本發(fā)明涉及將氮化鋁層設(shè)置于主面的氧化鋁基板。

背景技術(shù)：

在本發(fā)明中，將由α-氧化鋁(Al₂O₃)單晶(以下稱之為藍寶石)制作而成的基板稱作為藍寶石基板，將由多晶的氧化鋁(Al₂O₃)制作而成的基板稱作為多晶氧化鋁基板。將藍寶石基板以及多晶氧化鋁基板一并稱為氧化鋁基板。

由氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)等Ⅲ族氮化物半導體構(gòu)成的結(jié)晶層，作為構(gòu)成發(fā)出藍色區(qū)～紫外區(qū)的短波長光的發(fā)光二極管和激光二極管等發(fā)光裝置以及功率晶體管的功能層而備受關(guān)注。另外，AlN也是一種作為有效利用高導熱性的放熱材料被期待的材料。

關(guān)于這些結(jié)晶層，有方案提出使用分子束外延法或者有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)等氣相沉積手段來使多層半導體薄膜層生長沉積于α-氧化鋁(Al₂O₃)單晶(以下稱之為藍寶石)和SiC單晶等的基板上。特別是藍寶石基板是一種從尺寸、供給能力以及成本的觀點出發(fā)表現(xiàn)優(yōu)異的基板材料，但是由于基板材料和這些半導體薄膜層在構(gòu)成元素的種類、組成比或者結(jié)晶結(jié)構(gòu)方面不同，在晶格常數(shù)以及熱膨脹系數(shù)方面會有差異。由于這些差異，在半導體薄膜層的形成過程中產(chǎn)生內(nèi)部応力，結(jié)果帶來高密度的缺陷或失真變形，并且?guī)碛砂雽w元件的能量效率的降低·元件壽命的縮短、特性不良、破碎引起的合格率降低。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中研究探討了針對在晶格匹配性方面表現(xiàn)優(yōu)異的同種材料基板，例如大量含有Al的AlGaN的半導體薄膜層，將AlN單晶用作基板的方案。具體是指由升華法、氫化物氣相外延(HVPE：hydride vapor phase epitaxy)法等氣相沉積法或者助熔劑法(flux method)，在藍寶石和SiC單晶等的基板上制作AlN結(jié)晶，使AlGaN的半導體薄膜層形成于AlN單晶的上面。在此情況下，為了除去作為基礎(chǔ)的藍寶石和SiC單晶等基板的影響，最理想的是由研磨等來除去藍寶石或SiC單晶等，做成AlN單晶的獨立基板之后，層疊AlGaN半導體薄膜層。然而為了基板獨立化，必須使AlN單晶生長沉積到100μm以上的厚度，而由于不同種類基板上的生長沉積，內(nèi)部變形被累積，導致內(nèi)部出現(xiàn)缺陷、破碎或翹曲，結(jié)果影響到層疊于基板上面的AlGaN半導體薄膜層，以至于在產(chǎn)業(yè)上無法形成質(zhì)量足夠好的AlGaN半導體薄膜層。

作為其對策，有方案提出再度使AlN單晶生長沉積于所述獨立基板上的方法。雖然通過該方法能夠期待質(zhì)量的提高，但是存在工序變復雜、成本上升、產(chǎn)業(yè)上的利用價值降低的缺點。

另外，還有方案提出形成以層狀以及/或者區(qū)域狀夾入性狀不同于AlN單晶的物質(zhì)或空隙的結(jié)構(gòu)之后將AlN單晶形成于藍寶石和SiC單晶等基板上。通過做成如此結(jié)構(gòu)，使抑制內(nèi)部応力并且減少缺陷、翹曲、龜裂或變形成為可能，或者說使獨立基板的制作變得容易。

專利文獻1中公開了在將含有鈦或釩的金屬膜以蟲蛀狀形成于基板上之后使GaN或AlN單晶生長沉積的方法。根據(jù)該方法GaN或AlN從蟲蛀狀的部分開始生長沉積，在形成有金屬膜的部分應力被緩和。

專利文獻2中公開了在將AlN的生長沉積基底層、ALGaN或AlInN的中間層形成于基板上之后使AlN單晶生長沉積的方法。根據(jù)該方法在AlN單晶生長沉積之后通過熱處理，中間層消失，使基板獨立化。

現(xiàn)有專利文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第4457576號公報

專利文獻2：日本專利第4907127號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明人為了獲得更高質(zhì)量的AlN單晶而對作為其籽晶(晶種)的基板材料進行了研究探討。如果籽晶是AlN單晶的話則因為構(gòu)成元素和組成以及結(jié)晶構(gòu)造與目標結(jié)晶相同，所以不會產(chǎn)生由晶格不匹配或熱膨脹系數(shù)差異而導致的應力。在抑制應力產(chǎn)生的這一點上，最理想的是將AlN單晶作為籽晶來使用，但如果將包含較多缺陷的AlN單晶用于籽晶的話則在其上面進行生長沉積的AlN單晶也成為缺陷很多的結(jié)晶。另外，目前不能夠以便宜的價格，穩(wěn)定地供給一定數(shù)量的例如所謂英寸大小的高質(zhì)量的AlN單晶基板。

另外，例如雖然藍寶石基板是在質(zhì)量、尺寸、價格以及供給能力方面都表現(xiàn)優(yōu)異的基板，但是如果在藍寶石基板上形成AlN層的話，由于是與AlN不同種類的物質(zhì)，則會發(fā)生由晶格不匹配以及熱膨脹系數(shù)差異造成的翹曲。只要基板和形成層是不同種類的物質(zhì)，這樣的翹曲就不可避免。專利文獻1、2中，通過實施以層狀以及/或者區(qū)域狀夾入性狀不同于AlN的物質(zhì)或空隙的處理，至少能夠減小基板的上述翹曲，但是，這些方法也有尚待改善的技術(shù)問題。

專利文獻1在特征在于，從含有鈦或釩的金屬膜沒有形成的地方開始的AlN單晶的生長沉積。但是，由于成為基礎(chǔ)的基板是與AlN單晶具有不同的組成或結(jié)晶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，減小由晶格不匹配引起的翹曲則變得困難。

專利文獻2中，通過中間層的分解能夠?qū)崿F(xiàn)基板獨立化，但是由于成為AlN結(jié)晶培養(yǎng)(成長)后的處理，翹曲的減小不能達到。

本發(fā)明的目的在于提供一種形成有減小了翹曲的AlN層的氧化鋁基板。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在培養(yǎng)AlN結(jié)晶的時候?qū)⑴囵B(yǎng)后的AlN結(jié)晶通過自然剝離以獨立的結(jié)晶取出的氧化鋁基板。

解決技術(shù)問題的手段

本發(fā)明是為了解決所涉及的技術(shù)問題而做出的不懈努力之結(jié)果，本發(fā)明所涉及的氧化鋁基板的特征在于：在所述氧化鋁基板表面上形成有AlN層，并且在所述AlN層的內(nèi)部或者所述AlN層與所述氧化鋁基板的界面上形成有稀土含有層以及/或者稀土含有區(qū)域。通過形成稀土含有層以及/或者稀土含有區(qū)域，將晶格不匹配等的內(nèi)部應力以及變形集中于稀土含有層以及/或者稀土含有區(qū)域，從而能夠減小AlN層中的內(nèi)部應力以及變形。因而能夠減小本發(fā)明的氧化鋁基板的翹曲，并且在對本發(fā)明的基板上制作AlN結(jié)晶的情況下，在結(jié)晶制作中或者在冷卻時容易在本發(fā)明的基板內(nèi)剝離，具有容易基板獨立化的效果。

作為本發(fā)明的最理想的方式是，稀土元素的含量以Al元素比計優(yōu)選為1～10000ppm。由此，更為顯著得出現(xiàn)稀土含有層以及/或者稀土含有區(qū)域中的應力的集中以及由此而帶來的翹曲減小的效果。

作為本發(fā)明的最理想的方式是，AlN層的厚度優(yōu)選為0.02μm～100μm。由此，就能夠更加顯著地出現(xiàn)翹曲減小的效果。另外，在對本發(fā)明的氧化鋁基板上實施AlN等的結(jié)晶培養(yǎng)的時候，在施加過度的應力的情況下，本發(fā)明的氧化鋁基板內(nèi)發(fā)生自然剝離，能夠防止發(fā)生在培養(yǎng)結(jié)晶內(nèi)的龜裂或破碎。

作為本發(fā)明的最理想的方式是，氧化鋁基板優(yōu)選為藍寶石。由此，就能夠提供一種對于發(fā)光裝置和功率晶體管等將半導體層層疊于單晶基板上的裝置有用的基板材料。

作為本發(fā)明的最理想的方式是，AlN層優(yōu)選主要為單晶。由此，就能夠降低制作發(fā)光裝置和功率晶體管等將半導體層層疊于單晶基板上的裝置的成本。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明就能夠提供一種形成有減小了翹曲的AlN層的氧化鋁基板。

通過使用本發(fā)明的氧化鋁基板并培養(yǎng)AlN結(jié)晶等，從而就能夠通過自然剝離將培養(yǎng)后的AlN結(jié)晶等作為獨立的結(jié)晶取出。

附圖說明

圖1是示意性地表示本實施方式的氧化鋁基板的截面的示意圖，表示形成有稀土含有層的情況的例子。圖1(a)是以被夾入氧化鋁基板與AlN層的界面的形式進行形成的情況，圖1(b)是稀土含有層被形成于AlN層內(nèi)部的情況的一個例子。

圖2是示意性地表示本實施方式的氧化鋁基板的截面的示意圖，表示形成有稀土含有區(qū)域的情況的例子。圖2(a)表示分散于與氧化鋁基板的界面上的情況的例子，圖2(b)表示分散于AlN層內(nèi)部的情況的例子，圖2(c)表示以相對于基板表面從平行的方向傾斜的狀態(tài)進行分散的情況的例子。

圖3是表示本實施方式的氧化鋁基板的制作流程的一個例子的示意圖。

圖4是示意性地表示氮化處理時的加熱部的示意圖。

圖5是表示實施例1中的氮化處理基板與粉末狀碳的關(guān)系的平面圖。

圖6是示意性地表示本實施方式中氧化鋁基板的曲率半徑的測定方法的示意圖，圖6(a)表示成為基準的第1次測定系統(tǒng)，圖6(b)表示移動照射位置之后的光學測定系統(tǒng)。

圖7是示意性地表示對實施例1以及實施例2中的FIB加工截面實施反射電子圖像SEM觀察的情況的示意圖，圖7(a)表示實施例1的截面，圖7(b)表示實施例2的截面。

實施方式

本實施方式的特征在于，使氧化鋁基板具有將稀土含有層以及/或者稀土含有區(qū)域配置于AlN層的內(nèi)部、或者由AlN層和氧化鋁基板的表面形成的界面上的結(jié)構(gòu)。采用圖1以及圖2針對該結(jié)構(gòu)作如下說明。

本實施方式所涉及的稀土是指Y以及鑭系元素的各個元素。這些元素與Al相比因為離子半徑極大，所以被用作用于使后述的拉力集中的層以及/或者區(qū)域的元素的效果尤其顯著。另外，這些稀土元素所具有特征還在于：是比較容易達到形成本實施方式的結(jié)構(gòu)的元素。稀土元素并不限定于一個種類，也可以同時使用多個種類的稀土元素。

圖1表示稀土含有層31被配置成層狀的結(jié)構(gòu)，圖1(a)是稀土含有層31被配置于沒有被氮化的氧化鋁基板33與形成于氧化鋁基板上的AlN層30的界面上的例子。另外。圖1(b)是稀土含有層31被配置于AlN層30內(nèi)部的例子。通過制成如此結(jié)構(gòu)，從而就能夠使由氧化鋁基板33與AlN層30的晶格不匹配以及熱膨脹系數(shù)差異引起的應力集中于稀土含有層31，僅僅所集中的應力就能夠減小施加在位于比稀土含有層更接近于表面的這一側(cè)的AlN層30上的應力。同時還能夠減少AlN層30上的變形、缺陷、翹曲、龜裂以及破碎。另外，稀土因為是高熔點物質(zhì)，所以是能夠耐得住比較高溫條件下的AlN結(jié)晶培養(yǎng)的物質(zhì)。

另外，在將本實施方式的氧化鋁基板作為籽晶來使用并培養(yǎng)AlN結(jié)晶的情況下，隨著AlN結(jié)晶生長沉積而由氧化鋁基板以及AlN結(jié)晶的晶格不匹配以及熱膨脹系數(shù)差異引起的應力會進一步增大，但是該應力變得最集中于稀土含有層31。因此，進入到位于比稀土含有層31更接近于基板表面的這一側(cè)的AlN層以及將其作為種籽進行生長沉積的AlN結(jié)晶的應力只被集中于稀土含有層31的這一部分緩和。另外，在應力被進一步過度累積的情況下，在應力最集中的地方，即在稀土含有層31發(fā)生剝離，并且AlN結(jié)晶獨立化。

在此，就應力集中于稀土含有層31的原因作如下說明。一般來說，在晶格間隔不同的2種物質(zhì)進行結(jié)合的情況下，由于晶格不匹配而產(chǎn)生應力。另外，在即使晶格間隔一致而熱膨脹系數(shù)卻不同的情況下，因為溫度變動使得晶格間隔不同、所以依然會發(fā)生晶格不匹配而產(chǎn)生應力。AlN結(jié)晶與氧化鋁基板相比相對具有較大的晶格間隔，因而稀土含有層具有更大的晶格間隔。因此，如圖1(a)所示在氧化鋁基板33與AlN層30之間夾著稀土含有層31的情況下，首先在由氧化鋁基板33和稀土含有層31形成的界面附近的稀土含有層31中產(chǎn)生應力，進而在稀土含有層31與AlN層30的界面附近也產(chǎn)生應力。即，由于在稀土含有層31上產(chǎn)生雙重應力，在單單將AlN層30形成于氧化鋁基板33上的時候，施加在稀土含有層31應力大于產(chǎn)生在AlN層30的應力。該稀土含有層31上僅過剩產(chǎn)生的應力的這一部分就抵消了從氧化鋁基板33受到的應力，從而AlN層30的翹曲減小。

如圖1(b)所示，稀土含有層并不是直接接合于氧化鋁基板33而是通過AlN層接合的情況下也相同。但是，成為了由與氧化鋁基板的接合而受到的應力中僅通過AlN層的這一部分就緩和了集中的結(jié)構(gòu)。

含有稀土元素的地方成為區(qū)域而不是層狀的情況也相同。在本實施方式中，將相對于基板表面大致平行并且連續(xù)地分布稀土元素的情況設(shè)定為稀土含有層，將不連續(xù)地進行分布的情況設(shè)為稀土含有區(qū)域。另外，稀土含有區(qū)域并不一定有必要相對于基板表面為大致平行。圖2是示意性地表示稀土含有區(qū)域的配置的示意圖。圖2(a)圖示了稀土含有區(qū)域32接觸于氧化鋁基板界面被配置的結(jié)構(gòu)，圖2(b)圖示了稀土含有區(qū)域32不接觸于氧化鋁基板界面而以被AlN包圍的狀態(tài)被配置的結(jié)構(gòu)，圖2(c)圖示了稀土含有區(qū)域32以相對于AlN層表面傾斜的狀態(tài)被配置的結(jié)構(gòu)。上述情況都與上述稀土含有層的情況相同，即，應力集中于稀土含有區(qū)域32的結(jié)果是，僅僅該部分應力就能夠抵消與氧化鋁基板33的相互作用而產(chǎn)生的應力，從而在AlN層30中，被配置于比稀土含有區(qū)域32更接近于表面的一方的部分的AlN層30的翹曲減小。

在將本實施方式的氧化鋁基板用作籽晶并且培養(yǎng)AlN結(jié)晶的情況下，由氧化鋁基板33與AlN結(jié)晶的晶格不匹配引起的應力隨著AlN結(jié)晶生長沉積而增加，應力被過度累積的話則發(fā)生龜裂。此時，應力集中的稀土含有層31以及/或者區(qū)域32成為龜裂的起點，并且會進一步沿著稀土含有層31以及/或者區(qū)域32進行傳遞。通過稀土含有層31以及/或者區(qū)域32在相對于基板表面為大致平行的方向上進行分布，從而龜裂就不會朝向被培養(yǎng)的AlN結(jié)晶，并且能夠使AlN結(jié)晶自然剝離而實現(xiàn)獨立化。

本實施方式的氧化鋁基板因為表面層是AlN層，所以在高溫條件下的AlN結(jié)晶培養(yǎng)是可能的。如果至少在1750℃以下的溫度條件下培養(yǎng)的話，則因為本實施方式的氧化鋁基板的構(gòu)成物質(zhì)即氧化鋁基板33、稀土含有層31以及/或者區(qū)域32、以及AlN層30都沒有被分解，所以憑借例如助熔劑法等液相法的AlN單晶培養(yǎng)成為可能。另外，即使是如升華法那樣在超過2000℃的高溫條件下的培養(yǎng)也因為至少表面層即AlN層30不會分解所以培養(yǎng)是可能的。

稀土含有層31可以是單層和復層中的任一種形式。如果是單層的話則由于稀土含有層31上的應力集中更加強烈地起作用，自然剝離變得容易。如果是復層的話則每一層的應力集中被緩和，但是由于龜裂的傳遞方向被強烈限制，能夠更加有效地防止龜裂向培養(yǎng)了的AlN結(jié)晶傳遞。

對于稀土含有區(qū)域32的形狀沒有限定，但是相對于基板表面在垂直方向上呈長形，優(yōu)選相對于基板表面在平行方向上呈長形，其原因在于應力集中變得顯著。另外，圖2中圖示的是矩形的稀土含有區(qū)域，但是稀土含有區(qū)域并不限定于矩形。例如，既可以是橢圓球狀也可以是不定形狀以及其他形狀。另外，可以是具有如圖2(a)、圖2(b)以及圖2(c)所示那樣的配置的稀土含有區(qū)域32混在一起的結(jié)構(gòu)，也可以是與稀土含有層31相組合的結(jié)構(gòu)。

稀土含有層31以及稀土含有區(qū)域32優(yōu)選在相對于基板表面為大致平行的方向上進行分布，這是因為在進行AlN結(jié)晶培養(yǎng)和自然剝離主導的獨立化的情況下，能夠?qū)斄褌鬟f方向朝相對于基板表面為平行的方向進行誘導，并且在自然剝離的時候能夠抑制龜裂向AlN結(jié)晶傳遞。另外，大致平行的方向是指，能夠抑制龜裂向培養(yǎng)了的AlN結(jié)晶傳遞的程度的高低差為被允許的水準的平行。

成為基礎(chǔ)的基板為氧化鋁基板即藍寶石基板、或者多晶氧化鋁基板。

所含有的稀土的量以Al元素比計優(yōu)選為1ppm以上10000ppm以下，進一步優(yōu)選為1ppm以上1000ppm以下。由此，就能夠達到稀土含有層以及/或者稀土含有區(qū)域中的應力集中以及由該應力集中帶來的翹曲減小。

AlN層的層厚為0.02μm以上100μm以下，優(yōu)選為0.05μm以上10μm以下，進一步優(yōu)選為0.05μm以上1μm以下。由此就能夠達到翹曲的減小。另外，在對本發(fā)明的氧化鋁基板上實施AlN等的結(jié)晶培養(yǎng)的時候，在過度的應力被施加的情況下，在本發(fā)明的氧化鋁基板內(nèi)發(fā)生自然剝離，因而能夠防止在培養(yǎng)了的結(jié)晶內(nèi)發(fā)生龜裂或破碎。

在使用藍寶石基板的情況下，要求形成的AlN層主要為單晶。在實用方面，優(yōu)選相對于成為基礎(chǔ)的基板的總面積為50％以上進行單晶化。由此，就能夠降低在發(fā)光裝置和功率晶體管等單晶基板上層疊半導體層的裝置的制作成本。

以下是表示用于制作本實施方式的氧化鋁基板的一個例子，也可以以其他的方法來制作具有本實施方式結(jié)構(gòu)的氧化鋁基板。

在圖3中例示了制作流程。作為主要工序由以下工序構(gòu)成：即，a)將稀土含有原料涂布于成為基礎(chǔ)的氧化鋁基板的工序；b)干燥工序；c)在空氣中對涂布了的基板實施熱處理的工序；d)氮化處理工序。另外，也可以重復實施這些工序。

首先，將含有該稀土元素的原料涂布于氧化鋁基板上。由能夠簡便地進行涂布的旋涂法來實施，但是并不限定于此方法，例如也可以由噴霧法、蒸鍍法以及濺射法等來實施。另外，也可以不實施涂布而在含有稀土的氛圍氣體中實施后面所述的氮化處理工序。

旋涂法中，因為必須使用原料溶液，所以作為原料而使用稀土元素硝酸鹽的乙醇溶液以及高純度化學研究所制的稀土MOD溶液。MOD溶液是將該稀土元素的有機鹽溶解于以二甲苯為主體的溶液的混合液。由于揮發(fā)性高而能夠防止涂布后的溶液的再凝集。在以1000～3000rpm的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)的氧化鋁基板上旋涂稀土元素硝酸鹽的乙醇溶液或者稀土MOD溶液20～120秒鐘從而形成涂布層。如果關(guān)注再凝集的話，也能夠使用水溶液。如果是蒸鍍法或濺射法的話則能夠使用氧化物、金屬這些形態(tài)的稀土原料。

在作為原料而使用鹽類的情況下，為了對稀土實施氧化物化而優(yōu)選在空氣中進行熱處理。通過該熱處理就能夠抑制其他種類的陰離子的混入。熱處理溫度根據(jù)鹽類的種類來設(shè)定，但是優(yōu)選為500℃～1400℃，進一步優(yōu)選為600℃～1000℃。在該溫度范圍內(nèi)能夠維持基板表面的平滑性并且能夠完全熱分解涂布溶液，即使是無機鹽、有機鹽也能夠使其成為稀土氧化物。

氮化處理是在氮中對表面涂布了稀土元素的氧化鋁基板或者藍寶石基板實施加熱。以下采用圖4進行說明。圖4是示意性地表示加熱部的示意圖。加熱爐是由碳加熱器22、試樣設(shè)置臺20以及覆蓋全體的腔室23構(gòu)成。在腔室23中設(shè)置有氣體排氣口24以及氣體導入口25，氣體排出口24被連結(jié)于旋轉(zhuǎn)泵(沒有圖示)以及擴散泵(沒有圖示)，成為能夠脫氣的結(jié)構(gòu)。而且成為能夠通過氣體導入口25導入氮氣的結(jié)構(gòu)。

將氧化鋁板13放置于試樣設(shè)置臺的上面，并在其上面放置氮化處理基板10、碳11。另外，以同時覆蓋氮化處理基板10以及碳11全體的形式將大致密閉狀的匣缽12裝載于氧化鋁基板13的上面來進行配置。另外，大致密閉狀是指，完全隔斷氣體流通的程度的密閉性雖然沒有，但是在某種程度上能夠抑制氣體流通的密閉性。另外，在對稀土含有原料實施氮化處理的時候進行配置的情況與碳11同樣用大致密閉狀的匣缽進行覆蓋的形式進行配置。再有，在將稀土含有原料或碳附著配置于保持夾具的情況下，對氧化鋁基板13或者大致密閉狀的匣缽12的內(nèi)側(cè)實施涂布。

加熱溫度也是根據(jù)稀土元素的種類來設(shè)定，但是一般為1400～1800℃的程度。如果低于該溫度范圍的話則AlN層的形成不夠充分，另外，如果溫度過高的話則處理基板即氧化鋁基板會變質(zhì)。另外，在基板附近配置碳。根據(jù)處理尺寸和處理條件的不同，碳量也不同，雖然不能一概而論，但是一般為0.1mg以上。如果過少的話則氮化處理會實施得不夠充分，AlN要么沒有生成要么成為微量。另外，還會有結(jié)晶性降低的現(xiàn)象。在多于0.1mg的情況下，因為過剩的碳沒有氣化而維持其狀態(tài)，所以不會對AlN的生成帶來太多影響。但是由于會發(fā)生基板表面的平坦性降低或者異相析出的現(xiàn)象，必須對應于能夠允許的水準對碳量進行調(diào)整。

對于碳的配置法以及碳的形態(tài)沒有特別的限制。圖5中表示了配置的一個例子。在英寸大小的氮化處理基板10的周圍四個地方均等地配置碳11。既可以集中于一個地方進行配置，又可以涂布于匣缽等的保持體。另外，也可以配置塊狀或者棒狀的碳。

通過該處理，AlN層被形成于氧化鋁基板表面上。藍寶石基板的情況下，形成了的AlN層沿著基底的基板方位繼續(xù)形成。另外，即使涂布原料中不含有Al也在基板表面生成AlN，因此該AlN不是附著形成于氧化鋁基板的表面上，而是表面附近的氧化鋁基板所具有的氧被氮置換，從而形成了AlN。另外，涂布于基板表面的稀土通過氮化處理而大部分消失。認為形成氮化物或者碳化物，從而氣化消失。

通過使涂布好的稀土全部氣化消失，也可以制作沒有形成稀土含有層以及/或者稀土含有區(qū)域但形成有AlN層的氧化鋁基板，但是本發(fā)明人反而使稀土元素的一部分作為層狀以及/或者區(qū)域殘留，并使起因于晶格不匹配的應力集中于那里。因此，嘗試了有意使一部分稀土殘留。試錯的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整涂布的稀土含有物的層厚以及密度、熱處理溫度、氮化處理溫度、時間以及氛圍氣體控制，進而調(diào)整碳量，就能夠控制殘留量，從而完成了本發(fā)明。

在本實施方式中是用密閉型的加熱爐以及大致密閉型的匣缽來維持氛圍氣體，但是并不限定于此。如果能夠抑制碳量和稀土元素量的話則即使氣體流動或者開放的加熱部也能夠制得形成有AlN層和稀土含有層以及/或者稀土含有區(qū)域的基板。

翹曲能夠通過利用表面反射光的方法求得曲率半徑來進行評價。以下采用圖6進行說明。從可視的LD或者LED光源41向本實施方式的氧化鋁基板10中形成有AlN層的一側(cè)的任意一點431上進行光照射，使其反射光成像于屏幕42，并標記出其位置441。[參照圖6(a)]繼續(xù)在光學系統(tǒng)固定的狀態(tài)下，與屏幕相平行地移動氧化鋁基板，移動距離僅為D，將照射位置改變成位置432，同樣標記出來自照射位置432的反射光成像于屏幕上的位置442。[參照圖6(b)]將兩個成像位置441以及442的間距設(shè)定為位移量X。另外，在將氧化鋁基板10與屏幕42的距離設(shè)定為L，并且將氧化鋁基板10的翹曲的曲率半徑設(shè)定為R，L以及R與D以及X相比如果充分大的話則能夠以下式近似性地求得曲率半徑R。

R＝2LD/X

另外，如果將照射位置431作為起點的照射位置432的位移矢量與將成像位置441作為起點的成像位置442的位移矢量為平行的話則氧化鋁基板10的翹曲成為凸起，如果是反向平行的話氧化鋁基板10的翹曲則成為凹下去。

實施例

＜實施例1＞

以2000rpm轉(zhuǎn)速旋涂20秒鐘，將含有濃度2wt％的Y作為稀土元素的MOD溶液涂布于具有英寸大小的c面藍寶石基板。在涂布之后在150℃的熱平板上使之干燥10分鐘，之后在空氣中以600℃的溫度條件熱處理2小時。在熱處理之后將其承載于100mm見方的氧化鋁板13上，進一步如圖5所示在基板10的周圍四個地方每個地方配置各20mg總共配置80mg的粉末狀碳11。如圖4所示那樣將其全體以75mm見方且高度為30mm的氧化鋁匣缽12覆蓋之后，將其設(shè)置于試樣設(shè)置臺20。氮化處理爐是將碳作為加熱器的電阻加熱型電爐。在加熱之前使用旋轉(zhuǎn)泵和擴散泵并脫氣至0.03Pa，接著直至成為100kPa(大氣壓)使氮氣流入之后停止氮氣的流入。將氮化處理的處理溫度設(shè)定為1750℃，將處理時間設(shè)定為4小時，將升溫速度設(shè)定為600℃/小時。在冷卻至室溫之后取出處理基板并進行評價。處理基板為大致透明，但是從外周部到大約1mm內(nèi)側(cè)的區(qū)域發(fā)現(xiàn)白濁。另外，如果由顯微鏡觀察的話那么即使是在透明部也看到形成有小丘(hillock)的地方。

使用從中心部附近切割出的10mm見方的試樣來實施將Cu作為靶材的XRD測定，結(jié)果AlN(002)衍射線被確認，并且確認是沿著c軸的單晶或者定向膜。另外，沒有發(fā)現(xiàn)含有Y的結(jié)晶相。另外，相對于藍寶石(006)衍射線的AlN(002)衍射線的強度比為52％。利用(112)面的極圖測定中發(fā)現(xiàn)有6根六次軸對稱的波峰，并且能夠確認是單晶。

以圖6記載的光學系統(tǒng)來對該試樣測定曲率半徑可知曲率半徑為69m，并且在AlN層形成表面?zhèn)葹橥蛊?。另外，在由熒光X射線來從AlN層形成表面?zhèn)葘嵤ο⊥亮康姆治鰰r，相對于Al原子數(shù)檢測出110ppm的Y原子。接著，對在中心部附近的截面實施FIB加工并實施SEM的反射電子圖像的觀察。示意性地將其形態(tài)表示于圖7(a)，觀察到被厚度為0.3μm的第一結(jié)晶50和第二結(jié)晶53夾住的狀態(tài)下的約0.02μm厚的發(fā)白亮的層51。XRD的結(jié)果表明第一結(jié)晶50為AlN結(jié)晶，另外，反射電子圖像的性質(zhì)表明在發(fā)白亮的層51中包含原子量大于Al元素的元素。綜合考慮在處理工序中所使用的元素的話則認為原子量大于Al元素的元素應該是Y，并且由EPMA確認是Y。另外，第一結(jié)晶50以及第二結(jié)晶53也是由EPMA來實施元素分析，分別確認第一結(jié)晶50是AlN層，第二結(jié)晶53是氧化鋁。

＜實施例2＞

在由實施例1切割出的10mm見方的試樣中挑選使用外周部附近的試樣與實施例1相同實施XRD測定、曲率半徑測定、熒光X射線分析以及SEM觀察。XRD測定中，與實施例1相同確認了AlN(002)的衍射線，相對于藍寶石(006)衍射線的AlN(002)衍射線的強度比為48％。利用(112)面的極圖測定中發(fā)現(xiàn)有6根六次軸對稱的波峰，并且能夠確認是單晶。但是，在外周部附近的發(fā)現(xiàn)有白濁的區(qū)域中，除了AlN(002)之外還出現(xiàn)了AlN(101)，沒有成為單晶而是成為了大碗(bowl)狀。曲率半徑為120m，另外，熒光X射線分析中相對于Al原子數(shù)檢測出180ppm的Y原子。與實施例1相比較可知稀土含量增加的話則曲率半徑就變大，即翹曲就變小。

將SEM的反射電子圖像觀察的結(jié)果示意性地表示于圖7(b)。觀察到以包入第一結(jié)晶50的形式發(fā)白亮的區(qū)域52，通過與實施例1相同的推定與確認，判明含有Y。該發(fā)白亮的區(qū)域52不是連續(xù)的層狀，而是作為局部獨立的區(qū)域。另外，該發(fā)白亮的區(qū)域52被大致分為：以區(qū)域下方的一部分或者全部接觸于第二結(jié)晶53與第一結(jié)晶50的界面的形式形成的區(qū)域、以及被第一結(jié)晶50包圍起來的區(qū)域。另外，第一結(jié)晶50的厚度為0.35μm，發(fā)白亮的區(qū)域52的厚度最大約為0.04μm。另外，第一結(jié)晶50以及第二結(jié)晶53由EPMA的元素分析而分別被確認為AlN層、以及氧化鋁層。

＜實施例3＞

將c面藍寶石切割成10mm見方，準備氮化處理用的基板10。將硝酸釹水合物溶解于乙醇，在調(diào)整到濃度2wt％之后添加若干表面活性劑從而制作出涂布溶液。以3000rpm轉(zhuǎn)速實施20秒鐘旋涂。在250℃的熱平板上干燥10分鐘，之后在空氣中以800℃實施熱處理2小時。氮化處理以與實施例1相同的方式實施。但是處理溫度為1750℃。

XRD測定中，確認了AlN(002)的衍射線，相對于藍寶石(006)衍射線的AlN(002)衍射線的強度比為15％。由FIB加工截面的反射電子圖像SEM觀察而能夠確認到第一結(jié)晶50的厚度為0.15μm，發(fā)白亮的層51的厚度大約為0.02μm。Nd原子以Al原子數(shù)比率計為100ppm，曲率半徑為74m。

＜比較例1＞

除了氮化處理時間為12小時并且作為氧化鋁匣缽12使用直徑為60mm以及高度為50mm的圓筒狀氧化鋁坩堝之外，實施與實施例3相同的處理，確認到相對于藍寶石(006)衍射線的AlN(002)衍射線的強度比為18％，且第一結(jié)晶50的厚度為0.17μm，基本上與實施例3相同。另外，曲率半徑為15m，Nd沒有被檢測出。從實施例3與比較例1的比較可知通過含有稀土，本實施方式的氧化鋁基板的曲率半徑變大，即翹曲變小。

＜實施例4＞

將c面藍寶石切割成10mm見方，準備氮化處理用的基板10。以2000rpm轉(zhuǎn)速旋涂涂布作為稀土元素含有濃度為2wt％的Eu的MOD溶液20秒鐘。涂布后在150℃的熱平板上干燥10分鐘，之后在空氣中以600℃實施熱處理2小時。氮化處理以與實施例1相同的方式實施。但是處理溫度為1650℃。

XRD測定中，確認了AlN(002)的衍射線，相對于藍寶石(006)衍射線的AlN(002)衍射線的強度比為32％。通過FIB加工截面的SEM觀察確認，第一結(jié)晶50的厚度為0.25μm，發(fā)白亮的層51的厚度大約為0.02μm。曲率半徑為30m，Eu原子以Al原子數(shù)比率計為35ppm。

＜實施例5＞

將多晶氧化鋁基板切割成10mm見方，準備氮化處理用的基板10。實施與實施例4相同的涂布、干燥、空氣中熱處理、以及氮化處理。但是氮化處理溫度為1550℃。

XRD測定中，除了氧化鋁的衍射線之外還確認了AlN(100)以及AlN(002)的衍射線。檢測出第一結(jié)晶50的厚度為0.05μm，且Eu原子以Al原子數(shù)比率計為10ppm。

＜實施例6＞

將在實施例1中從中心部附近切割下來的10mm見方的試樣中的1個作為基板，通過助熔劑法來實施AlN單晶培養(yǎng)。助熔劑法是以下所述條件。將材料(組成：35.7wt％Si、2.3wt％C、62.0wt％Al；重量：150g)放入由氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯制的坩堝中，將該坩堝放置于高頻加熱爐的加熱區(qū)域。在材料直接上方配置固定了氮化處理的藍寶石基板并且由氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯制的攪拌器具。在氮氛圍氣體中使材料溫度上升至1600℃并使之熔融，之后一邊用攪拌葉片攪拌溶液一邊保持5小時從而以氮來使溶液飽和。之后，使經(jīng)氮化處理了的藍寶石基板接觸于溶液表面并一邊以100rpm轉(zhuǎn)速使其旋轉(zhuǎn)一邊漸漸地降低材料溫度從而在藍寶石基板上花20小時使AlN單晶生長沉積。在結(jié)晶生長沉積結(jié)束之后，從溶液取出藍寶石基板并使材料冷卻至室溫。在冷卻結(jié)束之后，在從爐內(nèi)取出試樣時，將氧化鋁基板從橫向剝離，從而AlN單晶板從藍寶石基板分離。稀土含有層在AlN結(jié)晶的培養(yǎng)中集中受到晶格不匹配引起的應力的結(jié)果是自然剝離。AlN單晶板的厚度為250μm。

產(chǎn)業(yè)上的利用可能性

本實施方式的氧化鋁基板不僅僅作為AlN等的單晶培養(yǎng)用的基板來進行利用，也能夠用于發(fā)光元件以及半導體元件用基板或者利用了AlN所具有的高導熱性的領(lǐng)域的產(chǎn)品的基板。

另外，本實施方式的氧化鋁基板如果不影響產(chǎn)業(yè)上的利用價值話也能夠直接利用。即，如果所含的稀土的量是在被允許的范圍內(nèi)的話則能夠作為高導熱性基板以及表面彈性波用基板或者壓電基板來進行利用。

符號說明

10.氮化處理基板

11.碳

12.氧化鋁匣缽

13.氧化鋁板

20.試樣設(shè)置臺

22.碳加熱器

23.腔室

24.氣體排氣口

25.氣體導入口

30.AlN層

31.稀土含有層

32.稀土含有區(qū)域

33.氧化鋁基板

41.可視的LD、或者LED光源

42.屏幕

431.本實施方式的氧化鋁基板10中形成有AlN層的一側(cè)的任意一點上的光的照射位置

432.與屏幕42相平行地移動本實施方式的氧化鋁基板10后的光的照射位置

441.對應于光的照射位置431成像于屏幕上的反射光的成像位置

442.對應于光的照射位置432成像于屏幕上的反射光的成像位置

50.第一結(jié)晶

51.發(fā)白亮的層

52.發(fā)白亮的區(qū)域

53.第二結(jié)晶