(57)【要約】【課題】ＳＡＷフィルタのように量子構造を組み込んだデバイスに適したステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板を提供すること。【解決手段】単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の傾斜角度θに応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップ２をバンチングさせて形成されたステップバンチを備えたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板１である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、
前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下であり、
前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面にステップバンチが形成されていることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項２】
単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、
前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下であり、
前記主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせて形成されたステップバンチを備えたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項３】
単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、
前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下であり、
前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面に、直線状に小孔又は小突起を配列し、前記主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせて形成された直線状のステップバンチを備えたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項４】
前記小孔又は小突起は、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の前記所定方位に対して垂直方向に配列されていることを特徴とする請求項３記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項５】
前記小孔又は小突起は、ストライプ状に配列されていることを特徴とする請求項３又は請求項４記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項６】
前記ステップバンチの高さは、原子層２層分以上原子層５００層分以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項７】
前記ステップバンチの高さは、０．４ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項８】
前記ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の厚みが０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項９】
前記主面は、ｃ面から所定角度傾斜していることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項１０】
前記主面は、ａ軸又ｍ軸方向に向けて０．０５°以上１．０°以下の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項９に記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項１１】
前記主面は、ａ面又はｍ面又はｒ面から所定角度傾斜していることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項１２】
前記主面のステップエッジに沿って金属細線が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項１３】
前記主面のステップエッジに沿ってＺｎＯ細線を形成し、該ＺｎＯ細線のエッジに沿って金属細線が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項１４】
前記主面のステップエッジに沿って金属細線が形成され、前記主面がＺｎＯ膜で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板上に櫛形電極を形成したことを特徴とするＳＡＷフィルタ。
【請求項１６】
単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、
前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせて形成されたステップバンチを備えたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板。
【請求項１７】
単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法において、
前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下とし、
前記主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせ、ステップバンチを形成することを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法。
【請求項１８】
単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法において、
前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下とし、
前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面に、小孔を直線状に配列し、
前記主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせ、ステップバンチを形成することを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法。
【請求項１９】
単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法において、
前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせ、ステップバンチを形成することを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶サファイヤ傾斜基板及びその製造方法に関し、特に、主面のステップをバンチングさせたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から単結晶サファイヤ傾斜基板の表面上に量子細線を形成できることが知られている（特許文献１参照）。以下、特許文献１の内容を引用して説明する。
サファイア単結晶基板の最表面は、超平坦な原子面（テラス面）となっているので、温度及び雰囲気等の条件を適正に制御した成膜条件下では、テラス面に付着した薄膜構成原子がテラス面上で核形成することなく、テラス上を拡散してステップサイトにトラップされ、結晶化される。その結果、ステップに沿って薄膜構成原子が配列される。このとき、テラス上での薄膜の被覆率を１以下にすると、線幅が数ｎｍ〜数十ｎｍの量子細線がサファイア単結晶基板上に作製される。これにより、絶縁性，放熱性，耐放射線性，耐熱性，耐化学性等に優れたサファイア基板の上に量子構造を組み込んだデバイスの作成が可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８３８０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の熱処理方法（特許文献１）により得られる単結晶サファイヤ傾斜基板を用いてＳＡＷフィルタを製作しても、ＳＡＷフィルタは、デバイスとして機能しないという問題点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、例えばＳＡＷフィルタのように量子構造を組み込んだデバイスに適したステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板を提供することである。
【０００６】
本発明者らは、上記課題の原因を追及した結果、従来の熱処理方法により得られた単結晶サファイヤ傾斜基板は、シングルステップであることから金属細線の膜厚が薄く、シート抵抗が急激に増加してしまい、その結果ＳＡＷフィルタとして機能しないという知見を得た。そこで、本発明者らは、さらに、研究を重ねた結果、単結晶サファイヤ傾斜基板のバンチング現象に着目し、ステップバンチングを制御するという着想に至った。ステップバンチは、シングルステップよりステップ高さが高いため、ステップバンチを制御すれば、ＳＡＷフィルタの櫛形電極を形成する際、シート抵抗が適当になるような金属細線の膜厚を確保することができるためである。
【０００７】
上記着想に基づいたさらなる研究の結果、本発明者らは、所望のステップバンチを備えた単結晶サファイヤ傾斜基板の製造に成功し、請求項１乃至請求項１９の発明を完成した。
【０００８】
請求項１記載の発明は、単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下であり、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面にステップバンチが形成されていることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【０００９】
所定方位は、加工の際、単結晶サファイヤ傾斜基板の主面を傾斜させたい方位、即ち、傾斜させたい目標の方位である。傾斜方位は、単結晶サファイヤ傾斜基板が実際に傾斜している方向である。回転ズレ角度は、単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸として、所定方位に対する傾斜方位の回転方向のズレ角度である。回転ズレ角度は、回転方向に対して±０．１°以下であればよいが、回転方向に対して±０．０５°以下が好ましい。回転ズレ角度が±０．１°を超えると、例えば、所定の結晶軸をｃ軸とし、所定方位をｍ軸とした場合、生成されるステップバンチのステップエッジの直線性が損なわれるためである。
【００１０】
ステップバンチは、平行直線や等間隔平行直線などの直線状のステップバンチを含み、ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の用途に応じて形成される。
【００１１】
請求項２記載の発明は、単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下であり、前記主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせて形成されたステップバンチを備えたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下であり、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面に、直線状に小孔又は小突起を配列し、前記主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせて形成された直線状のステップバンチを備えたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００１３】
小孔又は小突起は、単結晶サファイヤ傾斜基板の熱処理中に原子の移動をピン止めする働きを有する。このため、直線性に優れたステップバンチが生成される。また、小孔又は小突起の配列間隔を調整することによってステップバンチの高さを制御することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明の構成に加えて、前記小孔又は小突起が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の前記所定方位に対して垂直方向に配列されていることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００１５】
小孔又は小突起は、熱処理中に原子の移動をピン止めする働きを有するため、小孔又は小突起を所定方位に対して垂直に配列した場合、直線性に優れたステップバンチが生成される。また、小孔又は小突起の配列間隔を調整することによってステップバンチの高さを制御することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項３又は請求項４記載の発明の構成に加えて、前記小孔又は小突起が、ストライプ状に配列されていることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００１７】
小孔又は小突起がストライプ状に配列されているため、ステップバンチもこの小孔又は小突起の配列に応じてストライプ状に形成される。また、ストライプの間隔を変えることにより所望のストライプ間隔のステップバンチが生成される。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記ステップバンチの高さが、原子層２層分以上原子層５００層分以下であることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００１９】
原子は、アルミニウム原子や酸素原子である。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記ステップバンチの高さが、０．４ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の厚みが０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００２２】
ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の反りを小さくするため、厚みは０．３ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記主面が、ｃ面から所定角度傾斜していることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００２４】
ｃ面基板は、ステップエッジの原子密度が大きいため、直線性に優れたステップバンチが生成されやすい。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明の構成に加えて、前記主面が、ａ軸又ｍ軸方向に向けて０．０５°以上１．０°以下の範囲で傾斜していることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００２６】
ステップバンチの高さをＨ、ステップ間隔（テラス幅）をｗ、単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜角度をθとすると、それぞれの関係は、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｈ／ｗ）で表される。この式は、傾斜角度が大きいほどテラス幅が小さくなることを示しており、傾斜角度が大きい単結晶サファイヤ傾斜基板は、熱処理時において原子の移動距離が短くてすむため、低温でステップバンチを生成しやすい。
【００２７】
傾斜角度が０．０５°より小さいと、ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板をＳＡＷフィルタに使用する場合、テラス幅が広くなりすぎるためである。一方、傾斜角度が１．０°を越えると、ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板をＳＡＷフィルタに使用する場合、テラス幅が狭くなりすぎるためである。また、傾斜角度が１．０°を越えると、生成されるステップバンチが乱れやすくなる。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記主面が、ａ面又はｍ面又はｒ面から所定角度傾斜していることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００２９】
例えば、ａ面基板は、シングルステップの高さｈが高いため、ｃ面に比べて高いステップバンチが生成される。
【００３０】
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記主面のステップエッジに沿って金属細線が形成されていることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００３１】
単結晶サファイヤ傾斜基板の主面にＡｌ等の導電膜を成膜すると、線幅が数ｎｍから数十ｎｍの金属細線がステップエッジに沿って形成される。これは、テラス面に付着した薄膜構成原子がテラス面上で核形成することなく、テラス上を拡散してステップサイトにトラップされ、結晶化するためである。この結果、ステップに沿って薄膜構成原子が配列し、量子細線が形成される。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記主面のステップエッジに沿ってＺｎＯ細線を形成し、該ＺｎＯ細線のエッジに沿って金属細線が形成されていることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記主面のステップエッジに沿って金属細線が形成され、前記主面がＺｎＯ膜で覆われていることを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００３４】
請求項１５記載の発明は、請求項１２乃至請求項１４記載のステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板上に櫛形電極を形成したことを特徴とするＳＡＷフィルタである。
【００３５】
請求項１６記載の発明は、単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板において、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせて形成されたステップバンチを備えたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板である。
【００３６】
請求項１７記載の発明は、単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法において、前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下とし、前記主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせ、ステップバンチを形成することを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法である。
【００３７】
ステップのバンチングは、シングルステップのテラス上の原子が熱によってステップエッジ方向に拡散すると共に、不安定なステップエッジ部から原子が昇華することによって生じる現象である。
【００３８】
ステップをバンチングさせるためには、シングルステップの得られる加熱温度に対して約１００℃以上約５００℃以下、好ましくは約１００℃以上約３００℃以下、より好ましくは約１５０℃以上約２００℃以下の高い温度で熱処理するとよい。
【００３９】
請求項１８記載の発明は、単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法において、前記所定方位と前記単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位との回転ズレ角度が、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸とする回転方向に対して±０．１°以下とし、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面に、小孔を直線状に配列し、前記主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせ、ステップバンチを形成することを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法である。
【００４０】
請求項１９記載の発明は、単結晶サファイヤの所定の結晶軸を所定方位に向けて所定角度傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法において、前記単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御してステップをバンチングさせ、ステップバンチを形成することを特徴とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の製造方法である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
本実施形態に係るステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板について説明する。図１及び図２に示すように、このステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板１は、ｃ軸が主面の法線に対してｍ軸方向に所定角度θ傾斜しており、ｃ面（０００１）がｍ面（１０−１０）方向に所定角度θ傾斜した面を主面とする基板である。
【００４２】
ステップバンチ５の高さＨとステップ２の高さｈは、式（１）の関係があり、また、ステップバンチの高さＨとステップ間隔（テラス幅）ｗと主面の傾斜角度θ（所定角度θ）は、式（２）の関係がある。
Ｈ＝ｎｈ  （ｎ：ステップの数）・・・（１）
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｈ／ｗ）・・・・・・・・（２）
【００４３】
ステップバンチ５の高さＨは、用いられる基板の用途や基板の傾斜角度θによって異なるが原子層２層分以上原子層５００層以下の範囲又は０．４ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲が好ましい。また、傾斜角度θは、傾斜方位にもよるが、ｃ軸をｍ軸方向に傾斜させる場合、０．０５°以上１．０°以下の範囲が好ましい。
【００４４】
このステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板１は、図３に示す単結晶サファイヤの所定の結晶軸（ｃ軸）を所定方位（ｍ軸）に向けて所定角度θ傾斜させた単結晶サファイヤ傾斜基板（図４（ｂ）参照）を熱処理することにより得られる基板である。
【００４５】
この図４（ｂ）に示す単結晶サファイヤ傾斜基板は、図３に示す単結晶サファイヤから加工する際、図４（ａ）に示すように、傾斜方位（ｃ軸）と所定方位との回転ズレ角度αが±０．１°以下になるように高精度に加工されている。この傾斜方位（ｃ軸）は、単結晶サファイヤ傾斜基板のｃ軸が実際に傾斜している方向である。
また、所定方位は、単結晶サファイヤからの加工の際、単結晶サファイヤ傾斜基板の主面を傾斜させたい方位、即ち、傾斜させたい目標の方位である。回転ズレ角度αは、単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の法線を回転軸として、所定方位に対する傾斜方位の回転方向のズレ角度である。
【００４６】
このように、単結晶サファイヤ傾斜基板を高精度に加工するのは、回転ズレ角度αが０．１°を超えて大きくなると、ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板１のステップバンチ５の直線性が乱れる原因になるためである。特に、ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板１をＳＡＷフィルタの基板として利用する場合、ステップの直線性が要求されるため、回転ズレ角度αを±０．１°以下の高精度に加工することが求められる。
【００４７】
なお、回転ズレ角度αは、±０．１°以下であればよいが、±０．０５°以下が好ましい。
【００４８】
単結晶サファイヤ傾斜基板の厚みは、用いられる基板の用途によって異なるが０．１ｍｍ以上の厚みが好ましい。これは、単結晶サファイヤ傾斜基板の反りをできるだけ小さくするためである。ＳＡＷフィルタ用の基板としては、厚みを０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲にするのが好ましい。
【００４９】
なお、本実施形態では、ｃ面（０００１）がｍ面（１０−１０）方向に所定角度θ傾斜した面を主面とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板１（ｃ→ｍ面オフ基板）について説明したが、本発明に係るステップバンチ単結晶サファイヤ基板は、これに限定されるものではない。したがって、たとえば、ｃ面（０００１）がａ面（１１−２０）方向に所定角度θ傾斜した面を主面とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板（ｃ→ａ面オフ基板）やａ面（１１−２０）がｃ面（０００１）方向に所定角度θ傾斜した面を主面とするステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板（ａ→ｃ面オフ基板）などであってもよい。
【００５０】
次に、本実施形態に係るステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板１の製造方法について説明する。
【００５１】
上述のように、ｃ面（０００１）がｍ面（１０−１０）方向に所定角度θ傾斜した面を主面とし、回転ズレ角度αが±０．１°以下になるように単結晶サファイヤを高精度で加工する。
【００５２】
次に、加工によって得られた単結晶サファイヤ傾斜基板を研磨・洗浄した後、単結晶サファイヤ傾斜基板をサファイヤ容器内に収容し、焼成炉で熱処理を行う。サファイヤ容器を用いるのは、単結晶サファイヤ傾斜基板の表面への付着物による汚染を防ぐためである。
【００５３】
熱処理は、８００℃〜１，５００℃で１時間〜１００時間、若しくは８００℃〜１，３００℃で１時間〜１０時間、大気雰囲気下で行う。加熱温度と加熱時間は、単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜角度θや形成するステップバンチの高さＨによって異なる。たとえば、傾斜角度θが０．５°以上になると、約１，０００℃でステップバンチが形成される。また、傾斜角度θが１．０°になると、約１，０００℃で原子層５層分のステップバンチが形成される。すなわち、傾斜角度θが大きいほどテラス幅が小さくなり、原子の移動距離が短くてすむため、低温でステップバンチを生成しやすい。なお、ステップをバンチングさせるためには、通常のシングルステップが形成される熱処理温度から約１００℃〜５００℃高い温度で熱処理を行うのが好ましい。
【００５４】
次に、ステップバンチが形成される原理について説明する。ステップバンチは、シングルステップのテラス上の原子が熱によってステップエッジ方向に拡散すると共に、不安定なステップエッジ部から原子が昇華することによって形成される。
【００５５】
なお、上述の説明では、熱処理時間は１時間〜１００時間としたが、傾斜角度０．５°以下の場合、ステップバンチが起こる温度で熱処理すると、ステップエッジ方向だけでなくテラス方向へも原子の拡散が促進される。このため、テラス上を均一な状態にするには、１００時間以上の熱処理を行うことが望ましい。
【００５６】
次に、単結晶サファイヤ傾斜基板に小孔を形成する場合について説明する。
【００５７】
上記のように、ｃ面（０００１）がｍ面（１０−１０）方向に所定角度θ傾斜した面を主面とし、回転ズレ角度αが±０．１°以下に高精度に加工された単結晶サファイヤ傾斜基板を用意し、図５に示すように、直線状に配列した小孔４を形成する。また、この小孔４は、所定方位に対して垂直方向に配列されている。
【００５８】
この小孔４は、集束イオンビームを用いて開けられる。小孔４の径は、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度であり、小孔４の深さは、ステップバンチの高さＨによって異なるが、所望のステップバンチの高さＨの１〜１０倍程度が適している。なお、ステップがバンチングした後に、小孔４が周りの原子によって完全に埋められるためには、小孔４の深さをステップバンチの高さＨの３倍までにするとよい。
【００５９】
次に、上記と同様に、単結晶サファイヤ傾斜基板を研磨・洗浄した後、熱処理を行う。熱処理の結果、小孔が原子の移動をピン止めする働きをするため、ステップの直線性・等間隔性・平行性に優れたステップバンチが生成される。
【００６０】
【実施例１】
以下の条件の単結晶サファイヤ傾斜基板、即ち、ｃ軸が主面の法線に対してｍ軸方向に１．０°傾斜し、回転ズレ角度αが±０．０１°以下の高精度に加工された単結晶サファイヤ傾斜基板を用いた。
単結晶サファイヤの所定の結晶軸：ｃ軸
単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位：ｃ軸
所定方位：ｍ軸
所定角度θ：１．０°
回転ズレ角度α：±０．０１°
単結晶サファイヤ基板の厚み：１．０ｍｍ
【００６１】
上記条件の単結晶サファイヤ傾斜基板を研磨・洗浄した後、以下の条件で熱処理を行った。
加熱温度：サファイヤ容器中で１，０００℃
熱処理時間：３時間
加熱雰囲気：大気中
【００６２】
上記条件で熱処理を行った結果、ステップバンチの高さＨが原子層５層分（約１．１０ｎｍ）であるステップバンチが形成された。
【００６３】
【実施例２】
実施例１の条件と同様の条件に加え、集束イオンビームを用いて以下の小孔を形成した単結晶サファイヤ傾斜基板を用いた。
小孔径：数ｎｍ
小孔の深さ：２．２０ｎｍ
小孔の配置：所定方位（ｍ軸）に垂直な直線状に配置
小孔の配置間隔Ｌ１：直線状に３μｍ間隔
小孔のストライプ間隔Ｌ２：１００ｎｍ間隔
【００６４】
実施例１の条件と同様の条件で熱処理を行った結果、ステップバンチの高さＨが原子層８層分（約１．８ｎｍ）であり、直線性・平行性に優れたステップバンチが形成された。
【００６５】
【比較例】
以下の条件の単結晶サファイヤ傾斜基板、即ち、ｃ軸が主面の法線に対してｍ軸方向に１．０°傾斜した単結晶サファイヤ傾斜基板を用いた。
単結晶サファイヤの所定の結晶軸：ｃ軸
単結晶サファイヤ傾斜基板の傾斜方位：ｃ軸
所定方位：ｍ軸
所定角度θ：１．０°
単結晶サファイヤ基板の厚み：１．０ｍｍ
【００６６】
上記条件の単結晶サファイヤ傾斜基板を研磨・洗浄した後、以下の条件で熱処理を行った。
加熱温度：サファイヤ容器中で８５０℃
熱処理時間：３時間
加熱雰囲気：大気中
【００６７】
上記条件で熱処理を行った結果、ステップバンチは確認されず、図６に示すように、ステップエッジがうねっているシングルステップが確認された。
【００６８】
以上のように、本実施形態に係る製造方法によれば、単結晶サファイヤ傾斜基板の主面の傾斜角度に応じて熱処理時間及び加熱温度を制御することにより、所望の均一なステップバンチを形成することができる。また、ステップの直線性・等間隔性・平行性がコントロールされたステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板上にＡｌ等の導電膜を成膜すると、ステップに選択的に成長するため成膜時間を制御することにより、直線性・等間隔性・平行性に優れた金属細線を形成するができる。これを用いれば高周波数でかつ周波数特性に優れたＳＡＷフィルタなどのデバイスが実現可能である。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載の発明は、直線性に優れたステップバンチを形成することができるため、例えば、高周波数でかつ周波数特性に優れたＳＡＷフィルタ用の基板として利用できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板のステップバンチを説明する図である。
【図２】本実施形態に係るステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板の表面を示す側面図である。
【図３】所定の結晶軸を傾斜させる前の単結晶サファイヤを示す図であり、所定の結晶軸、所定方位、傾斜方位の関係を説明する図である。
【図４】図４（ａ）は、単結晶サファイヤ傾斜基板の上面図であり、回転ズレ角度を説明する概念図である。図４（ｂ）は、単結晶サファイヤ傾斜基板の側面図であり、所定の結晶軸の傾斜方位と傾斜角度を説明する概念図である。
【図５】単結晶サファイヤ傾斜基板の主面に形成した小孔を説明する概念図である。
【図６】ステップエッジにうねりが生じているシングルステップの概念図である。
【符号の説明】
１  ステップバンチ単結晶サファイヤ傾斜基板
２  ステップ
３  テラス
４  小孔
５  ステップバンチ
Ｈ  ステップバンチの高さ
ｈ  ステップの高さ
ｗ  ステップ間隔（テラス幅）
θ  所定角度（傾斜角度）
α  回転ズレ角度
Ｌ１  小孔間隔
Ｌ２  ストライプ間隔
【図１】
2004235794.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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