窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶
【課題】窒化アルミニウム結晶を成長させる際に下地基板が昇華されることを防止して、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長速度を向上して成長させる、窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶を提供する。
【解決手段】窒化アルミニウム結晶２０の成長方法は、以下の工程が実施される。まず、主表面１１ａと裏面１１ｂとを有する下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０が準備される。そして、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶２０が気相成長法により成長される。第１の層１１ａは、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる。第２の層１２は、第１の層１１の熱伝導率よりも高い材質よりなる。
【解決手段】窒化アルミニウム結晶２０の成長方法は、以下の工程が実施される。まず、主表面１１ａと裏面１１ｂとを有する下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０が準備される。そして、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶２０が気相成長法により成長される。第１の層１１ａは、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる。第２の層１２は、第１の層１１の熱伝導率よりも高い材質よりなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）結晶は、６．２ｅＶの広いエネルギバンドギャップ、約３．３ＷＫ-1ｃｍ-1の高い熱伝導率および高い電気抵抗を有しているため、光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板材料として注目されている。
【０００３】
このような窒化アルミニウム結晶の成長方法には、たとえば気相成長法の昇華法が用いられる。昇華法による窒化アルミニウム結晶の成長は、たとえば以下の工程によって実施される。すなわち、成長室の下部に窒化アルミニウム多結晶原料が設置され、成長室の上部のサセプタに下地基板が窒化アルミニウム多結晶原料と互いに向かい合うよう設置される。そして、窒化アルミニウム多結晶原料が昇華する温度まで窒化アルミニウム多結晶原料が加熱される。この加熱により、窒化アルミニウム多結晶原料が昇華して昇華ガスが生成され、窒化アルミニウム多結晶原料よりも低温に設置されている下地基板の表面に窒化アルミニウム単結晶が成長する。
【０００４】
このように、下地基板と窒化アルミニウム多結晶原料との間には下地基板から窒化アルミニウム多結晶原料に向けて温度が低くなる温度勾配（温度差）がある。このため、下地基板とサセプタとの間にも下地基板からサセプタに向けて温度が低くなる温度勾配があり、かつ下地基板内にも窒化アルミニウム多結晶原料と対向する面からサセプタと対向する面に向けて温度が低くなる温度勾配がある。下地基板とサセプタとの間に隙間ができると、窒化アルミニウム結晶の成長雰囲気に下地基板の裏面が曝されてしまうので、上記の温度勾配により、下地基板を構成する元素が昇華して、下地基板からサセプタへ、または下地基板内において高温部から低温部へ、再結晶化してしまう。この昇華および再結晶化が進行すると、下地基板を貫通する穴が発生する。さらに昇華が進行すると、下地基板上に成長した窒化アルミニウム結晶の構成元素が下地基板、サセプタなどの低温部へ輸送される場合がある。この結果、下地基板の表面上に成長した窒化アルミニウム結晶に、穴が発生する場合がある。したがって、下地基板の昇華を防止して、下地基板の穴の発生を抑制することが課題となっている。
【０００５】
このような下地基板の昇華を防止するための技術として、たとえば、特開２００６−２９０６７６号公報（特許文献１）には、下地基板とサセプタとをアルミナ系の高温用接着剤を用いて接着することが記載されている。この高温用接着剤は、１０００℃以上の高温でも十分な強度を発揮することが記載されている。
【０００６】
また特表平１１−５１０７８１号公報（特許文献２）には、下地基板の裏面に金属および金属化合物からなる皮膜が形成されていることが記載されている。
【０００７】
また特開２００５−２４７６８１号公報（特許文献３）には、金属材料を黒鉛台座の上に配置し、その金属材料の上に下地基板を配置し、その下地基板の上に加圧部材を配置し、加圧部材で１７００℃以上の高温で８７．５ｋＰａ以下の高い圧力を加えて、黒鉛台座と金属材料と下地基板とを固定一体化している方法が記載されている。金属材料は、チタン、バナジウムおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも１つの材料であることが記載されている。
【０００８】
また特開平９−２６８０９６号公報（特許文献４）には、下地基板において単結晶が成長する面以外の表面を保護層で被覆していることが記載されている。保護層は、タンタル、タングステン、ニオブ、モリブデン、レニウム、オスミウム、イリジウムおよびこれらの炭化物、ホウ化物、窒化物から選ばれる少なくとも１種よりなることが記載されている。さらに、この保護層と台座とを接着剤を用いて固定されていることが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２９０６７６号公報
【特許文献２】特表平１１−５１０７８１号公報
【特許文献３】特開２００５−２４７６８１号公報
【特許文献４】特開平９−２６８０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献１〜４で用いる接着剤、保護層およびサセプタ（台座）の放熱性が悪い場合には、下地基板に熱が蓄積される。下地基板に熱が蓄積されると、下地基板との熱膨張率の違い等から下地基板の裏面から、接着剤、保護層およびサセプタが剥離しやすくなり、下地基板の裏面が窒化アルミニウム結晶の成長雰囲気に曝されてしまう場合がある。この場合には、下地基板の温度が高いので下地基板の昇華が著しく進行し、下地基板上に成長した窒化アルミニウム結晶に穴があいてしまう場合がある。
【００１０】
また、下地基板の昇華を抑制するために、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低くすることが考えられる。しかし、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低くすると、窒化アルミニウム多結晶原料と下地基板との温度勾配が小さくなるので、下地基板上に成長させる窒化アルミニウム結晶の成長速度が遅いという問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に下地基板が昇華されることを防止することにより、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させるとともに、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる、窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法は、以下の工程を備えている。まず、主表面とこの主表面と反対側の裏面とを有する下地基板と、裏面に形成された第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板が準備される。そして、下地基板の主表面上に窒化アルミニウム結晶が気相成長法により成長される。第１の層は、窒化アルミニウム結晶の成長温度において下地基板よりも昇華しにくい材質よりなる。第２の層は、第１の層の熱伝導率よりも高い材質よりなる。
【００１３】
本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法によれば、第１の層は下地基板よりも昇華しにくい材質よりなるので、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、下地基板から第１の層が剥がれる、または第１の層から下地基板が露出するように第１の層が消失することを防止できる。このため、下地基板が窒化アルミニウム結晶を成長させる雰囲気に曝されることを防止できる。
【００１４】
さらに、第２の層は第１の層よりも熱伝導率が高い材質よりなるので、第２の層は第１の層よりも放熱性が高い。このため、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、第２の層は、下地基板が受けた熱を下地基板の外部へ拡散できるので、下地基板を冷却する効果を有する。したがって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できる。その結果、窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置内において温度の低い領域に位置するサセプタと、下地基板との温度勾配を小さくすることができるため、下地基板の昇華を抑制することができる。
【００１５】
また、積層基板は、下地基板の冷却効果を高める第２の層を備えているので、窒化アルミニウム結晶の原料の加熱温度を高く設定できる。このため、この原料と下地基板との温度勾配を大きくすることができるので、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる。
【００１６】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、窒化アルミニウム結晶の成長は、積層基板をサセプタに載置された状態で行なわれ、第２の層は、サセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなる。
【００１７】
第２の層はサセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなるため、第２の層はサセプタよりも放熱性が高い。このため、下地基板に熱が蓄積されることをより抑制でき、かつ下地基板とサセプタとの温度勾配をより小さくすることができる。よって、下地基板の昇華をより抑制できる。
【００１８】
また、窒化アルミニウム結晶の原料の加熱温度をより高く設定できるので、窒化アルミニウム結晶の成長速度をより向上できる。
【００１９】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記準備する工程は、下地基板の裏面上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を配置し、混合物上に第２の層を配置する工程と、第１の層にするために混合物を焼結する工程とを含んでいる。
【００２０】
これにより、金属材料を物理蒸着等により下地基板と台座との間に挟み、結晶成長面側から加圧部材を用いて大きな圧力で、かつ高い温度で加熱圧着している上記特許文献３と異なり、加圧部材等を用いずに、あるいは加圧部材を用いる場合であっても小さな圧力、低い温度で、第１の層を形成できる。このため、窒化アルミニウム結晶の成長面に汚れが発生することを防止できる、窒化アルミニウム結晶の成長面と加圧部材との反応を防止できる、窒化アルミニウム結晶の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶を成長することができる。また、加圧部材を用いないので、簡略化して第１の層を形成することができる。このため、第１の層を介して下地基板と第２の層とを一体化できる積層基板が容易に得られる。
【００２１】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は窒化アルミニウム基板であり、上記粉末が窒化アルミニウム単結晶である。
【００２２】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は窒化アルミニウム基板であり、上記粉末が、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末である。
【００２３】
これにより、上記混合物は下地基板と同一の元素を含むので、混合物を焼結すると、下地基板との密着性を向上した第１の層を形成できる。このため、下地基板と第１の層とを強固に固着できるので、下地基板から第１の層が剥がれることを効果的に防止できる。
【００２４】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記粉末が、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末である。
【００２５】
上記ホウ化物は高融点であるので、耐熱性の高い第１の層を形成できる。このため、特に高温で窒化アルミニウム結晶を成長させる場合に、第１の層により下地基板が昇華することを効果的に防止できる。
【００２６】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は炭化珪素基板であり、粉末は炭素元素を含んでいる。
【００２７】
これにより、上記混合物は下地基板と同一の元素を含むので、混合物を焼結すると、下地基板との密着性を向上した第１の層を形成できる。このため、下地基板と第１の層とを強固に固着できるので、下地基板から第１の層が剥がれることを効果的に防止できる。
【００２８】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記溶剤は、有機物、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなる。
【００２９】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記溶剤は、アセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる。
【００３０】
これにより、この溶剤と粉末とを混合した混合物をペースト状にできるので、下地基板に混合物を接触させやすい。このため、下地基板の裏面に混合物を均一に接触させることができるので、下地基板の裏面全体を保護できる第１の層を容易に形成できる。
【００３１】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、第２の層は、炭素元素を含んでいる。また、上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、第２の層は、窒化アルミニウムを含んでいる。
【００３２】
これにより、気相成長法が昇華法である場合に、不活性ガス雰囲気中では第２の層が約３０００℃の耐熱性を有するなど、第２の層の耐熱性を向上できる。
【００３３】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、第２の層の厚さが１０μｍ以上１０ｃｍ以下である。
【００３４】
１０μｍ以上の場合、第２の層の放熱効果を高めることができる。１０ｃｍ以下の場合、第２の層が第１の層から剥離することを防止できる。
【００３５】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板の熱膨張率と、第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下である。
【００３６】
これにより、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差、および下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差を小さくすることができる。このため、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、下地基板から第１および第２の層が剥がれることを抑制できる。
【００３７】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記準備する工程は、下地基板の裏面上に蒸着法により金属皮膜を形成する工程をさらに含んでいる。
【００３８】
金属皮膜は放熱性が非常に高く、かつ下地基板との界面での熱抵抗が低いため、下地基板の放熱効果を非常に向上できる。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた後に、酸性溶液によるエッチングを行なうことによって、窒化アルミニウム結晶から少なくとも第１の層を容易に除去できる。
【００３９】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、金属皮膜の厚さは、１μｍ以上２００μｍ以下である。
【００４０】
１μｍ以上の場合、金属皮膜の放熱効果を高めることができる。２００μｍ以下の場合、金属皮膜が下地基板から剥離することを防止できる。
【００４１】
上記窒化アルミニウム結晶において好ましくは、金属皮膜は、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）およびモリブデン（Ｍｏ）よりなる群から選ばれた一種以上よりなる。
【００４２】
上記材料は、放熱性が非常に高く、かつ下地基板との界面での熱抵抗が非常に低いため、下地基板の放熱効果を効果的に向上できる。
【００４３】
本発明の窒化アルミニウム結晶の製造方法は、上記いずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法により窒化アルミニウム結晶を成長する工程と、少なくとも第１の層を除去する工程とを備えている。
【００４４】
本発明の窒化アルミニウム結晶の製造方法によれば、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを防止することによって、下地基板の昇華を抑制できる。このため、窒化アルミニウムに穴が発生することを抑制できるので、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を製造することができる。また、成長速度を向上して窒化アルミニウム結晶を成長できるので、効率的に窒化アルミニウム結晶を製造できる。
【００４５】
本発明の窒化アルミニウム結晶は、上記いずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法により製造される。
【００４６】
本発明の窒化アルミニウム結晶によれば、第２の層により下地基板が昇華されることを防止して、窒化アルミニウム結晶が成長される。このため、窒化アルミニウム結晶の結晶性が良好である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶によれば、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に下地基板が昇華されることを防止することにより、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させるとともに、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。図１を参照して本実施の形態における窒化アルミニウム結晶および製造方法について説明する。
【００４９】
図２は、本実施の形態における下地基板１１を示す概略側面図である。図１および図２に示すように、まず、主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。準備する下地基板１１は、特に限定されないが、結晶性の良好な窒化アルミニウムを成長させる観点から、窒化アルミニウム基板および炭化珪素基板であることが好ましい。
【００５０】
下地基板１１の厚さは、たとえば１００μｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲の厚さを有していると、下地基板１１内の温度勾配が大きくなりすぎないためである。
【００５１】
図３は、本実施の形態における第１の層１２を形成した状態を示す概略側面図である。図１および図３に示すように、下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように第１の層１２を形成する（ステップＳ２）。この第１の層１２は、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる。第１の層１２は、下地基板１１を保護するため、および、下地基板１１と第２の層１３とを接合するために形成されている。
【００５２】
第１の層１２の厚さＨ１２は、２００μｍを超えて１０ｍｍ以下であり、２１０μｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、５００μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。厚さＨが２００μｍを超えている場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際（図５参照）に、下地基板１１から第１の層１２が剥がれる、または第１の層１２から下地基板１１が露出するように第１の層１２が消失することを防止することができる。このため、高温で長時間の窒化アルミニウム結晶の成長に耐え得る第１の層１２を形成できる。２１０μｍ以上の場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、第１の層１２の剥がれおよび消失を効果的に防止できる。５００μｍ以上の場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、第１の層１２の剥がれおよび消失をより一層防止できる。一方、下地基板よりも昇華しにくい材質よりなる第１の層１２の厚さＨ１２が１０ｍｍ以下の場合、窒化アルミニウム結晶の成長に用いる装置に、第１の層１２が形成された積層基板１０（図４参照）を容易に配置できるので、取り扱いが容易である。５ｍｍ以下の場合、下地基板１１と第１の層１２とを備えた状態での取り扱いがより容易である。
【００５３】
第１の層１２は、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる。ここで、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度とは、たとえば１７００℃〜２０００℃である。下地基板１１よりも昇華しにくい材質とは、たとえば下地基板１１よりも融点が同じまたは高い材質である。
【００５４】
具体的には、第１の層１２は、以下の工程が実施されることが好ましい。まず、粉末と溶剤とを混合して、混合物を形成する。そして、下地基板１１の裏面１１ｂ上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を接触させて、この混合物を焼結することにより、混合物が硬化して、下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように第１の層１２が形成される。
【００５５】
混合物を裏面１１ｂ上に接触させる方法としては、裏面１１ｂ上に混合物を塗布してもよく、貯留されている混合物に浸漬させてもよい。
【００５６】
また、混合物を焼結する際には、下地基板１１の裏面１１ｂ上に配置された混合物をその上方から圧力を加えずに、焼結することが好ましい。この場合、圧力を加えるための加圧部材を用いないので、成長させる窒化アルミニウム結晶成長面の汚れを防止できる、成長させる窒化アルミニウム結晶成長面と加圧部材との反応を防止できる、成長させる窒化アルミニウム結晶の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶を成長できる。
【００５７】
なお、混合物の上に第２の層１３（図４参照）を配置し、第２の層１３上に加圧部材を配置してもよい。この場合には、加圧部材を構成する材料がシリコン（Ｓｉ）などであることが好ましく、また、加圧部材で加圧する圧力は１０ｇ／ｃｍ2〜１０００ｇ／ｃｍ2であることが好ましい。
【００５８】
また、混合物を焼結する際には、たとえば下地基板１１の裏面１１ｂに混合物を接触させた状態で加熱炉に投入することにより第１の層１２を形成できる。なお、混合物を焼結させる際の雰囲気は特に限定されず、大気中で行なってもよいが、下地基板と混合物との間の隙間の空気を脱胞できるので、真空加熱炉を用いることが好ましい。混合物を焼結させる温度は、たとえば２００℃〜５００℃である。
【００５９】
室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板１１の熱膨張率と、第１の層１２の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。下地基板１１の熱膨張率と第１の層１２の熱膨張率との差が小さいので、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、熱膨張率の差による応力を低減できる。したがって、下地基板１１から第１の層１２が剥がれることを抑制できるので、成長させる窒化アルミニウム結晶に穴が発生することを抑制することができる。なお、下地基板１１の熱膨張率と、第１の層１２の熱膨張率との差の絶対値は小さいほど好ましく、差が０であってもよい。また、窒化アルミニウム結晶の成長の際の温度分布は、室温から２３００℃以下の範囲で行なわれる。室温は、たとえば２０℃程度である。
【００６０】
粉末は、下地基板１１を構成する材料の元素を含んでいることが好ましい。具体的には、下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、この粉末は、窒化アルミニウム単結晶、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末であることが好ましい。下地基板１１が炭化珪素基板である場合には、粉末は炭素元素を含むことが好ましい。この場合には、粉末は下地基板１１と同一の元素を含むので、この粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結すると、下地基板１１との隙間を減らして下地基板との密着性を向上した第１の層１２を形成できる。このため、下地基板１１と第１の層１２とを強固に固着できるので、下地基板１１から第１の層１２が剥がれることを効果的に防止できる。また、窒化アルミニウム結晶を長時間成長させる場合に、不純物の混入を防止できる。
【００６１】
また、粉末は、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末であってもよい。これらのホウ化物は高融点であるので、耐熱性の高い第１の層１２を形成できる。このため、特に高温で窒化アルミニウム結晶（図５参照）を成長させる場合に、第１の層１２により下地基板１１が昇華することをより防止できる。
【００６２】
また、粉末の粒径は、０．５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。１００μｍ以下の場合、下地基板１１と緻密かつ強固に接触する第１の層１２を形成できる。下地基板１１との接触面積が大きいため、下地基板１１が受けた熱を第２の層１３まで伝達しやすくし、下地基板１１に熱が蓄積されることをより抑制できる。１０μｍ以下の場合、下地基板１１とより緻密かつ強固に接触する第１の層１２を形成できる。一方、０．５μｍ以上の場合、溶剤と混合した際に、沈殿、分離などが発生せず、均一に混合物を作成することができる。
【００６３】
溶剤は、有機物、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなることが好ましい。有機物としては、たとえばアセトン、イソプロピルアルコール、ホルマリン（ホルムアルデヒド）などを用いることができる。樹脂としては、たとえばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。芳香族アルコールとしては、たとえばフリフリルアルコール、シンナミルアルコールなどを用いることができる。この溶剤と粉末とを混合した混合物をペースト状にできるので、下地基板に混合物を接触させやすい。このため、下地基板１１の裏面１１ｂに混合物を均一に接触させることができるので、下地基板１１の裏面１１ｂ全体を保護できる第１の層１２を容易に形成できる。
【００６４】
特に、アセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる溶剤を用いることが好ましい。この場合、簡易性および量産性に優れているため、コストを低減できる。
【００６５】
図４は、本実施の形態における第２の層１３を形成した状態を示す概略側面図である。図１および図４に示すように、第１の層１２の裏面１２ｂを覆うように第２の層１３を形成する（ステップＳ３）。第２の層１３は、下地基板１１が受けた熱を下地基板１１の外部へ拡散するために形成されている。
【００６６】
第２の層１３の厚さＨ１３は、１０μｍ以上１０ｃｍ以下が好ましく、５０μｍ以上１０ｃｍ以下がより好ましく、１００μｍ以上５ｃｍ以下がより一層好ましい。厚さＨ１３が１０μｍ以上の場合、第２の層１３により下地基板１１から熱を拡散する冷却効果が高くなる。５０μｍ以上の場合、第２の層１３により下地基板１１から熱を拡散する冷却効果がより高くなる。１００μｍ以上の場合、第２の層１３の有する下地基板１１の冷却効果がより一層高くなる。一方、１０ｃｍ以下の場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることを防止できる。５ｃｍ以下の場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることをより防止できる。
【００６７】
第２の層１３は、第１の層１２の熱伝導率よりも高い材質よりなり、サセプタ１１６（図６参照）の熱伝導率よりも高い材質よりなることが好ましい。第２の層１３は、炭素元素および窒化アルミニウム元素の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。この場合、気相成長法が昇華法である場合に、不活性ガス雰囲気中では第２の層１３が約３０００℃の耐熱性を有するなど、第２の層１３の耐熱性を向上できる。下地基板１１が炭化珪素基板である場合には、第２の層１３は炭素元素を含んでいることが好ましく、カーボン基板であることが好ましい。下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、第２の層１３は窒化アルミニウム元素を含んでいることが好ましく、窒化アルミニウムセラミックス基板であることがより好ましい。
【００６８】
室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板１１の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。下地基板１１の熱膨張率と第２の層１３の熱膨張率との差が小さいので、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、熱膨張率の差による応力を低減できる。したがって、下地基板１１から第２の層１３が剥がれることを抑制できるので、成長させる窒化アルミニウム結晶に穴が発生することを抑制することができる。なお、下地基板１１の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値は小さいほど好ましく、差が０であってもよい。
【００６９】
また、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第１の層１２の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。この場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることを抑制することができる。
【００７０】
以上より、下地基板１１と、下地基板１１の裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０を準備することができる。
【００７１】
なお、上記では、下地基板１１の裏面１１ｂに第１の層１２を形成し、その後に第２の層１３を形成する方法を例に挙げて説明したが、これらを形成する順序は特にこれに限定されない。たとえば、第１の層１２となるべき混合物を下地基板１１の裏面１１ｂ上に配置し、この混合物上に第２の層１３を配置する。その後、第１の層１２にするために混合物を焼結する。このように、第１の層１２を介して、下地基板１１の裏面１１ｂ上に第２の層１３を形成してもよい。この場合、第１の層１２により下地基板１１と第２の層１３とを容易に接合できるので、下地基板１１と第１の層１２と第２の層１３とを容易に一体化できる。
【００７２】
図５は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０を成長させた状態を示す概略側面図である。図１および図５に示すように、下地基板１１の裏面１１ｂが第１の層１２および第２の層１３で覆われた状態で、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶２０を気相成長法により成長する（ステップＳ４）。
【００７３】
窒化アルミニウム結晶２０の成長方法は、気相成長法であれば特に限定されず、たとえば昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などを採用できる。特に、窒化アルミニウム結晶２０の結晶成長に適している観点から、昇華法により窒化アルミニウム結晶２０を成長することが好ましい。
【００７４】
図６は、本実施の形態における昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置を示す概略図である。図６に示すように、この縦型の装置における反応容器１２２の中央部には、通気口１１５ｃを有する坩堝１１５が設けられ、坩堝１１５の上部には、積層基板１０を載置するためのサセプタ１１６が設けられている。サセプタ１１６は、坩堝１１５の一部を構成している。坩堝１１５の内部から外部への通気を確保するように、坩堝１１５の周りに加熱体１１９が設けられている。また、反応容器１２２の外側中央部には、加熱体１１９を加熱するための高周波加熱コイル１２３が設けられている。さらに、反応容器１２２の端部には、反応容器１２２の坩堝１１５の外部に窒素（Ｎ2）ガスを流すための窒素ガス導入口１２２ａおよび窒素ガス排出口１２２ｂと、坩堝１１５の下面および上面の温度を測定するための放射温度計１２１ａ、１２１ｂが設けられている。
【００７５】
本実施の形態では、上記装置を用いて、昇華法により窒化アルミニウム結晶２０を以下のようにして成長させる。まず、坩堝１１５の下部に原料１７を配置し、坩堝１１５の上部のサセプタ１１６に積層基板１０を配置する。その後、反応容器１２２内にＮ2ガスを流しながら、高周波加熱コイル１２３を用いて加熱体１１９を加熱することにより坩堝１１５内の温度を上昇させて、坩堝１１５の原料１７側の温度を、それ以外の部分の温度よりも高く保持する。これにより、原料１７を昇華させて、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶を固化（再結晶化）させて、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる。
【００７６】
ここで、窒化アルミニウム結晶の成長中は、坩堝１１５の原料１７側の温度はたとえば１６００℃〜２３００℃とし、坩堝１１５の上部の下地基板１１の主表面１１ａの温度をたとえば原料１７側の温度より１０℃〜２００℃低くすることにより、結晶性のよい窒化アルミニウム結晶が得られる。また、下地基板１１の温度を原料１７の温度よりも５０℃〜２００℃低くすることにより、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上することができる。
【００７７】
また、結晶成長中も反応容器１２２内の坩堝１１５の外側に窒素ガスを、１００ｓｃｃｍ〜１ｓｌｍになるように流し続けることにより、窒化アルミニウム結晶への不純物の混入を低減することができる。
【００７８】
なお、坩堝１１５内部の昇温中は、坩堝１１５の原料１７側の温度よりもそれ以外の部分の温度を高くすることにより、坩堝１１５内部の不純物を通気口１１５ｃを通じて除去することができる。このため、成長する窒化アルミニウム結晶２０へ不純物が混入することをより低減することができる。
【００７９】
以上のステップＳ１〜Ｓ４により、窒化アルミニウム結晶２０を成長することができる。この窒化アルミニウム結晶２０を用いて窒化アルミニウム結晶２１（図７参照）を製造する場合には、さらに以下の工程が実施される。
【００８０】
図７は、本実施の形態における少なくとも第１の層１２を除去した状態を示す概略側面図である。次に、図１および図７に示すように、積層基板１０および窒化アルミニウム結晶２０から、少なくとも第１の層１２を除去する（ステップＳ５）。下地基板１１が窒化アルミニウムと異なる材料である異種基板である場合には、図７に示すように、下地基板１１および第１の層１２を除去している。下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、図７に示すように下地基板１１および第１の層１２を除去してもよく、また第１の層１２のみを除去してもよい。
【００８１】
除去する方法は特に限定されず、たとえば切断、研削、へき開など機械的な除去方法を用いることができる。切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサーなどで機械的に窒化アルミニウム結晶２０から少なくとも下地基板１１を除去することをいう。研削とは、砥石を回転させながら表面に接触させて、厚さ方向に削り取ることをいう。へき開とは、結晶格子面に沿って窒化アルミニウム結晶２０を分割することをいう。なお、エッチングなど化学的な除去方法を用いてもよい。
【００８２】
以上のステップＳ１〜Ｓ５を実施することにより、窒化アルミニウム結晶２１を製造することができる。このように製造される窒化アルミニウム結晶２１は、たとえば５ｍｍ以上の径または一辺が５ｍｍ以上の四角形である平面形状を有し、かつ１ｍｍ以上の厚さを有する。そのため、窒化アルミニウム結晶２１はデバイスの基板に好適に用いられる。
【００８３】
なお、１ｍｍ以上の厚さを有する窒化アルミニウム結晶２０を成長させる場合には、窒化アルミニウム結晶２０、２１から複数の窒化アルミニウム結晶基板を切り出すことができる。窒化アルミニウム結晶２０、２１は単結晶からなるので、容易に分割される。この場合には、窒化アルミニウム結晶基板は結晶性が良好で、コストを低減できる。
【００８４】
以上説明したように、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造方法は、下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備え、第１の層１２は、窒化アルミニウム結晶の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる積層基板１０を用いている。
【００８５】
本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造方法によれば、第２の層１３は第１の層１２よりも熱伝導率が高い材質よりなるので、第２の層１３は第１の層１２よりも放熱性が高い。このため、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる際に、第２の層１３は下地基板１１が受けた熱を拡散できるので、下地基板１１を冷却する効果を有する。したがって、下地基板１１に熱が蓄積されることを抑制できるので、窒化アルミニウム結晶２０を成長させるための装置内において相対的に温度の低い領域に位置するサセプタ１１６と、下地基板１１との温度勾配を小さくすることができる。
【００８６】
また、第１の層１２は下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなるので、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる際に、下地基板１１から第１の層１２が剥がれる、または第１の層１２から下地基板１１が露出するように第１の層１２が消失することを防止できる。このため、下地基板１１が窒化アルミニウム結晶２０を成長させる雰囲気に曝されることを防止できる。
【００８７】
このように、第２の層１３によって、下地基板１１に熱が蓄積されることを抑制でき、第１の層１２によって、下地基板１１が窒化アルミニウム結晶２０を成長させる雰囲気に曝されることを抑制できる。この相乗効果により、下地基板１１の昇華を抑制することができる。したがって、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶２０を成長させることができる。その結果、この窒化アルミニウム結晶２０を用いて製造された窒化アルミニウム結晶２１の結晶性を向上できる。
【００８８】
仮に、下地基板１１とサセプタ１１６との間に隙間ができた場合であっても、下地基板１１よりも昇華しにくい第１の層１２が形成されているので、下地基板１１の構成元素が、第１の層１２を通過して下地基板１１からサセプタ１１６へ拡散することを防止できる。また仮に、下地基板１１から第１の層１２および第２の層１３の一部が剥離した場合であっても、第２の層１３から下地基板１１が受ける熱を逃がすことができる。このため、下地基板１１とサセプタ１１６との温度勾配を従来よりも小さくできるので、下地基板１１の昇華を抑制できる。なお、仮に第１および第２の層１２、１３が剥離する場合であっても、従来の第１および第２の層１２、１３が形成されていない下地基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させる場合よりも、積層基板１０を用いて窒化アルミニウム結晶２０を成長させる場合の方が、窒化アルミニウム結晶２０を成長させるステップＳ４の後期段階で、第１および第２の層１２、１３の一部が剥離する。このため、従来よりも下地基板１１の昇華のタイミングを遅らすことができるため、下地基板１１を貫通する穴が発生することを抑制できる。
【００８９】
また、積層基板１０は、下地基板１１の冷却効果を高める第２の層１３を備えているので、窒化アルミニウム結晶２０の原料１７の加熱温度を高く設定しても下地基板１１の昇華を抑制できる。このため、この原料１７と下地基板１１との温度勾配を大きくすることができるので、窒化アルミニウム結晶２０の成長速度を向上できる。
【００９０】
上記窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造方法において、積層基板１０を準備する工程（ステップＳ１〜Ｓ３）は、下地基板１１の裏面１１ｂ上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を配置し、混合物上に第２の層１３を配置する工程と、第１の層１２にするために混合物を焼結する工程とを含むことが好ましい。
【００９１】
これにより、加圧部材等を用いずに、あるいは加圧部材を用いる場合であっても小さな圧力、低い温度で、第２の層１３を下地基板１１と一体化できるため、簡略化した方法で積層基板１０を形成することができる。このため、第１の層１２を介して下地基板１１と第２の層１３とを一体化できる積層基板１０が容易に得られる。また、窒化アルミニウム結晶２０の成長面に汚れが発生することを防止でき、窒化アルミニウム結晶２０の成長面と加圧部材との反応を防止でき、窒化アルミニウム結晶２０の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶２０を成長することができる。さらに、第１の層１２を介して下地基板１１と第２の層１３とを強固に接合することができる。
【００９２】
このように、得られる窒化アルミニウム結晶２０、２１の結晶性は良好であるので、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの光デバイス、ショットキーバリアダイオード、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）などの電子デバイス、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave Device：表面弾性波素子）デバイス、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ部品、圧電アクチュエータなどに好適に用いることができる。
【００９３】
（実施の形態２）
図８は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。図８に示すように、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法は、基本的には実施の形態１と同様であるが、金属皮膜を備えた積層基板を準備する点（金属皮膜を形成するステップＳ６をさらに備えている点）において異なる。
【００９４】
図９は、本実施の形態における積層基板１０を示す概略側面図である。図８および図９に示すように、まず、実施の形態１と同様に、下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。
【００９５】
次に、下地基板１１の裏面１１ｂに蒸着法により金属皮膜１４を形成する（ステップＳ２）。金属皮膜１４の厚さＨ１４は、１μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。１μｍ以上の場合、金属皮膜１４の放熱効果を高めることができるので、下地基板１１に熱が蓄積されることを防止できる。８００μｍ以下の場合、金属皮膜１４が下地基板１１から剥離することを防止できる。２００μｍ以下の場合、金属皮膜１４が下地基板１１から剥離することを効果的に防止できる。
【００９６】
また、金属皮膜１４は、タングステン、タンタルおよびモリブデンよりなる群から選ばれた一種以上よりなることが好ましい。
【００９７】
次に、金属皮膜の裏面１４ｂ（下地基板１１と接触する主表面１４ａと反対側の表面）に、実施の形態１と同様に第１の層１２を形成する（ステップＳ２）。第１の層１２が混合物を焼結させることにより形成される場合には、金属皮膜１４に混合物を接触させる。
【００９８】
次に、実施の形態１と同様に、第１の層１２の裏面１２ｂに第２の層１３を形成する。これにより、下地基板１１と、金属皮膜１４と、第１の層１２と、第２の層１３とを備えた積層基板１０を準備できる。
【００９９】
図１０は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０を成長させた状態を示す概略側面図である。図８および図１０に示すように、実施の形態１と同様に、下地基板１１の裏面１１ｂが金属皮膜１４、第１の層１２および第２の層１３で覆われた状態で、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶２０を気相成長法により成長する（ステップＳ４）。
【０１００】
図１１は、本実施の形態における積層基板１０を用いて昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させる状態を示す模式図である。図１１に示すように、積層基板１０が金属皮膜１４を備えている場合であっても、実施の形態１と同様に、この積層基板１０をサセプタ１１６に載置する。
【０１０１】
図１２は、本実施の形態における少なくとも第１の層１２を除去した状態を示す概略側面図である。次に、図８および図１２に示すように、積層基板１０および窒化アルミニウム結晶２０から、少なくとも第１の層１２を除去する（ステップＳ５）。
【０１０２】
金属皮膜１４は酸性溶液によりエッチングされるので、エッチングにより金属皮膜１４を下地基板１１から除去することにより、第１の層１２を下地基板１１から除去することが好ましい。
【０１０３】
なお、これ以外の窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法は、実施の形態１における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【０１０４】
以上説明したように、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法は、下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された金属皮膜１４と、金属皮膜１４に形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０を用いている。
【０１０５】
本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法によれば、金属皮膜１４の熱伝導率が非常に高いことから、金属皮膜１４の放熱性が非常に高く、かつ金属皮膜１４と下地基板１１との界面での熱抵抗が低い。このため、金属皮膜１４を形成することにより、下地基板１１に蓄積された熱を放熱する効果を非常に向上できる。
【０１０６】
また、蒸着法により金属皮膜１４を形成できるので、上述した特許文献３の加圧部材を用いるときの問題も生じない。
【０１０７】
さらに、窒化アルミニウム結晶を成長させた後に、酸性溶液によるエッチングを行なうことによって、窒化アルミニウム結晶２０から少なくとも第１の層１２を容易に除去できる。
【実施例１】
【０１０８】
本実施例では、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによる効果について調べた。具体的には、下地基板の裏面側に種々の厚さの第１および第２の層を形成した積層基板を用いて、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
【０１０９】
詳細には、まず、下地基板として、１０ｍｍの直径と、５００μｍの厚さとを有し、昇華法により作製された窒化アルミニウム単結晶基板を準備した（ステップＳ１）。この窒化アルミニウム単結晶基板のオフ角は０．３°以下であり、主表面を鏡面仕上げし、裏面をラップ仕上げした。
【０１１０】
次に、窒化アルミニウム単結晶よりなり、１μｍの粒径を有する粉末を準備した。またアセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂からなる溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤を混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物を形成した。
【０１１１】
また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、下記の表１に記載の厚さを有する第２の層を準備した。なお、窒化アルミニウムセラミックスの熱伝導率は３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、下地基板の熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【０１１２】
次に、この下地基板の裏面上に上記混合物を均一に塗布し、この混合物上に第２の層を配置した。この状態で、真空加熱炉を用いて、混合物中の空気を脱泡しながら加熱し、かつ下地基板と第２の層に荷重を加えて、混合物を第１の層にするとともに、下地基板と第１の層と第２の層とを固着した。なお、第１の層の熱伝導率は１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。第１の層の厚みは下記の表１の通りであった。これにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
【０１１３】
なお、加熱炉の温度を４００℃、昇温時間が３０分、保持時間が４時間、冷却時間を１時間の合計５時間３０分の加熱時間にした。また、加えた荷重は、４００℃の温度で４．９ｋＰａの大きさであった。
【０１１４】
次に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。この窒化アルミニウム結晶を成長させるステップＳ３では、図６に示すように、反応容器１２２内の坩堝１１５の上部に積層基板１０を載置し、坩堝１１５の下部に原料１７として窒化アルミニウム多結晶を収容した。なお、サセプタ１１６の材料はカーボンであり、その熱伝導率は１００Ｗ／（ｃｍ・Ｋ）であった。
【０１１５】
次に、反応容器１２２内に窒素ガスを流しながら、高周波加熱コイル１２３を用いて坩堝１１５内の温度を上昇させ、下地基板１１の温度を２０００℃、原料１７の温度を２１００℃にして原料１７を昇華させ、下地基板１１の主表面上で再結晶化させて、成長時間を５００時間として、下地基板１１上に窒化アルミニウム結晶を５０ｍｍの厚さになるように成長させた。
【０１１６】
なお、窒化アルミニウム結晶の成長中においては、反応容器１２２内に窒素ガスを流し続け、反応容器１２２内のガス分圧が１０ｋＰａ〜１００ｋＰａ程度になるように、窒素ガス排気量を制御した。
【０１１７】
このように成長させた窒化アルミニウム結晶について、穴が発生していたか否かを光学顕微鏡、ＳＥＭおよび目視により調べた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離したか否かを光学顕微鏡、ＳＥＭおよび目視により調べた。その結果を下記の表１に記載する。表１において「○」は下地基板から第１および第２の層が剥離しなかったことを意味し、「Ｘ１」は下地基板から第１の層の一部が剥離したことを意味し、「Ｘ２」は第１の層から第２の層の一部が剥離したことを意味する。
【０１１８】
【表１】
【０１１９】
（測定結果）
第１の層よりも高い熱伝導率を有する第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。このことから、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたことがわかった。
【０１２０】
特に表１に示すように、第１の層の厚さが０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下で、第２の層の厚さが０．０５ｃｍ以上１０．０ｃｍ以下の積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長した場合に、下地基板から第１の層が剥がれること、および第１の層から第２の層が剥がれることを防止できたため、下地基板が昇華することを防止できた。
【０１２１】
なお、第１の層の厚さが１１．０ｍｍ、および第２の層の厚さが１１．０ｃｍの少なくともいずれかの場合には、第１の層の下地基板からの剥がれ、および第２の層の第１の層からの剥がれの少なくともいずれかが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかった。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた初期段階では下地基板の昇華を防止でき、下地基板の裏面の昇華の進行を遅らすことができた。このため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
【０１２２】
以上より、本実施例によれば、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できるので、下地基板の昇華を抑制でき、その上に成長させる窒化アルミニウム結晶に穴があくことを抑制できることが確認できた。
【実施例２】
【０１２３】
本実施例では、第１の層が粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結してなる場合の効果について調べた。具体的には、種々の粒径の粉末を用いて第１の層を形成して、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
【０１２４】
詳細には、まず、実施例１と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、０．５μｍ、１．０μｍ、５．０μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１５０μｍおよび２００μｍの粒径を有する粉末をそれぞれ準備した。また実施例１と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。
【０１２５】
また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、１ｃｍの厚さを有する、実施例１と同様の第２の層を準備した。
【０１２６】
次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
【０１２７】
次に、実施例１と同様に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。
【０１２８】
なお、準備した積層基板により、下地基板１１の温度と原料１７の温度とを適宜変更した。具体的には、０．５μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いた積層基板については、下地基板１１の温度を２１００℃にし、かつ原料１７の温度を２２００℃にした。
【０１２９】
実施例１と同様に、このように成長させた窒化アルミニウム結晶について穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表２に記載する。なお、表２中、「○」、「Ｘ２」については、実施例１の表１と同様の意味である。
【０１３０】
また、原料１７の温度と下地基板１１の温度とを上記のように設定することにより、窒化アルミニウム結晶の成長速度を測定した。その結果を表２に記載する。
【０１３１】
【表２】
【０１３２】
（測定結果）
第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１３３】
特に表２に示すように、０．５μｍ〜１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、下地基板の受けた熱を外部へ拡散できたので、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を高く設定できた。このため、窒化アルミニウム結晶に穴がなくことなく、５０μｍ／ｈ以上の大きい成長速度で窒化アルミニウム結晶を成長させることができた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
【０１３４】
２０μｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、０．５μｍ〜１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板よりも窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低い温度に設定する必要があったため、成長速度が少し小さくなったものの、下地基板から第１および第２の層が剥離することを防止できた。
【０１３５】
１１０μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、２０μｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板を用いた場合の窒化アルミニウム多結晶原料の設定温度と同様であった。また、１１０μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、第１の層から第２の層が剥離したため、下地基板の裏面に凹凸が形成されていたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
【０１３６】
以上より、本実施例によれば、粉末と溶媒とを焼結してなる第１の層を備えている場合には、粉末が０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径を有していることにより、下地基板の熱の蓄積をより抑制できることが確認できた。
【実施例３】
【０１３７】
本実施例では、実施例１と同様に、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによる効果について調べた。
【０１３８】
詳細には、まず、下地基板として、５０ｍｍの直径を有し、４００μｍの厚さを有する炭化珪素単結晶基板を準備した（ステップＳ１）。この炭化珪素単結晶基板の結晶方位（０００２）に対するオフ角は３°であり、主表面を鏡面仕上げし、裏面をラップ仕上げした。
【０１３９】
次に、１０μｍの粒径を有し、純度が９９．９９％の炭素を粉末として準備した。またアセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂からなる溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤を混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物を形成した。
【０１４０】
また、下記の表１に記載の厚さを有するカーボン基板を第２の層として準備した。なお、カーボン基板の熱伝導率は、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、下地基板の熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【０１４１】
次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。なお、第１の層の熱伝導率は実施例１と同様の１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、第１の層の厚みは下記の表３の通りであった。なお、本実施例では、加熱炉の温度を３５０℃、昇温時間が３０分、保持時間が３時間、冷却時間を１時間の合計４時間３０分の加熱時間にした。
【０１４２】
次に、実施例１と同様に、昇華法により、図６に示す結晶成長装置を用いて、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。本実施例では、下地基板１１の温度を１７００℃、原料１７の温度を１９００℃にして原料１７を昇華させ、下地基板１１の主表面上で再結晶化させて、成長時間を５００時間として、下地基板１１上に窒化アルミニウム結晶を２５ｍｍの厚さになるように成長させた。なお、窒化アルミニウム結晶の成長中の条件は実施例１と同様にした。
【０１４３】
このように成長させた窒化アルミニウム結晶について、穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層が剥離していたか否か、第１の層から第２の層が剥離していたか否かを実施例１と同様に調べた。その結果を下記の表３に記載する。表３において「○」、「Ｘ１」および「Ｘ２」は、実施例１の表１と同様の意味である。
【０１４４】
【表３】
【０１４５】
（測定結果）
第１の層よりも高い熱伝導率を有する第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。このことから、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたことがわかった。
【０１４６】
特に表３に示すように、第１の層の厚さが０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下で、第２の層の厚さが０．０５ｃｍ以上１０．０ｃｍ以下の積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長した場合に、下地基板から第１の層が剥がれること、および第１の層から第２の層が剥がれることを防止できたため、下地基板が昇華することを防止できた。
【０１４７】
なお、第１の層の厚さが１１．０ｍｍ、および第２の層の厚さが１１．０ｃｍの少なくともいずれかの場合には、第１の層の下地基板からの剥がれ、および第２の層の第１の層からの剥がれの少なくともいずれかが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかったため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
【０１４８】
以上より、本実施例によれば、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できるので、下地基板の昇華を抑制でき、その上に成長させる窒化アルミニウム結晶に穴があくことを抑制できることが確認できた。また、下地基板が炭化珪素基板であり、第２の層が炭素元素を含む場合にも実施例１と同様の効果を有することが確認できた。
【実施例４】
【０１４９】
本実施例では、実施例２と同様に、第１の層が粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結してなる場合の効果について調べた。
【０１５０】
詳細には、まず、実施例３と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、０．５μｍ、１．０μｍ、５．０μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１５０μｍおよび２００μｍの粒径を有する粉末をそれぞれ準備した。また実施例３と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。また、実施例３と同様の第２の層を準備した。
【０１５１】
次に、実施例３と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
【０１５２】
次に、実施例３と同様に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。なお、積層基板により、下地基板１１の温度と原料１７の温度とを適宜変更した。具体的には、０．５μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いた積層基板については、下地基板１１の温度を１８００℃にし、かつ原料１７の温度を２０００℃にした。
【０１５３】
実施例１と同様に、このように成長させた窒化アルミニウム結晶について穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表４に記載する。なお、表４中、「○」、「Ｘ２」については、実施例１の表１と同様の意味である。
【０１５４】
【表４】
【０１５５】
（測定結果）
第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１５６】
特に表４に示すように、０．５μｍ〜１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、下地基板の受けた熱を下地基板の外部へ拡散できたので、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を高く設定できた。このため、窒化アルミニウム結晶に穴があくことなく、５０μｍ／ｈ以上の高い成長速度で窒化アルミニウム結晶を成長させることができた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
【０１５７】
２０μｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、０．５μｍ〜１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板よりも窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低い温度に設定する必要があったため、成長速度が少し小さくなったものの、下地基板から第１および第２の層が剥離することを防止できた。
【０１５８】
１１０μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、２０μｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板を用いた場合の窒化アルミニウム多結晶原料の設定温度と同様であった。また、１１０μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、第１の層から第２の層が剥離したため、下地基板の裏面に凹凸が形成されていたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
【０１５９】
以上より、本実施例によれば、粉末と溶媒とを焼結してなる第１の層を備えている場合には、粉末が０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径を有していると、下地基板の熱の蓄積をより抑制できることが確認できた。
【実施例５】
【０１６０】
本実施例では、下地基板に対する第１の層および第２の層の熱膨張率の違いによる剥離抑制の効果について調べた。具体的には種々の熱膨張率を有する第１および第２の層を形成して、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
【０１６１】
詳細には、まず、実施例３と同様の下地基板を準備した。下地基板の２０００℃での熱膨張率は、７．０×１０-6℃-1であった。次に、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第１の層の熱膨張率と下地基板の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-6℃-1未満から１．１×１０-5℃-1の範囲となる混合物層を下地基板の裏面側に形成した。また、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第２の層の熱膨張率と下地基板の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-6℃-1未満から１．１×１０-5℃-1の範囲の範囲となる第２の層をカーボン板を準備した。
【０１６２】
次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
【０１６３】
次に、実施例１と同様に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。
【０１６４】
成長させた窒化アルミニウム結晶について穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層とが剥離したか否か、および第１の層から第２の層が剥離したか否かを調べた。測定方法は、実施例１と基本的には同様であったが、超音波探傷測定器をさらに用いた点において異なっていた。その結果を下記の表５に記載する。なお、表５中、「○」、「Ｘ１」については、実施例１の表１と同様の意味である。
【０１６５】
【表５】
【０１６６】
（測定結果）
表５に示すように、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5／℃以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5／℃以下の場合には、下地基板と第１の層、第１の層と第２の層との間に剥離が発生せず、成長した窒化アルミニウム結晶にも穴が発生しなかった。このことから、第１および第２の層の熱膨張率を下地基板の熱膨張率に近づけることで、その後の冷却の際に熱膨張率の違いから発生する剥離を抑制することができた。
【０１６７】
なお、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．１×１０-5／℃、および下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．１×１０-5／℃の少なくとも一方の場合には、第１の層の下地基板からの剥がれが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかった。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた初期段階では下地基板の昇華を防止でき、下地基板の裏面の昇華の進行を遅らすことができた。このため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
【０１６８】
以上より、本実施例によれば、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板の熱膨張率と、第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下にすることにより、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できることが確認できた。
【実施例６】
【０１６９】
本実施例では、金属皮膜をさらに備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることの効果について調べた。具体的には、種々の厚さのチタン膜を下地基板の裏面側に形成して、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
【０１７０】
詳細には、まず、実施例１と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、１μｍ、１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、８００μｍおよび１０００μｍの厚さを有する金属皮膜を蒸着法により形成した。
【０１７１】
次に、１μｍ、１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、８００μｍおよび１０００μｍの粒径を有する粉末をそれぞれ準備した。また実施例１と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。
【０１７２】
また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、１．０ｃｍの厚さを有する第２の層を準備した。
【０１７３】
次に、金属皮膜の上に混合物を接触させ、この混合物上に第２の層を配置して、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された金属皮膜と、金属皮膜に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。なお、第１の層、第２の層、下地基板およびサセプタの熱伝導率は、実施例１と同様であった。
【０１７４】
次に、実施例１と同様に、図１１に示すように、結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。
【０１７５】
実施例１と同様に、このように成長させた窒化アルミニウム結晶について穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表６に記載する。
【０１７６】
【表６】
【０１７７】
（測定結果）
金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１７８】
特に表６に示すように、金属皮膜の厚さが１μｍ〜２００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、金属皮膜および第２の層により下地基板の受けた熱を外部へ拡散できたので、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
【０１７９】
５００μｍ〜８００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、下地基板から金属皮膜が部分的に剥離した。しかし、金属皮膜および第２の層による下地基板に蓄積される熱を抑制できたので、下地基板の一部が昇華したことにより裏面に凹凸ができたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
【０１８０】
また、１０００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、下地基板から金属皮膜が剥離したものの、成長させた窒化アルミニウム結晶大半を終了した時点であったため、下地基板に凹凸ができたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
【０１８１】
以上より、本実施例によれば、金属皮膜を備えた積層基板を用いることによって、下地基板の昇華を抑制できることが確認できた。また、金属皮膜は１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有していることが下地基板の保護には効果的であることが確認できた。
【実施例７】
【０１８２】
本実施例では、基本的には実施例６と同様であったが、モリブデンよりなる金属皮膜を形成した点においてのみ、実施例６と異なる。この結果を下記の表７に示す。
【０１８３】
【表７】
【０１８４】
金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１８５】
また、金属皮膜がチタンよりなる実施例６と同様に、モリブデンよりなる金属皮膜を備えた積層基板を用いた場合にも、１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している場合に、より効果的に下地基板を保護できることが確認できた。
【実施例８】
【０１８６】
本実施例では、基本的には実施例６と同様であったが、タングステンよりなる金属皮膜を形成した点においてのみ、実施例６と異なる。この結果を下記の表８に示す。
【０１８７】
【表８】
【０１８８】
表８に示すように、金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１８９】
また、金属皮膜がチタンよりなる実施例６および金属皮膜がモリブデンよりなる実施例７と同様に、タングステンよりなる金属皮膜を備えた積層基板を用いた場合にも、１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している場合に、より効果的に下地基板を保護できることが確認できた。
【０１９０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】本発明の実施の形態１における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１における下地基板を示す概略側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における第１の層を形成した状態を示す概略側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における第２の層を形成した状態を示す概略側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における窒化アルミニウム結晶を成長させた状態を示す概略側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態１における少なくとも第１の層を除去した状態を示す概略側面図である。
【図８】本発明の実施の形態２における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２における積層基板を示す概略側面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における窒化アルミニウム結晶を成長させた状態を示す概略側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における積層基板を用いて昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させる状態を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における少なくとも第１の層を除去した状態を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【０１９２】
１０ 積層基板、１１ 下地基板、１１ａ，１２ａ，１４ａ 主表面、１１ｂ，１２ｂ，１４ｂ 裏面、１２ 第１の層、１３ 第２の層、１４ 金属皮膜、１７ 原料、２０，２１ 窒化アルミニウム結晶、１１５ 坩堝、１１５ｃ 通気口、１１６ サセプタ、１１９ 加熱体、１２１ａ，１２１ｂ 放射温度計、１２２ 反応容器、１２２ａ 窒素ガス導入口、１２２ｂ 窒素ガス排出口、１２３ 高周波加熱コイル、Ｈ 厚さ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）結晶は、６．２ｅＶの広いエネルギバンドギャップ、約３．３ＷＫ-1ｃｍ-1の高い熱伝導率および高い電気抵抗を有しているため、光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板材料として注目されている。
【０００３】
このような窒化アルミニウム結晶の成長方法には、たとえば気相成長法の昇華法が用いられる。昇華法による窒化アルミニウム結晶の成長は、たとえば以下の工程によって実施される。すなわち、成長室の下部に窒化アルミニウム多結晶原料が設置され、成長室の上部のサセプタに下地基板が窒化アルミニウム多結晶原料と互いに向かい合うよう設置される。そして、窒化アルミニウム多結晶原料が昇華する温度まで窒化アルミニウム多結晶原料が加熱される。この加熱により、窒化アルミニウム多結晶原料が昇華して昇華ガスが生成され、窒化アルミニウム多結晶原料よりも低温に設置されている下地基板の表面に窒化アルミニウム単結晶が成長する。
【０００４】
このように、下地基板と窒化アルミニウム多結晶原料との間には下地基板から窒化アルミニウム多結晶原料に向けて温度が低くなる温度勾配（温度差）がある。このため、下地基板とサセプタとの間にも下地基板からサセプタに向けて温度が低くなる温度勾配があり、かつ下地基板内にも窒化アルミニウム多結晶原料と対向する面からサセプタと対向する面に向けて温度が低くなる温度勾配がある。下地基板とサセプタとの間に隙間ができると、窒化アルミニウム結晶の成長雰囲気に下地基板の裏面が曝されてしまうので、上記の温度勾配により、下地基板を構成する元素が昇華して、下地基板からサセプタへ、または下地基板内において高温部から低温部へ、再結晶化してしまう。この昇華および再結晶化が進行すると、下地基板を貫通する穴が発生する。さらに昇華が進行すると、下地基板上に成長した窒化アルミニウム結晶の構成元素が下地基板、サセプタなどの低温部へ輸送される場合がある。この結果、下地基板の表面上に成長した窒化アルミニウム結晶に、穴が発生する場合がある。したがって、下地基板の昇華を防止して、下地基板の穴の発生を抑制することが課題となっている。
【０００５】
このような下地基板の昇華を防止するための技術として、たとえば、特開２００６−２９０６７６号公報（特許文献１）には、下地基板とサセプタとをアルミナ系の高温用接着剤を用いて接着することが記載されている。この高温用接着剤は、１０００℃以上の高温でも十分な強度を発揮することが記載されている。
【０００６】
また特表平１１−５１０７８１号公報（特許文献２）には、下地基板の裏面に金属および金属化合物からなる皮膜が形成されていることが記載されている。
【０００７】
また特開２００５−２４７６８１号公報（特許文献３）には、金属材料を黒鉛台座の上に配置し、その金属材料の上に下地基板を配置し、その下地基板の上に加圧部材を配置し、加圧部材で１７００℃以上の高温で８７．５ｋＰａ以下の高い圧力を加えて、黒鉛台座と金属材料と下地基板とを固定一体化している方法が記載されている。金属材料は、チタン、バナジウムおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも１つの材料であることが記載されている。
【０００８】
また特開平９−２６８０９６号公報（特許文献４）には、下地基板において単結晶が成長する面以外の表面を保護層で被覆していることが記載されている。保護層は、タンタル、タングステン、ニオブ、モリブデン、レニウム、オスミウム、イリジウムおよびこれらの炭化物、ホウ化物、窒化物から選ばれる少なくとも１種よりなることが記載されている。さらに、この保護層と台座とを接着剤を用いて固定されていることが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２９０６７６号公報
【特許文献２】特表平１１−５１０７８１号公報
【特許文献３】特開２００５−２４７６８１号公報
【特許文献４】特開平９−２６８０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献１〜４で用いる接着剤、保護層およびサセプタ（台座）の放熱性が悪い場合には、下地基板に熱が蓄積される。下地基板に熱が蓄積されると、下地基板との熱膨張率の違い等から下地基板の裏面から、接着剤、保護層およびサセプタが剥離しやすくなり、下地基板の裏面が窒化アルミニウム結晶の成長雰囲気に曝されてしまう場合がある。この場合には、下地基板の温度が高いので下地基板の昇華が著しく進行し、下地基板上に成長した窒化アルミニウム結晶に穴があいてしまう場合がある。
【００１０】
また、下地基板の昇華を抑制するために、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低くすることが考えられる。しかし、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低くすると、窒化アルミニウム多結晶原料と下地基板との温度勾配が小さくなるので、下地基板上に成長させる窒化アルミニウム結晶の成長速度が遅いという問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に下地基板が昇華されることを防止することにより、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させるとともに、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる、窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法は、以下の工程を備えている。まず、主表面とこの主表面と反対側の裏面とを有する下地基板と、裏面に形成された第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板が準備される。そして、下地基板の主表面上に窒化アルミニウム結晶が気相成長法により成長される。第１の層は、窒化アルミニウム結晶の成長温度において下地基板よりも昇華しにくい材質よりなる。第２の層は、第１の層の熱伝導率よりも高い材質よりなる。
【００１３】
本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法によれば、第１の層は下地基板よりも昇華しにくい材質よりなるので、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、下地基板から第１の層が剥がれる、または第１の層から下地基板が露出するように第１の層が消失することを防止できる。このため、下地基板が窒化アルミニウム結晶を成長させる雰囲気に曝されることを防止できる。
【００１４】
さらに、第２の層は第１の層よりも熱伝導率が高い材質よりなるので、第２の層は第１の層よりも放熱性が高い。このため、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、第２の層は、下地基板が受けた熱を下地基板の外部へ拡散できるので、下地基板を冷却する効果を有する。したがって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できる。その結果、窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置内において温度の低い領域に位置するサセプタと、下地基板との温度勾配を小さくすることができるため、下地基板の昇華を抑制することができる。
【００１５】
また、積層基板は、下地基板の冷却効果を高める第２の層を備えているので、窒化アルミニウム結晶の原料の加熱温度を高く設定できる。このため、この原料と下地基板との温度勾配を大きくすることができるので、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる。
【００１６】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、窒化アルミニウム結晶の成長は、積層基板をサセプタに載置された状態で行なわれ、第２の層は、サセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなる。
【００１７】
第２の層はサセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなるため、第２の層はサセプタよりも放熱性が高い。このため、下地基板に熱が蓄積されることをより抑制でき、かつ下地基板とサセプタとの温度勾配をより小さくすることができる。よって、下地基板の昇華をより抑制できる。
【００１８】
また、窒化アルミニウム結晶の原料の加熱温度をより高く設定できるので、窒化アルミニウム結晶の成長速度をより向上できる。
【００１９】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記準備する工程は、下地基板の裏面上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を配置し、混合物上に第２の層を配置する工程と、第１の層にするために混合物を焼結する工程とを含んでいる。
【００２０】
これにより、金属材料を物理蒸着等により下地基板と台座との間に挟み、結晶成長面側から加圧部材を用いて大きな圧力で、かつ高い温度で加熱圧着している上記特許文献３と異なり、加圧部材等を用いずに、あるいは加圧部材を用いる場合であっても小さな圧力、低い温度で、第１の層を形成できる。このため、窒化アルミニウム結晶の成長面に汚れが発生することを防止できる、窒化アルミニウム結晶の成長面と加圧部材との反応を防止できる、窒化アルミニウム結晶の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶を成長することができる。また、加圧部材を用いないので、簡略化して第１の層を形成することができる。このため、第１の層を介して下地基板と第２の層とを一体化できる積層基板が容易に得られる。
【００２１】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は窒化アルミニウム基板であり、上記粉末が窒化アルミニウム単結晶である。
【００２２】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は窒化アルミニウム基板であり、上記粉末が、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末である。
【００２３】
これにより、上記混合物は下地基板と同一の元素を含むので、混合物を焼結すると、下地基板との密着性を向上した第１の層を形成できる。このため、下地基板と第１の層とを強固に固着できるので、下地基板から第１の層が剥がれることを効果的に防止できる。
【００２４】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記粉末が、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末である。
【００２５】
上記ホウ化物は高融点であるので、耐熱性の高い第１の層を形成できる。このため、特に高温で窒化アルミニウム結晶を成長させる場合に、第１の層により下地基板が昇華することを効果的に防止できる。
【００２６】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、下地基板は炭化珪素基板であり、粉末は炭素元素を含んでいる。
【００２７】
これにより、上記混合物は下地基板と同一の元素を含むので、混合物を焼結すると、下地基板との密着性を向上した第１の層を形成できる。このため、下地基板と第１の層とを強固に固着できるので、下地基板から第１の層が剥がれることを効果的に防止できる。
【００２８】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記溶剤は、有機物、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなる。
【００２９】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記溶剤は、アセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる。
【００３０】
これにより、この溶剤と粉末とを混合した混合物をペースト状にできるので、下地基板に混合物を接触させやすい。このため、下地基板の裏面に混合物を均一に接触させることができるので、下地基板の裏面全体を保護できる第１の層を容易に形成できる。
【００３１】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、第２の層は、炭素元素を含んでいる。また、上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、第２の層は、窒化アルミニウムを含んでいる。
【００３２】
これにより、気相成長法が昇華法である場合に、不活性ガス雰囲気中では第２の層が約３０００℃の耐熱性を有するなど、第２の層の耐熱性を向上できる。
【００３３】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、第２の層の厚さが１０μｍ以上１０ｃｍ以下である。
【００３４】
１０μｍ以上の場合、第２の層の放熱効果を高めることができる。１０ｃｍ以下の場合、第２の層が第１の層から剥離することを防止できる。
【００３５】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板の熱膨張率と、第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下である。
【００３６】
これにより、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差、および下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差を小さくすることができる。このため、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、下地基板から第１および第２の層が剥がれることを抑制できる。
【００３７】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、上記準備する工程は、下地基板の裏面上に蒸着法により金属皮膜を形成する工程をさらに含んでいる。
【００３８】
金属皮膜は放熱性が非常に高く、かつ下地基板との界面での熱抵抗が低いため、下地基板の放熱効果を非常に向上できる。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた後に、酸性溶液によるエッチングを行なうことによって、窒化アルミニウム結晶から少なくとも第１の層を容易に除去できる。
【００３９】
上記窒化アルミニウム結晶の成長方法において好ましくは、金属皮膜の厚さは、１μｍ以上２００μｍ以下である。
【００４０】
１μｍ以上の場合、金属皮膜の放熱効果を高めることができる。２００μｍ以下の場合、金属皮膜が下地基板から剥離することを防止できる。
【００４１】
上記窒化アルミニウム結晶において好ましくは、金属皮膜は、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）およびモリブデン（Ｍｏ）よりなる群から選ばれた一種以上よりなる。
【００４２】
上記材料は、放熱性が非常に高く、かつ下地基板との界面での熱抵抗が非常に低いため、下地基板の放熱効果を効果的に向上できる。
【００４３】
本発明の窒化アルミニウム結晶の製造方法は、上記いずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法により窒化アルミニウム結晶を成長する工程と、少なくとも第１の層を除去する工程とを備えている。
【００４４】
本発明の窒化アルミニウム結晶の製造方法によれば、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを防止することによって、下地基板の昇華を抑制できる。このため、窒化アルミニウムに穴が発生することを抑制できるので、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を製造することができる。また、成長速度を向上して窒化アルミニウム結晶を成長できるので、効率的に窒化アルミニウム結晶を製造できる。
【００４５】
本発明の窒化アルミニウム結晶は、上記いずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法により製造される。
【００４６】
本発明の窒化アルミニウム結晶によれば、第２の層により下地基板が昇華されることを防止して、窒化アルミニウム結晶が成長される。このため、窒化アルミニウム結晶の結晶性が良好である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の窒化アルミニウム結晶の成長方法、窒化アルミニウム結晶の製造方法および窒化アルミニウム結晶によれば、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に下地基板が昇華されることを防止することにより、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶を成長させるとともに、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。図１を参照して本実施の形態における窒化アルミニウム結晶および製造方法について説明する。
【００４９】
図２は、本実施の形態における下地基板１１を示す概略側面図である。図１および図２に示すように、まず、主表面１１ａと、主表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。準備する下地基板１１は、特に限定されないが、結晶性の良好な窒化アルミニウムを成長させる観点から、窒化アルミニウム基板および炭化珪素基板であることが好ましい。
【００５０】
下地基板１１の厚さは、たとえば１００μｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲の厚さを有していると、下地基板１１内の温度勾配が大きくなりすぎないためである。
【００５１】
図３は、本実施の形態における第１の層１２を形成した状態を示す概略側面図である。図１および図３に示すように、下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように第１の層１２を形成する（ステップＳ２）。この第１の層１２は、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる。第１の層１２は、下地基板１１を保護するため、および、下地基板１１と第２の層１３とを接合するために形成されている。
【００５２】
第１の層１２の厚さＨ１２は、２００μｍを超えて１０ｍｍ以下であり、２１０μｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、５００μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。厚さＨが２００μｍを超えている場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際（図５参照）に、下地基板１１から第１の層１２が剥がれる、または第１の層１２から下地基板１１が露出するように第１の層１２が消失することを防止することができる。このため、高温で長時間の窒化アルミニウム結晶の成長に耐え得る第１の層１２を形成できる。２１０μｍ以上の場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、第１の層１２の剥がれおよび消失を効果的に防止できる。５００μｍ以上の場合、窒化アルミニウム結晶を成長させる際に、第１の層１２の剥がれおよび消失をより一層防止できる。一方、下地基板よりも昇華しにくい材質よりなる第１の層１２の厚さＨ１２が１０ｍｍ以下の場合、窒化アルミニウム結晶の成長に用いる装置に、第１の層１２が形成された積層基板１０（図４参照）を容易に配置できるので、取り扱いが容易である。５ｍｍ以下の場合、下地基板１１と第１の層１２とを備えた状態での取り扱いがより容易である。
【００５３】
第１の層１２は、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる。ここで、窒化アルミニウム結晶２０の成長温度とは、たとえば１７００℃〜２０００℃である。下地基板１１よりも昇華しにくい材質とは、たとえば下地基板１１よりも融点が同じまたは高い材質である。
【００５４】
具体的には、第１の層１２は、以下の工程が実施されることが好ましい。まず、粉末と溶剤とを混合して、混合物を形成する。そして、下地基板１１の裏面１１ｂ上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を接触させて、この混合物を焼結することにより、混合物が硬化して、下地基板１１の裏面１１ｂを覆うように第１の層１２が形成される。
【００５５】
混合物を裏面１１ｂ上に接触させる方法としては、裏面１１ｂ上に混合物を塗布してもよく、貯留されている混合物に浸漬させてもよい。
【００５６】
また、混合物を焼結する際には、下地基板１１の裏面１１ｂ上に配置された混合物をその上方から圧力を加えずに、焼結することが好ましい。この場合、圧力を加えるための加圧部材を用いないので、成長させる窒化アルミニウム結晶成長面の汚れを防止できる、成長させる窒化アルミニウム結晶成長面と加圧部材との反応を防止できる、成長させる窒化アルミニウム結晶の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶を成長できる。
【００５７】
なお、混合物の上に第２の層１３（図４参照）を配置し、第２の層１３上に加圧部材を配置してもよい。この場合には、加圧部材を構成する材料がシリコン（Ｓｉ）などであることが好ましく、また、加圧部材で加圧する圧力は１０ｇ／ｃｍ2〜１０００ｇ／ｃｍ2であることが好ましい。
【００５８】
また、混合物を焼結する際には、たとえば下地基板１１の裏面１１ｂに混合物を接触させた状態で加熱炉に投入することにより第１の層１２を形成できる。なお、混合物を焼結させる際の雰囲気は特に限定されず、大気中で行なってもよいが、下地基板と混合物との間の隙間の空気を脱胞できるので、真空加熱炉を用いることが好ましい。混合物を焼結させる温度は、たとえば２００℃〜５００℃である。
【００５９】
室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板１１の熱膨張率と、第１の層１２の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。下地基板１１の熱膨張率と第１の層１２の熱膨張率との差が小さいので、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、熱膨張率の差による応力を低減できる。したがって、下地基板１１から第１の層１２が剥がれることを抑制できるので、成長させる窒化アルミニウム結晶に穴が発生することを抑制することができる。なお、下地基板１１の熱膨張率と、第１の層１２の熱膨張率との差の絶対値は小さいほど好ましく、差が０であってもよい。また、窒化アルミニウム結晶の成長の際の温度分布は、室温から２３００℃以下の範囲で行なわれる。室温は、たとえば２０℃程度である。
【００６０】
粉末は、下地基板１１を構成する材料の元素を含んでいることが好ましい。具体的には、下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、この粉末は、窒化アルミニウム単結晶、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末であることが好ましい。下地基板１１が炭化珪素基板である場合には、粉末は炭素元素を含むことが好ましい。この場合には、粉末は下地基板１１と同一の元素を含むので、この粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結すると、下地基板１１との隙間を減らして下地基板との密着性を向上した第１の層１２を形成できる。このため、下地基板１１と第１の層１２とを強固に固着できるので、下地基板１１から第１の層１２が剥がれることを効果的に防止できる。また、窒化アルミニウム結晶を長時間成長させる場合に、不純物の混入を防止できる。
【００６１】
また、粉末は、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末であってもよい。これらのホウ化物は高融点であるので、耐熱性の高い第１の層１２を形成できる。このため、特に高温で窒化アルミニウム結晶（図５参照）を成長させる場合に、第１の層１２により下地基板１１が昇華することをより防止できる。
【００６２】
また、粉末の粒径は、０．５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。１００μｍ以下の場合、下地基板１１と緻密かつ強固に接触する第１の層１２を形成できる。下地基板１１との接触面積が大きいため、下地基板１１が受けた熱を第２の層１３まで伝達しやすくし、下地基板１１に熱が蓄積されることをより抑制できる。１０μｍ以下の場合、下地基板１１とより緻密かつ強固に接触する第１の層１２を形成できる。一方、０．５μｍ以上の場合、溶剤と混合した際に、沈殿、分離などが発生せず、均一に混合物を作成することができる。
【００６３】
溶剤は、有機物、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなることが好ましい。有機物としては、たとえばアセトン、イソプロピルアルコール、ホルマリン（ホルムアルデヒド）などを用いることができる。樹脂としては、たとえばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。芳香族アルコールとしては、たとえばフリフリルアルコール、シンナミルアルコールなどを用いることができる。この溶剤と粉末とを混合した混合物をペースト状にできるので、下地基板に混合物を接触させやすい。このため、下地基板１１の裏面１１ｂに混合物を均一に接触させることができるので、下地基板１１の裏面１１ｂ全体を保護できる第１の層１２を容易に形成できる。
【００６４】
特に、アセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる溶剤を用いることが好ましい。この場合、簡易性および量産性に優れているため、コストを低減できる。
【００６５】
図４は、本実施の形態における第２の層１３を形成した状態を示す概略側面図である。図１および図４に示すように、第１の層１２の裏面１２ｂを覆うように第２の層１３を形成する（ステップＳ３）。第２の層１３は、下地基板１１が受けた熱を下地基板１１の外部へ拡散するために形成されている。
【００６６】
第２の層１３の厚さＨ１３は、１０μｍ以上１０ｃｍ以下が好ましく、５０μｍ以上１０ｃｍ以下がより好ましく、１００μｍ以上５ｃｍ以下がより一層好ましい。厚さＨ１３が１０μｍ以上の場合、第２の層１３により下地基板１１から熱を拡散する冷却効果が高くなる。５０μｍ以上の場合、第２の層１３により下地基板１１から熱を拡散する冷却効果がより高くなる。１００μｍ以上の場合、第２の層１３の有する下地基板１１の冷却効果がより一層高くなる。一方、１０ｃｍ以下の場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることを防止できる。５ｃｍ以下の場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることをより防止できる。
【００６７】
第２の層１３は、第１の層１２の熱伝導率よりも高い材質よりなり、サセプタ１１６（図６参照）の熱伝導率よりも高い材質よりなることが好ましい。第２の層１３は、炭素元素および窒化アルミニウム元素の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。この場合、気相成長法が昇華法である場合に、不活性ガス雰囲気中では第２の層１３が約３０００℃の耐熱性を有するなど、第２の層１３の耐熱性を向上できる。下地基板１１が炭化珪素基板である場合には、第２の層１３は炭素元素を含んでいることが好ましく、カーボン基板であることが好ましい。下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、第２の層１３は窒化アルミニウム元素を含んでいることが好ましく、窒化アルミニウムセラミックス基板であることがより好ましい。
【００６８】
室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板１１の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。下地基板１１の熱膨張率と第２の層１３の熱膨張率との差が小さいので、窒化アルミニウム結晶の成長開始のために昇温する際、および窒化アルミニウム結晶の成長終了後に室温まで冷却する際に、熱膨張率の差による応力を低減できる。したがって、下地基板１１から第２の層１３が剥がれることを抑制できるので、成長させる窒化アルミニウム結晶に穴が発生することを抑制することができる。なお、下地基板１１の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値は小さいほど好ましく、差が０であってもよい。
【００６９】
また、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第１の層１２の熱膨張率と、第２の層１３の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下であることが好ましい。この場合、第２の層１３が第１の層１２から剥がれることを抑制することができる。
【００７０】
以上より、下地基板１１と、下地基板１１の裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０を準備することができる。
【００７１】
なお、上記では、下地基板１１の裏面１１ｂに第１の層１２を形成し、その後に第２の層１３を形成する方法を例に挙げて説明したが、これらを形成する順序は特にこれに限定されない。たとえば、第１の層１２となるべき混合物を下地基板１１の裏面１１ｂ上に配置し、この混合物上に第２の層１３を配置する。その後、第１の層１２にするために混合物を焼結する。このように、第１の層１２を介して、下地基板１１の裏面１１ｂ上に第２の層１３を形成してもよい。この場合、第１の層１２により下地基板１１と第２の層１３とを容易に接合できるので、下地基板１１と第１の層１２と第２の層１３とを容易に一体化できる。
【００７２】
図５は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０を成長させた状態を示す概略側面図である。図１および図５に示すように、下地基板１１の裏面１１ｂが第１の層１２および第２の層１３で覆われた状態で、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶２０を気相成長法により成長する（ステップＳ４）。
【００７３】
窒化アルミニウム結晶２０の成長方法は、気相成長法であれば特に限定されず、たとえば昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などを採用できる。特に、窒化アルミニウム結晶２０の結晶成長に適している観点から、昇華法により窒化アルミニウム結晶２０を成長することが好ましい。
【００７４】
図６は、本実施の形態における昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置を示す概略図である。図６に示すように、この縦型の装置における反応容器１２２の中央部には、通気口１１５ｃを有する坩堝１１５が設けられ、坩堝１１５の上部には、積層基板１０を載置するためのサセプタ１１６が設けられている。サセプタ１１６は、坩堝１１５の一部を構成している。坩堝１１５の内部から外部への通気を確保するように、坩堝１１５の周りに加熱体１１９が設けられている。また、反応容器１２２の外側中央部には、加熱体１１９を加熱するための高周波加熱コイル１２３が設けられている。さらに、反応容器１２２の端部には、反応容器１２２の坩堝１１５の外部に窒素（Ｎ2）ガスを流すための窒素ガス導入口１２２ａおよび窒素ガス排出口１２２ｂと、坩堝１１５の下面および上面の温度を測定するための放射温度計１２１ａ、１２１ｂが設けられている。
【００７５】
本実施の形態では、上記装置を用いて、昇華法により窒化アルミニウム結晶２０を以下のようにして成長させる。まず、坩堝１１５の下部に原料１７を配置し、坩堝１１５の上部のサセプタ１１６に積層基板１０を配置する。その後、反応容器１２２内にＮ2ガスを流しながら、高周波加熱コイル１２３を用いて加熱体１１９を加熱することにより坩堝１１５内の温度を上昇させて、坩堝１１５の原料１７側の温度を、それ以外の部分の温度よりも高く保持する。これにより、原料１７を昇華させて、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶を固化（再結晶化）させて、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる。
【００７６】
ここで、窒化アルミニウム結晶の成長中は、坩堝１１５の原料１７側の温度はたとえば１６００℃〜２３００℃とし、坩堝１１５の上部の下地基板１１の主表面１１ａの温度をたとえば原料１７側の温度より１０℃〜２００℃低くすることにより、結晶性のよい窒化アルミニウム結晶が得られる。また、下地基板１１の温度を原料１７の温度よりも５０℃〜２００℃低くすることにより、窒化アルミニウム結晶の成長速度を向上することができる。
【００７７】
また、結晶成長中も反応容器１２２内の坩堝１１５の外側に窒素ガスを、１００ｓｃｃｍ〜１ｓｌｍになるように流し続けることにより、窒化アルミニウム結晶への不純物の混入を低減することができる。
【００７８】
なお、坩堝１１５内部の昇温中は、坩堝１１５の原料１７側の温度よりもそれ以外の部分の温度を高くすることにより、坩堝１１５内部の不純物を通気口１１５ｃを通じて除去することができる。このため、成長する窒化アルミニウム結晶２０へ不純物が混入することをより低減することができる。
【００７９】
以上のステップＳ１〜Ｓ４により、窒化アルミニウム結晶２０を成長することができる。この窒化アルミニウム結晶２０を用いて窒化アルミニウム結晶２１（図７参照）を製造する場合には、さらに以下の工程が実施される。
【００８０】
図７は、本実施の形態における少なくとも第１の層１２を除去した状態を示す概略側面図である。次に、図１および図７に示すように、積層基板１０および窒化アルミニウム結晶２０から、少なくとも第１の層１２を除去する（ステップＳ５）。下地基板１１が窒化アルミニウムと異なる材料である異種基板である場合には、図７に示すように、下地基板１１および第１の層１２を除去している。下地基板１１が窒化アルミニウム基板である場合には、図７に示すように下地基板１１および第１の層１２を除去してもよく、また第１の層１２のみを除去してもよい。
【００８１】
除去する方法は特に限定されず、たとえば切断、研削、へき開など機械的な除去方法を用いることができる。切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサーなどで機械的に窒化アルミニウム結晶２０から少なくとも下地基板１１を除去することをいう。研削とは、砥石を回転させながら表面に接触させて、厚さ方向に削り取ることをいう。へき開とは、結晶格子面に沿って窒化アルミニウム結晶２０を分割することをいう。なお、エッチングなど化学的な除去方法を用いてもよい。
【００８２】
以上のステップＳ１〜Ｓ５を実施することにより、窒化アルミニウム結晶２１を製造することができる。このように製造される窒化アルミニウム結晶２１は、たとえば５ｍｍ以上の径または一辺が５ｍｍ以上の四角形である平面形状を有し、かつ１ｍｍ以上の厚さを有する。そのため、窒化アルミニウム結晶２１はデバイスの基板に好適に用いられる。
【００８３】
なお、１ｍｍ以上の厚さを有する窒化アルミニウム結晶２０を成長させる場合には、窒化アルミニウム結晶２０、２１から複数の窒化アルミニウム結晶基板を切り出すことができる。窒化アルミニウム結晶２０、２１は単結晶からなるので、容易に分割される。この場合には、窒化アルミニウム結晶基板は結晶性が良好で、コストを低減できる。
【００８４】
以上説明したように、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造方法は、下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備え、第１の層１２は、窒化アルミニウム結晶の成長温度において下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなる積層基板１０を用いている。
【００８５】
本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造方法によれば、第２の層１３は第１の層１２よりも熱伝導率が高い材質よりなるので、第２の層１３は第１の層１２よりも放熱性が高い。このため、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる際に、第２の層１３は下地基板１１が受けた熱を拡散できるので、下地基板１１を冷却する効果を有する。したがって、下地基板１１に熱が蓄積されることを抑制できるので、窒化アルミニウム結晶２０を成長させるための装置内において相対的に温度の低い領域に位置するサセプタ１１６と、下地基板１１との温度勾配を小さくすることができる。
【００８６】
また、第１の層１２は下地基板１１よりも昇華しにくい材質よりなるので、窒化アルミニウム結晶２０を成長させる際に、下地基板１１から第１の層１２が剥がれる、または第１の層１２から下地基板１１が露出するように第１の層１２が消失することを防止できる。このため、下地基板１１が窒化アルミニウム結晶２０を成長させる雰囲気に曝されることを防止できる。
【００８７】
このように、第２の層１３によって、下地基板１１に熱が蓄積されることを抑制でき、第１の層１２によって、下地基板１１が窒化アルミニウム結晶２０を成長させる雰囲気に曝されることを抑制できる。この相乗効果により、下地基板１１の昇華を抑制することができる。したがって、結晶性の良好な窒化アルミニウム結晶２０を成長させることができる。その結果、この窒化アルミニウム結晶２０を用いて製造された窒化アルミニウム結晶２１の結晶性を向上できる。
【００８８】
仮に、下地基板１１とサセプタ１１６との間に隙間ができた場合であっても、下地基板１１よりも昇華しにくい第１の層１２が形成されているので、下地基板１１の構成元素が、第１の層１２を通過して下地基板１１からサセプタ１１６へ拡散することを防止できる。また仮に、下地基板１１から第１の層１２および第２の層１３の一部が剥離した場合であっても、第２の層１３から下地基板１１が受ける熱を逃がすことができる。このため、下地基板１１とサセプタ１１６との温度勾配を従来よりも小さくできるので、下地基板１１の昇華を抑制できる。なお、仮に第１および第２の層１２、１３が剥離する場合であっても、従来の第１および第２の層１２、１３が形成されていない下地基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させる場合よりも、積層基板１０を用いて窒化アルミニウム結晶２０を成長させる場合の方が、窒化アルミニウム結晶２０を成長させるステップＳ４の後期段階で、第１および第２の層１２、１３の一部が剥離する。このため、従来よりも下地基板１１の昇華のタイミングを遅らすことができるため、下地基板１１を貫通する穴が発生することを抑制できる。
【００８９】
また、積層基板１０は、下地基板１１の冷却効果を高める第２の層１３を備えているので、窒化アルミニウム結晶２０の原料１７の加熱温度を高く設定しても下地基板１１の昇華を抑制できる。このため、この原料１７と下地基板１１との温度勾配を大きくすることができるので、窒化アルミニウム結晶２０の成長速度を向上できる。
【００９０】
上記窒化アルミニウム結晶２０の成長方法および窒化アルミニウム結晶２１の製造方法において、積層基板１０を準備する工程（ステップＳ１〜Ｓ３）は、下地基板１１の裏面１１ｂ上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を配置し、混合物上に第２の層１３を配置する工程と、第１の層１２にするために混合物を焼結する工程とを含むことが好ましい。
【００９１】
これにより、加圧部材等を用いずに、あるいは加圧部材を用いる場合であっても小さな圧力、低い温度で、第２の層１３を下地基板１１と一体化できるため、簡略化した方法で積層基板１０を形成することができる。このため、第１の層１２を介して下地基板１１と第２の層１３とを一体化できる積層基板１０が容易に得られる。また、窒化アルミニウム結晶２０の成長面に汚れが発生することを防止でき、窒化アルミニウム結晶２０の成長面と加圧部材との反応を防止でき、窒化アルミニウム結晶２０の成長面にダメージ層が発生することを防止できるなど、良好な結晶性の窒化アルミニウム結晶２０を成長することができる。さらに、第１の層１２を介して下地基板１１と第２の層１３とを強固に接合することができる。
【００９２】
このように、得られる窒化アルミニウム結晶２０、２１の結晶性は良好であるので、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの光デバイス、ショットキーバリアダイオード、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）などの電子デバイス、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave Device：表面弾性波素子）デバイス、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ部品、圧電アクチュエータなどに好適に用いることができる。
【００９３】
（実施の形態２）
図８は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。図８に示すように、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法は、基本的には実施の形態１と同様であるが、金属皮膜を備えた積層基板を準備する点（金属皮膜を形成するステップＳ６をさらに備えている点）において異なる。
【００９４】
図９は、本実施の形態における積層基板１０を示す概略側面図である。図８および図９に示すように、まず、実施の形態１と同様に、下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。
【００９５】
次に、下地基板１１の裏面１１ｂに蒸着法により金属皮膜１４を形成する（ステップＳ２）。金属皮膜１４の厚さＨ１４は、１μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。１μｍ以上の場合、金属皮膜１４の放熱効果を高めることができるので、下地基板１１に熱が蓄積されることを防止できる。８００μｍ以下の場合、金属皮膜１４が下地基板１１から剥離することを防止できる。２００μｍ以下の場合、金属皮膜１４が下地基板１１から剥離することを効果的に防止できる。
【００９６】
また、金属皮膜１４は、タングステン、タンタルおよびモリブデンよりなる群から選ばれた一種以上よりなることが好ましい。
【００９７】
次に、金属皮膜の裏面１４ｂ（下地基板１１と接触する主表面１４ａと反対側の表面）に、実施の形態１と同様に第１の層１２を形成する（ステップＳ２）。第１の層１２が混合物を焼結させることにより形成される場合には、金属皮膜１４に混合物を接触させる。
【００９８】
次に、実施の形態１と同様に、第１の層１２の裏面１２ｂに第２の層１３を形成する。これにより、下地基板１１と、金属皮膜１４と、第１の層１２と、第２の層１３とを備えた積層基板１０を準備できる。
【００９９】
図１０は、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶２０を成長させた状態を示す概略側面図である。図８および図１０に示すように、実施の形態１と同様に、下地基板１１の裏面１１ｂが金属皮膜１４、第１の層１２および第２の層１３で覆われた状態で、下地基板１１の主表面１１ａ上に窒化アルミニウム結晶２０を気相成長法により成長する（ステップＳ４）。
【０１００】
図１１は、本実施の形態における積層基板１０を用いて昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させる状態を示す模式図である。図１１に示すように、積層基板１０が金属皮膜１４を備えている場合であっても、実施の形態１と同様に、この積層基板１０をサセプタ１１６に載置する。
【０１０１】
図１２は、本実施の形態における少なくとも第１の層１２を除去した状態を示す概略側面図である。次に、図８および図１２に示すように、積層基板１０および窒化アルミニウム結晶２０から、少なくとも第１の層１２を除去する（ステップＳ５）。
【０１０２】
金属皮膜１４は酸性溶液によりエッチングされるので、エッチングにより金属皮膜１４を下地基板１１から除去することにより、第１の層１２を下地基板１１から除去することが好ましい。
【０１０３】
なお、これ以外の窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法は、実施の形態１における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【０１０４】
以上説明したように、本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法は、下地基板１１と、裏面１１ｂに形成された金属皮膜１４と、金属皮膜１４に形成された第１の層１２と、第１の層１２に形成された第２の層１３とを備えた積層基板１０を用いている。
【０１０５】
本実施の形態における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法によれば、金属皮膜１４の熱伝導率が非常に高いことから、金属皮膜１４の放熱性が非常に高く、かつ金属皮膜１４と下地基板１１との界面での熱抵抗が低い。このため、金属皮膜１４を形成することにより、下地基板１１に蓄積された熱を放熱する効果を非常に向上できる。
【０１０６】
また、蒸着法により金属皮膜１４を形成できるので、上述した特許文献３の加圧部材を用いるときの問題も生じない。
【０１０７】
さらに、窒化アルミニウム結晶を成長させた後に、酸性溶液によるエッチングを行なうことによって、窒化アルミニウム結晶２０から少なくとも第１の層１２を容易に除去できる。
【実施例１】
【０１０８】
本実施例では、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによる効果について調べた。具体的には、下地基板の裏面側に種々の厚さの第１および第２の層を形成した積層基板を用いて、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
【０１０９】
詳細には、まず、下地基板として、１０ｍｍの直径と、５００μｍの厚さとを有し、昇華法により作製された窒化アルミニウム単結晶基板を準備した（ステップＳ１）。この窒化アルミニウム単結晶基板のオフ角は０．３°以下であり、主表面を鏡面仕上げし、裏面をラップ仕上げした。
【０１１０】
次に、窒化アルミニウム単結晶よりなり、１μｍの粒径を有する粉末を準備した。またアセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂からなる溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤を混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物を形成した。
【０１１１】
また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、下記の表１に記載の厚さを有する第２の層を準備した。なお、窒化アルミニウムセラミックスの熱伝導率は３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、下地基板の熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【０１１２】
次に、この下地基板の裏面上に上記混合物を均一に塗布し、この混合物上に第２の層を配置した。この状態で、真空加熱炉を用いて、混合物中の空気を脱泡しながら加熱し、かつ下地基板と第２の層に荷重を加えて、混合物を第１の層にするとともに、下地基板と第１の層と第２の層とを固着した。なお、第１の層の熱伝導率は１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。第１の層の厚みは下記の表１の通りであった。これにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
【０１１３】
なお、加熱炉の温度を４００℃、昇温時間が３０分、保持時間が４時間、冷却時間を１時間の合計５時間３０分の加熱時間にした。また、加えた荷重は、４００℃の温度で４．９ｋＰａの大きさであった。
【０１１４】
次に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。この窒化アルミニウム結晶を成長させるステップＳ３では、図６に示すように、反応容器１２２内の坩堝１１５の上部に積層基板１０を載置し、坩堝１１５の下部に原料１７として窒化アルミニウム多結晶を収容した。なお、サセプタ１１６の材料はカーボンであり、その熱伝導率は１００Ｗ／（ｃｍ・Ｋ）であった。
【０１１５】
次に、反応容器１２２内に窒素ガスを流しながら、高周波加熱コイル１２３を用いて坩堝１１５内の温度を上昇させ、下地基板１１の温度を２０００℃、原料１７の温度を２１００℃にして原料１７を昇華させ、下地基板１１の主表面上で再結晶化させて、成長時間を５００時間として、下地基板１１上に窒化アルミニウム結晶を５０ｍｍの厚さになるように成長させた。
【０１１６】
なお、窒化アルミニウム結晶の成長中においては、反応容器１２２内に窒素ガスを流し続け、反応容器１２２内のガス分圧が１０ｋＰａ〜１００ｋＰａ程度になるように、窒素ガス排気量を制御した。
【０１１７】
このように成長させた窒化アルミニウム結晶について、穴が発生していたか否かを光学顕微鏡、ＳＥＭおよび目視により調べた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離したか否かを光学顕微鏡、ＳＥＭおよび目視により調べた。その結果を下記の表１に記載する。表１において「○」は下地基板から第１および第２の層が剥離しなかったことを意味し、「Ｘ１」は下地基板から第１の層の一部が剥離したことを意味し、「Ｘ２」は第１の層から第２の層の一部が剥離したことを意味する。
【０１１８】
【表１】
【０１１９】
（測定結果）
第１の層よりも高い熱伝導率を有する第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。このことから、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたことがわかった。
【０１２０】
特に表１に示すように、第１の層の厚さが０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下で、第２の層の厚さが０．０５ｃｍ以上１０．０ｃｍ以下の積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長した場合に、下地基板から第１の層が剥がれること、および第１の層から第２の層が剥がれることを防止できたため、下地基板が昇華することを防止できた。
【０１２１】
なお、第１の層の厚さが１１．０ｍｍ、および第２の層の厚さが１１．０ｃｍの少なくともいずれかの場合には、第１の層の下地基板からの剥がれ、および第２の層の第１の層からの剥がれの少なくともいずれかが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかった。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた初期段階では下地基板の昇華を防止でき、下地基板の裏面の昇華の進行を遅らすことができた。このため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
【０１２２】
以上より、本実施例によれば、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できるので、下地基板の昇華を抑制でき、その上に成長させる窒化アルミニウム結晶に穴があくことを抑制できることが確認できた。
【実施例２】
【０１２３】
本実施例では、第１の層が粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結してなる場合の効果について調べた。具体的には、種々の粒径の粉末を用いて第１の層を形成して、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
【０１２４】
詳細には、まず、実施例１と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、０．５μｍ、１．０μｍ、５．０μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１５０μｍおよび２００μｍの粒径を有する粉末をそれぞれ準備した。また実施例１と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。
【０１２５】
また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、１ｃｍの厚さを有する、実施例１と同様の第２の層を準備した。
【０１２６】
次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
【０１２７】
次に、実施例１と同様に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。
【０１２８】
なお、準備した積層基板により、下地基板１１の温度と原料１７の温度とを適宜変更した。具体的には、０．５μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いた積層基板については、下地基板１１の温度を２１００℃にし、かつ原料１７の温度を２２００℃にした。
【０１２９】
実施例１と同様に、このように成長させた窒化アルミニウム結晶について穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表２に記載する。なお、表２中、「○」、「Ｘ２」については、実施例１の表１と同様の意味である。
【０１３０】
また、原料１７の温度と下地基板１１の温度とを上記のように設定することにより、窒化アルミニウム結晶の成長速度を測定した。その結果を表２に記載する。
【０１３１】
【表２】
【０１３２】
（測定結果）
第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１３３】
特に表２に示すように、０．５μｍ〜１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、下地基板の受けた熱を外部へ拡散できたので、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を高く設定できた。このため、窒化アルミニウム結晶に穴がなくことなく、５０μｍ／ｈ以上の大きい成長速度で窒化アルミニウム結晶を成長させることができた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
【０１３４】
２０μｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、０．５μｍ〜１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板よりも窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低い温度に設定する必要があったため、成長速度が少し小さくなったものの、下地基板から第１および第２の層が剥離することを防止できた。
【０１３５】
１１０μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、２０μｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板を用いた場合の窒化アルミニウム多結晶原料の設定温度と同様であった。また、１１０μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、第１の層から第２の層が剥離したため、下地基板の裏面に凹凸が形成されていたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
【０１３６】
以上より、本実施例によれば、粉末と溶媒とを焼結してなる第１の層を備えている場合には、粉末が０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径を有していることにより、下地基板の熱の蓄積をより抑制できることが確認できた。
【実施例３】
【０１３７】
本実施例では、実施例１と同様に、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによる効果について調べた。
【０１３８】
詳細には、まず、下地基板として、５０ｍｍの直径を有し、４００μｍの厚さを有する炭化珪素単結晶基板を準備した（ステップＳ１）。この炭化珪素単結晶基板の結晶方位（０００２）に対するオフ角は３°であり、主表面を鏡面仕上げし、裏面をラップ仕上げした。
【０１３９】
次に、１０μｍの粒径を有し、純度が９９．９９％の炭素を粉末として準備した。またアセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂からなる溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤を混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物を形成した。
【０１４０】
また、下記の表１に記載の厚さを有するカーボン基板を第２の層として準備した。なお、カーボン基板の熱伝導率は、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、下地基板の熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【０１４１】
次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。なお、第１の層の熱伝導率は実施例１と同様の１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、第１の層の厚みは下記の表３の通りであった。なお、本実施例では、加熱炉の温度を３５０℃、昇温時間が３０分、保持時間が３時間、冷却時間を１時間の合計４時間３０分の加熱時間にした。
【０１４２】
次に、実施例１と同様に、昇華法により、図６に示す結晶成長装置を用いて、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。本実施例では、下地基板１１の温度を１７００℃、原料１７の温度を１９００℃にして原料１７を昇華させ、下地基板１１の主表面上で再結晶化させて、成長時間を５００時間として、下地基板１１上に窒化アルミニウム結晶を２５ｍｍの厚さになるように成長させた。なお、窒化アルミニウム結晶の成長中の条件は実施例１と同様にした。
【０１４３】
このように成長させた窒化アルミニウム結晶について、穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層が剥離していたか否か、第１の層から第２の層が剥離していたか否かを実施例１と同様に調べた。その結果を下記の表３に記載する。表３において「○」、「Ｘ１」および「Ｘ２」は、実施例１の表１と同様の意味である。
【０１４４】
【表３】
【０１４５】
（測定結果）
第１の層よりも高い熱伝導率を有する第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。このことから、第２の層により下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたことがわかった。
【０１４６】
特に表３に示すように、第１の層の厚さが０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下で、第２の層の厚さが０．０５ｃｍ以上１０．０ｃｍ以下の積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長した場合に、下地基板から第１の層が剥がれること、および第１の層から第２の層が剥がれることを防止できたため、下地基板が昇華することを防止できた。
【０１４７】
なお、第１の層の厚さが１１．０ｍｍ、および第２の層の厚さが１１．０ｃｍの少なくともいずれかの場合には、第１の層の下地基板からの剥がれ、および第２の層の第１の層からの剥がれの少なくともいずれかが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかったため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
【０１４８】
以上より、本実施例によれば、第２の層を備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることによって、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できるので、下地基板の昇華を抑制でき、その上に成長させる窒化アルミニウム結晶に穴があくことを抑制できることが確認できた。また、下地基板が炭化珪素基板であり、第２の層が炭素元素を含む場合にも実施例１と同様の効果を有することが確認できた。
【実施例４】
【０１４９】
本実施例では、実施例２と同様に、第１の層が粉末と溶剤とを混合した混合物を焼結してなる場合の効果について調べた。
【０１５０】
詳細には、まず、実施例３と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、０．５μｍ、１．０μｍ、５．０μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１５０μｍおよび２００μｍの粒径を有する粉末をそれぞれ準備した。また実施例３と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。また、実施例３と同様の第２の層を準備した。
【０１５１】
次に、実施例３と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
【０１５２】
次に、実施例３と同様に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。なお、積層基板により、下地基板１１の温度と原料１７の温度とを適宜変更した。具体的には、０．５μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いた積層基板については、下地基板１１の温度を１８００℃にし、かつ原料１７の温度を２０００℃にした。
【０１５３】
実施例１と同様に、このように成長させた窒化アルミニウム結晶について穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表４に記載する。なお、表４中、「○」、「Ｘ２」については、実施例１の表１と同様の意味である。
【０１５４】
【表４】
【０１５５】
（測定結果）
第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１５６】
特に表４に示すように、０．５μｍ〜１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、下地基板の受けた熱を下地基板の外部へ拡散できたので、窒化アルミニウム多結晶原料の温度を高く設定できた。このため、窒化アルミニウム結晶に穴があくことなく、５０μｍ／ｈ以上の高い成長速度で窒化アルミニウム結晶を成長させることができた。また、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
【０１５７】
２０μｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、０．５μｍ〜１０μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板よりも窒化アルミニウム多結晶原料の温度を低い温度に設定する必要があったため、成長速度が少し小さくなったものの、下地基板から第１および第２の層が剥離することを防止できた。
【０１５８】
１１０μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、２０μｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板を用いた場合の窒化アルミニウム多結晶原料の設定温度と同様であった。また、１１０μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を用いてなる第１の層を備えた積層基板は、第１の層から第２の層が剥離したため、下地基板の裏面に凹凸が形成されていたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
【０１５９】
以上より、本実施例によれば、粉末と溶媒とを焼結してなる第１の層を備えている場合には、粉末が０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径を有していると、下地基板の熱の蓄積をより抑制できることが確認できた。
【実施例５】
【０１６０】
本実施例では、下地基板に対する第１の層および第２の層の熱膨張率の違いによる剥離抑制の効果について調べた。具体的には種々の熱膨張率を有する第１および第２の層を形成して、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
【０１６１】
詳細には、まず、実施例３と同様の下地基板を準備した。下地基板の２０００℃での熱膨張率は、７．０×１０-6℃-1であった。次に、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第１の層の熱膨張率と下地基板の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-6℃-1未満から１．１×１０-5℃-1の範囲となる混合物層を下地基板の裏面側に形成した。また、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、第２の層の熱膨張率と下地基板の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-6℃-1未満から１．１×１０-5℃-1の範囲の範囲となる第２の層をカーボン板を準備した。
【０１６２】
次に、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された第１の層と、第１の層側に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。
【０１６３】
次に、実施例１と同様に、図６に示す結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。
【０１６４】
成長させた窒化アルミニウム結晶について穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層とが剥離したか否か、および第１の層から第２の層が剥離したか否かを調べた。測定方法は、実施例１と基本的には同様であったが、超音波探傷測定器をさらに用いた点において異なっていた。その結果を下記の表５に記載する。なお、表５中、「○」、「Ｘ１」については、実施例１の表１と同様の意味である。
【０１６５】
【表５】
【０１６６】
（測定結果）
表５に示すように、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5／℃以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5／℃以下の場合には、下地基板と第１の層、第１の層と第２の層との間に剥離が発生せず、成長した窒化アルミニウム結晶にも穴が発生しなかった。このことから、第１および第２の層の熱膨張率を下地基板の熱膨張率に近づけることで、その後の冷却の際に熱膨張率の違いから発生する剥離を抑制することができた。
【０１６７】
なお、下地基板の熱膨張率と第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．１×１０-5／℃、および下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．１×１０-5／℃の少なくとも一方の場合には、第１の層の下地基板からの剥がれが生じた。しかし、下地基板に熱が蓄積されることを抑制できたため、下地基板の一部が昇華して、下地基板の裏面に凹凸は生じたものの、下地基板に貫通する穴が発生しなかった。また、窒化アルミニウム結晶を成長させた初期段階では下地基板の昇華を防止でき、下地基板の裏面の昇華の進行を遅らすことができた。このため、成長させた窒化アルミニウムにも穴が発生しなかった。
【０１６８】
以上より、本実施例によれば、室温以上２３００℃以下の温度範囲において、下地基板の熱膨張率と、第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ下地基板の熱膨張率と第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下にすることにより、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できることが確認できた。
【実施例６】
【０１６９】
本実施例では、金属皮膜をさらに備えた積層基板を用いて窒化アルミニウム結晶を成長させることの効果について調べた。具体的には、種々の厚さのチタン膜を下地基板の裏面側に形成して、下地基板の主表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させて、窒化アルミニウム結晶に穴が発生したかを調べた。
【０１７０】
詳細には、まず、実施例１と同様の下地基板を準備した（ステップＳ１）。次に、１μｍ、１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、８００μｍおよび１０００μｍの厚さを有する金属皮膜を蒸着法により形成した。
【０１７１】
次に、１μｍ、１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、８００μｍおよび１０００μｍの粒径を有する粉末をそれぞれ準備した。また実施例１と同様の溶剤を準備した。そして、重量混合比が粉末：溶剤＝１００：３５になるように、粉末および溶剤をそれぞれ混合し、ペースト状になるまで攪拌することにより、混合物をそれぞれ形成した。
【０１７２】
また、窒化アルミニウムセラミックスよりなり、１．０ｃｍの厚さを有する第２の層を準備した。
【０１７３】
次に、金属皮膜の上に混合物を接触させ、この混合物上に第２の層を配置して、実施例１と同様に、混合物を焼結することにより、下地基板と、下地基板の裏面側に形成された金属皮膜と、金属皮膜に形成された１０ｍｍの厚さを有する第１の層と、第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備した（ステップＳ２、Ｓ３）。なお、第１の層、第２の層、下地基板およびサセプタの熱伝導率は、実施例１と同様であった。
【０１７４】
次に、実施例１と同様に、図１１に示すように、結晶成長装置を用いて、昇華法により、下地基板の主表面上に、窒化アルミニウム結晶を成長させた（ステップＳ３）。
【０１７５】
実施例１と同様に、このように成長させた窒化アルミニウム結晶について穴が発生していたか否か、下地基板から第１の層とが剥離していたか否か、および第１の層から第２の層が剥離していたか否かを調べた。その結果を表６に記載する。
【０１７６】
【表６】
【０１７７】
（測定結果）
金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１７８】
特に表６に示すように、金属皮膜の厚さが１μｍ〜２００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、金属皮膜および第２の層により下地基板の受けた熱を外部へ拡散できたので、下地基板から第１および第２の層が剥離することを抑制できた。
【０１７９】
５００μｍ〜８００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、下地基板から金属皮膜が部分的に剥離した。しかし、金属皮膜および第２の層による下地基板に蓄積される熱を抑制できたので、下地基板の一部が昇華したことにより裏面に凹凸ができたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
【０１８０】
また、１０００μｍの厚さを有する金属皮膜を備えた積層基板は、下地基板から金属皮膜が剥離したものの、成長させた窒化アルミニウム結晶大半を終了した時点であったため、下地基板に凹凸ができたものの、下地基板を貫通する穴は発生しなかった。
【０１８１】
以上より、本実施例によれば、金属皮膜を備えた積層基板を用いることによって、下地基板の昇華を抑制できることが確認できた。また、金属皮膜は１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有していることが下地基板の保護には効果的であることが確認できた。
【実施例７】
【０１８２】
本実施例では、基本的には実施例６と同様であったが、モリブデンよりなる金属皮膜を形成した点においてのみ、実施例６と異なる。この結果を下記の表７に示す。
【０１８３】
【表７】
【０１８４】
金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１８５】
また、金属皮膜がチタンよりなる実施例６と同様に、モリブデンよりなる金属皮膜を備えた積層基板を用いた場合にも、１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している場合に、より効果的に下地基板を保護できることが確認できた。
【実施例８】
【０１８６】
本実施例では、基本的には実施例６と同様であったが、タングステンよりなる金属皮膜を形成した点においてのみ、実施例６と異なる。この結果を下記の表８に示す。
【０１８７】
【表８】
【０１８８】
表８に示すように、金属皮膜および第２の層を備えた上記すべての積層基板を用いて成長させた窒化アルミニウムには、穴の発生がなかった。
【０１８９】
また、金属皮膜がチタンよりなる実施例６および金属皮膜がモリブデンよりなる実施例７と同様に、タングステンよりなる金属皮膜を備えた積層基板を用いた場合にも、１μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している場合に、より効果的に下地基板を保護できることが確認できた。
【０１９０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】本発明の実施の形態１における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１における下地基板を示す概略側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における第１の層を形成した状態を示す概略側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における第２の層を形成した状態を示す概略側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における窒化アルミニウム結晶を成長させた状態を示す概略側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させるための装置を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態１における少なくとも第１の層を除去した状態を示す概略側面図である。
【図８】本発明の実施の形態２における窒化アルミニウム結晶の成長方法および製造方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２における積層基板を示す概略側面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における窒化アルミニウム結晶を成長させた状態を示す概略側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における積層基板を用いて昇華法により窒化アルミニウム結晶を成長させる状態を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における少なくとも第１の層を除去した状態を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【０１９２】
１０ 積層基板、１１ 下地基板、１１ａ，１２ａ，１４ａ 主表面、１１ｂ，１２ｂ，１４ｂ 裏面、１２ 第１の層、１３ 第２の層、１４ 金属皮膜、１７ 原料、２０，２１ 窒化アルミニウム結晶、１１５ 坩堝、１１５ｃ 通気口、１１６ サセプタ、１１９ 加熱体、１２１ａ，１２１ｂ 放射温度計、１２２ 反応容器、１２２ａ 窒素ガス導入口、１２２ｂ 窒素ガス排出口、１２３ 高周波加熱コイル、Ｈ 厚さ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面と前記主表面と反対側の裏面とを有する下地基板と、前記裏面に形成された第１の層と、前記第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備する工程と、
前記下地基板の前記主表面上に窒化アルミニウム結晶を気相成長法により成長する工程とを備え、
前記第１の層は、前記窒化アルミニウム結晶の成長温度において前記下地基板よりも昇華しにくい材質よりなり、
前記第２の層は、前記第１の層の熱伝導率よりも高い材質よりなる、窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項２】
前記窒化アルミニウム結晶の成長は、前記積層基板をサセプタに載置された状態で行なわれ、
前記第２の層は、前記サセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなる、請求項１に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項３】
前記準備する工程は、
前記下地基板の前記裏面上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を配置し、前記混合物上に前記第２の層を配置する工程と、
前記第１の層にするために前記混合物を焼結する工程とを含む、請求項１または２に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項４】
前記下地基板は窒化アルミニウム基板であり、
前記粉末が窒化アルミニウム単結晶である、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項５】
前記下地基板は窒化アルミニウム基板であり、
前記粉末が、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末である、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項６】
前記粉末が、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末である、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項７】
前記下地基板は炭化珪素基板であり、
前記粉末は炭素元素を含む、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項８】
前記溶剤は、有機物、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなる、請求項３〜７のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項９】
前記溶剤は、アセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる、請求項３〜７のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１０】
前記第２の層は、炭素元素を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１１】
前記第２の層は、窒化アルミニウムを含む、請求項１〜９のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１２】
前記第２の層の厚さが１０μｍ以上１０ｃｍ以下である、請求項１〜１１のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１３】
室温以上２３００℃以下の温度範囲において、前記下地基板の熱膨張率と、前記第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ前記下地基板の熱膨張率と前記第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下である、請求項１〜１２のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１４】
前記準備する工程は、前記下地基板の前記裏面上に蒸着法により金属皮膜を形成する工程をさらに含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１５】
前記金属皮膜の厚さは、１μｍ以上２００μｍ以下である、請求項１４に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１６】
前記金属皮膜は、タングステン、タンタルおよびモリブデンよりなる群から選ばれた一種以上よりなる、請求項１４または１５に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法により窒化アルミニウム結晶を成長する工程と、
少なくとも前記第１の層を除去する工程とを備えた、窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法により製造された、窒化アルミニウム結晶。
【請求項１】
主表面と前記主表面と反対側の裏面とを有する下地基板と、前記裏面に形成された第１の層と、前記第１の層に形成された第２の層とを備えた積層基板を準備する工程と、
前記下地基板の前記主表面上に窒化アルミニウム結晶を気相成長法により成長する工程とを備え、
前記第１の層は、前記窒化アルミニウム結晶の成長温度において前記下地基板よりも昇華しにくい材質よりなり、
前記第２の層は、前記第１の層の熱伝導率よりも高い材質よりなる、窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項２】
前記窒化アルミニウム結晶の成長は、前記積層基板をサセプタに載置された状態で行なわれ、
前記第２の層は、前記サセプタの熱伝導率よりも高い材質よりなる、請求項１に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項３】
前記準備する工程は、
前記下地基板の前記裏面上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を配置し、前記混合物上に前記第２の層を配置する工程と、
前記第１の層にするために前記混合物を焼結する工程とを含む、請求項１または２に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項４】
前記下地基板は窒化アルミニウム基板であり、
前記粉末が窒化アルミニウム単結晶である、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項５】
前記下地基板は窒化アルミニウム基板であり、
前記粉末が、窒化アルミニウム多結晶、窒化アルミニウムセラミックスおよび窒化アルミニウム化合物よりなる群から選ばれた一種以上の粉末である、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項６】
前記粉末が、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化モリブデンおよびホウ化クロムよりなる群から選ばれた一種以上の粉末である、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項７】
前記下地基板は炭化珪素基板であり、
前記粉末は炭素元素を含む、請求項３に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項８】
前記溶剤は、有機物、樹脂および芳香族アルコールが混合されてなる、請求項３〜７のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項９】
前記溶剤は、アセトン、ホルマリン（ホルムアルデヒド）、フルフリルアルコールおよびポリイミド樹脂が混合されてなる、請求項３〜７のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１０】
前記第２の層は、炭素元素を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１１】
前記第２の層は、窒化アルミニウムを含む、請求項１〜９のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１２】
前記第２の層の厚さが１０μｍ以上１０ｃｍ以下である、請求項１〜１１のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１３】
室温以上２３００℃以下の温度範囲において、前記下地基板の熱膨張率と、前記第１の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下で、かつ前記下地基板の熱膨張率と前記第２の層の熱膨張率との差の絶対値が１．０×１０-5℃-1以下である、請求項１〜１２のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１４】
前記準備する工程は、前記下地基板の前記裏面上に蒸着法により金属皮膜を形成する工程をさらに含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１５】
前記金属皮膜の厚さは、１μｍ以上２００μｍ以下である、請求項１４に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１６】
前記金属皮膜は、タングステン、タンタルおよびモリブデンよりなる群から選ばれた一種以上よりなる、請求項１４または１５に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法により窒化アルミニウム結晶を成長する工程と、
少なくとも前記第１の層を除去する工程とを備えた、窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法により製造された、窒化アルミニウム結晶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１９０９６５（Ｐ２００９−１９０９６５Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８３４２５（Ｐ２００８−２８３４２５）
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]