JP2014507363A - 多結晶質窒化アルミニウム焼結体の熱膨張処理、および半導体製造へのその応用 - Google Patents

Abstract

半導体デバイスの作製に有益な方法および材料が開示される。特定の実施形態において、それと組み合わせることのできるさらなる材料と熱的に一致した多結晶質窒化アルミニウム基板を処理する方法が開示される。たとえば、この多結晶質窒化アルミニウム基板は、半導体材料の熱膨張係数および／または半導体材料の成長基板として使用することのできる材料にほぼ一致するＣＴＥを有するよう処理することができる。本発明は、同様に、熱処理基板および熱処理基板を使用して成長する半導体材料を組み込むデバイスをも含む。この熱処理基板は、半導体作成方法における構成要素の層および材料の間のＣＴＥの不一致から起こる損傷により引き起こされる問題を解決する利点がある。
【選択図】なし

Description

本発明は、さらなる工程または使用時に熱膨張に関連する層の損傷の発生を低減または除去するように、基板に関連する１つ以上の層を熱的に一致させるよう処理した多結晶質窒化アルミニウムに関連する。より詳細には、この多結晶質窒化アルミニウム基板は、これら基板と関連する層の熱膨張係数（ＣＴＥ）にほぼ一致するＣＴＥを有するよう処理される。このような熱膨張工学は、たとえば、多相多結晶質窒化アルミニウム基板のＣＴＥが、実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥと適切に異なり、好ましくは、１つ以上の多結晶質窒化アルミニウム基板と関連する層のＣＴＥにほぼ一致するように（第１の窒化ナトリウム相に加えて）第２相材料を導入または形成することを含むことができる。

これまで、高性能であり低コストの電子デバイス、光学デバイスおよび光電子デバイス構造が望む声が高まっている。一般に、このような構造は、堆積フィルムのエピタキシャルテンプレートとして作用する基板上の結晶質薄膜の堆積により、調製することができる。しかしながら、このようなデバイス構造の最適化は、使用される基板の材料の物理的特性により制限されることがある。

適した基板を商業的に利用することが難しく、また適した基板の生産費用が法外に高額であることから、現在、接合層およびそれらの基板の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）を最適に一致させることは難しい。たとえば、ＧｅおよびＩｎＰ基板は、それぞれ、地球上および宇宙空間光電池で使用されるＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓなどのフィルムに、十分に格子整合される。しかしながら、これら基板材料の費用は、シリコンなどの競合基板と比較して比較的高額である。同様に、バルクＧａＮ基板は、ＧａＮベースフィルムが堆積することが好ましいが、ＧａＮベースフィルムは、従来、サファイアまたはＳｉＣなどの非格子整合基板上に従来堆積されるため、バルクＧａＮ基板には高い費用がかかる。しかしながら、ＧａＮフィルムおよびサファイアまたはＳｉＣ基板の間の整合格子およびＣＴＥの不一致は、このような基板の性能を限定するため、このことは、理想的ではない。

高強度で、酸化抵抗が高く、熱衝撃抵抗、高熱伝導性、低電気伝導性、および液体金属による腐食に対する抵抗などの多結晶質ＡＩＮの有益な特性の観点から、特に、電子的、光学的および光電子デバイス構造の特性において比較的低コストの基板として多結晶質窒化アルミニウム基板は、特に有益である。しかしながら、多結晶質質窒化アルミニウム基板およびこの基板と接合した他の層の間の熱膨張の不一致などの問題が、デバイス作成において多結晶質ＡＩＮ基板を使用する場合に起こる可能性がある。したがって、多結晶質の非常に有益な特徴を提供する基板を有し、同様に、基板および基板に接合する層との間のＣＴＥ不一致に関連する問題を解決することが非常に有益である。

本発明は、半導体技術に関して使用することのできる材料および方法を提供する。より詳細には、半導体デバイスおよび／または半導体デバイスの調製に使用される基板材料の異なる層に使用される材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致から起こる材料の物的損失を低減することにより半導体製造を改善した材料および方法を提供する。本発明は、特に、成長層、または成長層および成長した半導体層上に形成された半導体材料に移すことのできる成長層のＣＴＥにほぼ一致できるようにカスタマイズされたＣＴＥを有するよう熱的に処理することのできる多結晶質窒化アルミニウムベース基板を提供できることに関連した特徴を有し得る。

ある実施形態において、本発明は、半導体材料の調製または半導体材料の調製において使用される中間基板の調製に使用することのできる熱処理基板を提供する。いくつかの実施形態において、この熱処理基板は、第１の相としての多結晶質窒化アルミニウムを含む多相材料を含むことができる。この多相材料は、同様に、全体の基板のＣＴＥを変えるよう機能する１つ以上のさらなる相をも含む。好ましくは、このさらなる相は、この基板が、同一の温度で、実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥよりも約１０％以上の差で異なるＣＴＥを有するように十分な量で存在する。この多相材料は、多様な工程により形成される。たとえば、この多相材料は、押圧した材料または押圧および焼結した材料であり得る。別の例では、本発明は、テープ成形などの他の製造方法に適用されてもよい。

いくつかの実施形態において、この熱処理基板は、第２の相として、ＡｌＮと化学的に反応せず、かつ、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有する追加の材料を含み得る。たとえば、この第２の相を、基板の約５重量％以上含むことができる。１つの実施形態において、この第２の相は、窒化チタンを含み得る。同様に、他の材料を使用してもよい。

他の実施形態において、この熱処理基板は、第２の相として、ＡＩＮおよび追加の材料（すなわち、前駆材料）の間の反応生成物を含むことができ、この反応生成物は、同一の温度で、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有する。さらに、この第２の相材料反応生成物を、基板の約５重量％以上含むことができる。たとえば、この第２の相は、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの間の反応の生成物を含み得る。同様に、他の反応生成物が第２の相を含んでもよい。

特定の実施形態において、この熱処理基板において、他の材料のＣＴＥとほぼ一致するＣＴＥを表すように形成することができる。たとえば、１つの実施形態において、この基板は同一の温度で実質的に純粋な窒化ガリウムのＣＴＥの約２５％以内であるＣＴＥを有し得る。さらなる実施形態において、この値をより近似することができる。

いくつかの実施形態において、本発明は、基板上の半導体材料の成長に有益である中間基板組成物に特に関連する。特に、この中間基板は、この成長層に熱的に一致する多結晶質窒化アルミニウム基板を被覆する半導体成長層を含み得る。たとえば、半導体成長層および多結晶質ＡＩＮベース基板は、それぞれ、同一の温度で実質的に純粋な多結晶質ＡＩＮのＣＴＥと異なる（たとえばこれを超える）熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し得る。実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも低いＣＴＥを有する成長層が使用される場合、同様に、本発明により、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも低いＣＴＥを有するよう熱処理された多結晶質ＡＩＮベース基板を使用することが可能である。例として、特定の実施形態において、多結晶質ＡＩＮベース基板は、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥを約１０％以上の差で超えるＣＴＥを有することができる。他の実施形態において、この多結晶質ＡＩＮベース基板のＣＴＥが、同一の温度で半導体成長層のＣＴＥの約２５％以内とすることができる。当然、この多結晶質ＡＩＮベース基板は、実質的に純粋なＡＩＮと比較して、半導体成長層と比較して、または成長した半導体層と比較して、ＣＴＥ値をさらに表すように熱処理されることもあり得る。このことは、本明細書中の他の部分にも記載されるものとする。

この半導体成長層は、基板上の成長する半導体に有益であるいずれかの材料を含み得る。特定の実施形態において、半導体成長層は、窒化ガリウムなどのIII族の窒化物質を含み得る。好ましい実施形態において、この成長層は、単一の結晶材料であってもよい。当然、この成長層の特定の組成物は、成長層のＣＴＥを決定するものであり、かつこの多結晶質ＡＩＮベース基板は、このようなＣＴＥにほぼ一致するよう処理され得る。

ある実施形態において、この多結晶質ＡＩＮベース基板は、第１の相の構成要素として多結晶質ＡＩＮを含み得、かつ第２の相の構成要素（およびＣＴＥをカスタマイズするために有益であるものとしての、第３の相の構成要素またはそれ以上の相）をさらに含み得る。好ましくは、この第２の相構成要素（またはさらなる層）を含むことにより、ベース層の基板の全体のＣＴＥを望ましい範囲に変える。たとえば、第２の相構成要素は、ＡＩＮと化学的に反応せず、かつ同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なる（たとえばより大きい）ＣＴＥを有する追加の材料を含み得る。前述のように、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも低いベース層のＣＴＥが望ましい場合には、この第２の相構成要素は、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも低いＣＴＥを有する材料を含み得る。特定の実施態様において、追加の材料は、窒化チタンを含み得る。

さらなる実施形態において、第２の相構成要素は、ＡＩＮおよび追加の材料（すなわち前駆材料）の間の反応の生成物を含み得る。好ましくは、この追加の材料は、第２の相の反応生成物が、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮよりも大きい（または望ましい場合にはより小さい）ＣＴＥを有するように選択される。いくつかの実施形態において、このベース基板が、前駆材料の含有物が全く存在せず、かつ実質的にＡＩＮおよびこの反応生成物または生成物を含むため、十分な反応時間の経過後に、実質的にすべての追加的な前駆材料が、反応し除去されることが望ましい。使用されるＡＩＮの純度により、微小な不純物の含有が、本明細書の他の部分に記述されるように残存していてもよい。他の実施形態において、この前駆材料の含有物の中には、反応の終了後に、ベース基板の中に残存してよい場合もある。この最終的ベース基板のＣＴＥを、ＡＩＮおよび添加剤、形成された反応生成物の含有物ならびに残存する反応していない前駆材料の含有物の知られている反応化学量論に基づき計算することができる。１つの実施形態において、この反応生成物は、ＡＩＮおよび酸化アルミニウムの間の反応生成物であり得る。

ベース基板および成長層に加え、本発明による中間基板は、半導体成長層および多結晶質ＡＩＮベース基板の間に位置し、または半導体成長層を被覆するように位置する１つ以上の追加的な層をさらに含んでもよい。さらに本明細書中に記載されるように、１つ以上のさらなる層が、半導体層の成長に有益であってもよく、中間基板上に成長した半導体層の特性を変化させることが有益であってもよく、または、このベース基板に対しての成長層の接合を容易にしてもよい。

ある実施形態において、本発明は、特に本明細書に記述される中間基板を使用して形成されるデバイスに関することができる。たとえば、このデバイスは、電子デバイス、光デバイスおよび光電子デバイスからなる群から選択することができる。この特定の実施形態において、この装置は、発光ダイオード、レーザダイオード、高電子移動度トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、ＲＦ電力増幅器、配電網用の高電圧スイッチング装置、光電検出器、太陽電池、スピン伝導電子装置（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、集積ロジック／化合物半導体デバイスおよび類似のデバイスからなる群から選択され得る。本明細書に記述される半導体デバイスを組み込む本発明により得られるより特定の製品は、カラーディスプレイ（たとえば、テキストおよびビデオディスプレイ）、交通信号、自動車照明、航空照明、商用照明、住居照明、赤外線リモートデバイス、画像スキャナ、ビデオデバイス、写真デバイス、（医療機器、コンピュータデバイス、およびゲームデバイス）などのセンサー、タッチスクリーン、紫外線殺菌および殺菌デバイス、紫外線治療デバイス、プリンター、機械式ビジョンデバイス（たとえば、バーコードスキャナ）、および高密度光記憶ディスクからなる群から選択され得る。

さらなる実施形態において、本発明は、基板上での半導体材料の成長用の多結晶質ＡＩＮ基板を調製する方法に関連し得る。特定の実施形態において、このような方法は、以下の、ＡＩＮ粒子のＣＴＥと異なるＣＴＥを有する第２の相の含有物と第１の相のＡＩＮを組み合わせるステップおよび同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する多相ＡＩＮ材料を形成するための多結晶質ＡＩＮ基板を形成する材料を処理するステップを含むことができる。より詳細には、このような処理は、ＡＩＮ粒子および第２の相の粒子を押圧し、押圧されたスラグを形成し、押圧したスラグを焼結し、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する焼結した多相ＡＩＮ材料を形成することを含んでもよい。上述のように、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥおよび第２の相材料のＣＴＥの間の範囲内のＣＴＥを有する合成材料を得るために、ＡＩＮおよび第２の相材料の組み合わせを、知られている第２の相材料のＣＴＥに基づいて計算することができる。１つの実施形態において、ＣＴＥを変えるためのＡＩＮのとの組み合わせのための適切な添加剤の例が、ＴｉＮである。好ましくは、この処理された多結晶質多相ＡＩＮベース基板のＣＴＥが、多相ＡＩＮ材料上を被覆する異なる材料のＣＴＥとほぼ一致する。たとえば、焼結した多相ＡＩＮ材料は、ＧａＮなどのIII族窒化物材料のＣＴＥとほぼ一致する特定の範囲内にあるＣＴＥを有するよう処理されてもよい。

多結晶質多相ＡＩＮ材料の調製において、特定の処理パラメータを実施してもよい。たとえば、いくつかの実施形態において、この押圧ステップは、適用された熱がない状態で実行されてもよい。さらなる実施形態において、この焼結ステップは、周囲ガスが取り除かれたチャンバー内で実行されてもよく、好ましくは、Ｎ_２雰囲気内で実行され得る。他の実施形態において、本方法は、焼結した多相ＡＩＮ材料の表面の少なくとも１つの研磨することをさらに含み得る。

ある実施形態において、多結晶質ＡＩＮ基板を調製するさらなる方法が、反応生成物の形成を引き出すことを含み得る。たとえば、このような方法は、以下の、ＡＩＮと反応する前駆材料の含有物と第１の相を組み合わせて、ＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する第２の相反応生成物を形成するステップと、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する第２の相反応生成物を形成するステップと、この材料をさらに処理し、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する多相ＡＩＮ材料を形成するステップとを含む。いくつかの実施形態において、さらなる工程が、これらと組み合わされた反応生成物（および前駆材料）とＡＩＮを共に押圧し、押圧されたスラグを形成することと、押圧したスラグを焼結して、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する焼結した多相ＡＩＮ材料を形成することを含むことができる。このような方法を、上述および本明細書にさらに記述されるように、特定の処理パラメータを使用して実行してもよい。１つの実施形態において、実質的に純粋なＡＩＮと異なるＣＴＥを有する１つ以上の反応生成物用との反応のための適切な前駆材料の例は、Ａｌ_２Ｏ_３である。

さらなる実施形態において、本発明は、同様に、基板上の半導体物質の成長に有益な中間基板を調製する方法を提供し得る。特に、本方法は、本明細書に記述される熱処理された多結晶質窒化アルミニウム上の半導体成長層を被覆することを含む。たとえば、このような方法は、以下の、同一の温度で実質的に純粋な多結晶質ＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する多結晶質ＡＩＮベース基板を提供するステップと、半導体成長層をベース基板に被覆するステップとを含む。特定の実施形態において、この多結晶質ＡＩＮベース基板は、同一の温度で半導体成長層のＣＴＥのある範囲内であるＣＴＥを有するよう処理された基板であり得る。したがって、半導体成長層材料のＣＴＥの知識により、成長層材料のＣＴＥと近いまたは同一である望ましい範囲内のＣＴＥを有するよう処理された多結晶質ＡＩＮベース基板を調製するまたは得ることが可能である。中間基板が、半導体材料または層の成長に使用される場合、ベース基板および成長層と一致するＣＴＥは、（たとえば、上昇する温度で実行されるエピタキシャル成長工程における）熱膨張から起こり得る損傷を防ぐような物理学的特性を有するように調製された中間基板形成される。さらなる実施形態において、この多結晶質ＡＩＮベース基板は、半導体材料または成長相上で成長する相のＣＴＥのある範囲内であるＣＴＥを有するよう処理された基板であり得る。
特定の実施形態において、多結晶質ＡＩＮベース基板のＣＴＥは、成長層のＣＴＥおよび
成長する半導体材料のＣＴＥとほぼ一致する範囲内であり得る。この処理の終わりでは、（たとえば、実質的に純粋なＡＩＮと異なるＣＴＥを有する１つ以上の反応生成物を形成するために、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する添加材料と、またはＡＩＮと反応する前駆材料との組み合わせを介して、）この多結晶質ベース基板は、本明細書に記載のいずれかの適切な方法により調製することができる。

本発明による中間基板を調製する方法は、同様に、１つ以上の追加的な層を提供することを含んでもよい。たとえば、いくつかの実施形態において、半導体成長層および多結晶質ＡＩＮベース基板の間に位置する１つ以上の追加的な層を提供することが有益であってもよい。他の実施形態において、半導体成長層を被覆するように位置する１つ以上の追加的な層を提供することが有益であってもよい。このように追加的な層を提供することの利点は、本明細書にさらに記述されるものである。

さらなる実施形態において、本発明は、同様に、半導体材料を調製する方法を提供し得るものである。本方法は、本明細書に記述される中間基板の半導体層を成長させることを含み得る。たとえば、特定の実施形態において、本発明は、以下の、本明細書に記述される多相性多結晶質ＡＩＮベース基板を含み、かつこのベース基板に接合する半導体成長層をさらに含む中間基板を提供するステップであり、このベース基板のＣＴＥが、同一の温度で半導体成長層のＣＴＥの定義された範囲内にあるステップと、成長層上の半導体層を成長するステップとを含む。このような方法は特に、半導体材料の成長を容易にすることに有益であり、中間基板の熱膨張から起こるデバイス損傷または不良の発生を低減または除去することとなる。さらに、ある中間体を調製し、または得ることが可能であり、このベース基板が成長層とほぼ一致するだけでなく、成長する半導体材料とほぼ一致したＣＴＥである。本方法では、熱膨張のいずれかの損傷の影響が、このベース基板、成長層および成長した半導体層に関連して低減されまたは除去され得る。この半導体材料は、化学蒸着（ＣＶＤ）、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）、ハイドライト気相成長（ＨＶＰＥ）、複合照射法（ＩＢＡＤ）などの当業者のいずれかの適切な方法により成長し得る。

本発明による半導体材料を調製する方法は、同様に、１つ以上の追加的な層を提供することを含んでもよい。たとえば、半導体成長層および半導体層の間に位置する１つ以上の追加的な層を提供するいくつかの実施形態において有益である。他の実施形態におちえ、半導体相を被覆するように位置する１つ以上の追加的な層を提供することが有益であってもよい。

本発明は、多様な実施形態の参照を介して、より完全に以下に記述されるものである。これらの実施形態は、本開示が、完全かつ徹底的であり、かつ当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供されるものである。したがって、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書中に表示される実施形態に限定されるものとして構成されるべきではなく、かつこれらの実施形態は、本開示が適用される法的要件を満たすために提供されるものである。本明細書および添付された請求項に使用されているように、形体の「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、本文で明確に他の意味が示されない限り、複数の意味を含むものとする。

本発明は、電子デバイス、光デバイス、および光電子デバイスの調製に関連する有益な方法および材料を提供する。本発明は、特に、基板、中間基板、およびたとえば、発行ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤｓ）などといった半導体デバイスの調製に有益であるものの調製に関する。特に、この基板および中間基板は、半導体デバイス、特に、III族の材料、より詳細にはIII族の窒化物材料を組み込むような半導体デバイスの調製に使用される伝統的バルク基板よりも性能および費用に非常に利点のあるデバイスを提供することができる。本発明の方法および材料は、同様に、ラミネート基板、すなわち、（しばしばハンドル基板とも呼ばれる）支持基板の下に付着する結晶質薄膜の使用に関連する分野の問題をも解決する。たとえば、ＬＥＤｓおよびＬＤｓの分野において、特に、シリコン、ガリウム、砒化物、またはサファイアなどのハンドル基板に付着するＧａＮまたはＡｌＮバッファー層を形成するラミネート基板上のIII族の窒化物フィルムを成長されるために有益であり得る。しかしながら、上で指摘したように、基板およびバッファー層の間のＣＴＥの不一致は、深刻な処理の損傷、特に、たとえば、エピタキシャルな方法といった典型的な半導体調製工程に要求される温度上昇においての損傷を引き起こす可能性がある。ＣＴＥの不一致による重圧下で、成長工程の段階が異なって発展する可能性がある。エピタキシャル層の堆積の前に、ラミネート基板が成長の前のアニーリング温度または成長の温度のどちらかまで加熱された場合、ＣＴＥの不一致による重圧が発展し得る。成長の間、（たとえば、異なる層の特性を最適化するためにエピタキシャル成長において共通に使用されるように）この温度が異なる値で循環する場合、ＣＴＥの不一致にてラミネートフィルムおよび堆積した層の重圧状態を変化し得る。この基板が室温まで冷却され、成長する場合、成長層および支持基板の間のＣＴＥの不一致が成長層の実質的な重圧を得るという結果となり得る。（たとえば、レーザリフトオフ、ヒートシンクアッタッチ面および接触合金化における）成長後の熱処理は、成長層の重圧の状態をさらに変化し得る。

ＣＴＥの一致は、柔軟性およびカスタマイズ性のない選択といった一般的でない基板の選択（たとえば、サファイアと接合した焼結モリブデン）によるいくつかの例において達成してもよい。この技術は、従来は低コストではなく、商業的にIII族の窒化物材料のバルクシリコンを利用することがあるため、このIII族の窒化物の成長は、デバイス層の格子定数と全く異なる格子定数である基板上で、共通して実行されてきた。しかしながら、本発明は、非常に柔軟な材料―多くの望ましい特性を有する多結晶質窒化アルミニウム―を使用して提供することができる。基板と一致するＣＴＥとしての多結晶質窒化アルミニウムの使用範囲を広げる特質は、多結晶質窒化アルミニウムウエハを熱処理する特質を認識し、カスタマイズ可能なＣＴＥ値を得ることができる。

ある実施形態において、本発明は、基板上の半導体材料（すなわち、層）の成長に有益であり得る中間基板に関連する。本明細書で使用されるようにこの用語「半導体材料」は、電子デバイス、光デバイスおよび／または光電子デバイスの形成の使用で見出された単一層および複合層の材料に関するものとして理解される。

本発明による中間基板は、成長層と熱的に一致した多結晶質ＡＩＮベース基板を被覆する半導体成長層の特定の組み合わせにより特徴づけられる。本明細書中で使用される、用語「被覆する」は、２つの層が組み合わせられ、単一の構造を形成することを示す物理的関係を表すことを示す。半導体材料が、成長層より上ではあるが、直接ベース基板層の上ではない部分で成長することにより、この成長層が、半導体材料が成長層より上に、かつベース基板層に直接ではない状態であるベース基板を「被覆する」と考えられ、この用語は、絶対的な方向を配置することが必ずしも必要ではないことを示す。むしろ、このベース基板に直接的または間接的に取り付けられる。この単一構造は、この層が永続的に（すなわち、１つまたは両方の層を破壊するまたは目的と異なる使用する力を適用することなく分離することができないように）組み合わせられるようにまたは一時的に（すなわち、分離するための特定の方法を適用することなく自発的に分離することがなく）組み合わせられる。いくつかの実施形態において、この層は、弱い力を介して組み合わせられてもよい。他の実施形態において、この層は、共に付着またはラミネートされていてもよい。

さらなる実施形態において、この中間基板は、１つ以上の追加的な層を含み得る。このような追加的な層は、半導体成長層および多結晶質ＡＩＮベース基板の間に位置され得る。このような中間層は、いくつかの実施形態においては、ベース基板に対する成長層の接着を容易にするために有益である。さらに、追加的な層は、半導体成長層を被覆するように位置され得る。このような追加的な被覆層は、いくつかの実施形態において、中間基板上の半導体材料の成長を容易にするために有益であり得る。この追加的な層を含むことは、ベース基板層の被覆として成長層の状態を変化させるものとして考えるものではない。この追加的な層は、ベース基板に対して成長層の間接的な付着を容易にしてもよい。

多結晶質ＡＩＮは、他方で上述されている通り、多くの有益な特性の観点から望ましいベース基板であるが、ＡＩＮの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、半導体成長層またはこの上で成長する他の層で使用される材料と全く異なるＣＴＥであり得る。このようなＣＴＥの差異は、ボウイング、クラッキング、デラミネーションなどのような問題を引き起こす可能性がある。ある材料のＣＴＥは、周囲条件（すなわち、室温）および高温（たとえば、デバイス構造のエピタキシャルな成長が起こる温度）の間に変動し得る。概して、ＣＴＥは、検査された材料のａ軸およびｃ軸の内の１つまたは両方において測定され、特定の温度α_ａまたはα_ｃとして記録され、または（たとえば、室温から１０００Ｋまでの）ある範囲上に平均化される。

文献に記録されるように、室温での実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥ（α_ａ）は、約３．０ｘ１０^−６Ｋ^−１である（Ｗａｎｇ ａｎｄ Ｒｅｅｂｅｒ，１９９８，Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ．，ｖｏｌ． ４８２参照）。本明細書で使用されるように、用語「実質的に純粋なＡＩＮ」は、組み合わせたいずれかの材料を意図的にドープ処理させず、むしろ、窒化アルミニウムおよび僅かな量（ｄｅ ｍｉｎｉｍｉｓ）の不純物のみを含むＡＩＮを意味する。特定の実施形態において、実質的に純粋なＡＩＮは、さらなるいずれかのIII族またはV族の元素を含まないＡＩＮを意味し得る。いくつかの実施形態において、実質的に純粋なＡＩＮは、少なくとも９８重量％、少なくとも９８．５重量％、少なくとも９９重量％、少なくとも９９．２５重量％、少なくとも９９．５重量％、少なくとも９９．７５重量％、少なくとも９９．８重量％、または少なくとも９９．９重量％の純度（すなわち、純粋なアルミニウムおよび窒素）であるＡＩＮを意味する。材料のＣＴＥを結成する方法は、上記のＷａｎｇ ａｎｄ Ｒｅｅｂｅｒにより記述されかつ示される。材料の線熱膨張を評価するさらなる一標準的な方法は、ＡＳＴＭ Ｃ３７２−９４ （２００７）において提供される。熱膨張の測定に関する記述された開示は、参照として本明細書に組み込まれ、当業者が本開示で使用され得るさらなる材料のＣＴＥを決定するような方法を使用し得ることが予測される。

多結晶質ＡＩＮベース基板を被覆する半導体成長層は、半導体材料の調製および本明細書に記述されるデバイスに有益であるいずれかの材料を含み得る。特定の実施形態において、この成長層は、III族およびV族の元素のいずれかの組み合わせを含み得る。好ましい実施形態において、この成長層は、III族窒化物を含み得る。限定するものではないが、成長層の材料層の例は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰおよびＡｌＧＡＩＮＰを含む。好ましい実施形態において、この半導体成長層は、単一の結晶性ＧａＮなどの単一の結晶材料を含み得る。

半導体成長層が、多結晶質ＡＩＮ材料と異なる材料から形成されてもよいため、成長層のＣＴＥは、ベース基板において使用される実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと非常に異なる可能性がある。ＣＴＥ値が温度により非常に変動するため、本発明による熱的一致が、異なる材料のそれぞれのＣＴＥ値の間の意味のある関係を提供する特定の温度を示すことができる。たとえば、多結晶質ＡＩＮのＣＴＥおよび成長層で使用される材料のＣＴＥは、室温で得られる値、特定の上昇する温度（たとえば、エピタキシが起こり得る温度など）で得られる値、または特定の範囲（たとえば、約１０００Ｋに対するおおよその室温）で得られた値を参照してもよい。特定の実施形態において、ＣＴＥ値は、２９８°Ｋ、３００°Ｋ、４００°Ｋ、５００°Ｋ、６００°Ｋ、７００°Ｋ、８００°Ｋ、９００°Ｋ、１，０００°Ｋ、１，１００°Ｋまたは１，２００°Ｋなどの同一の温度を意味してもよく、またＣＴＥ値は、上記の温度（たとえば、約８００Ｋ〜約１２００Ｋの範囲）のいずれかの範囲内で平均化された値を参照してもよい。したがって、この材料の熱的一致は、同一の温度で定義される関係（たとえば、同一の温度で測定される場合の、ベース基板のＣＴＥおよび成長層のＣＴＥ）を有するものとして記述されてもよい。たとえば、クラッキングおよび他の損傷が、エピタキシャル成長の後の冷却中のＧａＮデバイス層中で起こり得る。したがって、特に、エピタキシャル成長温度および／または成長温度未満の温度範囲（すなわち冷却範囲）内の成長層のＣＴＥと一致するベース基板のＣＴＥと関連がある。したがって、本発明は、異なる温度で異なる材料のＣＴＥ値を限定するものと考えられるべきではない。むしろ、本発明は、材料の熱膨張に関連する損傷が、相対温度で材料のＣＴＥとほぼ一致するように軽減され得ると思われる。

たとえば、窒化ガリウムは、室温で約４．０ｘ１０^−６Ｋ^−１のＣＴＥ（α_ａ）を有し（Ｗａｎｇ ａｎｄ Ｒｅｅｂｅｒ，１９９８，Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ．，ｖｏｌ． ４８２参照）、窒化インジウムは、室温で約３．８ｘ１０^−６Ｋ^−１のＣＴＥ（α_ａ）を有し（ Ｗａｎｇ ａｎｄ Ｒｅｅｂｅｒ，２００１，Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ． ７９，ｎｏ． １１，ｐｐ． １６０２−１６０４参照）、上記開示の両方が、本明細書に参照として組み込まれる。開示を平易にするため、本発明は、半導体成長層のＧａＮの使用に関連するものとして本明細書に記述される。しかしながら、当業者は、ＧａＮの考察の観点から、他の半導体の成長材料に対して本発明を使用することができ、このような他のすべての成長が、本発明に包有されることを示すことが理解される。

概して、本発明による半導体成長層として使用される材料は、一般に、同一の温度で測定される場合、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも大きいＣＴＥを有する。したがって、特定の実施形態において、この半導体成長層および多結晶質ＡＩＮベース基板は、同一の温度で実質的に純粋な多結晶質ＡＩＮのＣＴＥよりも大きなＣＴＥをそれぞれ有し得る。当然本発明は、実質的に純粋な多結晶質ＡＩＮのＣＴＥよりも大きなＣＴＥ値まで熱処理するとして限定して見るべきではない。むしろ、この多結晶質ＡＩＮが、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも小さいＣＴＥ値と一致することが望ましい場合（たとえば、半導体成長層が同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも小さいＣＴＥを有する材料を含むなど）、そのように処理され得る。

特定の実施形態において、ある半導体成長層のＣＴＥと一致させるために、本発明による多結晶質ＡＩＮベース基板は、同一の温度で実質的に純粋な多結晶質ＡＩＮのＣＴＥと約２％以上の量の差で異なるＣＴＥを有するよう熱処理され得る。さらなる実施形態において、本発明により多結晶質ＡＩＮベース基板は、同一の温度で実質的に純粋な多結晶質ＡＩＮのＣＴＥと約５％以上、約１０％以上、約１５％以上、約２０％以上、約２５％以上、約３０％以上、約３５％以上、約４０％以上、約４５％以上、または約５０％以上異なるＣＴＥを有するよう熱処理され得る。同様に、このような値は、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥより小さいＣＴＥを有し、または同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥより大きなＣＴＥを有するＡＩＮベース基板を処理することが望ましいいずれかの実施形態に適用されてもよい。好ましい実施形態において、このＣＴＥは、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥを超えるように処理される。本発明による熱処理のような使用を介して、同一の温度または温度範囲のそれぞれの材料の各ＣＴＥは、ＣＴＥの不一致の結果として起こる損傷を防ぐために十分に接近するため、多結晶質ＡＩＮベース基板は、半導体成長層に熱的に十分に一致することができる。ある実施形態において、ベース基板のＣＴＥが、成長層のＣＴＥに関連する特定の範囲内である場合、多結晶質ＡＩＮ基板は、半導体成長層に十分に熱的に一致するものとして理解され得る。たとえば、ＡＩＮベース基板の多結晶質のＣＴＥが、同一の温度の半導体成長層のＣＴＥの約２５％以内であることが望ましい。さらなる実施形態において、多結晶質窒化アルミニウムベース基板のＣＴＥが、同一の温度で半導体成長層のＣＴＥの約２０％以内、約１５％以内、約１２％以内、約１０％以内、約９％以内、約８％以内、約７％以内、約６％以内、約５％以内、約４％以内、約３％以内、約２％以内、または約１％以内であることが望ましい。

本発明による多結晶質ＡＩＮベース基板の熱処理において、ベース基板の組成物を変えることによりＡＩＮ合成物または合金を形成することができる。さらに詳細には、このベース基板形成に使用される多結晶質ＡＩＮは、少なくとも１つの追加の材料または構成要素と組み合わせることができ、合成ベース基板またはベース基板合金を形成することができる。いくつかの実施形態において、多結晶質ＡＩＮは、第１の相構成要素を意味し、かつこの少なくとも１つの追加的な材料は、第２の相構成要素を意味することができる。この第２の相構成要素は、特定の実施形態において、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも大きいＣＴＥを有する。したがって、より低いＣＴＥの多結晶質ＡＩＮとより高いＣＴＥの第２相構成要素の組み合わせは、第１および第２の相の材料のＣＴＥの間の範囲内であるＣＴＥを有する合成物または合金ベース基板材料を得ることができる。当然、より低いＣＴＥが望ましい場合、第２の相の材料は、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも低いＣＴＥを有することができる。当然、本発明は、第２の相のみの使用に限定されるものではないことが理解される。むしろ、２つまたはそれ以上の相が（ＡＩＮ粒子の相である、少なくとも１つの相と）組み合わせられ、より複合的な混合物を形成し、かつ材料の組み合わせから起こる得られたＣＴＥを通してさらに強く制御されることが可能となる。

特定の実施形態において、第２の相は、追加の材料として意味することができる。好ましくは、２つ（以上の）材料の組み合わせが、いずれかの新規材料（たとえば、反応生成物）を作製することなく混合物のみを得ることができるように、この追加の材料は、ＡＩＮと化学的に反応しない材料であることが好ましい。たとえば、本発明により使用することができる１つの追加の材料は、窒化チタン（ＴｉＮ）である。文献に記録されている通り、室温でのＴｉＮのＣＴＥ値は、約９．２ｘ１０^−６Ｋ^−１である（本明細書に参照として組み込まれているＷｏｋｕｌｓｋａ，Ｋ．，１９９８，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，２６４，２２３−２２７を参照）。実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥおよび第２（またはそれ以上の）相として使用されるいずれかの追加の材料のＣＴＥの知識では、半導体成長層材料のＣＴＥにほぼ一致するＣＴＥを有する合成または合金多結晶質ＡＩＮベース材料を形成するために使用されるそれぞれの材料の調製を計算する可能性がある。たとえば、成長層が単一結晶ＧａＮ（ＣＴＥ〜４．０ｘ１０^−６Ｋ^−１）である実施形態において、実質的に純粋なＡＩＮ（ＣＴＥ〜３．０ｘ１０^−６Ｋ^−１）に加える必要があるＴｉＮの量を計算し、ＧａＮのＣＴＥにほぼ一致するＣＴＥを有する合成組成物を得ることができる可能性がある。上述の方法におけるＡＩＮと組み合わせることのできるいずれかの材料が、ＴｉＮに代わってまたは加えて追加の材料として使用することができる。

他の実施形態において、本発明による合成または合金多結晶質ＡＩＮベース基板は、実質的な追加基板よりも第２の相（またはさらなる相）が、ＡＩＮおよび添加剤（すなわち前駆体）材料の間の反応生成物であるように熱処理されてもよい。特に、反応生成物が、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なる（たとえばより大きい）ＣＴＥを有する１つ以上の材料を含むために、この添加剤が選択される。たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）は、ＡＩＮと反応して、多くの可能性のあるＡｌＯＮ相と平衡である複合相を形成する。したがって、ＡＩＮおよびＡｌ_２Ｏ_３の組み合わせの最終的なＣＴＥは、端部材料相（ｅｎｄ ｍｅｍｂｅｒ ｐｈａｓｅ）および反応相の存在の相対量として機能し得る。室温のＡｌ_２Ｏ_３のＣＴＥ（約７ｘ１０^−６Ｋ^−１）が、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも大きいため、最終合成多結晶質ＡＩＮベース基板のＣＴＥを、構成要素の相対濃度を制御し、かつ形成される反応生成物の相対量を制御することにより、ベース基板と組み合わせられる成長層のＣＴＥとほぼ一致されるよう調整することができる。反応生成物が形成されるいくつかの実施形態において、この合成ベース基板は、実質的にＡＩＮおよび形成される反応生成物のみを含み得る。他の実施形態において、この合成ベース基板は、ＡＩＮ、形成される反応生成物、および反応生成物を形成するために使用された前駆体添加剤のいくつかの含有物を含み得る。上述の方法におけるＡＩＮと組み合わせることのできるいずれかの材料は、Ａｌ_２Ｏ_３に代わり、またはＡｌ_２Ｏ_３に加えて追加の材料として使用し、反応生成物を形成し、ＡＩＮベース基板のＣＴＥを変えることができる。

本発明による合成または合金多結晶質ＡＩＮベース基板は、ベース基板を被覆する半導体成長層として使用されてもよいいずれかの材料と実質的にほぼ一致するＣＴＥを有するよう処理することができる。窒化型半導体では、この合成または合金多結晶質ＡＩＮベース基板のＣＴＥは、特に（室温およびデバイス構造のエピタキシャル成長が起こる温度の間で平均化された）約４ｘ１０^−６Ｋ^−１〜約８ｘ１０^−６Ｋ^−１の範囲内であり得る。いくつかの実施形態において、（室温およびデバイス構造のエピタキシャル成長が起こる温度の間で平均化された）合成または合金多結晶質ＡＩＮベース基板のＣＴＥが、実質的に同一の温度でＧａＮのＣＴＥと等しいまたはより大きなＣＴＥとなるように処理されることが有益である。たとえば、（室温およびデバイス構造のエピタキシャル成長が起こる温度の間の平均化された）合成または合金多結晶質ＡＩＮベース基板のＣＴＥが、同一の温度のＧａＮのＣＴＥよりも約１％から５０％、約１％〜約４０％、約１％〜約３０％、約１％〜約２５％、約１％〜約２０％、約２％〜約２０％、約３％〜約２０％、約４％〜約２０％、または約５％〜約２０％より大きいＣＴＥを有し得る。

上で認識されている通り、中間基板を提供することに加え、本発明は、同様に中間基板および半導体材料を含む、さらなる構造の調製における使用を提供することのできる独立型のベース基板をも提供する。したがって、特定の実施形態において、本発明は、熱処理基板を提供することにより特徴付けられ得る。このような基板は、第１の相として多結晶質窒化アルミニウムを含む、押圧しかつ焼結した多相材料を含み得る。

このような熱処理基板は、実質的に純粋なＡＩＮと異なるようカスタマイズされたＣＴＥ値により特徴づけることができる。このような異なるＣＴＥ値は、すでに上述された範囲内であり得る。このように、熱処理基板は、他の種類の材料とほぼ一致するようカスタマイズされたＣＴＥ値により特徴付けることができる。くりかえしになるが、このような異なるＣＴＥ値は、すでに本明細書に記述される範囲内であり得る。この熱処理基板は、同様に、本明細書で使用される材料の合計の含有物により特徴付けることができる。

いくつかの実施形態において、本発明による熱処理基板は、約５０重量％以上、約６０重量％以上、約７０重量％以上、のＡＩＮを含み得る。さらなる実施形態において、この基板は、約５０重量％〜約９９重量％、約５０重量％〜約９８重量％、約５５重量％〜約９０重量％、約６０重量％〜約９０重量％、約６０重量％〜約８５重量％または約６５重量％〜約８０重量％のＡＩＮを含み得る。

他の実施形態において、この基板は、さらなる相に存在する含有物により特徴付けられ得る。たとえば、第２の相としてＡＩＮと反応しない添加剤が使用される場合、このような添加剤は、基板の最大約５０重量％、最大約４５重量％、最大約４０重量％、最大約３５重量％、最大約３０重量％、最大約３０重量％、最大約３５重量％、最大約３０重量％、最大約２５重量％、最大約２０重量％、最大約１５重量％または最大約１０重量％の量で存在し得る。さらなる実施形態において、この添加剤は、基板の約１重量％〜約５０重量％、約２重量％〜約４８重量％、約３重量％〜約４５重量％、約４重量％〜約４０重量％、約５重量％〜約４０重量％、約１０重量％〜約４０重量％、約１５重量％〜約４０重量％または約２０重量％〜約４０重量％で含まれ得る。反応生成物が第２の相であるようにＡＩＮと反応する添加剤を使用する場合、このような反応生成物は、上述の量内で存在し得る。前述の実施形態において、基板は、定義されたＡＩＮの含有量、定義された添加剤の含有物（または反応生成物）、および定義された不純物の含有物を含むものとして特徴付けることができる。たとえば、不純物は、基板の最大２重量％、最大１．５重量％、最大１重量％または最大０．５重量％を占めてもよい。このような不純物は、反応しない添加剤を包有してもよい。したがって、いくつかの実施形態において、この基板は、定義されるＡＩＮの含有物、定義された添加剤（または反応生成物）の含有物、および残存する（最大上述される量までの）不純物の含有物を実質上含むまたはからなるように記述してもよい。

前述の観点から、本発明は、多様で有益な材料を提供する。たとえば、いくつかの実施形態において、本発明は、第１の相としての多結晶質窒化アルミニウムを含む多相材料を含む熱処理基板を提供し、この基板は、同一の温度で実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥと約１０％以上異なるＣＴＥを有する。熱処理基板は、第２の相として、窒化アルミニウムと反応せず、かつ同一の温度で実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有する添加材料を含み得る。この第２の相は、基板の約５重量％以上に含まれ得る。例の通り、この第２の相は、窒化チタンを含み得る。他の実施形態において、この基板は、第２の相として、窒化アルミニウムおよび添加材料（すなわち前駆物質）の間の反応生成物を含み、この反応生成物は、同一の温度で実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥよりも大きいＣＴＥを有し得る。繰り返すが、この第２の相は、基板の約５重量％に含まれ得る。例の通り、第２の相は、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの間の反応生成物を含み得る。さらなる実施形態において、この基板は、同一の温度で実質的に純粋な窒化ガリウムのＣＴＥの約２５％内であるＣＴＥを有し得る。特に、この基板のＣＴＥは、同一の温度で実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥを約１０％以上超えることができる。

他の実施形態において、本発明は、基板上の半導体材料の成長用の中間基板を提供する。この中間基板は、成長層と熱的に一致する多結晶質窒化アルミニウムを被覆する半導体成長層を含み得る。特に、この半導体成長層および多結晶質窒化アルミニウムベース基板は、それぞれ、同一の温度で実質的に純粋な多結晶質窒化アルミニウムのＣＴＥと異なるＣＴＥを有することができる。さらに多結晶質窒化アルミニウムベース基板のＣＴＥは、同一の温度で実質的に純粋な窒化アルミニウムよりも約１０％以上大きいＣＴＥを有し得る。他の実施形態において、この多結晶質窒化アルミニウムベース基板のＣＴＥは、同一の温度で、実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥの約２５％内であり得る。特に、この半導体成長層は、III族の窒化物、たとえば窒化ガリウムを含み得る。この半導体成長層は、単一結晶材料を含み得る。いくつかの実施形態において、多結晶質窒化アルミニウムベース基板は、第１の相構成要素として多結晶質窒化アルミニウムを含み、かつさらに、第２の相構成要素を含み得る。たとえば、この第２の相は、窒化アルミニウムと化学的に反応せず、かつ同一の温度で実質的に純粋な窒化アルミニウムよりも大きなＣＴＥを有する添加材料を含み得る。特に、この添加材料は、窒化チタンを含み得、この窒化チタンは、ベース基板の約５重量％以上含まれることができる。代替的に、この第２の相は、窒化アルミニウムおよび添加材料の間の反応生成物を含むことができ、この反応生成物は、同一の温度で、実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有する。特に、この反応生成物は、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの間の反応生成物であり得る。いくつかの実施形態において、中間基板は、半導体成長層および多結晶質窒化アルミニウムベース基板の間に位置し、または半導体成長層を被覆するように位置する１つ以上の追加的層を含み得る。

本発明は、特に、本明細書に記述される中間基板を含むデバイスを含むことができる。たとえば、このデバイスは、電子デバイス、光デバイスおよび光電子デバイスからなる群から選択することができる。より詳細には、このデバイスは、発光ダイオード、レーザダイオード、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、無線周波回路、マイクロ波回路、ＲＦ電力増幅器、高電圧スイッチング装置、光電検出器、太陽電池、スピン伝導電子装置（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、および集積ロジック／化合物半導体デバイスからなる群から選択されうる。他の実施形態において、このデバイスは、カラーディスプレイ、交通信号、自動車照明、航空照明、商用および住居照明、赤外線リモートデバイス、画像スキャナ、ビデオデバイス、写真デバイス、センサー、タッチスクリーン、紫外線殺菌および殺菌デバイス、紫外線治療デバイス、プリンター、機械式ビジョンデバイス、高密度光記憶ディスク、および磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスからなる群から選択され得る。

上述の構造に関連して、本発明は、基板上の半導体材料の成長に有益な多結晶質窒化アルミニウムを調製する方法を有益に提供する。ある実施形態において、本方法は、半導体成長層として使用することができ、かつ同一または異なる工程の一部として多結晶質ＡＩＮ基板に付着することのできる第２の材料のＣＴＥにほぼ一致するために、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと全く異なるＣＴＥにほぼ一致させるよう熱処理することを提供する。本方法は、さらに、ＡＩＮ基板上（またはＡＩＮ基板を被覆する層上）に成長してもよい実質的な半導体材料または層のＣＴＥにほぼ一致するＣＴＥを有するために基板を熱処理することを提供する。

いくつかの実施形態において、多結晶質ＡＩＮ基板を調製する本発明による方法は、実質的に純粋な窒化アルミニウムと異なる第２の相材料の含有物と（「第１の相」材料または第１の相粒子として考えても良い）実質的に純粋な窒化アルミニウムを組み合わせることを含むことができる。ある実施形態において、この第２の相材料は、好ましくは、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮ粒子のＣＴＥよりも大きいＣＴＥを有する。この組み合わされた材料は、その後、望ましい処理条件を受けて最終生成物を形成する。たとえば、このような処理は、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有する焼結した多相ＡＩＮ材料の押圧したスラグを形成するよう押圧することを含んでも良い。いくつかの実施形態において、本方法は、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有する焼結した多相ＡＩＮ材料を形成する押圧したスラグを焼結することをさらに含み得る。

他の実施形態において、多結晶質ＡＩＮ基板を調製する本発明による方法は、第２の相材料の含有物と第１の相の実質的に純粋なＡＩＮを組み合わせることを含み得、これは、前駆材料とＡＩＮの反応生成物である。この第２の相材料の反応生成物は、特に、実質的に純粋なＡＩＮまたは前駆材料と異なる可能性がある。この前駆材料は、実質的に純粋なＡＩＮの組み合わせに適したいずれかの形体（たとば、粉末、粒子または液体）であってもよく、これらの反応を容易にする。好ましくは、形成される第２の相材料の反応生成物は、実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥと異なる（より大きい）ＣＴＥを有する固体の材料である。前述のとおり、この実質的に純粋なＡＩＮおよび第２の相材料の組み合わせは、押圧したスラグを形成するために押圧することができる。同様に、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する焼結した多相ＡＩＮ材料を形成するために、この押圧したスラグを焼結することができる。特定の実施形態において、この前駆材料は、焼結の間ＡＩＮ粒子と反応することができ、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する第２の相反応生成物を形成する。この焼結した多相ＡＩＮ材料は、ＡＩＮ、１つ以上の反応生成物およびもし適用可能ならば、残存する反応していない前駆材料を含み得る。反応が、主に焼結ステップの間に起こることが予測されているが、本発明は、（全体的または部分的な）前駆材料の反応が、いずれかの焼結ステップ（たとえば押圧中）の前に起こり得る、第２の相材料の使用を含む。したがって、いくつかの実施形態において、第２の相反応生成物を形成する反応は、押圧ステップおよび／または焼結ステップなどの組み合わされたステップおよび／またはいずれかのさらなる処理ステップにおいて起こっても良い。焼結した多相ＡＩＮ材料は、他で上述されるように本質的に多結晶質ＡＩＮベース基板であり得、多結晶質ベース基板に関する本明細書に記述される特定の特性、特に他の材料と比較してＣＴＥ値を表し得る。

いくつかの実施形態において、もし望ましい場合には、本発明の処理方法が、非常に高密度の窒化アルミニウム基板の形成を容易にし、かつ／または特に望ましい表面形状を備えた基板の形成を容易にするために有益なステップを含み得る。たとえば、いくつかの実施形態において、本方法は、バインダーおよび／または焼結助剤などの特定の材料の使用を除いても良い。

理由の１つとして、本明細書に記述される調製の特定の方法のため、本発明は、組成物のＣＴＥを特異的に処理するよう選択される第２の相材料の使用を提供し得る。したがって、本方法は、先行技術に開示されるものを超えた温度の使用を提供し、もし望ましい場合には、焼結助剤の典型的な使用に先立つものであり得る。

本発明の方法は、同様に、多結晶質ＡＩＮベース基板の表面粗さをほぼ制御する特性のため有益である。従来の多結晶質ＡＩＮベース基板を調製する公知の方法は、望ましくない表面粗さ、特にナノメートルの寸法上の表面粗さを引き起こす多孔性を有するという結果となる可能性がある。

得られた表面のｒｍｓの粗さを決定することにおいて、この表面トポグラフィーの表面を、表面形状ｚ（ｘ）として表すことができる。表面形状は、一般に、ある翼型中心線からのある距離まで離れた一連の最大値および最小値である。この翼型中心線からの最高値および最小値の距離が大きくなるほど、表面が粗くなる。この表面形状では、ｚは測定された表面上の線に沿った特定の点での翼型中心線からの距離を表し、ｘは、この線に沿ったｒｍｓの粗さを決定するために査定された測定値の数を表す。したがって、ｒｍｓの粗さ（Ｒｑ）は、翼型中心線からの表面形状ｚ（ｘ）の実効値の偏差として定義される。このことは、以下の式

により計算される。
（式中、Ｌはｘ方向に沿った表面形状の長さを表す。）
このｒｍｓの粗さは、一般に、記録された標準値におけるＲｑにより示され、かつ、ある分野、たとえば光学の分野においてシンボルσによりしばしば表される。表面形状ｚ（ｘ）は、計数化された式の点ｚｉによる全ての現代器具にほぼ近接しているため、この上記の式は、計数式

により、実際に置き換えることができる。
（式中、Ｎは、計測された表面形状におけるデータの点である。）

さまざまなプロファイリング技術は、ナノメートルの寸法における表面粗さを計測することができる。このような技術の例は、触針式粗さプロファイリング、位相シフト緩衝顕微鏡、ノマルスキープロファイリング、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）を含む。これらの方法の中で、ＡＦＭは、一般に１ｎｍ以下の最も高い横方向分解能を作製するものとして認識される。表面粗さの評価は、参照として本明細書に組み込まれるＶｏｒｂｕｒｇｅｒ，Ｔ．，Ｆｕ，Ｊ．，ａｎｄ Ｏｒｊｉ，Ｎ．，“Ｉｎ ｔｈｅ Ｒｏｕｇｈ”，ＳＰＩＥ’ｓ ｏｅ Ｍａｇａｚｉｎｅ，２（３），Ｍａｒｃｈ ２００２，ｐ． ３１−３４によりさらに記述される。ｒｍｓの粗さを計測することに有益である装置の一例として、Ｄｅｋｔａｋ １５０表面計測器（Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．，ＰｌＡＩＮｖｉｅｗ，ＮＹ製）が挙げられる。

特定の実施形態において、ｒｍｓの粗さは、所定のサンプリング領域にまたがって定義されてもよい。１つの実施形態において、このサンプリング領域は、約１０００μｍ×２００μｍの次元を有していてもよい。サンプリングの寸法を変動しても良いが、サンプリングの寸法が、粗さの標準的特徴を保つ異なる試料の間に位置することが好ましい。いくつかの実施形態において、サンプリングの寸法が、約５０ｍｍ^２〜約５００ｍｍ^２〜約１００ｍｍ^２〜約３００ｍｍ^２、または約１５０ｍｍ^２〜約２５０ｍｍ^２の領域を含んでも良い。

特定の実施形態において、この多結晶質ＡＩＮベース基板は、約１００ｎｍ以下、約９０ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約７０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１５ｎｍ以下、または約１０ｎｍ以下のｒｍｓの粗さを表すことができる。特定の実施形態において、ｒｍｓの表面粗さは、約５ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約２５ｎｍであることができる。

他の実施形態において、多結晶質ＡＩＮベース基板を、ピット密度の観点から特徴付けることができる。本明細書に記述される基板の表面の「ピット」は、基板の表面の周辺領域よりも垂直に低い底部表面を有する、（すなわち、周辺の平均表面より低く押されている）望ましくない凹部に関連すると理解される。この「ピット」は、接触していることを定義することができ、かつ（すなわち、基板の表面の周辺領域を有する界面で底部電極および終端部から上昇する壁を有するものとして）横方向であると定義することができる。定量的に、本発明によるピットは、その深度（すなわち、周辺の基板の平均表面に対するピットの底部表面からの距離）および幅（すなわち、周辺の基板の平均表面に対するピットにわたる最小距離）の観点から定義することができる。特定の実施形態において、ピットは、約０．２μｍ以上、約３μｍ以上、約４μｍ以上、または約５μｍ以上の深度を有すると上記に定義される基板の表面のいずれかの凹部として定義することができる。同様に、ピットは、約０．５μｍ以上、約０．８μｍ以上、約１μｍ以上、約１．５μｍ以上、または約２μｍ以上の幅を有する上記に定義される基板の表面のいずれかの凹部として定義することができる。特定の実施形態において、上記に提供された深度および幅の特定の組み合わせにより、ピットを定義することができる。

前述を考慮すると、基板表面のピット密度を計測することができる。したがって、定義された領域より上の基板表面内のピットの数（たとえば、平方ｃｍあたりのピットの数）を測定することとして、ピット密度を定義することができる。ある実施形態において、本発明による多結晶質窒化アルミニウム基板は、約１００，０００ｃｍ-^２以下、約５０，０００ｃｍ-^２以下、約２５，０００ｃｍ-^２以下、約１０，０００ｃｍ-^２以下、約５，０００ｃｍ-^２以下、約４，０００ｃｍ-^２以下、約３，０００ｃｍ-^２以下、約２，０００ｃｍ-^２以下、約１，０００ｃｍ-^２以下、約８００ｃｍ-^２以下、約６００ｃｍ-^２以下、または約５００ｃｍ-^２以下のピット密度を有することができる。

ピット密度は、十分な横方向および垂直方向の分解能を有する露出表面のトポグラフィーに適したいずれかの技術を使用して測定することができる。限定するものではないが、例は、ＡＦＭ、形状測定、光学干渉法（たとえば、微分干渉（ＤＩＣ）顕微鏡検査）などを含む。同様に、このような方法を組み合わせて使用することができる。

ＡＩＮベース基板は、同様に、実質的に平坦（すなわち、いずれかの歪曲または湾曲がない状態）であるように調製することができる。特に、多結晶質ＡＩＮベース基板の平坦性は、基板にわたる歪曲の量が、基板の直径の約０．２％以下、約０．１５％以下、約０．１％以下、約０．０５％以下、または約０．０２％以下であることができる。歪曲は、好ましくは、基板の頂部表面と交差する平板である、参照からの基板の頂部表面の偏差の正の最大値および負の最大値の合計として定義することができる。

いくつかの実施形態において、特定の粒子の寸法を有するＡＩＮ粉末を使用するＡＩＮベース基板を形成することが有益であり得る。いくつかの実施形態において、このＡＩＮ粉末は、約１０ミクロン以下、約９ミクロン以下、約８ミクロン以下、約７ミクロン以下、約６ミクロン以下、約５ミクロン以下、約４ミクロン以下、約３ミクロン以下、または約２ミクロン以下の粒子の寸法を有することができる。他の実施形態において、この粒子の寸法は、約０．１ミクロン〜約１０ミクロン、約０．２ミクロン〜約８ミクロン、約０．５ミクロン〜約５ミクロン、または約０．５ミクロン〜約２ミクロンの範囲内とすることができる。特定の実施形態において、この粒子は、所定の粒子の粒度分布を有していてもよい。たとえば、ＡＩＮ粉末は、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、または約９９％以上の粒子が、上記に記述される範囲内の大きさであるように特徴付けてもよい。他の実施形態において、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、または約９９％以上の粒子が、約５ミクロン以下、約４ミクロン以下、約３ミクロン以下、約２ミクロン以下、または約１ミクロン以下の単位で変動する寸法を有するように特徴づけてもよい。

多結晶質材料を調製するために有益である知られたいずれかの押圧方法が、本発明に使用されてもよいが、特に所定の条件下で実行される押圧ステップが特に有益である。たとえば、押圧は、外部熱が適用されない方法を含む（すなわち、本方法が押圧焼結方法ではない）。当然、この粉末の圧縮からいくらかの熱が内部に発生することが理解される。好ましくは、処理温度が、約５０℃以下、約４０℃以下、約３０℃以下、または約２５℃以下であるように押圧ステップが実行される。

ある実施形態において、この押圧方法は、約２０，０００ＰＳＩ（１３８ＭＰａ）以上、約２５，０００ＰＳＩ（１７２ＭＰａ）以上、約３０，０００ＰＳＩ（２０７ＭＰａ）以上、約３５，０００ＰＳＩ（２４１ＭＰａ）以上、約４０，０００ＰＳＩ（２７６ＭＰａ）以上の最大圧力を使用することを含むことができる。特定の実施形態において、使用される最大圧力は、約２０，０００ＰＳＩ〜約４０，０００ＰＳＩ、約２５，０００ＰＳＩ〜約３５，０００ＰＳＩまたは約３０，０００ＰＳＩ〜約３５，０００ＰＳＩの範囲内であることができる。このような最大圧力は、可変的な割合で得ることができる。特定の実施形態において、最大圧力が、約３０分以下、約２５分以下、約２０分以下、または約１０分以下の時間内に得るように、圧力を使用することができる。他の実施形態において、最大圧力を得る時間は、約２分〜約２０分、約５分〜約１５分、または約５分〜約１０分の範囲内であってもよい。さらなる実施形態において、約１，０００ＰＳＩ／分（７ＭＰａ／分）、約２，０００ＰＳＩ／分（１４ＭＰａ／分）、約３，０００ＰＳＩ／分（２１ＭＰａ／分）、約４，０００ＰＳＩ／分（２８ＭＰａ／分）、約５，０００ＰＳＩ／分（３４ＭＰａ／分）、約６，０００ＰＳＩ／分（４１ＭＰａ／分）、約７，０００ＰＳＩ／分（４８ＭＰａ／分）または約８，０００ＰＳＩ／分（５５ＭＰａ／分）の割合で圧力を使用してもよい。

ある実施形態において、この最大圧力は、約１時間以下、約４５分以下、約３０分以下、約１５分以下、約１０分以下、約５分以下、約２分以下、または約１分以下の時間維持されてもよい。いくつかの実施形態において、この圧力は、最大圧力に達した直後に開放される（すなわち、最大圧力に達した後約３０秒以下、約２０秒以下、約１０秒以下、または約５秒以下の時間内に開放される）。この圧力は、約１０分以下、約９分以下、約８分以下、約７分以下、約６分以下、約５分以下、約４分以下、約３分以下、約２分以下、または約１分以下の時間などの比較的に短い時間内に周囲（たとえば、約大気圧）まで、圧力を最大圧力から解放してもよい。

特定の実施形態において、冷間静水圧プレスを使用してこの押圧を実行してもよい。冷間静水圧プレスは、概して、複合的方向からの圧力を使用し、一軸加圧成形と比較してより均一性のある圧縮および増加した形状特性を得る。ウェットバック（ｗｅｔ−ｂａｇ）静水圧プレスとして知られている静水圧プレスを実行する一方法において、粉末に均一となるよう圧力を伝動する液体内に浸すラバーシース内に粉末を入れる。ドライバッグ（ｄｒｙ−ｂａｇ）静水圧プレスとして知られている別の方法においては、液体内に器具を浸漬するのではなく、高圧の液体を汲み出す内部チャネル内にこの器具自体を形成する。

特定の実施形態において、焼結ステップは、バインディング補助がないまたは焼結補助が含まれる点に関する焼結「バインダレス」である。しかしながら、いくつかの実施形態において、それらのＣＴＥを変えるためＡＩＮ粒子に加えられる第２の相を、当業者のバインダーとみなされる材料をいくらか含んでもよい。

特定の実施形態において、焼結は、（たとえば、Ｏ_２などのいずれかの酸化ガスを実質的にまたは完全に除去した）酸素のない大気内で実行することができる。いくつかの実施形態において、（たとえば、貴ガス、窒素ガス、または焼結した窒化アルミニウム材料と望ましくない反応をしないいずれかの他のガスといった）１つ以上の非酸化ガスを含む焼結チャンバー内の人工的な大気を提供することが有益である。最大約５ａｔｍ（３，８００Ｔｏｒｒ）、最大約４ａｔｍ（３，０４０Ｔｏｒｒ）、最大約３ａｔｍ（２，２８０Ｔｏｒｒ）、最大約２ａｔｍ（１，５２０Ｔｏｒｒ）、最大約１．５ａｔｍ（１，１４０Ｔｏｒｒ）、最大約１．２５ａｔｍ（９５０Ｔｏｒｒ）または最大約１．１ａｔｍ（８３６Ｔｏｒｒ）などの、特定の圧力へと焼結チャンバー内にこの非酸化ガスを充填することができる。
ある実施形態において、非酸化ガスを、約１ａｔｍ（７６０Ｔｏｒｒ）にて提供する。さらなる実施形態において、より低圧（すなわち、真空下）にてこの工程を実行することが可能である。この焼結工程を介してまたは焼結工程中の所定の期間にのみ特定の流量でこの非酸化ガスを提供することができる。特に、非酸化ガスを、約１０立法センチメートル毎分（ＳＣＣＭ）〜約１，０００ＳＣＣＭ、約２５ＳＣＣＭ〜約７５０ＳＣＣＭ、約５０ＳＣＭ〜約５００ＳＣＣＭ、約５０ＳＣＣＭ〜約２５０ＳＣＣＭ、約５０ＳＣＣＭ〜約１５０ＳＣＣＭまたは約７５ＳＣＣＭ〜約１２５ＳＣＣＭの割合にて提供することができる。いくつかの実施形態において、この工程は、実質的に流れ（すなわち、停滞したガスの大気）がない状態で実行されてもよい。

焼結は、単一であり均一な構造内へ押圧した材料を完全に伝動するために十分な温度で実行することができる。たとえば、押圧されたスラグは、約１，５００℃以上、約１，６００℃以上、約１，７００℃以上、約１，８００℃以上、約１，９００℃以上、約２，０００℃以上、約２，１００℃以上または約２，２００℃以上の最大温度まで加熱されてもよい。いくつかの実施形態において、最大焼結温度は、約１，５００℃〜約２，５００℃、約１，６００℃〜約２，５００℃、約１，７００℃〜約２，５００℃、約１，８００℃〜約２，５００℃、約１，９００℃〜約２，５００℃、約２，０００℃〜約２，５００℃、約２，１００℃〜約２，５００℃または約２，１００℃〜約２，４００℃の範囲内である。この温度は、所定の期間中、所定の温度で１つ以上のソークを有する段階的な方法における最大量まで上昇してもよい。ソークは、約５分〜約５時間、約１０分〜約４時間、約１５分〜約３時間、約３０分〜約２時間または約３０分〜約１．５時間続いても良い。このスラグは、約１時間〜約２４時間、約２時間〜約２２時間、約３時間〜約２０時間、約４時間〜約１８時間、約５時間〜約１６時間、約６時間〜約１４時間、約７時間〜約１３時間、約８時間〜約１２時間または約９時間〜約１１時間、最大温度で維持されてもよい。さらなる実施形態において、このスラグは、約２時間以上、約３時間以上、約４時間以上、約５時間以上、約６時間以上、約７時間以上、約８時間以上または約９時間以上の時間、最大温度で維持することができる。

特定の実施形態において、本方法は、熱間静水圧加圧の使用を含んでもよい。このような工程のステップは、高圧混合容器内の高温および静水圧の両方に対してこの材料を対象とすることを含むことができる。アルゴンまたはＮ_２などの不活性ガスをガス圧力工程において使用してもよい。この圧力は、好ましくは、全ての方向から使用され、チャンバーの加熱から本質的に使用され（たとえば、ガス注入）または発生させることができる。熱間静水圧加圧が使用される時、分離した圧力および焼結ステップに関連する上述の圧力および温度の範囲のいずれかの組み合わせを使用してもよい。熱間静水圧加圧のいくつかの実施形態において、約３００℃、〜約１５００℃、約４００℃〜約１４００℃、または約５００℃〜約１３００℃などのより低温を使用してもよい。他の上述の焼結ステップに加えて、または他の上述の焼結ステップに代わってこのような熱間静水圧加圧の使用が実行されてもよい。このような実施形態において、「焼結した」ＡＩＮ材料の本明細書の議論は、同様に、熱間静水圧加圧とみなされた材料にも使用することがさらに理解される。

さらなる実施形態において、本発明によるＡＩＮベース基板を調製する方法は、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ）、電場支援焼結法（ＦＡＳＴ）、またはパルス通電加圧焼結法(PECS)として認識される方法の使用を含むことができる。このような工程は、高温でＡＩＮ粉末およびＣＴＥに隣接する材料を一軸上に押圧することを含むことができ、電場（概して、パルスＤＣ電流）を使用する。この電流を、ダイおよびＡＩＮ粉末を介して直接通過させるため、この加熱は内部で発生する。このことは、非常に高加熱速度（たとえば、最大１，０００Ｋ／分）を促進することができる。単一でありかつ比較的早い工程のステップにおいて、ＡＩＮ粉末および添加剤をち密質焼結体内に統合するような工程が有益であり得る。さらに、このＳＰＳ工程の材料は、特により低い密度ではない密度を有することができる。さらに、ＳＰＳは、上述の焼結および／または熱間静水圧加圧に加えてまたはかわって使用することができる。特定の実施形態において、ＳＰＳの工程は、押圧、焼結、および熱間静水圧加圧のいずれかまたは全ての代替手段として使用することができる。

いくつかの実施形態において、この焼結された、多相多結晶質ＡＩＮ材料は、１つ以上の形状のステップを対象とすることができる。たとえば、この焼結した材料は、ベース基板を形成するために有益な望ましい形状（たとえば、シリンダー）に置かれても良い。同様に、焼結した材料は、１つ以上の実質的に単一の区分（たとえば、ウエハ）に切り取られても良い。（上述の、たとえば、実質的に平坦な対向表面を有するウエハの形式として、生悦ステップからまたは加工処理状態中のどちらかに除去されるバルク形体における）焼結した材料で、機械的ラッピングおよび／または機械的研磨などのタッピングおよび／または研磨ステップを行うことができる。ラッピングおよび／または研磨は、好ましくは、本明細書に前述される特性に即する表面形状を有するベース基板を得るという結果となる。

多相多結晶質ＡＩＮベース基板を調製する前述の方法に加えて、本発明は、同様に、この半導体材料の成長のための中間基板の調製の方法をも提供する。このような方法は、本明細書の他の部分で記述されており、実質的に純粋なＡＩＮと異なる材料を形成する半導体成長層に熱的に一致するために、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥ値と十分に異なるＣＴＥ値を有する多結晶質ＡＩＮベース基板を利用する。

ある実施形態において、そのうえに半導体材料の成長のための中間基板を調製する方法は、同時に実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する多結晶質ＡＩＮベース基板を提供することを含み得る。特定の実施形態において、この多結晶質ＡＩＮベース基板は、同じ温度で実質的に純粋な多結晶質ＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有することができる。本方法は、ベース基板上に半導体成長層を上に置くことを含む。

多様な実施形態において、この多結晶質ＡＩＮベース基板は、本明細書の他に記述される多相ＡＩＮ材料を含むことができる。好ましくは、この多結晶質ＡＩＮベース基板は、その上に置かれている半導体成長層および／またはその上に置かれている成長層上で成長することのできる半導体材料のＣＴＥとほぼ一致するように熱処理されたベース基板である。

この半導体成長層は、基板上に１つ以上の半導体層の成長のためのテンプレートとして機能するソース（ドナー）半導体基板またはウエハであることができる。特定の実施形態において、この半導体成長層は、ＧａＮ 単結晶または本明細書の他に記述されるいずれかの他の材料を含むことができる。このような成長層は、本明細書に記述されるＡＩＮベース基板と一致したＣＴＥを伝える先行技術において認識されるいずれかの有益な方法により形成することができる。たとえば、ＧａＮまたはＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＮ材料（Ｚは、０から１の範囲内である）の層は、高品質、低欠陥密度のない商業的なＧａＮまたはＡＩＮ基板上でホモエピタキシャルに成長してもよく、もしくは多結晶質ＡＩＮベース基板へ移す前に、サファイアまたはＳｉＣ基板上にヘテロエピタキシャルに成長してもよい。III族窒化物のエピタキシャルなテンプレートとしての使用に有益な材料は、成長層としてベース基板に使用されてもよい。ある実施形態において、この成長層は、単一結晶層またはその上で成長する望ましい化合物半導体材料の格子構造に類似する表面格子構造を有する、非常に方向づけられたコラム構造を有する層であり得る。たとえば、III族窒化物化合物材料は、その上のIII族窒化物化合物半導体材料の単一結晶層のエピタキシャルな成長を行うために有益であり得る。上述の通り、この成長層は、III族およびV属元素、特に、III族窒化物材料のいずれかを組み合わせを含むことができ、かつ以下の、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、およびＡｌＧＡＩＮＰ、特に単一結晶ＧａＮのいずれかを含むことができる。

上述のように、１つ以上の任意の、追加的層が、基板の上の半導体成長層を移す前に、多結晶質ＡＩＮベース基板上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、このような層は、ベース基板と成長層の接着を容易にするために有益である。他の実施形態において、カプセル化する層は、エピタキシャルな方法などの、さらなる処理ステップからベース基板を保護するために提供される。多結晶質ＡＩＮベース基板のＣＴＥを変える添加剤として使用される材料により、ベース基板および成長層の間の拡散バリアー層を提供することが有益であってもよい。

半導体成長層は、いずれかの適切な方法によりベース基板と付着されてもよい。たとえば、接着は、任意の接着層での接着、またはＱ．−Ｙ． Ｔｏｎｇ ａｎｄ Ｕ． Ｇｏｓｅｌｅ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ，Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ，１９９９などの知られている他のいずれかの技術により得ることができる。また、上記開示は、参照として本明細書に組み込まれる。他の実施形態において、ベース基板に対する成長層の接着は、いずれかの中間層も含むことなく、接着剤の使用を介して達成することができる。

他の実施形態において、本発明は、半導体材料を調製する方法を提供することができる。このような半導体材料は、完全なデバイスであってもよく、またはより大きなデバイスの部品であってもよい。この半導体材料は、半導体構造として意味するものであってもよい。

より詳細には、本発明による半導体材料を調製する方法は、本明細書中に記述される中間基板を提供し、かつ基板上に半導体層を成長させることを含むことができる。たとえば、この中間基板は、成長層上で成長する半導体成長層および／または半導体層に熱的に一致する多相の、多結晶質ＡＩＮベース基板に接着するまたは他の状態で関連する半導体成長層で形成することができる。特定の実施形態において、このベース基板は、同一の温度で実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なる（たとえば、大きい）ＣＴＥを有することができる。本方法は、多相の半導体層または単一層のみを成長させることを含むことができる。さらに、本方法は、半導体とみなされない材料を含む、半導体成長層より上のさらなる層の追加を含むことができる。特定の実施形態において、さらなる層は、特定のデバイスを形成し、または特定の特性を提供する必要のある構成要素を含むことができる。

いくつかの実施形態において、本方法は、（ラミネート構造として意味されても良い）本発明の中間基板上の半導体材料の結晶フィルムの成長を提供するものとして特徴づけられる。半導体層の成長は、たとえば、化学蒸着（ＣＶＤ）、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）、ハイドライト気相成長（ＨＶＰＥ）、複合照射法（ＩＢＡＤ）などのいずれかの適切な技術を使用して実行することができる。このような方法で使用されてもよい適切な成長用機器は、限定するものではないが、電子ビーム蒸発器、物理蒸着装置（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）、化学蒸着装置（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）、プラズマレーザー堆積装置（ｐｌａｓｍａ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）、二重型の熱蒸着器（ｄｕａｌ−ｔｙｐｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、スパッタリング装置（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）または金属有機化学蒸着装置（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）を含む。

他の実施形態において、本発明は、ベース基板を含まない成長在朗を使用する半導体材料の成長を含むことができる。たとえば、本発明による方法は、以下の、本明細書に記述される多相多結晶質ＡＩＮベース基板を調製し、この基板が、実質的に純粋なＡＩＮのＣＴＥと異なるＣＴＥを有するよう熱処理され、かつベース基板上に付着または成長する層のＣＴＥに熱的に一致するステップと、半導体成長層をベース基板に付着するステップと、成長層上に少なくとも１つの半導体材料層を成長させるステップと、ベース基板および成長層の１つまたは両方の半導体材料層から除去するステップとを含むことができる。

本発明の材料および方法は、機能するデバイスの作製に関する多様な方法において使用することができる。たとえば、この材料および方法は、電子デバイス、工学デバイスおよび光電子デバイスの作製において使用することができる。特定の実施形態において、本発明は、（たとえば、光源が望まれるいずれかの製品の使用のための）発光ダイオードおよび（たとえば、ビデオおよびゲーム技術を含む、レーザディスクの読み込み／書き込み技術の使用のための）レーザダイオードに関連し得る。さらなる実施形態において、本発明は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）およびヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などのIII族窒化物ベーストランジスタに関連し得る。このようなデバイスは、無線周波数（ＲＦ）およびマイクロ波回路に有益である。本発明のさらなる実施形態は、ＲＦ電力増幅器（たとえば、無線データ転送）、配電網用の高電圧スイッチング装置、光電検出器、太陽電池、磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスなどのスピン伝導電子装置（スピントロニクス）（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、集積ロジック／化合物半導体デバイスに関連し得る。本明細書中に記述される半導体デバイスを組み込み、かつ／または本明細書中に記述される方法により調製される本発明に含まれるより詳細な製品は、カラーディスプレイ（たとえば、テキストおよびビデオディスプレイ）、交通信号、自動車照明、航空照明、商用照明、住居照明、赤外線リモートデバイス、画像スキャナ、ビデオデバイス、写真デバイス、（医療機器、コンピュータデバイス、およびゲームデバイス）などのセンサー、タッチスクリーン、紫外線殺菌および殺菌デバイス、紫外線治療デバイス、プリンター、機械式ビジョンデバイス（たとえば、バーコードスキャナ）、および高密度光記憶ディスク、およびランダムアクセスメモリデバイスからなる群から選択され得る。

本発明の多くの修正および他の実施形態において、本発明が上述の明細書および関連する図面中に存在する技術の利点を有することに属することが、当業者に理解されるものである。したがって、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態が、添付される請求項の範囲内に含まれることを示唆することが理解される。特定の用語が、本明細書で使用されているが、一般的かつ記述的な意味においてのみ使用されるものであり、限定する目的を有するものではない。

Claims (46)

1. その上に半導体材料を成長させるための熱処理多結晶質窒化アルミニウム基板を調製する方法であって、前記方法が、
   前記窒化アルミニウムの熱膨張係数（ＣＴＥ）と異なるＣＴＥを有する第２の相材料の含有物と第１の相の窒化アルミニウムを組み合わせることと、
   前記組み合わせた第１および第２の相をさらに処理し、同一の温度で実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する多相窒化アルミニウム材料を形成することと
   を含む、方法。
2. 前記さらなる処理が、
   前記窒化アルミニウムおよび前記第２の相の材料を押圧し、押圧スラグを形成することと、
   前記押圧スラグを焼結し、前記同一の温度で前記実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する焼結多相窒化アルミニウム材料を形成することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記押圧が、加熱のない状態で実行される、請求項２に記載の方法。
4. 前記焼結ステップが、周囲ガスを排気したチャンバー内で実行される、請求項２に記載の方法。
5. 前記焼結ステップが、Ｎ_２雰囲気内で実行される、請求項４に記載の方法。
6. 前記焼結多相窒化アルミニウム材料の少なくとも１つの表面を研磨することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
7. 前記多相窒化アルミニウム材料が、前記同一の温度で実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥと約１０％以上の差で異なるＣＴＥを有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記多相窒化アルミニウム材料が、前記同一の温度で前記実質的に純粋な窒化アルミニウム以外のIII族窒化物のＣＴＥの約２５％以内であるＣＴＥを有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記III族窒化物材料が、窒化ガリウムを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記第２の相が、窒化チタンを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記窒化チタンが、前記熱処理多結晶質窒化アルミニウム基板に約５重量％以上含まれる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２の相材料が、窒化アルミニウムと反応して反応生成物を形成する前駆材料の前記反応生成物であり、前記反応生成物が、前記窒化アルミニウム粒子のＣＴＥと異なるＣＴＥを有する請求項１に記載の方法。
13. 前記反応生成物が、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの間の反応生成物である、請求項１２に記載の方法。
14. 中間基板上の半導体材料成長用の中間基板を調製する方法であって、前記方法が、
    請求項１〜１３のいずれか１項により調製される熱処理多結晶質窒化アルミニウム基板上に半導体成長層を被覆することを含み、
    前記熱処理多結晶質窒化アルミニウム基板のＣＴＥが、前記同一の温度で前記半導体成長層のＣＴＥの約２５％以内である、方法。
15. 前記半導体成長層が、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰおよびＡｌＧＡＩＮＰからなる群から選択される材料を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記半導体成長層が、III族窒化物を含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記半導体成長層が、単一結晶材料を含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記半導体成長層および前記多結晶質窒化アルミニウムベース基板の間に配置され、または前記半導体成長層を覆うように配置される、１つ以上の追加的層を提供することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
19. 半導体材料を調製する方法であって、
    請求項１４〜１８のいずれか１項により調製される中間基板上の半導体層を成長させることを含む、方法。
20. 前記半導体層上に１つ以上のさらなる層を成長させることを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 請求項１９または請求項２０の方法により調製される半導体材料を含むデバイス。
22. 前記デバイスが、電子デバイス、光学デバイス、および光電子デバイスからなる群から選択される、請求項２１に記載のデバイス。
23. 前記デバイスが、発光ダイオード、レーザダイオード、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、無線周波回路、マクロ波回路、ＲＦ電力増幅器、高電圧スイッチング装置、光電検出器、太陽電池、スピン伝導電子装置（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、集積ロジック／化合物半導体デバイスからなる群から選択される、請求項２１に記載のデバイス。
24. 前記デバイスが、カラーディスプレイ、交通信号、自動車照明、航空照明、商用照明、住居照明、赤外線リモートデバイス、画像スキャナ、ビデオデバイス、写真デバイス、センサー、タッチスクリーン、紫外線殺菌および殺菌デバイス、紫外線治療デバイス、プリンター、機械式ビジョンデバイス、高密度光記憶ディスク、および磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスからなる群から選択される、請求項２１に記載のデバイス。
25. 第１の相として多結晶質窒化アルミニウムを含む多相材料を含む熱処理基板であって、前記基板が、前記同一の温度で前記実質的に純粋な窒化アルミニウムの熱膨張係数（ＣＴＥ）と約１０％以上の差で異なるＣＴＥを有する、基板。
26. 第２の相として、窒化アルミニウムと化学的に反応せず、かつ前記同一の温度で前記実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥより大きいＣＴＥを有する追加の材料を含む、請求項２５に記載の熱処理基板。
27. 前記第２の相が、前記基板の約５重量％以上含まれる、請求項２６に記載の熱処理基板。
28. 前記第２の相が、窒化チタンを含む、請求項２６に記載の熱処理基板。
29. 第２の相として、前記窒化アルミニウムおよび追加の材料の間の前記反応生成物を含み、前記反応生成物が、前記同一の温度で前記実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥより大きいＣＴＥを有する、請求項２５に記載の熱処理基板。
30. 前記第２の相が、前記基板の約５重量％以上含まれる、請求項２９に記載の熱処理基板。
31. 前記第２の相が、前記窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの間の反応生成物を含む、請求項２９に記載の熱処理基板。
32. 前記基板が、前記同一の温度で前記実質的に純粋な窒化ガリウムのＣＴＥの約２５重量％内のＣＴＥを有する、請求項２５に記載の熱処理基板。
33. 前記基板の前記ＣＴＥが、前記同一の温度で前記実質的に純粋な窒化アルミニウムのＣＴＥを約１０％以上の差で超える、請求項２５に記載の熱処理基板。
34. 前記熱処理基板を被覆する半導体成長層をさらに含み、前記熱処理基板が、前記半導体成長層に熱的に一致するようなＣＴＥを有する、請求項２５に記載の熱処理基板。
35. 前記半導体成長層が、前記同一の温度で前記実質的に純粋なＣＴＥと約１０％の差で異なるＣＴＥを有する、請求項３４に記載の熱処理基板。
36. 前記半導体成長層および前記多結晶質窒化アルミニウムベース基板の両方のＣＴＥが、前記同一の温度で前記実質的に純粋なＣＴＥと約１０％の差で超えるＣＴＥを有する、請求項３５に記載の方法。
37. 前記熱処理基板のＣＴＥが、前記同一の温度で前記半導体成長層のＣＴＥの約２５％内である、請求項３４に記載の熱処理基板。
38. 前記半導体成長層が、III族窒化物を含む、請求項３４に記載の熱処理基板。
39. 前記半導体成長層が、窒化ガリウムを含む、請求項３８に記載の熱処理基板。
40. 前記半導体成長層が、単一の結晶材料を含む、請求項３８に記載の熱処理基板。
41. 前記半導体成長層および前記熱処理基板の間に配置され、または前記半導体成長層を覆うように配置される、１つ以上の追加的層をさらに含む、請求項３４に記載の熱処理基板。
42. 前記多相材料が、押圧されかつ焼結された材料である、請求項２５に記載の熱処理基板。
43. 請求項３４〜４２のいずれか１項に記載の熱処理基板を含むデバイス。
44. 前記デバイスが、電子デバイス、光デバイス、および光電子デバイスからなる群から選択される、請求項４３に記載のデバイス。
45. 前記デバイスが、発光ダイオード、レーザダイオード、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、無線周波回路、マクロ波回路、ＲＦ電力増幅器、高電圧スイッチング装置、光電検出器、太陽電池、スピン伝導電子装置（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、および集積ロジック／化合物半導体デバイスからなる群から選択される、請求項４３に記載のデバイス。
46. 前記デバイスが、カラーディスプレイ、交通信号、自動車照明、航空照明、商用照明、住居照明、赤外線リモートデバイス、画像スキャナ、ビデオデバイス、写真デバイス、センサー、タッチスクリーン、紫外線殺菌および殺菌デバイス、紫外線治療デバイス、プリンター、機械式ビジョンデバイス、高密度光記憶ディスク、および磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスからなる群から選択される、請求項４３に記載のデバイス。