(57)【要約】  窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板を準備する準備工程、５００μｍ以上の厚みの窒化アルミニウム単結晶層を該ベース基板の主面上に成長することにより積層体を得る成長工程、該積層体の窒化アルミニウム単結晶層部分を切断し、積層体を窒化アルミニウム単結晶層の少なくとも一部の薄膜が積層したベース基板とそれ以外の窒化アルミニウム単結晶層部分とに分離する分離工程、該薄膜が積層したベース基板の薄膜の表面を研磨する再生研磨工程、該再生研磨工程で得られた窒化アルミニウム単結晶からなる再生ベース基板を、その研磨した表面上に窒化アルミニウム単結晶を成長させるベース基板として使用する循環工程を含む、窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
2017164233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム源と窒素源とを窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板の主面上に供給し、該主面上に窒化アルミニウム単結晶層を成長した後、該ベース基板と窒化アルミニウム単結晶層とを分離して、窒化アルミニウム単結晶基板を製造する方法において、
窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板を準備する準備工程、
５００μｍ以上の厚みの窒化アルミニウム単結晶層を該ベース基板の主面上に成長することにより、前記ベース基板と該ベース基板の主面上に成長された前記窒化アルミニウム単結晶層とを有する積層体を得る成長工程、
前記積層体の前記窒化アルミニウム単結晶層部分を切断することにより、前記積層体を窒化アルミニウム単結晶層の少なくとも一部の薄膜が積層したベース基板とそれ以外の窒化アルミニウム単結晶層部分とに分離する分離工程、
該薄膜が積層したベース基板の薄膜の表面を研磨する再生研磨工程、及び
該再生研磨工程で得られた窒化アルミニウム単結晶からなる再生ベース基板を、その研磨した表面上に窒化アルミニウム単結晶を成長させるベース基板として使用する循環工程
を含むことを特徴とする窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項２】
前記準備工程で準備するベース基板の主面が、（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面であることを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項３】
前記分離工程で得られる、薄膜が積層したベース基板において、該薄膜の厚さが１〜３００μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項４】
前記研磨工程で得られる、窒化アルミニウム単結晶からなる再生ベース基板において、研磨された薄膜部分の厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項５】
前記研磨工程において、薄膜部分を全て研磨により除去することにより、準備工程で準備したベース基板部分を表面に露出させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項６】
前記準備工程で準備する、窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板の主面における転位密度が１０６ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項７】
前記準備工程で準備する、窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板の主面が、（００１）面、（１００）面、又は（１１０）面であり、
前記主面に対するＸ線の入射角度が４°以下である条件下で測定される、特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下であり、
前記主面が（００１）面であるとき、前記特定結晶面は（１０３）面であり、
前記主面が（１００）面であるとき、前記特定結晶面は（１０６）面であり、
前記主面が（１１０）面であるとき、前記特定結晶面は（１１４）面であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項８】
前記アルミニウム源がハロゲン化アルミニウムガスであり、前記窒素源がアンモニアガスであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
【請求項９】
前記準備工程で準備する、窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板の主面が、（００１）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でｍ軸方向に傾斜し、かつ（００１）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でａ軸方向に傾斜している（００１）面であり、
前記主面のｍ軸方向への傾斜角および前記主面のａ軸方向への傾斜角のうち少なくとも一方は０．００°超であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項１０】
前記循環工程が、前記再生研磨工程で得られた再生ベース基板を新たなベース基板として用いて、前記準備工程、成長工程、分離工程、及び再生研磨工程を行うことを含む、請求項１〜９の何れかに記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項１１】
前記循環工程を繰り返し行う、請求項１〜１０の何れかに記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【請求項１２】
前記分離工程において、前記窒化アルミニウム単結晶層部分をワイヤーソウによって切断する、請求項１〜１１の何れかに記載の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム単結晶基板の新規な製造方法に関する。より具体的には、窒化アルミニウム単結晶層をその上に成長するベース基板を、繰り返し成長用のベース基板として使用する窒化アルミニウム単結晶基板の新規な製造方法である。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム単結晶基板は、深紫外発光素子や高耐圧性を有するショットキーダイオード等の電子デバイス向けの基板として有用である。現在、窒化アルミニウム単結晶基板は、通常、以下のように製造されている。先ず、ベース基板上にアルミニウム源、窒素源となる原料を供給し、該ベース基板上で窒化アルミニウム単結晶層を成長する。次いで、該ベース基板と窒化アルミニウム単結晶層とを分離し、得られた窒化アルミニウム単結晶層を研磨等の方法により加工し、所望の表面状態の窒化アルミニウム単結晶基板を製造する。ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層を成長する方法としては、アルミニウム源及び窒素源として窒化アルミニウムを昇華する昇華法（例えば、特許文献１、２参照）、アルミニウム源として三ハロゲン化アルミニウムガス、窒素源ガストしてアンモニアガスを使用するハイドライドベーパーフェイズエピタキシー（ＨＶＰＥ）法が知られている（例えば、特許文献３）。【０００３】
窒化ガリウム単結晶は、その製造方法の技術が確立されており、厚膜の単結晶層を製造することができる。一方、窒化アルミニウム単結晶は、窒化ガリウム単結晶よりも、割れやすく、原料ガスの反応性が高い。そのため、厚膜の窒化アルミニウム単結晶層を成長すること自体が難しかった。例えば、サファイア基板やＳｉＣ基板上に窒化アルミニウムを成長する場合には、ベース基板と窒化アルミニウムの格子定数差や熱膨張係数差に起因して、成長中、もしくは成長後の冷却途中に窒化アルミニウムにクラックが発生し易かった。また、ベース基板であるサファイア基板にチタンでマスクした後、厚膜の窒化ガリウム単結晶層を製造する方法（Ｖｏｉｄ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ法）をそのまま窒化アルミニウムに適用した場合、結晶性のよい厚膜の窒化アルミニウム単結晶層を成長することは難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５１７３２９号公報
【特許文献２】特表２００９−５３２３１３号公報
【特許文献３】特開２００３−３０３７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
厚膜の窒化アルミニウム単結晶層を製造するための方法としては、昇華法による窒化アルミニウム単結晶の製造方法がある（例えば、特許文献１、２参照）。該方法では、ベース基板上に成長した窒化アルミニウム単結晶層が横方向にも成長し、段々と直径の大きな窒化アルミニウム単結晶となる。通常であれば、窒化アルミニウム単結晶基板は、直径の大きなものの方が半導体素子基板等の用途において、歩留まり改善という点で有利である。【０００６】
そして、より大きな窒化アルミニウム単結晶基板を製造するためには、ベース基板上に成長した窒化アルミニウム単結晶層部分を取り出し、取り出した窒化アルミニウム単結晶部分をベース基板として、繰り返し窒化アルミニウム単結晶層を成長させればよい。【０００７】
しかしながら、ベース基板上に成長させた窒化アルミニウム単結晶層から得られる基板を、新たなベース基板として使用する場合には、以下の点で問題が生じる場合があることが分かった。すなわち、ベース基板上に成長した厚膜の窒化アルミニウム単結晶層を、新たなベース基板として取り出し、この操作を繰り返し行って窒化アルミニウム単結晶層を成長させると、品質にばらつきが生じやすくなることが分かった。【０００８】
したがって、本発明の目的は、結晶品質の安定した窒化アルミニウム単結晶層を繰り返し製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決するため、ばらつきが生じる原因について調査した。そして、以下の検討を行った。先ず、ベース基板上に成長させた窒化アルミニウム単結晶層の厚膜をシングルワイヤーソウにより切断し、複数枚の窒化アルミニウム単結晶基板を取り出して、成長面（主面）の研磨条件を同じにしたベース基板を複数準備した。そして、それぞれのベース基板上に、さらに窒化アルミニウム単結晶層を成長させた後、それぞれの該窒化アルミニウム単結晶層の特性・物性を確認した。すると、各窒化アルミニウム単結晶層には、ばらつきがあることが確認された。このことから、各窒化アルミニウム単結晶層の成長中に生じるばらつきではなく、厚膜の窒化アルミニウム単結晶層より作製した、それぞれのベース基板にばらつきの原因があると推定された。【００１０】
さらに、このばらつきが生じる原因は、以下の通りに推定された。すなわち、窒化アルミニウム単結晶層の膜厚を厚くすればするほど、成長に時間がかかり、該層中に不規則な変化、例えば、結晶成長装置内部の部材劣化や変質、析出物の発生により、窒化アルミニウム単結晶層中に不純物や異物、気泡、結晶欠陥等が含まれやすくなる。そして、この不純物や異物、気泡、結晶欠陥等を含む部分を、それぞれ新たなベース基板として使用すると、得られる窒化アルミニウム単結晶層の結晶品質が低下する、或いは、ベース基板を換えるたびに結晶品質の異なる窒化アルミニウム単結晶層が得られることが分かった。【００１１】
以上の結果から本発明者らは、なるべくベース基板を繰り返し使用することにより、得られる窒化アルミニウム単結晶の品質・特性のばらつきを低減できると考え、ベース基板を繰り返し使用できる条件を見出し、本発明を完成するに至った。【００１２】
本発明は、アルミニウム源と窒素源とを窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板の主面上に供給し、該主面上に窒化アルミニウム単結晶層を成長した後、該ベース基板と窒化アルミニウム単結晶層とを分離して、窒化アルミニウム単結晶基板を製造する方法において、
窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板を準備する準備工程、
５００μｍ以上の厚みの窒化アルミニウム単結晶層を該ベース基板の主面上に成長することにより、前記ベース基板と該ベース基板の主面上に成長された前記窒化アルミニウム単結晶層とを有する積層体を得る成長工程、
前記積層体の前記窒化アルミニウム単結晶層部分を切断することにより、前記積層体を窒化アルミニウム単結晶層の少なくとも一部の薄膜が積層したベース基板とそれ以外の窒化アルミニウム単結晶層部分とに分離する分離工程、
該薄膜が積層したベース基板の薄膜の表面を研磨する再生研磨工程、及び
該再生研磨工程で得られた窒化アルミニウム単結晶からなる再生ベース基板を、その研磨した表面上に窒化アルミニウム単結晶を成長させるベース基板として使用する循環工程
を含むことを特徴とする窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法である。【００１３】
前記準備工程で準備するベース基板の主面としては、（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面の何れかの面を採用することができる。【００１４】
より効率よく確実にベース基板を繰り返して使用するためには、前記分離工程で得られる、薄膜が積層したベース基板において、該薄膜の厚さが１〜３００μｍとすることが好ましい。【００１５】
より品質の安定した窒化アルミニウム単結晶基板を製造し、かつベース基板の繰り返し使用回数を増やすためには、前記再生研磨工程で得られる、窒化アルミニウム単結晶からなる再生ベース基板において、研磨された薄膜部分の厚みが１００μｍ以下であることが好ましい。【００１６】
さらに品質の安定した窒化アルミニウム単結晶基板を製造するためには、前記再生研磨工程において、薄膜部分を全て研磨により除去することにより、準備工程で準備したベース基板部分を表面に露出させることが好ましい。【００１７】
ベース基板上に成長される窒化アルミニウム単結晶層の厚みをより厚くするためには、前記準備工程で準備する、窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板の主面の転位密度が１０６ｃｍ−２以下であることが好ましい。【００１８】
窒化アルミニウム単結晶層の品質を向上させるためには、前記準備工程で準備するベース基板の主面が、（００１）面、（１００）面、又は（１１０）面であり；前記主面に対するＸ線の入射角度が４°以下である条件下で測定される、特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下であることが好ましい。ここで、主面が（００１）面であるとき、特定結晶面は（１０３）面であり；主面が（１００）面であるとき、特定結晶面は（１０６）面であり；主面が（１１０）面であるとき、特定結晶面は（１１４）面である。なお本明細書において、「主面に対するＸ線の入射角度」とは、主面とＸ線の進行方向とがなす角度を意味する。例えばＸ線の進行方向が主面に対して垂直であるとき、「主面に対するＸ線の入射角度」は９０°である。【００１９】
本発明の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法は、前記アルミニウム源がハロゲン化アルミニウムガスであり、前記窒素源がアンモニアガスである場合に好適である。【００２０】
得られる窒化アルミニウム単結晶基板の用途を広げ、かつベース基板上に成長される窒化アルミニウム単結晶層の厚みをより厚くするためには、前記準備工程で準備する、窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板の主面が、（００１）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でｍ軸方向に傾斜し、かつ（００１）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でａ軸方向に傾斜している（００１）面であり、主面のｍ軸方向への傾斜角および前記主面のａ軸方向への傾斜角のうち少なくとも一方は０．００°超であることが好ましい。【００２１】
前記循環工程が、前記再生研磨工程で得られた再生ベース基板を新たなベース基板として用いて、前記準備工程、成長工程、分離工程、及び再生研磨工程を行うことを含むことが好ましい。【００２２】
さらに、前記循環工程を繰り返し行うことが好ましい。【００２３】
前記分離工程において、前記窒化アルミニウム単結晶層部分をワイヤーソウによって切断することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法によれば、結晶品質の安定した窒化アルミニウム単結晶層を繰り返し製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一の実施形態に係る製造方法における各工程を説明する図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る製造方法における各工程を説明する図である。
【図３】本発明で好適に使用できる窒化アルミニウム単結晶の製造装置の一形態を説明する断面図である。
【図４】比較例に係る製造方法における各工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、図面は必ずしも正確な寸法を反映したものではない。また図では、一部の符号を省略することがある。本明細書においては特に断らない限り、数値Ａ及びＢについて「Ａ〜Ｂ」という表記は「Ａ以上Ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｂのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Ａにも適用されるものとする。また「又は」及び「若しくは」の語は、特に断りのない限り論理和を意味するものとする。
【００２７】
本発明は、アルミニウム源と窒素源とを窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板上に供給し、該ベース基板上で窒化アルミニウム単結晶層を成長した後、該ベース基板と窒化アルミニウム単結晶層とを分離して、窒化アルミニウム単結晶基板を製造する方法である。そして、該ベース基板を再度使用することにより、品質の安定した窒化アルミニウム単結晶基板を製造する方法である。図１は、本発明の一の実施形態における各工程を説明する図である。図２は、本発明の他の一実施形態に係る製造方法における各工程を説明する図である。以下、これらを順に説明する。
【００２８】
なお、前記アルミニウム源、及び前記窒素源については、成長工程に関連して説明する。前記ベース基板については、準備工程に関連して説明する。前記ベース基板と窒化アルミニウム単結晶層とを分離することについては、分離工程に関連して説明する。
【００２９】
本発明の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法は、窒化アルミニウム単結晶からなるベース基板１０を準備する準備工程、
５００μｍ以上の厚みの窒化アルミニウム単結晶層１１を該ベース基板の主面上に成長することにより、ベース基板１０と該ベース基板１０の主面上に成長された窒化アルミニウム単結晶層１１とを有する積層体を得る成長工程、
該積層体のうち窒化アルミニウム単結晶層１１部分を切断することにより、積層体を窒化アルミニウム単結晶層の少なくとも一部の薄膜が積層したベース基板１０ａ（以下、単に「切断ベース基板１０ａ」とする場合もある）とそれ以外の窒化アルミニウム単結晶層部分（以下、単に「窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａ」とする場合もある）とに分離する分離工程、
該薄膜が積層したベース基板（切断ベース基板１０ａ）の薄膜（切断後に残存する薄膜部分を以下、単に「窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｂ」とする場合もある）の表面を研磨する再生研磨工程、及び
該再生研磨工程で得られた窒化アルミニウム単結晶からなる再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃを、その研磨した表面に窒化アルミニウム単結晶（以下、単に「新窒化アルミニウム単結晶層１３」とする場合もある）を成長させる新たなベース基板として使用する循環工程
を含むことを特徴とする。
【００３０】
（準備工程）
本発明において、準備工程は、ベース基板１０を準備する工程である。このベース基板１０は、窒化アルミニウム単結晶からなる。
【００３１】
（ベース基板）
そして、該ベース基板の窒化アルミニウム単結晶層１１を成長させる面、すなわち主面は、特に制限されるものではない。本発明においては、品質の安定した窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを製造できるため、該主面は、窒化アルミニウム単結晶が成長できれば、その結晶面は制限されるものではない。そのため、例えば、該主面は、（１１２）面等の低指数面であってもよい。ただし、得られる窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａの有用性、窒化アルミニウム単結晶層１１の成長のし易さを考慮すると、該主面は、（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面であることが好ましい。
【００３２】
下記に詳述するが、循環工程で使用するベース基板の主面は、この準備工程で準備したベース基板の主面に対応する面指数を有する。つまり、準備工程で（００１）面を主面とするベース基板を準備した場合、循環工程で使用するベース基板の主面は（００１）面となり、最終的に得られる窒化アルミニウム単結晶基板１１ａの主面も（００１）面となる。なお、（００１）面はＣ面を指すが、この面が主面である場合には、Ｃ面、又は−Ｃ面を主面と見なす。また、同様に、（１１０）面をベース基板の主面として使用する場合には、最終的に得られる窒化アルミニウム単結晶基板１１ａの主面も（１１０）面となり；（１００）面をベース基板の主面として使用する場合には、最終的に得られる窒化アルミニウム単結晶基板１１ａの主面も（１００）面となる。
【００３３】
また、ベース基板１０主面は、窒化アルミニウム単結晶層１１を成長させる面から０．００°以上１．００°以下、より好ましくは０．０５°以上０．７０°以下、さらに好ましくは０．１０°以上０．４０°以下のオフ角を設けることもできる。このようなオフ角を設けることにより、窒化アルミニウム単結晶層１１の厚みをより厚くすることができる。なお、準備工程で準備したベース基板の主面と、循環工程で使用するベース基板（再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃ）の主面とは、対応すると上記説明したが、このオフ角（再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃのオフ角）は、再生研磨工程で調整することができる。
【００３４】
中でも、ベース基板１０の主面が（００１）面である場合には、ベース基板１０の主面は、該（００１）面から０．００°以上１．００°以下範囲でｍ軸方向に傾斜し、かつ該（００１）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でａ軸方向に傾斜しており、主面のｍ軸方向への傾斜角および主面のａ軸方向への傾斜角の少なくとも一方が０．００°超であることが好ましい。この範囲にオフ角を設定することにより、窒化アルミニウム単結晶層１１をより厚くすることができる。ベース基板１０の主面が（００１）面である場合に窒化アルミニウム単結晶層１１をさらに厚くするためには、ベース基板１０の主面は、（００１）面から０．０５°以上０．７０°以下の範囲でｍ軸方向に傾斜していることがより好ましく、（００１）面から０．１０°以上０．４０°以下の範囲でｍ軸方向に傾斜していることがさらに好ましい。また、（００１）面から０．０５°以上０．７０°以下の範囲でａ軸方向に傾斜していることがより好ましく、（００１）面から０．１０°以上０．４０°以下の範囲でａ軸方向に傾斜していることがさらに好ましい。準備工程におけるベース基板１０の主面が（００１）面である場合には、最終的に得られる窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａの主面も（００１）面となる。（００１）面を主面とする窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａは、発光素子や電子デバイス用の基板として幅広く使用することができる。
【００３５】
同様に、ベース基板１０の主面が（１１０）面である場合には、ベース基板１０の主面は、該（１１０）面から０．００°以上１．００°以下範囲でｃ軸方向に傾斜し、かつ該（１１０）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でｍ軸方向に傾斜しており、主面のｃ軸方向への傾斜角および主面のｍ軸方向への傾斜角の少なくとも一方が０．００°超であることが好ましい。
【００３６】
また、ベース基板１０の主面が（１００）面である場合には、ベース基板１０の主面は、該（１００）面から０．００°以上１．００°以下範囲でｃ軸方向に傾斜し、かつ該（１００）面から０．００°以上１．００°以下の範囲でａ軸方向に傾斜しており、主面のｃ軸方向への傾斜角および主面のａ軸方向への傾斜角の少なくとも一方が０．００°超であることが好ましい。
【００３７】
（１１０）面や（１００）面のような一般的に無極性面とよばれる面方位を有する窒化アルミニウム単結晶基板は、発光素子において内部量子効率を高めることができ、発光素子性能の向上に寄与する。
【００３８】
ベース基板１０の主面（窒化アルミニウム単結晶層１１を成長させる面）が、（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面であり；該主面に対するＸ線の入射角度が４°以下である条件下で測定される、特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブ半値幅が２００秒以下であることが好ましい。ここで、上記主面が（００１）面である場合には、特定結晶面は（１０３）面であり；上記主面が（１１０）面である場合には、特定結晶面は（１１４）面であり；上記主面が（１００）面である場合には、特定結晶面は（１０６）面である。ベース基板１０の主面に対するＸ線の入射角度は、より好ましくは２°以下である。ただし、現在の測定技術を考慮すると、主面に対するＸ線の入射角度の下限は０．１°である。ベース基板の上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの測定にあたっては、ベース基板１０に対して浅い入射角度でＸ線が照射されるため、該Ｘ線オメガロッキングカーブの半値幅の値は結晶表面近傍の結晶品質を反映する。したがって、上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの半値幅を測定することにより、特に研磨によるダメージ層が低減されているか否かを判断できる。上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの半値幅が上記上限値以下であるベース基板１０においては、該ベース基板の成長面（主面）におけるダメージ層が低減されている。したがって、上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの半値幅が上記上限値以下であるベース基板１０を用いることにより、ベース基板１０上に成長される窒化アルミニウム単結晶層１１の品質が向上する。窒化アルミニウム単結晶層１１の品質向上を考慮すると、上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの半値幅は１００秒以下であることがより好ましく、５０秒以下であることがさらに好ましい。該半値幅は、低ければ低いほど好ましいが、ベース基板１０の工業的な生産を考慮すると、１０秒以上であることが好ましい。
【００３９】
なお、上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの測定においては、Ｘ線源の単色化の手段によっても、測定できる半値幅の分解能が影響を受けるため、ゲルマニウム単結晶の（２２０）面で２回回折することにより単色化したＸ線源を用いることが好ましい。
【００４０】
さらに、ベース基板１０の主面（窒化アルミニウム単結晶層１１を成長させる面）が、（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面であり；該主面に対するＸ線の入射角度が１０°以上である条件下で測定される、傾斜結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下であることが好ましい。ここで上記主面が（００１）面である場合には、傾斜結晶面は（００２）面および（１０１）面であり、該２つの傾斜結晶面の両方についてＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブの半値幅が上記上限値以下であることが好ましく；上記主面が（１１０）面である場合には、傾斜結晶面は（１１０）面および（１１１）面であり、該２つの傾斜結晶面の両方についてＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブの半値幅が上記上限値以下であることが好ましく；上記主面が（１００）面である場合には、傾斜結晶面は（１００）面および（２０１）面であり、該２つの傾斜結晶面の両方についてＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブの半値幅が上記上限値以下であることが好ましい。上記特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブの半値幅が結晶の表面近傍における結晶品質を反映するのに対し、傾斜結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブの半値幅は結晶の比較的深部における結晶品質を反映する。傾斜結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブの半値幅がこの範囲を満足することにより、ベース基板１０上に成長する窒化アルミニウム単結晶層１１の品質がさらに向上する。上記傾斜結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブの半値幅は、５０秒以下であることがさらに好ましく、３０秒以下であることが特に好ましい。該半値幅は、低ければ低いほど好ましいが、ベース基板１０の工業的な生産を考慮すると、５秒以上であることが好ましい。
【００４１】
なお、上記傾斜結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの測定においては、Ｘ線源の単色化の手段によっても、測定できる半値幅の分解能が影響を受けるため、少なくともゲルマニウム単結晶の（２２０）面で４回回折することにより単色化したＸ線源を用いることが好ましい。
【００４２】
窒化アルミニウム単結晶層をベース基板１０の主面上に厚膜で形成する場合には、該主面における転位密度が１０６ｃｍ−２以下であることが好ましい。窒化アルミニウム単結晶層１１の厚みをより厚くするためには、主面の転位密度は１０５ｃｍ−２以下であることがより好ましく、１０４ｃｍ−２以下がさらに好ましく、１０３ｃｍ−２以下が特に好ましい。転位密度は少なければ少ないほど好ましいが、ベース基板の工業的生産を考慮すると、主面の転位密度の下限値は１０ｃｍ−２である。なお、本発明において、転位密度の値としては、エッチピット密度の値を代用する。エッチピット密度とは、窒化アルミニウム単結晶基板を水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムの溶融アルカリ中でエッチングすることにより転位存在箇所にピットを形成させ、形成された窒化アルミニウム単結晶基板表面のピットの存在個数を光学顕微鏡観察によりカウントし、カウントされたピットの個数を観察面積で除することにより算出される面積数密度の値である。
【００４３】
前記ベース基板１０の形状は、円形、四角形、又は不定形でもよく、その面積が１００〜１００００ｍｍ２であることが好ましい。ベース基板１０の厚みは、窒化アルミニウム単結晶層を成長する上で強度不足で割れることのない範囲で決定すればよい。具体的には５０〜２０００μｍであることが好ましく、１００〜１０００μｍであることがより好ましい。
【００４４】
ベース基板１０の主面は、その他、特に制限されるものではないが、表面粗さ（二乗平均粗さ）が０．０５〜０．５ｎｍであり、原子間力顕微鏡や走査プローブ顕微鏡観察により２μｍ×２μｍ視野程度で原子ステップが観察されることが好ましい。表面粗さは、下記に詳述する研磨工程と同じく、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）研磨で調整することができる。表面粗さの測定は、原子間力顕微鏡や走査プローブ顕微鏡を用い、基板表面の異物や汚染物を除去したうえで行い、５μｍ×５μｍ視野の観察から表面粗さを求める。ただし、島状やストライプ状の凹凸加工を主面に施したベース基板を用いることも可能である。
【００４５】
ベース基板１０主面の表面の曲率半径も、特に制限されるものではないが、０．１〜１００００ｍの範囲であることが好ましい。本発明ではベース基板を再生ベース基板として繰り返し用いるため、ベース基板１０主面の表面の曲率半径は、好ましくは２〜１００００ｍ、より好ましくは８〜１００００ｍである。また、ベース基板１０の主面が（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面である場合、ベース基板１０の主面をなす結晶面または主面に平行な結晶面の曲率半径は、特に制限されるものではないが、２〜１００００ｍの範囲であることが好ましい。本発明では窒化アルミニウム単結晶層を５００μｍ以上厚く成長するため、ベース基板１０の主面をなす結晶面または主面に平行な結晶面の曲率半径が小さいと厚膜成長時にクラックが生じることがある。このため、該結晶面の曲率半径は好ましくは５〜１００００ｍ、さらに好ましくは１０〜１００００ｍである。本明細書において、ベース基板１０の主面が（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面である場合における「ベース基板１０の主面をなす結晶面または主面に平行な結晶面」とは、主面が（００１）面である場合には（００２）面であり、主面が（１１０）面である場合には（１１０）面自体であり、主面が（１００）面である場合には（１００）面自体である。これは、窒化アルミニウムの（１１０）面および（１００）面はそれ自体でＸ線回折を生じるのに対し、（００１）面ではＸ線の回折が起きず、（００１）面に平行な（００２）面でＸ線の回折が生じることによる。
【００４６】
このようなベース基板を使用することにより、ベース基板１０上に成長させる窒化アルミニウム単結晶層１１の結晶品質が良好なものとなり、分離工程によって得られる窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａの結晶品質も良好なものとなる。さらに、該窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを用いて製造する発光素子や電子デバイスの性能が良好なものとなる。
【００４７】
このベース基板１０は、昇華法で成長されたものであっても、ＨＶＰＥ法で成長したものであってもよい。当然、液相法で成長されたものであっても本発明の効果を問題なく得られる。また、島状やストライプ状の凹凸加工を事前に行ったベース基板の使用も可能である。
【００４８】
なお、上記ベース基板の特性、例えば、主面、オフ角、Ｘ線オメガロッキングカーブの半値幅、転位密度、大きさ、表面粗さ、曲率半径等の特性は、下記に詳述する再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃにも適用できる。
【００４９】
（成長工程）
成長工程は、５００μｍ以上の厚みの窒化アルミニウム単結晶層１１をベース基板１０上に成長する工程である。
【００５０】
窒化アルミニウム単結晶層１１の成長方法は、昇華法、液相法、又は気相成長法の何れの方法を採用してもよい。昇華法の場合、アルミニウム源とは、窒化アルミニウムを昇華、もしくは分解させた蒸気であり、窒素源とは窒化アルミニウムを昇華、もしくは分解させた蒸気、または成長装置に供給した窒素ガスである。液相法の場合、アルミニウム源と窒素源とは、窒化アルミニウムが溶解した溶液である。気相成長法の場合、アルミニウム源は、塩化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、臭化アルミニウム等のハロゲン化アルミニウムガス、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム等の有機アルミニウムガスであり、窒素源は、アンモニアガス、窒素ガスである。
【００５１】
（好適な成長方法；ＨＶＰＥ法による窒化アルミニウム単結晶層１１の成長）
これらの成長方法の中でも、本発明の窒化アルミニウム単結晶の製造方法は、気相成長法の中でもＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法により窒化アルミニウム単結晶を成長する場合に、効果が顕著となる。ＨＶＰＥ法は、昇華法と比べると成長速度が遅いが、深紫外光透過率に悪影響を及ぼす不純物の濃度を低減できるため、発光素子用窒化アルミニウム単結晶基板の製造に好適である。また、不純物が低減できるため、電子移動度に悪影響を及ぼすアルミニウム空孔等の点欠陥濃度が低くなるため、電子デバイス用窒化アルミニウム単結晶基板の製造にも好適である。また、液相法よりも成長速度が高いため、結晶性の良好な単結晶を速い成膜速度で成長させることが可能であるため、結晶品質と量産性とをバランスした製造方法である。
【００５２】
ＨＶＰＥ法は、以上のような利点があるが、窒化アルミニウム単結晶層１１を成長する場合には、ハロゲン化アルミニウムガスとアンモニアとの反応性が速いため、ベース基板１０上での反応の他に、気相での反応が起こり易く、微粒子状の窒化アルミニウムが生成し易い。その結果、ベース基板１０上に成長している窒化アルミニウム単結晶層１１に、意図していない微粒子が付着したりする場合がある。このような微粒子が付着した窒化アルミニウム単結晶層１１を分離、切断、研磨してそれぞれベース基板にすると、各ベース基板上の窒化アルミニウム単結晶にばらつきが生じやすくなる。本発明は、このばらつきを低減することができるため、ＨＶＰＥ法により窒化アルミニウム単結晶層１１を成長する場合に、好適に適用できる。
【００５３】
ＨＶＰＥ法に用いる気相成長装置（ＨＶＰＥ装置）３００の概略図を図３に示す。窒化アルミニウム単結晶層の成長は、アルミニウム源ガスと、窒素源ガスとを反応器中に供給し、両ガスを加熱されたベース基板１０上で反応させることにより行われる。アルミニウム源ガスとしては、塩化アルミニウムガス等のハロゲン化アルミニウムガスや、アルミニウム有機金属ガスとハロゲン化水素ガスとの混合ガスが用いられる。また、窒素源ガスとしてはアンモニアガスが好適に使用される。これらの原料ガスは、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等のキャリアガスとともに供給される。キャリアガスとしては１種のガスを単独で用いてもよく、２種以上のガスを組み合わせて用いてもよい。さらに、アルミニウム源ガスや窒素源ガスにはハロゲンガスやハロゲン化水素ガス等のハロゲン系ガスを適宜追加供給し、ハロゲン化アルミニウムガスからの不均化反応による金属アルミニウムの発生を抑制してもよい。これらの各種ガス供給量をはじめ、ベース基板に原料ガスを供給するノズル形状やリアクタ形状、キャリアガスの組成、キャリアガス供給量、リアクタ中のガス流の線速度、成長圧力（リアクタ内の圧力）、ベース基板の加熱温度（成長温度）等の成長にかかわる条件を適宜調整し、所望する成長速度において良好な結晶品質が得られるように調整する。典型的な成長条件としては、アルミニウム源ガス：０．１〜１００ｓｃｃｍ、窒素源ガス：１〜１００００ｓｃｃｍ、追加供給するハロゲン系ガス：０．１〜１００００ｓｃｃｍ、キャリアガスの総流量：１０００〜１０００００ｓｃｃｍ、キャリアガスの組成：窒素、水素、アルゴン、ヘリウム（ガス組成比は任意）、アルミニウム源ガスを供給するノズル噴出口の線速度：５０〜５００ｓｃｃｍ、窒素源ガスを供給するノズル噴出口の線速度：１０〜４００ｓｃｃｍ、リアクタ全体を押し流すガスの線速度：５〜２００ｓｃｃｍ、成長圧力：３６〜１０００Ｔｏｒｒ、ベース基板の加熱温度（成長温度）：１２００〜１８００℃である条件を例示できる。
【００５４】
ＨＶＰＥ法では、結晶性が良好な単結晶を得るために、様々な検討が行われている。本発明においては、それら公知の方法が特に制限なく使用できる。中でも、本発明においては、一ハロゲン化アルミニウムガスが低減されたハロゲン化アルミニウムガス（主成分は、三ハロゲン化アルミニウムガス）を原料ガスとすることが好ましい。三ハロゲン化アルミニウムガス中に一ハロゲン化アルミニウムガスが多く含まれると、結晶品質が低下する場合がある。そのため、なるべくアルミニウム源ガス中に一ハロゲン化アルミニウムガスが含まれないような手段をとることが好ましい。
【００５５】
窒化アルミニウム単結晶層１１の成長初期の成長環境が不安定な期間に、一時的に気相中での窒化アルミニウム微粒子の発生が起こりにくい条件を選択することもできる。成長初期の成長条件は、上記の典型条件の中から任意に成長条件を選択することできる。具体的には、ベース基板上への成長初期段階に原料供給量を制限すること、共存するハロゲン系ガスの供給量を一時的に増加させること、圧力を変動させる等の手段を実施する短時間の成長段階を設け、成長環境が安定した時点で厚膜成長を行う条件に移行することができる。この条件で、最大膜厚が１００μｍ以内になるよう窒化アルミニウム単結晶層１１を成長させることにより、窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａの品質のばらつきをより低減することができる。なお、当然ながら、上記に例示した気相中での窒化アルミニウム微粒子の発生が少ない条件、異物などの付着物の少ないフロー条件であれば、ベース基板上に窒化アルミニウム単結晶層（１１および１３）を成長初期段階と同一条件で成長させることも可能である。
【００５６】
また、ベース基板に島状やストライプ状の凹凸加工を事前に行って成長初期段階の窒化アルミニウム単結晶層の成長箇所を制限する方法も適用可能である。このような成長方法においては、窒化アルミニウム単結晶はベース基板表面の各凸部を起点として独立に、直上方向および斜め上方向に成長し、やがて隣接する凸部を起点として独立に成長した窒化アルミニウム単結晶どうしが接するようになり、最終的には単一の窒化アルミニウム単結晶の厚膜が成長する。
【００５７】
また、窒化アルミニウム単結晶層１１の導電性を制御する必要のある場合には、適宜ドナーやアクセプタとなる不純物（例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓ等を含む化合物）を供給しながら窒化アルミニウム単結晶層を成長することも可能である。
【００５８】
本発明において、成長工程において成長される窒化アルミニウム単結晶層１１の厚さは、５００μｍ以上でなければならない。成長される窒化アルミニウム単結晶層１１の厚さが５００μｍ未満であると、分離工程によって得られる窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａが薄くなるため、窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを外周研削や研磨によってデバイス製造用のウェハに加工する際に、窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａが強度不足により破損しやすくなり、好ましくない。一方、成長工程における窒化アルミニウム単結晶層１１の厚みの上限は、特に制限されるものではないが、工業的な生産を考慮すると２０００μｍである。成長される窒化アルミニウム単結晶層１１が過度に厚い場合には成長工程や研磨工程に時間を要するため、工業的な生産を考慮すると、成長工程において成長される窒化アルミニウム単結晶層１１の厚みは、６００〜１５００μｍであることが好ましく、８００〜１２００μｍであることがさらに好ましい。成長工程を経ることにより、ベース基板１０と、該ベース基板１０上に成長された窒化アルミニウム単結晶層１１とを有する積層体が得られる。
【００５９】
なお、上記成長工程における条件は、再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃをベース基板として用い、その表面上（主面上）に新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長する場合にも適用できる。
【００６０】
（分離工程）
本発明において、分離工程は、上記成長工程において得られた積層体の窒化アルミニウム単結晶層部分１１を切断することにより、該積層体を、窒化アルミニウム単結晶層１１の少なくとも一部の薄膜１１ｂが積層したベース基板（切断ベース基板１０ａ）とそれ以外の窒化アルミニウム単結晶層部分１１ａとに分離する工程である。分離工程における切断には、公知の方法（例えばワイヤーソウ等。）を採用することができる。
【００６１】
分離工程における切断は、ベース基板１０の成長表面に対して平行に行う。分離工程でワイヤーソウを使用する場合、ワイヤーソウとしては固定砥粒または遊離砥粒のいずれのワイヤーソウを用いてもよい。ワイヤーの張力は、切断しろの厚さが薄くなるように、例えば、切断しろの厚さが１００〜３００μｍ程度になるように適宜調整することが好ましい。
【００６２】
また、ワイヤーソウの切断速度は、窒化アルミニウム単結晶層の切断表面に残留するひずみ層（ダメージ層）が薄くなるように適宜調整されるが、比較的低速度の条件が好ましく、０．５ｍｍ／ｈ〜２０ｍｍ／ｈの範囲が好適である。窒化アルミニウム単結晶の結晶面に対する切断方向も任意である。
【００６３】
切断時のワイヤーは揺動移動させてもよい。また、ワイヤーを切断方向に連続的に移動させてもよく、また切断方向に間欠的に移動させてもよい。切断中のワイヤーの搖動移動は、切断時の摩擦により発生する熱による割れの発生を防ぐために適宜制御される。
【００６４】
また、切断時の基板外周のチッピングに伴うクラック発生を抑制するため、分離工程に先立ってベース基板１０と窒化アルミニウム単結晶層１１との積層体の全体もしくは一部を樹脂やセメント等で覆った後に切断を行ってもよい。この際、樹脂には一般的なエポキシ樹脂、フェノール樹脂やワックス類等を使用することができ、積層体を樹脂で覆った後に、自己乾燥による硬化、熱硬化や光硬化等一般的な手段により樹脂を硬化させた後、切断を行う。また、セメントとしては一般的な工業用ポルトランドセメント、アルミナセメント、石膏等が使用できる。
【００６５】
切断工程における切断の際には、上記積層体自体を回転させてもよい。積層体の回転数は１ｒｐｍ〜１０ｒｐｍの範囲とすることが好ましい。
【００６６】
分離後の切断ベース基板１０ａに残留する窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚さは、特に制限されるものではないが、５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚さが上記範囲内であると、後述する再生研磨工程を経ることにより、ひずみ層を除くことが可能になる。
【００６７】
また、窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚みは、上記範囲の中でも、下記に詳述する研磨工程において、研磨された窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｃを有する研磨基板（再生ベース基板１０ｃ）を作製する場合と、窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂを有さない研磨基板（（再生ベース基板１０ｂ）；元のベース基板１０が表面に露出する基板）を作製する場合とで、最適な厚みが異なる。次に、これらの再生ベース基板を作製する場合における、窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｂの好適な厚みについて説明する。
【００６８】
（分離工程：窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂを有さない研磨基板を作製する場合）
切断ベース基板１０ａから窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂを有さない研磨基板（再生ベース基板１０ｂ）を作製する場合には、前記ひずみ層が窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの内部で留まっている状態が最も好ましい。そのため、この場合には、分離工程における窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚さは、１〜３００μｍであることが好ましい。分離工程における窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚さがこの範囲内であることにより、研磨時間を短くすることができ、元のベース基板１０へのダメージ層の伝搬を抑制することができる。元のベース基板１０の使いまわしの回数を増やすことを考慮すると、窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂを有さない研磨基板（再生ベース基板１０ｂ）を作製する場合の、分離工程における窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚みは、２０〜２００μｍとすることがより好ましく、５０〜１５０μｍとすることがさらに好ましい。
【００６９】
（分離工程：研磨された窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｃを有する研磨基板を作製する場合）
また、切断ベース基板１０ａから窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｃを有する研磨基板（再生ベース基板１０ｃ）を作製する場合には、研磨により、窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂ表面にある前記ひずみ層を除去することが好ましい。そのため、この場合には、分離工程における窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚さは、２０〜３００μｍであることが好ましい。分離工程における窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚さがこの範囲内であることにより、研磨時間を短くすることができ、窒化アルミニウム薄膜層１１ｂの残存層にダメージ層が残らないようにすることが可能になる。再生ベース基板の使いまわしの回数を増やすことや、確実にダメージ層を除去することを考慮すると、窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｃを有する研磨基板（再生ベース基板１０ｃ）を作製する場合の分離工程における窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの厚みは、５０〜２５０μｍとすることがより好ましく、さらには１００〜２００μｍとすることが好ましい。
【００７０】
積層体を切断する前または後には、ベース基板１０／窒化アルミニウム単結晶層１１の外周に発生した多結晶を除去する目的、及び、外周形状を円形に整える目的で、外周研削工程を導入してもよい。また例えば、オリエンテーションフラットや基板外周端面に結晶面や傾斜面を出すための面取り加工等の、公知の基板加工を行ってもよい。再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃの主面のオフ角を変更する場合には、例えば切断時のワイヤーソウの主面に対応する結晶面に対する角度を適宜調整してもよい。また、窒化アルミニウム単結晶層１１の成長直後の表面には凹凸構造がみられる場合が多いため、切断前に平面出し研磨や化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行ってもよい。
【００７１】
（再生研磨工程）
再生研磨工程は、該薄膜が積層した切断ベース基板１０ａの薄膜１１ｂ側から、切断ベース基板１０ａの表面を研磨する工程である。再生研磨工程を経ることにより、再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃが作製される。
【００７２】
ベース基板１０上に成長する窒化アルミニウム単結晶層１１の品質には、成長過程において偶発的に発生する析出物および付着物や、結晶成長装置内部の部材劣化や変質に伴う不純物等により、局所的な劣化がみられる場合がある。このため、窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂを厚く残したまま再生研磨により再生ベース基板１０ｃを製造すると、窒化アルミニウム単結晶層薄膜１１ｂの局所的な劣化部位が残留する可能性が高くなる。ただし、その一方で、切断ベース基板１０ａからベース基板１０部分をその表面に露出させた再生ベース基板１０ｂを作製する場合には、該再生ベース基板１０ｂの厚みがそのベース基板としての使用を繰り返すごとに薄くなり、操作性が低下する場合がある。そのため、１つのベース基板を繰り返し長く使用する観点からは、研磨した薄膜部分を有する再生ベース基板１０ｃを作製することが好ましい。また、品質がより安定した窒化アルミニウム単結晶を成長する場合には、ベース基板１０部分が表面に露出した再生ベース基板１０ｂを作製することが好ましい。次に、これら再生ベース基板１０ｂおよび１０ｃについて説明する。
【００７３】
（再生研磨工程：ベース基板１０部分が表面に露出した再生ベース基板１０ｂ）
次工程の循環工程において、局所的な劣化が残存した再生ベース基板上に新たな窒化アルミニウム単結晶層１３を成長すると、残存した局所的な劣化部位が新たな窒化アルミニウム単結晶層１３に伝播し易くなる。局所的な劣化部位は偶発的に発生するため、新たな窒化アルミニウム単結晶層１３の結晶品質にバラツキが生じやすくなる。
【００７４】
したがって、より品質の安定した新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長するためには、再生研磨工程においては、分離工程によって得られた切断ベース基板１０ａを基板全面にわたってベース基板が露出するまで再生研磨し、再生ベース基板１０ｂを製造することが好ましい。次いで、循環工程において再生ベース基板１０ｂ上に新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長する。これにより、ベース基板１０上に窒化アルミニウム単結晶層１１を成長する際に偶発的な劣化部位が生じても、再生研磨工程により劣化部位を除去することができる。その結果、循環工程において再生ベース基板１０ｂ上に成長される新窒化アルミニウム単結晶層１３の品質はより安定することになる。さらには、循環工程を複数回繰り返して、ベース基板を繰り返し使用しても、安定した品質の窒化アルミニウム単結晶層（１１および１３）が得られるようになる。
【００７５】
ベース基板１０部分が表面に露出した再生ベース基板１０ｂを製造する形態の再生研磨工程では、窒化アルミニウム単結晶薄膜層１１ｂを全て除去する。切断ベース基板１０ａの表面には切断時にひずみ層が発生する。窒化アルミニウム単結晶薄膜層１１ｂが薄い場合には、ベース基板１０にまで切断時のひずみが伝播する可能性がある。このような場合には、窒化アルミニウム薄膜層１１ｂを除去し、さらに元のベース基板１０の表面まで研磨することにより、再生ベース基板１０ｂを作製することが好ましい。再生ベース基板１０ｂにひずみ層が残留する場合、次の循環工程において再生ベース基板１０ｂ上に成長する新窒化アルミニウム単結晶層１３の結晶品質が劣化する、あるいは残留応力により新窒化アルミニウム単結晶層１３にクラックが発生する。また、ひずみが残留するとトワイマン効果による基板の変形（そり）が生じるため、基板の取り扱いに一段の注意が必要となる。なお、再生ベース基板１０ｂにおけるひずみ層の有無については、前記準備工程のベース基板１０について説明した方法と同様の方法で確認することができる。具体的には、再生ベース基板１０ｂの主面（新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長させる面）が、（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面であり；該主面に対するＸ線の入射角度が４°以下である条件下で測定される、特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブ半値幅が、２００秒以下であることが好ましい。ここで、上記主面が（００１）面である場合には、特定結晶面は（１０３）面であり；上記主面が（１１０）面である場合には、特定結晶面は（１１４）面であり；上記主面が（１００）面である場合には、特定結晶面は（１０６）面である。再生ベース基板１０ｂの主面に対するＸ線の入射角度は、より好ましくは２°以下である。ただし、現在の測定技術を考慮すると、主面に対するＸ線の入射角度の下限は０．１°である。上記特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブ半値幅は、より好ましくは１００秒以下、さらに好ましくは６０秒以下である。該半値幅は１０秒以上であることが好ましい。なお、上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの測定においては、ゲルマニウム単結晶の（２２０）面で２回回折することにより単色化したＸ線源を用いることが好ましい。
【００７６】
再生研磨工程における、再生ベース基板１０ｂの厚さは、元のベース基板１０の厚さよりも０．１μｍ以上３００μｍ以下の範囲で薄いことが好ましい。ただし、再生ベース基板１０ｂ上に成長する新窒化アルミニウム単結晶層１３の品質安定性や、元のベース基板１０の繰り返し使用回数を増やす観点では、再生ベース基板１０ｂの厚さは、元のベース基板１０の厚さよりも５μｍ以上１００μｍ以下の範囲で薄いことがより好ましく、元のベース基板１０の厚さよりも１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲で薄いことがさらに好ましい。
【００７７】
（再生研磨工程：研磨された薄膜部分１１ｃを有する再生ベース基板１０ｃ）
次工程の循環工程において、研磨された薄膜部分１１ｃを有する再生ベース基板１０ｃ上に新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長する場合には、新窒化アルミニウム単結晶層１３の品質バラツキを抑えるため、該再生ベース基板１０ｃに積層される窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｂの厚さを所定の範囲内とすることが好ましい。上述の通り、ベース基板１０上に成長した窒化アルミニウム単結晶層１１には、偶発的に局所的な劣化部位が発生する可能性があるが、窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｂの膜厚を所定の範囲に収めることにより、局所的な劣化部位を排除できる可能性が高まる。さらに、研磨された薄膜部分１１ｃを有する再生ベース基板１０ｃを作製する形態によれば、元のベース基板１０は再生研磨工程を経ても初期の厚さを維持できるため、ベース基板１０を繰り返し使用する回数を増やすことができる。
【００７８】
再生研磨工程における、研磨された薄膜部分１１ｃを有する再生ベース基板１０ｃの厚さは、元のベース基板１０の厚さよりも０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲で厚いことが好ましい。すなわち、再生研磨後の窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｃの厚みが０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲であることが好ましい。ただし、再生ベース基板１０ｃ上に成長する新窒化アルミニウム単結晶層１３の品質安定性や、元のベース基板１０の繰り返し使用回数を増やす観点では、再生ベース基板１０ｃの厚さは、元のベース基板１０の厚さよりも２μｍ以上５０μｍ以下の範囲で厚いことがより好ましく、元のベース基板１０の厚さよりも５μｍ以上３０μｍ以下の範囲で厚いことがさらに好ましい。すなわち、再生研磨後の窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｃの厚みが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることがより好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲であることがさらに好ましい。
【００７９】
また、ひずみ層を再生研磨工程で除去するためには、切断ベース基板１１ｂの表面から１０μｍ超、より好ましくは３０μｍ以上、さらに好ましくは１００μｍ以上研磨することが好ましい。研磨量が多いほどひずみ層をより多く除去できるが、研磨量が多くなるほど産業上コストアップとなるため、研磨量は６００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。ひずみ層の有無については、前記準備工程のベース基板１０について説明した方法と同様の方法で確認することができる。具体的には、再生ベース基板１０ｃの主面（新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長させる面）が、（００１）面、（１１０）面、又は（１００）面であり；該主面に対するＸ線の入射角度が４°以下である条件下で測定される、特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブ半値幅が、２００秒以下であることが好ましい。ここで、上記主面が（００１）面である場合には、特定結晶面は（１０３）面であり；上記主面が（１１０）面である場合には、特定結晶面は（１１４）面であり；上記主面が（１００）面である場合には、特定結晶面は（１０６）面である。再生ベース基板１０ｃの主面に対するＸ線の入射角度は、より好ましくは２°以下である。ただし、現在の測定技術を考慮すると、主面に対するＸ線の入射角度の下限は０．１°である。上記特定結晶面のＸ線オメガ（ω）ロッキングカーブ半値幅は、より好ましくは１００秒以下、さらに好ましくは８０秒以下である。該半値幅は１０秒以上であることが好ましい。なお、上記特定結晶面のＸ線オメガロッキングカーブの測定においては、ゲルマニウム単結晶の（２２０）面で２回回折することにより単色化したＸ線源を用いることが好ましい。
【００８０】
（再生研磨工程：研磨の条件）
ベース基板１０部分が表面に露出した再生ベース基板１０ｂ、及び研磨された薄膜部分１１ｃを有する再生ベース基板１０ｃを作製するために切断ベース基板１０ａを研磨する条件としては、公知の条件を採用することができる。なお、この研磨条件と同じ条件を、窒化アルミニウム単結晶部分１１ａを研磨する場合にも採用することができる。
【００８１】
切断時のひずみ層を除去するため、再生研磨工程は化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により完了することが好ましい。ＣＭＰには公知の方法を採用することができる。研磨剤としては、シリカ、アルミナ、セリア、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンド等の材質を含む研磨剤を用いることができる。また、研磨剤の性状は、アルカリ性、中性、または酸性のいずれでもよい。ただし、窒化アルミニウムは、窒素極性面（−ｃ面）の耐アルカリ性が低いため、強アルカリ性の研磨剤よりも、弱アルカリ性、中性または酸性の研磨剤、具体的には、ｐＨ９以下の研磨剤を用いることが好ましい。もちろん、窒素極性面に保護膜を形成すれば強アルカリ性の研磨剤も問題なく使用することも可能である。研磨速度を高めるために酸化剤等の添加剤を研磨剤に配合することも可能である。研磨パットとしては市販のものを使用することができ、その材質および硬度は特に制限されない。
【００８２】
再生研磨工程における研磨は、例えばすべてＣＭＰにより行ってもよい。また例えば、切断ベース基板１０ａに積層された窒化アルミニウム薄膜層１１ｂの厚さが厚い場合には、事前に鏡面研磨ラッピング等の研磨速度の速い手段で所望の厚さ近くに調整した後に、ＣＭＰを行ってもよい。
【００８３】
再生研磨工程で得られる再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃは、基板厚さが薄くなる（ベース基板１０部分が表面に露出した再生ベース基板１０ｂの場合）、又は研磨された薄膜１１ｃを有する（再生ベース基板１０ｃの場合）以外は、前記ベース基板１０と同じものである。そのため、再生ベース基板１０ｂの特性は、ベース基板１０とほとんど変わらない。そのため、再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃのＸ線オメガロッキングカーブ半値幅や転位密度は、元のベース基板１０のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅や転位密度と同等とすることが可能である。分離工程において基板表面のオフ角が所望の角度よりも変動した場合には、再生ベース基板１０ｂ又は１０ｃの主面のオフ角を所望のオフ角に調整する研磨工程をさらに行ってもよい。
【００８４】
（循環工程）
循環工程は、該再生研磨工程で得られた窒化アルミニウム単結晶からなる再生ベース基板（１０ｂまたは１０ｃ）を、その研磨した表面に新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長させるベース基板として使用する工程である。循環工程は、再生ベース基板を新たなベース基板として用いて、上記準備工程、成長工程、分離工程、及び再生研磨工程を行うことを含むことが好ましい。循環工程を繰り返し行ってもよい。
【００８５】
循環工程において、再生ベース基板（１０ｂまたは１０ｃ）上に新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長する方法は、特に制限されるものではなく、成長工程に関連して上記説明した方法を採用することができる。本発明の窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法によれば、ベース基板１０（再生ベース基板１０ｂ、又は１０ｃ）を繰り返し使用することにより、品質の安定した窒化アルミニウム単結晶層（１１および１３）を有する積層体を製造することができ、さらに、該積層体から切断により得られた窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａの品質も安定したものとなる。
【００８６】
（窒化アルミニウム単結晶層１１の利用）
前記分離工程において、ベース基板１０から分離された窒化アルミニウム単結晶層１１は、窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａとして使用することができる。分離した窒化アルミニウム単結晶層１１ａは、公知の研削加工や研磨加工を経た後に、少なくとも片方の表面をエピレディ（気相成長法により新たな層を形成できる程度に十分平坦な表面であること。）の状態に仕上げた後、電子デバイスや発光素子層の形成に供することができる。電子デバイスや発光素子層の形成にあたっては、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法等の公知の方法を採用できる。また、エピレディの状態に仕上げた窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａが元のベース基板１０と同じ特性を有するのであれば、該窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを新たなベース基板として用いて、さらにその上に窒化アルミニウム単結晶層を成長することもできる。ただし、分離工程のたびに新たに得られる窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを次のベース基板として使用することを繰り返すと、元のベース基板の特性とは異なる特性の窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａとなる可能性が高くなる。そのため、分離工程のたびに新たに得られる窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを次のベース基板として使用しないことが好ましい。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００８８】
＜実施例１＞
本実施例は、ベース基板１０部分が表面に露出した再生ベース基板１０ｂを作製する実施形態を採用して、１つのベース基板を繰り返し使用して窒化アルミニウム単結晶層（１１および１３）を得た実施例である。【００８９】
（準備工程）
ベース基板１０として直径２５ｍｍ、厚さ５００μｍ、主面の面方位（００１）面、主面のｍ軸方向へのオフ角０．３°、主面のａ軸方向へのオフ角０．０５°、基板表面の曲率半径１２ｍ、表面粗さ０．１２ｎｍ、転位密度（エッチピット密度）２×１０４ｃｍ−２、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１２秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１１秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅４６秒、主面に平行な（００２）結晶面の曲率半径１２ｍである、昇華法により製造された窒化アルミニウム単結晶基板を用いた。【００９０】
基板表面の曲率半径は、白色干渉顕微鏡（Ｚｙｇｏ社製ＮｅｗＶｉｅｗ７３００）を用いて対物レンズ１０倍にて基板全面測定を行うことにより得られた顕微鏡像から外周１ｍｍを除いた直径２３ｍｍの範囲の表面形状プロファイルから得た。（００２）面（傾斜結晶面）と（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブは、薄膜Ｘ線回折装置（Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製Ｘ‘Ｐｅｒｔ  ＭＲＤ）に１／２°スリットを装着したＧｅ（２２０）四結晶単色化モジュールとＸｅ比例係数管検出器を使用して測定した。（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブは、薄膜Ｘ線回折装置（Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製Ｘ‘Ｐｅｒｔ  ＭＲＤ）に１／８°スリットを装着したＧｅ（２２０）二結晶単色化モジュール（ハイブリッドモジュール）とＸｅ比例係数管検出器を使用して測定した。（００２）結晶面（主面に平行な結晶面）の曲率半径については、薄膜Ｘ線回折装置（Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製Ｘ‘Ｐｅｒｔ  ＭＲＤ）に１／２°スリットを装着したＧｅ（２２０）四結晶単色化モジュールとＸｅ比例係数管検出器を使用し、基板中心を０ｍｍ位置として、中心から±８ｍｍの位置にステージを移動させてＸ線オメガロッキングカーブを測定し、そのピーク位置とＸ線照射光学系の位置関係から結晶面の曲率半径を算出した。転位密度は、水酸化カリウムと水酸化ナトリウムを重量比１：１で秤量し、白金るつぼ内（るつぼ内温度４５０℃）で溶融させてなるアルカリ融液を用いて成長面を５分間エッチングした後、基板表面を、微分干渉顕微鏡を用いて５視野（倍率５００倍）で観察し、発生したピットの個数をカウントし、カウントしたピットの個数を観察視野面積で除することにより算出した。【００９１】
（成長工程）
図３に示す結晶成長装置（ＨＶＰＥ装置）を用いて、前記準備工程で準備したベース基板１０上に窒化アルミニウム単結晶層１１を成長した。ベース基板１０をサセプタ３２上に設置した。次いで、押し出しキャリアガス導入口３３から、反応管内部雰囲気の全体を押し流すためのガスとして、水素と窒素を７：３の割合で混合した水素窒素混合キャリアガス９０００ｓｃｃｍを流した。また、成長中の反応器３０の圧力は０．９９ａｔｍに保持した。【００９２】
窒素源ガス導入口４３からアンモニアガス２０ｓｃｃｍ及び水素キャリアガス１６０ｓｃｃｍを、追加ハロゲン系ガス供給ノズル４４から塩化水素ガス２０ｓｃｃｍをそれぞれ供給し、窒素源ガス供給ノズル４５からベース基板１０が設置された成長部反応域３１へ計２００ｓｃｃｍの混合ガスを供給した。この際、アンモニアガスと塩化水素ガスとの反応生成物である塩化アンモニウムが析出しないように、窒素源ガス供給ノズル４５の温度は５００℃に調整した。また、バリアガスノズル（不図示；窒素源ガス供給ノズル４５、及びハロゲン化アルミニウムガス供給ノズル４２との間からバリアガスを供給できるように配置されたノズル。）から窒素ガス１５００ｓｃｃｍを供給した。【００９３】
上記ガス供給条件で、ベース基板１０を１５５０℃に加熱した。その後、追加ハロゲン系ガス供給管４１から塩化水素ガス１１４ｓｃｃｍを供給し、原料発生用ハロゲン系ガス導入管３９から水素窒素混合キャリアガス１６８６ｓｃｃｍを供給することにより、ハロゲン化アルミニウムガス供給ノズル４２から合計１８００ｓｃｃｍの混合ガスを供給した。【００９４】
追加ハロゲン系ガス供給管４１からの塩化水素ガスの供給を開始して２０秒後に、原料発生用ハロゲン系ガス導入管３９から供給していた水素−窒素混合キャリアガスのうち１８ｓｃｃｍ分を塩化水素ガスに切り替え、原料部外部加熱手段３５によってあらかじめ４００℃に加熱されているアルミニウム原料４０と反応させ塩化アルミニウムガスを発生させた。発生した塩化アルミニウムガスがハロゲン化アルミニウムガス供給ノズル４２からベース基板１０上に供給されることにより、結晶成長が開始した。【００９５】
上記条件のガス流量とベース基板温度でベース基板１０上に窒化アルミニウム単結晶層１１を８６０μｍ成長した。窒化アルミニウム単結晶層１１の成長後、塩化アルミニウムガス、アンモニアガス、及び塩化水素ガスの供給を停止して基板を室温まで冷却した。得られた窒化アルミニウム単結晶層１１を評価したところ、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１３秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１２秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅５４秒であった。【００９６】
（分離工程）
成長後の窒化アルミニウム単結晶層を有する積層体を、遊離砥粒を用いたワイヤーソウを用いて、切断面がベース基板表面と平行になるように、窒化アルミニウム単結晶層の一部の薄膜１１ｂが積層したベース基板（切断ベース基板１０ａ）とそれ以外の窒化アルミニウム単結晶層部分１１ａとに分離した。切断時の切りしろは２８０μｍであり、窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａの厚さは５００μｍであり、切断ベース基板１０ａに積層されている窒化アルミニウム単結晶層の残膜１１ｂの厚さは８０μｍであった。【００９７】
（再生研磨工程）
前記切断後の切断ベース基板１０ａの成長層側の表面には、ソウマーク（波状痕）がみられたため、ソウマークを除去する平坦面出しを行い、さらにＣＭＰ研磨によりひずみ層を除去した。ＣＭＰにより得られた再生ベース基板１０ｂの厚みは４９８μｍであり、窒化アルミニウム単結晶層の残膜１１ｂが除去されていた。【００９８】
再生ベース基板１０ｂを評価したところ、元のベース基板１０とほぼ同様の結果であり、主面の面方位は（００１）面、主面のｍ軸方向へのオフ角０．３５°、主面のａ軸方向へのオフ角０．１５°、基板表面の曲率半径１０ｍ、表面粗さ０．１１ｎｍ、転位密度（エッチピット密度）２×１０４ｃｍ−２、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１２秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１１秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅４８秒、主面に平行な（００２）結晶面の曲率半径１２ｍであった。【００９９】
（循環工程）
成長時間を変化させた以外は上記成長工程で採用した原料供給条件と同様にして、前記再生ベース基板１０ｂ上に新たな窒化アルミニウム単結晶層１３を１２１０μｍ成長した。得られた新窒化アルミニウム単結晶層１３を評価したところ、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１２秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１１秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅５３秒であり、元のベース基板１０上に成長させた窒化アルミニウム単結晶層１１とほぼ同様の品質であった。【０１００】
以降、分離工程、再生研磨工程、循環工程を同様に実施してベース基板１０を繰り返し使用し、新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長した。その結果を表１にまとめた。新窒化アルミニウム単結晶層１３の膜厚（成長時間のみ変更）、窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｂの膜厚（切断後の残存層の厚みを変えただけであり、他の条件は同じである）は、サイクル毎に数値に変わっているが、品質が安定した新窒化アルミニウム単結晶層１３が得られ、デバイスに使用する上で十分な品質の窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを１枚のベース基板から複数供給できた。なお、良好な品質の評価、及びばらつきがないことについては、窒化アルミニウム単結晶層１１、新窒化アルミニウム単結晶層１３のＸ線オメガロッキングカーブの半値幅（（００２）面（傾斜結晶面）、（１０１）面（傾斜結晶面）、（１０３）面（特定結晶面））の値、及びばらつきで評価した。【０１０１】
本実施例では、元のベース基板１０の表面が露出するまで再生研磨を行うため、再生ベース基板１０ｂの厚さはサイクル毎に減少するが、いずれの再生ベース基板１０ｂの評価結果も、元のベース基板の値とほぼ同様であり、種結晶として十分に機能することが明かであった。【０１０２】
＜実施例２＞
本実施例は、研磨された窒化アルミニウム単結晶薄膜部分１１ｃを有する再生ベース基板１０ｃを作製する実施形態を採用して、１つのベース基板を繰り返し使用して窒化アルミニウム単結晶厚膜（１１および１３）を成長させた場合の実施例である。【０１０３】
（準備工程・成長工程）
ベース基板１０としては実施例１と同様の昇華法により製造された窒化アルミニウム単結晶基板を使用し、このベース基板１０上に実施例１の成長工程と同様に窒化アルミニウム単結晶層１１を８８０μｍ成長した。得られた窒化アルミニウム単結晶厚膜１１を評価したところ、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１８秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１４秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅６０秒であった。【０１０４】
（分離工程）
成長後の窒化アルミニウム単結晶厚膜１１を有する積層体を、実施例１の分離工程と同様に窒化アルミニウム単結晶層の一部の薄膜１１ｂが積層したベース基板（切断ベース基板１０ａ）とそれ以外の窒化アルミニウム単結晶層部分１１ａとに分離した。切断時の切りしろは２８０μｍであり、窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａの厚さは５１０μｍであり、切断ベース基板１０ａに積層されている窒化アルミニウム単結晶層の残膜１１ｂの厚さは９０μｍであった。【０１０５】
（再生研磨工程）
前記切断後の切断ベース基板１０ａの成長層側の表面には、ソウマークがみられたため、ソウマークを除去する平坦面出しを行い、さらにＣＭＰ研磨によりひずみ層を除去した。ＣＭＰにより得られた再生ベース基板１０ｃの厚みは５０４μｍであり、窒化アルミニウム単結晶層の残膜１１ｃが４μｍ残存した再生ベース基板１０ｃを得た。この再生ベース基板１０ｃを評価したところ、元のベース基板１０とほぼ同様の結果であり、主面の面方位は（００１）面、主面のｍ軸方向へのオフ角０．２９°、主面のａ軸方向へのオフ角０．０４°、基板表面の曲率半径１１ｍ、表面粗さ０．１３ｎｍ、転位密度（エッチピット密度）５×１０４ｃｍ−２、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１９秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１４秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅６３秒、主面に平行な（００２）結晶面の曲率半径１２ｍであった。【０１０６】
（循環工程）
成長時間を変化させた以外は成長工程で実施した原料供給条件と同様にして、前記再生ベース基板１０ｃ上に新たな窒化アルミニウム単結晶層１３を１１７０μｍ成長した。得られた新窒化アルミニウム単結晶層１３を評価したところ、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅２０秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１５秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅６６秒であり、元のベース基板１０上に成長させた窒化アルミニウム単結晶厚膜１１よりごくわずかの数値悪化がみられたが、デバイスに使用する上では十分使用可能な品質であった。【０１０７】
以降、分離工程、再生研磨工程、循環工程を同様に実施してベース基板１０を繰り返し使用し、新窒化アルミニウム単結晶層１３を成長した。その結果を表１にまとめた。新窒化アルミニウム単結晶層１３の膜厚（成長時間のみ変更）、窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｂの膜厚（切断後の残存層の厚みを変えただけであり、他の条件は同じである）、研磨された窒化アルミニウム単結晶薄膜部分１１ｃの膜厚（窒化アルミニウム単結晶薄膜１１ｂの膜厚が変わったため変化しているが、研磨条件、研磨量は同じである）は、サイクル毎に数値が変化しているが、顕著な結晶品質の悪化は見られず、良好な品質の新窒化アルミニウム単結晶層１３が得られた。なお、良好な品質の評価、及びばらつきがないことについては、窒化アルミニウム単結晶層１１、新窒化アルミニウム単結晶層１３のＸ線オメガロッキングカーブの半値幅（（００２）面（傾斜結晶面）、（１０１）面（傾斜結晶面）、（１０３）面（特定結晶面））の秒数、ばらつきで評価した。【０１０８】
本実施例では、元のベース基板１０の表面を露出させないように、窒化アルミニウム単結晶薄膜部分１１ｃが残存するように再生研磨を行うため、繰り返し使用のサイクルを経ても再生ベース基板１０ｃの厚さが維持される。このため、デバイスに使用する上では十分な品質の窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを１枚のベース基板から多数供給することが可能となった。【０１０９】
＜比較例＞
本比較例は、分離工程のたびに窒化アルミニウム単結晶層１１（新窒化アルミニウム単結晶層１３）から得られる窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａを次のベース基板として使用し、成長された窒化アルミニウム単結晶層１１、１３の品質、品質のばらつきを確認した例である。図４は、本比較例における各工程を説明する図である。【０１１０】
（成長工程）
ベース基板１０としては実施例１と同様の昇華法により製造された窒化アルミニウム単結晶基板を使用し、このベース基板１０上に実施例１の成長工程と同様に窒化アルミニウム単結晶層１１を９６０μｍ成長した。得られた窒化アルミニウム単結晶厚膜１１を評価したところ、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１５秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１４秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅６２秒であり、元のベース基板１０上への窒化アルミニウム単結晶層１１の成長であるため、実施例と同様の結晶性のものが得られた。【０１１１】
（分離工程）
成長後の窒化アルミニウム単結晶厚膜１１を有する積層体を、実施例１の分離工程と同様にして、窒化アルミニウム単結晶層の一部の薄膜１１ｂが積層したベース基板（切断ベース基板１０ａ）とそれ以外の窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａとに分離した。切断時の切りしろは２７０μｍであり、窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ａの厚さは６１０μｍであった。【０１１２】
（再生研磨工程）
前記切断後の窒化アルミニウム自立基板１１ａのベース基板側の表面には、ソウマークがみられたため、ソウマークを除去する平坦面出しを行った。また、窒化アルミニウム自立基板１１ａの成長面側についてもダイヤラップ研磨による平坦面出しとＣＭＰ研磨を行い、ひずみ層を除去した。切断面のソウマーク除去のために５０μｍ研磨し、成長面側をＣＭＰで８０μｍ研磨した結果、再生研磨後の窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ｄの厚みは４８０μｍとなった。窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ｄを評価したところ、ベース基板１０上に成長工程で得た窒化アルミニウム単結晶層１１とほぼ同様の結果であり、主面の面方位は（００１）面、主面のｍ軸方向へのオフ角０．３１°、主面のａ軸方向へのオフ角０．０３°、基板表面の曲率半径１０ｍ、表面粗さ０．１５ｎｍ、転位密度（エッチピット密度）８×１０４ｃｍ−２、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１６秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅１３秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅７３秒、主面に平行な（００２）結晶面の曲率半径１１ｍであった。【０１１３】
（循環工程；窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ｄを新たなベース基板として使用）
実施例１、２における再生ベース基板１０ｂ、１０ｃに代えて、前記再生研磨工程で得た窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ｄを新たなベース基板とし、成長時間を変化させた以外は成長工程で実施した原料供給条件と同様にして、前記窒化アルミニウム単結晶自立基板１１ｄ上に新たな窒化アルミニウム単結晶層１４を９５０μｍ成長した。得られた新窒化アルミニウム単結晶層１４を評価したところ、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅３５秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅３０秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅８０秒であり、元のベース基板１０上に成長させた窒化アルミニウム単結晶厚膜１１よりわずかに結晶性が悪化した。【０１１４】
（２回目の分離工程）
成長後の新窒化アルミニウム単結晶層１４を有する積層体を、実施例１の分離工程と同様に新窒化アルミニウム単結晶層の一部の薄膜１４ｂが積層した切断ベース基板とそれ以外の新窒化アルミニウム単結晶自立基板１４ａとに分離した。切断時の切りしろは２５０μｍであり、新窒化アルミニウム単結晶自立基板１４ａの厚さは６４０μｍであった。【０１１５】
（２回目の再生研磨工程）
前記切断後の窒化アルミニウム自立基板１４ａのベース基板側の表面には、ソウマークがみられたため、ソウマークを除去する平坦面出しを行った。また、新窒化アルミニウム自立基板１４ａの成長面側についてもダイヤラップ研磨による平坦面出しを行い、さらにＣＭＰ研磨を行ってひずみ層を除去した。切断面のソウマーク除去のために６５μｍ研磨し、成長面側をＣＭＰで９０μｍ研磨した結果、再生研磨後の窒化アルミニウム単結晶自立基板１４ｄの厚みは４８５μｍとなった。新窒化アルミニウム単結晶自立基板１４ｄを評価したところ、循環工程で得た新窒化アルミニウム単結晶層１４とほぼ同様の結果であり、主面の面方位は（００１）面、主面のｍ軸方向へのオフ角０．２２°、主面のａ軸方向へのオフ角０．１０°、基板表面の曲率半径１２ｍ、表面粗さ０．１４ｎｍ、転位密度（エッチピット密度）９×１０４ｃｍ−２、（００２）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅３６秒、（１０１）面（傾斜結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅２８秒、（１０３）面（特定結晶面）のＸ線オメガロッキングカーブ半値幅７７秒、主面に平行な（００２）結晶面の曲率半径１１ｍであった。【０１１６】
以降、分離工程、再生研磨工程、循環工程を同様に実施して、窒化アルミニウム単結晶自立基板１４ａを繰り返し使用し、窒化アルミニウム単結晶層１４´を成長した。すなわち、分離工程のたびに新たに得られる新窒化アルミニウム単結晶自立基板を新たなベース基板として用いて、該新たなベース基板上に新窒化アルミニウム単結晶層を成長させることを繰り返した。その結果を表１にまとめた。繰り返し使用のサイクルを増やすと、新たな窒化アルミニウム単結晶層１４´に結晶品質の悪化が見られ、特に４サイクル目以降において品質の低下が顕著であった。【０１１７】
【表１】
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【符号の説明】
【０１１８】
１０      ベース基板
１０ａ    切断ベース基板
１０ｂ    再生ベース基板
１０ｃ    再生ベース基板（窒化アルミニウム単結晶残存薄膜あり）
１１      窒化アルミニウム単結晶層
１１ａ    窒化アルミニウム単結晶自立基板
１１ｂ    窒化アルミニウム単結晶薄膜（切断後の残存層）
１１ｃ    窒化アルミニウム単結晶薄膜（再生研磨後の残存層）
１１ｄ    窒化アルミニウム単結晶自立基板（再生研磨後）
１２      研磨領域
１３      新窒化アルミニウム単結晶層（再生ベース基板上の成長層）
１４、１４´  新窒化アルミニウム単結晶層（窒化アルミニウム自立基板上の成長層）
１４ａ    新窒化アルミニウム自立基板（切断後）
１４ｂ    新窒化アルミニウム単結晶層の一部の薄膜（切断後の残存層）
１４ｄ    新窒化アルミニウム自立基板（再生研磨後）
２１      成長工程
２２      分離工程
２３      再生研磨工程
２４      循環工程（再生ベース基板上への成長）
３００    気相成長装置（ＨＶＰＥ装置）
３０      反応管
３１      成長部反応域
３２      サセプタ
３３      押し出しキャリアガス導入部
３４      排気部
３５      原料部外部加熱手段
３６      成長部外部加熱手段
３７      高周波加熱コイル
３８      原料部反応管
３９      原料発生用ハロゲン系ガス導入管
４０      アルミニウム原料
４１      追加ハロゲン系ガス導入管
４２      ハロゲン系原料ガス供給ノズル
４３      窒素源ガス導入管
４４      追加ハロゲン系ガス（窒素源ガス用）導入管
４５      窒素源ガス供給ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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