５ｍｍの焼結体（Ａ）が得られた。焼結体（Ａ）の希土類元素の量は３．８質量％であった。
【０１０８】
上記工程を経た基板を電子顕微鏡で観察した結果、単結晶ＡｌＮからなる板状体が形成されていた。大きさはベース基板と同じであり、厚さは約８５μｍであった。該板状態は、外力を加えることにより容易にベース基板から分離でき、分離した基板の結晶性を評価したところ、Ｘ線回折による００２面のピークの半値幅は、約４２０ａｒｃｓｅｃであった。
【符号の説明】
【０１０９】
１０： 装置
１２： 炉本体
１４： 坩堝（るつぼ）
１６： 高周波コイル
１８： ガス排気口
２０： ガス吸気口
２２： 無機単結晶基板
２３： スペーサー
２４： 無機単結晶の多角錐
２６： 単結晶窒化アルミニウムの多角柱
２８： 単結晶窒化アルミニウムの板状体
３０： カーボン製容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶窒化アルミニウムからなる板状体を製造する方法であって、
〔Ｃ〕(1)希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素と
アルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は
(2)該複合酸化物或いは該複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除
く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、該原料の近傍に、突起が形成された無機単結晶基板を配置する準備工程；及び
〔Ｄ〕１０〜１００００Ｐａの非酸化性ガス雰囲気中で、前記原料及び前記無機単結晶基板を加熱し、前記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に前記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、前記突起上に単結晶窒化アルミニウムからなる板状体を形成する単結晶窒化アルミニウム形成工程
を含んでなることを特徴とする単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項２】
〔Ａ〕(1)希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素と
アルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は
(2)該複合酸化物或いは該複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除
く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、該原料の近傍に、無機単結晶基板を配置する準備工程；及び
〔Ｂ〕６６７０Ｐａ以上の非酸化性ガス雰囲気中で、前記原料及び前記無機単結晶基板を加熱し、前記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に前記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、前記無機単結晶基板上に突起を形成する突起形成工程をさらに含み、
前記突起形成工程〔Ｂ〕により形成される突起が、前記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなり、
前記準備工程〔Ｃ〕が、前記突起形成工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成された無機単結晶基板を、前記突起が形成された無機単結晶基板として配置する準備工程であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項３】
前記原料が、希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる焼結助剤を用いて、酸化アルミニウムを含む窒化アルミニウム原料粉末を焼結した焼結体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項４】
前記非酸化性ガスが、窒素ガス、又は窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガスであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項５】
前記無機単結晶基板が、炭化珪素単結晶基板であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項６】
突起が形成された無機単結晶基板と、当該突起上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる板状体とからなり、
前記突起が、前記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなることを特徴とする積層体。
【請求項７】
請求項６に記載の積層体を準備する工程、及び該積層体から前記板状体を分離する工程を含んでなることを特徴とする単結晶窒化アルミニウム自立基板の製造方法。
【請求項１】
単結晶窒化アルミニウムからなる板状体を製造する方法であって、
〔Ｃ〕(1)希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素と
アルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は
(2)該複合酸化物或いは該複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除
く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、該原料の近傍に、突起が形成された無機単結晶基板を配置する準備工程；及び
〔Ｄ〕１０〜１００００Ｐａの非酸化性ガス雰囲気中で、前記原料及び前記無機単結晶基板を加熱し、前記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に前記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、前記突起上に単結晶窒化アルミニウムからなる板状体を形成する単結晶窒化アルミニウム形成工程
を含んでなることを特徴とする単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項２】
〔Ａ〕(1)希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素と
アルミニウムとを含む複合酸化物又は複合酸窒化物と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料又は
(2)該複合酸化物或いは該複合酸窒化物の原料物質（但し、窒化アルミニウムを除
く）と、窒化アルミニウムと、を含んでなる原料を準備し、該原料の近傍に、無機単結晶基板を配置する準備工程；及び
〔Ｂ〕６６７０Ｐａ以上の非酸化性ガス雰囲気中で、前記原料及び前記無機単結晶基板を加熱し、前記原料の温度を１６００〜２０００℃とすると共に前記無機単結晶基板の温度を１５８０℃以上であって当該原料より低い温度として、前記無機単結晶基板上に突起を形成する突起形成工程をさらに含み、
前記突起形成工程〔Ｂ〕により形成される突起が、前記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなり、
前記準備工程〔Ｃ〕が、前記突起形成工程〔Ｂ〕により得られた突起が形成された無機単結晶基板を、前記突起が形成された無機単結晶基板として配置する準備工程であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項３】
前記原料が、希土類元素及びアルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる焼結助剤を用いて、酸化アルミニウムを含む窒化アルミニウム原料粉末を焼結した焼結体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項４】
前記非酸化性ガスが、窒素ガス、又は窒素ガス及び炭素ガスを含む混合ガスであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項５】
前記無機単結晶基板が、炭化珪素単結晶基板であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の単結晶窒化アルミニウムからなる板状体の製造方法。
【請求項６】
突起が形成された無機単結晶基板と、当該突起上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる板状体とからなり、
前記突起が、前記無機単結晶基板上に形成された該無機単結晶からなる多角錐又は多角錐台と、該多角錐又は多角錐台上に形成された単結晶窒化アルミニウムからなる多角柱とからなることを特徴とする積層体。
【請求項７】
請求項６に記載の積層体を準備する工程、及び該積層体から前記板状体を分離する工程を含んでなることを特徴とする単結晶窒化アルミニウム自立基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１９５６３２（Ｐ２０１０−１９５６３２Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４２６２３（Ｐ２００９−４２６２３）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【出願人】（０００００３１８２）株式会社トクヤマ (839)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【出願人】（０００００３１８２）株式会社トクヤマ (839)
【Ｆターム（参考）】
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