CN102137960B - 制造氮化物衬底的方法和氮化物衬底 - Google Patents

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Abstract

一种制造氮化物衬底(10)的方法，其提供有以下步骤。首先，生长氮化物晶体。然后，从该氮化物晶体切割包括前表面(11)的氮化物衬底(10)。在该切割步骤中，切割氮化物衬底(10)，使得在与前表面(11)正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零。当在c轴方向上生长氮化物晶体时，在切割步骤中，沿着穿过氮化物晶体的前表面和后表面且没有穿过连接氮化物晶体的前表面的曲率半径中心与后表面的曲率半径中心的线段的平面，从氮化物晶体切割氮化物衬底(10)。

Description

制造氮化物衬底的方法和氮化物衬底
技术领域
本发明涉及一种制造氮化物衬底的方法和氮化物衬底。
背景技术
AlN(氮化铝)晶体具有6.2eV的宽能带隙、大约3.3WK-1cm-1的高热导率和高电阻。因此，作为用于诸如光学器件和电子器件的半导体器件的材料，诸如AlN晶体的氮化物晶体引起了注意。
例如，在日本专利特开No.2007-197276(专利文献1)中，公开了一种制造这种氮化物晶体的方法。在专利文献1中，通过下面的步骤来制造III-V族氮化物半导体衬底。具体地，在具有c面或偏离角的不同类型的衬底上生长III-V族氮化物半导体膜。其后，在不同类型的衬底上沉积金属膜，并进行热处理，以在III-V族氮化物半导体膜中形成腔。接下来，在该金属膜上沉积III-V族氮化物半导体晶体。随后，将不同类型的衬底分层，以获得具有基本垂直于前表面或相对于前表面以预定角度倾斜的c轴的III-V族化合物半导体晶体。接下来，抛光III-V族氮化物半导体晶体的后表面，以获得平坦表面。通过从ⅡI-V族氮化物半导体晶体去除不同类型的衬底、III-V族氮化物半导体膜和金属膜，来制造III-V族氮化物半导体衬底。由如上所述制造的ⅡI-V族氮化物半导体晶体制成的半导体衬底具有生长的前表面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开No.2007-197276
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在专利文献1中，III-V族氮化物半导体晶体是在生长状态下生长的。也就是说，仅通过III-V族氮化物半导体晶体的生长条件来控制III-V族氮化物半导体衬底前表面的偏离角。因此，难以高生产率制造具有被控制的偏离角的III-V族氮化物半导体衬底。
因此，本发明的一个目的是提供一种制造氮化物衬底的方法和氮化物衬底，通过该方法，来以提高的生产率制造具有被控制的前表面偏离角的氮化物衬底。
解决问题的方式
本发明一方面中的制造氮化物衬底的方法包括如下步骤。首先，生长氮化物晶体。然后，从该氮化物晶体切割包括前表面的氮化物衬底。在该切割步骤中，切割该氮化物衬底，使得在与前表面正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零。
本发明的氮化物衬底的特征在于：在包括前表面的氮化物衬底中，在与前表面正交的轴和a轴或m轴之间形成的偏离角大于零。
根据本发明一方面中的制造氮化物衬底的方法和氮化物衬底，从氮化物晶体切割氮化物衬底，以在整个前表面上具有偏离角。因此，可以不管生长氮化物晶体的状态如何(也就是说，不依赖于氮化物晶体的生长条件等)，稳定地制造具有被控制的偏离角的氮化物衬底。当在如上所述制造的氮化物衬底的前表面上形成外延层时，可以执行作为在横向方向上晶体生长的阶梯式生长。因此，外延层能够具有良好的形态，并由此可以提高结晶度。由于提高了外延层的结晶度，所以可以提高使用这种外延层制备的衬底、器件等的性质。因此，在提高生产率的情况下制造包括前表面的氮化物衬底，其中在所述前表面中控制偏离角以在整个氮化物衬底上方形成具有高性质的外延层。
本发明另一方面中的制造氮化物衬底的方法包括下面的步骤。首先，在c轴方向上生长包括前表面和与前表面相反的后表面的氮化物晶体。然后，从氮化物晶体切割该氮化物衬底。在切割步骤中，沿着穿过氮化物晶体的前表面和后表面且没有穿过连接氮化物晶体前表面的曲率半径中心和后表面曲率半径中心的线段的平面，从氮化物晶体切割氮化物衬底。
作为认真研究的结果，本发明的发明人发现：当沿着穿过连接氮化物晶体前表面的曲率半径中心和后表面曲率半径中心的线段的平面、从氮化物晶体切割氮化物衬底时，氮化物衬底的前表面包括零偏离角的部分。因此，根据本发明另一方面中的制造氮化物衬底的方法，可以制造其中在与前表面正交的轴和a轴或m轴之间形成的偏离角被一直控制得大于零的氮化物衬底。此外，由于在控制偏离角的情况下从氮化物晶体切割氮化物衬底，所以不管生长的氮化物晶体的状态如何都可以稳定地制造具有控制的偏离角的氮化物衬底。因此，在提高生产率的情况下制造其中偏离角被控制为形成具有高性能的外延层的氮化物衬底。
优选地，在上述的制造氮化物衬底的方法中，在切割步骤中，氮化物衬底被切割成使得氮化物衬底包括具有第一区域和围绕第一区域的第二区域的前表面，并且偏离角在第二区域中的第一点处具有最小值。
此外，优选地，在上述的氮化物衬底中，前表面具有第一区域和围绕第一区域的第二区域，并且前表面的偏离角在第二区域中的第一点处具有最小值。
由此，可以进一步增加第一区域中的偏离角，并由此当在该氮化物衬底上形成外延层时可以进一步增强这种阶梯式生长。因此，可以在位于内围侧上的第一区域上形成具有更高性能的外延层。在利用外延层制备的衬底、器件等中，外围侧通常很少频繁地使用，而内围侧通常更频繁使用。因此，由于可以进一步提高衬底、器件等中更频繁使用区域中的性能，所以在提高生产率的情况下制造氮化物衬底，在所述氮化物衬底中偏离角被控制为形成具有更高性能的外延层。
优选地，在上述的制造氮化物衬底的方法中，在切割步骤中，氮化物衬底被切割成使得第二区域在离氮化物衬底的边缘2mm的范围内。此外，优选地，在上述氮化物衬底中，第二区域在离边缘2mm的范围内。
由此，除了离氮化物衬底边缘2mm之内的第二区域之外的宽区域可以用作第一区域。由此，宽的第一区域可以用于具有高性能的外延层等。
优选地，在上述的制造氮化物衬底的方法中，在切割步骤中，氮化物衬底被切割成使得偏离角在第二区域中的第二点处具有最大值，并且偏离角从第二点向第一点单调减小。
此外，优选地，在上述的氮化物衬底中，偏离角在第二区域中的第二点处具有最大值，并且偏离角从第二点向第一点单调减小。
由此，由于位于内围侧上的第一区域不包括偏离角的最小值和最大值，所以偏离角不为零，并且可以抑制偏离角的变化。由此，在位于内围侧上的第一区域上，可以形成具有更高性能的外延层等。
优选地，在上述的制造氮化物衬底的方法中，在切割步骤中，沿着与在c轴方向上从a面或m面倾斜的平面平行的平面，从氮化物晶体切割氮化物衬底。此外，优选地，在上述的氮化物衬底中，前表面在c轴方向上从a面或m面倾斜。
由此，可以进一步提高利用这种氮化物衬底制造的外延层等的性能。
优选地，上述的制造氮化物衬底的方法进一步包括在切割步骤之后对氮化物衬底的前表面进行抛光和研磨中的至少一种的步骤。
由此，氮化物衬底的前表面能够被平坦化。如此，利用氮化物衬底，可以很容易地制造外延层等。
优选地，在上述的制造氮化物衬底的方法中，在切割步骤中，切割多个氮化物衬底。由此，可以减小用于每个氮化物衬底的制造成本。
发明的效果
根据本发明的制造氮化物衬底的方法和氮化物衬底，通过在控制偏离角的情况下从氮化物晶体切割氮化物衬底，可以在提高生产率的情况下制造氮化物衬底，使得在与前表面正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零。
附图说明
图1是示意性示出本发明实施例中的氮化物衬底的透视图。
图2是示出从上方(前表面侧)观察本发明实施例中的氮化物衬底时的偏离角的示意图。
图3是示出从上方(前表面侧)观察本发明实施例中的氮化物衬底时的偏离角的示意图。
图4是示出从上方(前表面侧)观察本发明实施例中的氮化物衬底时的偏离角的示意图。
图5是示出从上方(前表面侧)观察本发明实施例中的氮化物衬底时的偏离角的示意图。
图6(A)和6(B)是示意性示出本发明实施例的氮化物晶体的横截面图。
图7是能够用于制造本发明实施例的氮化物晶体的生长设备。
图8是从上方观察的本实施例中的氮化物晶体的示意平面图。
图9是沿着图8中的线IX-IX截取的横截面图，以及示意性示出氮化物晶体的晶体取向的示意图。
图10是沿着图8中的线X-X截取的横截面图，示意性示出氮化物晶体的晶体取向的示意图。
图11是示出本发明实施例中的氮化物晶体的横截面图。
图12是示出本发明实施例中的氮化物晶体的另一横截面图。
图13是示出本发明实施例中的氮化物晶体的另一横截面图。
图14是示出从垂直于前表面的方向观察比较例中获得的氮化物衬底时的偏离角的示意图。
图15是示出从垂直方向观察比较例中获得的氮化物衬底时的偏离角的示意图。
图16是示出从垂直方向观察比较例中获得的氮化物衬底时的偏离角的示意图。
图17是从基本a轴方向观察实例1中直径2R的、具有可以近似为具有半径r和中心O的弧的一部分的前表面22a的氮化物晶体的示意图。
图18是从基本a轴方向观察实例1中直径2R的、具有可以近似为具有半径r和中心O的弧的一部分的前表面22a的氮化物晶体的示意图。
图19是进一步考虑实例1中的切片的平面V2的示意图。
图20是进一步考虑实例1中的切片的平面V2的示意图。
图21是进一步考虑实例1中的切片的平面V2的示意图。
图22是进一步考虑实例1中的切片的平面V2的示意图。
图23是进一步考虑实例1中的切片的平面V2的示意图。
图24是考虑实例1中的切片的平面V3的示意图。
图25是考虑实例1中的切片的平面V3的示意图。
图26是考虑实例1中的切片的平面V4的示意图。
图27是示出实例2中指定用来切片的氮化物晶体的位置的方法的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述本发明的实施例。注意，在下面的图中，相同或相应的部分将用相同的附图标记来表示，并且将不再重复它们的描述。此外，在本说明书中，将通过[]指示单个取向，将通过<>指示集合取向，将通过()指示单个面，并且将通过{}指示集合面。另外，虽然结晶学上认为负指数是通过在数字上方放置“-”(横号)来指示，但是在本说明书中将通过在数字之前放置负号来表示。
图1是示意性示出本实施例中的氮化物衬底的透视图。首先，参考图1，将描述本实施例中的氮化物衬底。
如图1所示，氮化物衬底10包括前表面11。前表面11具有第一区域12和围绕第一区域12的第二区域13。也就是说，第一区域12位于氮化物衬底10的前表面11中的内围侧，并且第二区域13位于氮化物衬底10的前表面11中的外围侧。本实施例中的第一区域12是氮化物衬底10的前表面11中的、并且是在前表面11上形成的外延层的区域，在该区域中形成有用于衬底或器件的外延层。在前表面11上形成的外延层中，不用于衬底或器件的第二区域13相对于边缘具有一距离t，例如，在2mm的范围内。
图2至5是示出从上方(前表面侧)观察本实施例中的氮化物衬底时的偏离角的示意图。在图2至5中，箭头是指示偏离角的量值和方向的矢量。此外，在图2至5中，a表示a轴方向，m表示m轴方向，以及c表示c轴方向，指示在氮化物衬底10的前表面11的中心处的方向。如图2至5所示，在整个前表面11中，在与前表面11正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零。也就是说，前表面11不包括偏离角为零的区域。
前表面11的偏离角可以具有如图2至4所示的相同的量值，或者可以具有如图5所示的量值的变化。此外，偏离角的方向可以如图2至5所示一直是恒定的，或者可以是不同的(未示出)。
当前表面11的偏离角具有如图5所示量值的变化时，该偏离角在第二区域13中的第一点13a处具有最小值。该偏离角在第二区域13中的第二点13b处具有最大值。偏离角从第二点13b向第一点13a单调减小。注意，单调减小意味着偏离角的量值从第二点13b向第一点13a总是相同或减小，并且在第一点13a的偏离角小于第二点13b处的偏离角。也就是说，单调减小不包括其中偏离角从第二点13b向第一点13a增大的部分。
此外，前表面11在c轴方向上从a面或m面倾斜。注意，c面指的是{0001}面，包括(0001)面、(000-1)面以及与之平行的面。m轴方向指的是<1-100>方向，包括[1-100]方向、[10-10]方向、[-1100]方向、[-1010]方向、[01-10]方向和[0-110]方向。此外，a轴方向指的是<11-20>方向，包括[11-20]方向、[1-210]方向、[-2110]方向、[-1-120]方向、[-12-10]方向和[2-1-10]方向。
至少前表面11的第一区域12中的偏离角优选地不小于0.15°且小于2°，并且更优选不小于0.3°且小于0.7°。在该范围内，至少在第一区域12上可以形成具有高性能的外延层。
本实施例的氮化物衬底10具有矩形板形状的前表面11。如果前表面11是矩形的，那么优选的是前表面11边缘上一点和另一点之间的距离的最大值不小于5mm。如果前表面11是圆形的或椭圆形的，则优选的是最长直径不小于10mm。
氮化物衬底10例如是InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)，且优选氮化镓(GaN)、AlN、AlGaN等。
接下来，将描述制造本实施例中的氮化物衬底的方法。
图6(A)和6(B)是示意性示出本实施例中的氮化物晶体的横截面图。图7是能够用于制造本实施例中的氮化物晶体的生长设备。如图6(A)、6(B)和7所示，首先，生长氮化物晶体22。氮化物晶体22是用于制造氮化物衬底10的晶锭。在本实施例中，例如，通过升华方法，生长氮化物晶体22。
这里，将参考图7描述本实施例中的生长设备100的主要部件。生长设备100是用来通过升华方法生长晶体的设备。
如图7所示，生长设备100主要包括坩锅101、加热体121、反应容器123和加热部分125。
坩埚101例如由石墨制成。坩埚101具有排气口101a。以确保坩埚101内部和外部之间通风的方式，加热体121被提供成围绕坩埚101。反应容器123提供在加热体121的周围。诸如用于对加热体121进行加热的高频加热线圈的加热部分125被提供在反应容器123的外中心部分处。
在加热体121和反应容器123的一端处，提供了设置在反应容器123内、允许诸如氮气的载气流入到坩埚101中的进气口121a、123a，以及用于将载气发射到反应容器123外部的排气口121b、123b。此外，在反应容器123的上方和下方，提供了用于测量坩埚101上方和下方温度的辐射温度计127a、127b。
虽然上述的生长设备100可以包括除了上述元件之外的各种元件，但是为了说明方便，将不示出和描述这些元件。
首先，准备基础衬底21。基础衬底没有具体限制，且可以是诸如SiC(碳化硅)衬底的不同类型的衬底，或者可以由与要生长的氮化物晶体22的材料相同的材料制成。在本实施例中，例如，准备具有(0001)面作为主表面的SiC衬底作为基础衬底21。基础衬底21被放置在坩埚101的上部。在这种场合下，基础衬底21的前表面被平坦化，并且例如由石墨制成的基础衬底保护材料被放置在后表面侧，以紧密粘附在其上，以抑制基础衬底21的升华。
其后，准备原材料17。如果生长AlN晶体作为氮化物晶体22，例如，使用AlN粉末等作为原材料17。原材料17放置在坩埚101的下部，以与基础衬底21彼此面对。
其后，通过利用加热部分125对加热体121进行加热来增加坩埚101内的温度，同时使氮气流入到反应容器123中。然后，原材料17被加热到使原材料17升华的温度。通过加热，原材料17升华并产生升华气体。升华气体再凝固在设定为比原材料17的温度低的温度处的基础衬底21的前表面上。在本实施例中，进行加热，例如，使得基础衬底21具有2000℃的温度以及原材料17具有2200℃的温度，以生长具有30μm厚度的氮化物晶体，并且该氮化物晶体进一步生长100小时。由此，可以生长例如具有10mm厚度的氮化物晶体。其后，将氮化物晶体冷却到室温(例如，25℃)，并从生长设备100取出。由此，可以在基础衬底21上生长氮化物晶体。其后，进一步补充原材料17，以进一步在氮化物晶体上生长氮化物晶体。由此，如图6(A)或6(B)所示，例如，获得了具有19mm厚度的氮化物晶体22。氮化物晶体22的前表面22a翘曲成凹进形状。此外，可以使氮化物晶体22的后表面22b翘曲。前表面22a和后表面22b的翘曲可以相同，如图6(B)所示，或者可以不同，如图6(A)所示。注意，如图6(B)所示，由于氮化物晶体22的生长，可以升华基础衬底21。
虽然在本实施例中采用升华方法作为生长氮化物晶体22的方法，但是生长氮化物晶体22的方法没有具体限制于升华方法，并且，例如，可以采用诸如HVPE(氢化物气相外延)方法、MBE(分子束外延)方法和MOCVD(金属有机化学气相沉淀剂)方法的气相沉积方法、助熔剂法以及诸如高氮压力溶液方法的液相方法。
例如，当通过HVPE方法生长氮化物晶体22时，其生长例如如下所述。首先，准备基础衬底21。作为基础衬底21，例如，使用具有(111)面作为主表面的GaAs(砷化镓)衬底。其后，在基础衬底21上形成掩模，并通过HVPE方法生长氮化物晶体22。作为氮化物晶体22，例如，生长具有10mm厚度的GaN晶体。其后，使用例如王水，通过蚀刻来去除基础衬底。由此，获得了图6(B)中所示的氮化物晶体22。
图8是从上方观察本实施例中的氮化物晶体的示意平面图。图9和10是沿着图8中的线IX-IX和线X-X截取的横截面图，以及示意性示出氮化物晶体的晶体取向的示意图。在图9和10中，虚线指示在每个位置处的c轴方向、a轴方向或m轴方向。如上所述生长的氮化物晶体22的前表面22a翘曲成凹进形状，如图6(A)、6(B)、9和10所示。在本实施例中，由于氮化物晶体22在c轴方向上生长，或者氮化物晶体22的前表面22a、后表面22b或内部晶格面被翘曲，所以根据氮化物晶体22中的位置，c轴、a轴或m轴的取向是不同的。
由于在本实施例中从氮化物晶体22切割氮化物衬底10，所以生长具有大厚度的氮化物晶体22作为晶锭。当生长具有大厚度的氮化物晶体22时，氮化物晶体22的前表面22a被翘曲。因此，在氮化物晶体22的前表面22a和a轴或m轴之间形成的偏离角是随着前表面22a的位置而变化。这同样适用于后表面22b。
此外，例如，通过X-射线衍射(XRD)方法，测量氮化物晶体22的前表面22a中每个位置的c轴、m轴或a轴取向的不同。在后表面22b中，同样地进行测量。另外，通过暴露其位置，对氮化物晶体22的内部进行同样的测量。
接下来，从氮化物晶体22切割包括前表面11的氮化物衬底10，其中前表面11具有第一区域12和围绕第一区域12的第二区域13。在该切割步骤中，切割氮化物衬底10，使得在与前表面11正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零。
在该切割步骤中，优选的是切割氮化物衬底10，使得在与前表面11正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角在第二区域13中的第一点13a处具有最小值。此外，优选的是切割氮化物衬底10，使得第二区域13在距离氮化物衬底10边缘2mm的范围内。此外，在切割步骤中，优选的是切割氮化物衬底10，使得偏离角在第二区域13中的第二点处具有最大值，并且偏离角从第二点13b向第一点13a单调减小。
这里，将更具体地描述切割步骤。图11是示出本实施例中的氮化物晶体22的横截面图。在图11中，a代表a轴方向，m代表m轴方向，以及c代表c轴方向，指示氮化物晶体22中心处的轴方向。在可以认为氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b具有相同曲率半径的情况下，沿着在前表面22a的中心处平行于m面的平面T1、T2，从氮化物晶体22切割氮化物衬底10，例如如图11所示。平面T1、T2与氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的m轴不正交。沿着平面T1、T2切割的氮化物衬底10的前表面11分别具有如图2和图3所示的偏离角。由于平面T2比平面T1在c轴方向上从m面倾斜的更大，所以平面T2具有更大的偏离角。
图12是示出本实施例的氮化物晶体22的另一横截面图。在图12中，a代表a轴方向，m代表m轴方向，以及c代表c轴方向，指示氮化物晶体22中心处的轴。在可以认为氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b具有相同曲率半径的情况下，沿着与在c轴方向上在前表面22a的中心处从m面倾斜的平面平行的平面U1、U2，从氮化物晶体22切割氮化物衬底10，例如如图12所示。平面U1、U2是从生长氮化物晶体的方向(即，中心处的c轴方向)倾斜的平面。在本实施例中，平面U1、U2在氮化物晶体22的前表面22a的中心处，从垂直于c面的平面倾斜0.2°。平面U1、U2与氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的m轴不正交。沿着平面U1、U2切割的氮化物衬底10的前表面11分别具有如图4和3所示的偏离角，并且偏离角的取向彼此相反。
图13是示出本实施例的氮化物晶体22的另一横截面图。在图13中，a代表a轴方向，m代表m轴方向，以及c代表c轴方向，指示氮化物晶体22的前表面22a的中心处的轴方向。如图13所示，在c轴方向上生长氮化物晶体22的情况下，沿着穿过氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b且没有穿过氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的曲率半径的中心(中心O1和中心O2)以及它们之间(连接中心O1和中心O2的线段)的平面W1，从氮化物晶体22切割氮化物衬底10。也就是说，平面W1与氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的m轴不正交。再换句话说，平面W1没有位于氮化物晶体22的前表面22a的曲率半径的中心O1和后表面22b的曲率半径的中心O2之间。即，在整个氮化物晶体22中，平面W1与m轴不正交。沿着平面W1切割的氮化物衬底10的前表面11具有如图5所示的偏离角。
这里，“前表面22a和后表面22b的曲率半径”指的是当氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的曲线近似为弧时的半径。另外，“曲率半径的中心”指的是上述近似弧的中心。
此外，基于例如由XRD方法测量的氮化物晶体22的晶体取向，如图11至13所示，可以从氮化物晶体22切割氮化物衬底10。
优选地，沿着与在c轴方向上从a面或m面倾斜的平面平行的平面，诸如平面U1、U2、W1，从氮化物晶体22切割氮化物衬底10。具体优选地，沿着与在c轴方向上从位于氮化物晶体22中心的a面或m面倾斜的平面平行的平面，从氮化物晶体22切割氮化物衬底10。在氮化物晶体22的前表面22a具有多边形状的情况下，氮化物晶体22的中心指的是前表面22a中的、在将中心部分夹在中间的任意指定的相对两个边中内切的圆的直径的最大长度的中心。在氮化物晶体22的前表面22a为圆形或椭圆形的情况下，氮化物晶体22的中心指的是前表面22a中任意指定的直径的最大长度的中心。
在切割步骤中，优选的是切割多个氮化物衬底10。如果氮化物晶体22例如具有不小于10mm的尺寸，则可以很容易地切割多个氮化物衬底10。
切割氮化物衬底10的方法没有具体限制，以及例如，可以使用诸如切片的机械方法。切片指的是用具有外周切割边缘的切片机、具有内周切割边缘的切片机、线锯等从氮化物晶体22机械地切割氮化物衬底10。
如上所述制造的氮化物衬底10不包括在与前表面正交的轴和a轴或m轴之间形成的偏离角为零的区域。
接下来，根据需要，对氮化物衬底10的前表面进行抛光和研磨中的至少一种。研磨指的是通过使旋转磨石与前表面接触来磨损在厚度方向上的前表面。由于在抛光和研磨期间在氮化物衬底10中可以抑制颗粒脱离，所以可以容易地使前表面11被平坦化。注意，可以进一步执行氮化物衬底10的后表面的抛光和研磨中的至少一种。
在本实施例中，氮化物衬底10是利用具有固定在其上的金刚磨粒的磨石成形的，并且之后利用金刚磨粒研磨或抛光氮化物衬底10的前表面11。
通过进行如上步骤，可以制造具有例如400μm至450μm厚度的多个氮化物衬底10。
接下来，将描述通过本实施例中的制造氮化物衬底10的方法制造的氮化物衬底10的效果。
在本实施例中，沿着与前表面22a和后表面22b的m轴和a轴不正交的图11的平面T1、T2和图12的平面U1、U2，从氮化物晶体22切割氮化物衬底10。由此，可以制造，分别如图2、3、4和3所示的其中在与前表面正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零的氮化物衬底10。
另一方面，在比较例中，沿着其中前表面22a和后表面22b中的至少之一是与m轴或a轴正交的如图11中的平面T3和图12中的平面U3，从氮化物晶体22切割氮化物衬底50(见图14)。由于在比较例的情况下前表面22a和后表面22b都与m轴或a轴正交，所以如图14所示，在氮化物衬底50的整个前表面51中偏离角为零。图14是示出从垂直于前表面的方向观察比较例中获得的氮化物衬底时的偏离角的示意图。在图14中，a代表a轴方向，m代表m轴方向，以及c代表c轴方向，指示氮化物衬底50的前表面51的中心处的方向。在图14中没有示出箭头，因为在氮化物衬底50的整个前表面51中指示偏离角的矢量的量值为零。
在如上所述制造的本实施例中的氮化物衬底10的前表面11和比较例中的氮化物衬底50的前表面51中的每个上形成外延层。由于在具有偏离角的区域上形成的外延层是在横向方向上进行晶体生长，所以在氮化物衬底10的前表面11上生长的外延层具有良好的前表面形态。也就是说，如同本实施例一样，在具有完全形成偏离角的前表面11的氮化物衬底10上可以形成具有高性能的外延层。由此，可以宽范围提高利用外延层制备的衬底、器件等的性质。因此，本实施例中的氮化物衬底10可以控制偏离角，使得提高在前表面11上形成的外延层和利用这种外延层的器件的性质。
另一方面，不能在偏离角为零的区域上形成具有高性能的外延层。因此，在比较例中的氮化物衬底50的前表面51上生长的外延层不能获得良好的形态。也就是说，如同比较例中一样，在具有没有完全形成偏离角的前表面51的氮化物衬底50上，不能形成具有高性能的外延层。由此，不可能提高利用该外延层制备的衬底、器件等的性能。因此，比较例中的氮化物衬底50不能控制偏离角以便提高在前表面51上形成的外延层和利用这种外延层的器件的性能。
此外，作为认真研究从氮化物晶体22切割氮化物衬底10的位置和角度的结果，本发明的发明人发现，当沿着穿过氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的曲率半径中心O1、O2的平面W1、W2切割氮化物衬底时，如图13所示，切割的氮化物衬底的前表面具有零偏离角。由此，在本实施例中，如图13所示，沿着穿过氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b且没有穿过氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的曲率半径中心O1、O2的平面W1(没有穿过连接曲率半径的中心O1和O2的线段的平面W1)，从氮化物晶体22切割氮化物衬底10。由此，可以制造如图5所示的在与前表面正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零的氮化物衬底10。
此外，作为比较例，沿着穿过氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b且穿过氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的曲率半径中心O1、O2的平面W2、W3，切割氮化物衬底50。由此，如图15和16所示，制造氮化物衬底50，每个氮化物衬底50都包括第二区域53以及位于第二区域53的内围侧上的第一区域52，所述第二区域53具有第一点53a，在该第一点53a处，在与前表面51正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角为零。图15和16是示出从与前表面垂直的方向观察在比较例中获得的氮化物衬底时的偏离角的示意图。在图15和16中，箭头是指示偏离角的量值和方向的向量。在图15和16中，a代表a轴方向，m代表m轴方向，以及c代表c轴方向，指示在氮化物衬底50的前表面51的中心的方向。
此外，在氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b具有不同曲率半径的情况下，当如图13所示，沿着没有穿过连接氮化物晶体22的前表面22a和后表面22b的曲率半径中心O1和O2的线段的平面W1、从氮化物晶体22来切割氮化物衬底10时，可以制造在第二区域13中的第一点13a处具有偏离角为最小值的氮化物衬底10。
位于氮化物衬底10的前表面11上的内围侧上的第一区域12上形成的外延层被用于衬底、器件等。由此，在本实施例中，控制氮化物衬底10的偏离角，使得作为基本不用于衬底、器件等的区域的氮化物衬底10的第二区域13中的偏离角具有最小值。因此，当利用氮化物衬底10形成外延层并用于衬底、器件等时，可以控制偏离角以进一步提高要被使用的区域，也就是，第一区域12的性质。
另外，在本实施例中，从氮化物晶体22切割氮化物衬底10，以具有其中偏离角被控制的前表面11。由此，可以稳定地制造具有控制的偏离角的氮化物衬底10，不管氮化物晶体22的状态如何(也就是说，没有依赖于氮化物晶体22的生长条件等)。因此，可以在提高生产率的情况下制造其中控制偏离角以形成具有高性能外延层的氮化物衬底10。
当在c轴方向上生长氮化物晶体22时，氮化物晶体22通常相对于c轴方向翘曲成凹进形状。在本实施例中，考虑到翘曲形状，切割氮化物衬底10，以控制在与前表面正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角的分布。由此，可以在提高生产率的情况下制造其中在与前表面正交的轴和前表面的m轴或a轴之间形成的偏离角被控制的氮化物衬底10。
实例1
在本实例中，考虑了从氮化物晶体切割氮化物衬底使得在与前表面正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零的步骤中的切片方法。
(切片方法1)
图17和18是从基本a轴方向观察直径2R的、具有可以近似为具有半径r和中心O(即，曲率半径为r和曲率半径的中心为O)的弧的一部分的前表面22a的氮化物晶体的示意图。这里，为了简洁，将忽略氮化物晶体的厚度。
首先，将考虑在图17中示出的实例中相对于m面的偏离角为零的氮化物衬底的切割方法。在这种情况下，例如，通过沿着如平面V1所代表的与氮化物晶体的前表面22a垂直的平面，对氮化物晶体进行切片，来获得氮化物衬底。作为普遍的结果，具有与氮化物晶体共有部分的任何平面，由穿过中心O的直线代表的平面，都属于上述平面。
接下来，将考虑切割图18示出的实例中的相对于m面的偏离角为β的氮化物衬底的方法。在这种情况下，由图17的结果很清楚，通过沿着由平面V2代表的平面略微偏离中心O，对氮化物晶体进行切片，可以获得氮化物衬底。
图19至21是用来进一步考虑切片的平面V2的示意图。虽然在图17示出的实例中和在图18示出的实例中氮化物晶体的形状被认为是具有半径r和中心O的弧的一部分，但是如图20和21所示，氮化物晶体的形状(前表面22a)被认为是整个弧。在这种情况下，可以看出：没有穿过具有围绕中心O的半径ρ(ρ＝r×sinβ)的区域的任何平面(穿过图20和21中的区域A的任何平面)，都归属于用于切割其中相对于m面的偏离角为β的氮化物衬底的切片的平面V2。换句话说，离中心O距离为ρ的任何平面都归属于平面V2。离中心O的距离指的是从中心O到任何平面垂直延伸的长度。
然而，由于氮化物晶体实际上仅仅是具有半径r和中心O的弧的一部分，所以可以沿其对氮化物晶体进行切片的平面V2也是其一部分。图22和23示出这种情况。可以看出：沿其可以从氮化物晶体进行切片实际具有偏离角为β的氮化物衬底的平面V2处于图22和23中的区域B的一部分中。这里。为了简便，仅示出偏离角β位于氮化物晶体的前表面22a上的法线左侧上的情况，以及没有提供偏离角β位于其右侧上的情况。
因此，基于上面的考虑，已经发现：用于切割其中相对于m面的偏离角为β的氮化物衬底的平面V2具有下面两个条件：
(1)平面V2具有离中心O的距离为ρ；以及
(2)平面V2具有与氮化物晶体的前表面22a共有的部分。
由上文，已经发现：在氮化物晶体的前表面22a近似为弧的情况下，通过分别用X射线衍射、直尺、卡尺等测量氮化物晶体的中心O的位置、曲率半径r和直径2R，可以很容易地确定和切片用于获得其中偏离角为β的氮化物衬底的切片平面V2。
(切片方法2)
参考图24和25，将考虑相对于m面的偏离角在β1至β2(β1＜β2)范围内的氮化物衬底的切割方法。图24和25是用于考虑切片平面V3的示意图。
基于与上述切片方法1同样的考虑，已经发现：用于切割相对于m面的偏离角为β1至β2的氮化物衬底的平面V3具有下面两个条件：
(1)在平面V3中，离中心O的距离ρ满足r×sinβ1＜ρ＜r×sinβ2(图24和25中的区域C)；以及
(2)平面V3具有与氮化物晶体的前表面22a共有的部分。
由上文，已经发现：在氮化物晶体的前表面22a近似为弧的情况下，通过分别用X射线衍射、直尺、卡尺等测量氮化物晶体的中心O的位置、曲率半径r和直径2R，可以容易地确定和切片用于获得其中偏离角为β1至β2的氮化物衬底的切片平面V2。
(切片方法3)
参考图26，将考虑在上述切片方法1和2中为了简便而忽略的氮化物晶体厚度的效果。图26是用于考虑切片的平面V4的示意图。
当通过X-射线衍射测量准备的氮化物晶体的前表面22a和后表面22b时，发现氮化物晶体具有可以近似为具有半径r1和中心O1的弧的一部分的前表面22a和可以近似为具有半径r2和中心O2的弧的一部分的前表面22b。基于上文的讨论，仅需要考虑围绕中心O1的具有根据从β1至β2(β1＜β2)的偏离角范围而确定的半径r1×sinβ1、r1×sinβ2的球面，并且还考虑围绕中心O2的具有半径r2×sinβ1、r2×sinβ2的球面。
因此，已经发现，用于切割其中相对于m面的偏离角为β1至β2的氮化物衬底的平面V4具有如下三个条件：
(1)在平面V4中，离中心O1的距离ρ满足r1×sinβ1＜ρ＜r1×sinβ2(图26中的区域D1)；
(2)在平面V4中，离中心O2的距离ρ满足r2×sinβ1＜ρ＜r2×sinβ2(图26中的区域D2)；以及
(3)平面V4具有与氮化物晶体的前表面22a和后表面22b共有的部分。
由上文，已将发现：在氮化物晶体的前表面22a和后表面22b近似为弧的情况下，通过分别用X射线衍射、直尺、卡尺等测量氮化物晶体的中心O1、O2的位置、曲率半径r1、r2和直径2R，可以容易地确定和切片用于获得其中偏离角为β1至β2的氮化物衬底的切片的平面V4。
由于在优良晶体中氮化物晶体的生长厚度方向上的曲率半径的改变认为是单调性改变的，所以仅仅通过将注意力集中在如上考虑的前表面和后表面，就可以进行精确切片。
此外，通过增加具有中心和曲率半径的弧，还可以考虑除了氮化物晶体的前表面和后表面之外的c面。作为在那种方式下考虑的效果，可以更正确地掌握生长厚度方向上曲率半径的变化，并且可以进一步提高切片的氮化物衬底内偏离角的分布。例如，在氮化物晶体22不具有好质量的情况下，或者在利用具有偏离角的衬底作为基础衬底21在c轴方向上生长氮化物晶体22的情况下，通过增加对于除了前表面和后表面之外的c面的具有中心和曲率半径的弧，并进行同样的考虑，可以更精确地确定用于获得具有控制的偏离角的衬底的切片面。通过X-射线衍射(XRD)方法，例如，通过暴露其位置，可以测量氮化物晶体22内部的c面的中心和曲率半径。
虽然在上述的切片方法1至3中已经考虑了具有相对于m面的偏离角的氮化物衬底的切片方法，但是切片方法1至3还可以应用于具有相对于a面的偏离角的氮化物衬底的切片方法。也就是说，切片方法1至3可以应用于切割氮化物衬底使得在与前表面正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零的切片方法。
还可以类似考虑切割氮化物衬底的方法，使得关于包含在氮化物衬底的前表面中的第一区域和围绕第一区域的第二区域，第二区域在距离边缘2mm的范围内。也就是说，如果在后面描述的实例2中指定的切片点1和2的坐标被校正的情况下对氮化物衬底进行切片，可以切割氮化物衬底，使得第二区域在离边缘2mm的范围内。
实例2
在本实例中，考虑了具体的切片方法，所述切片方法用于从生长的氮化物晶体切割氮化物衬底，使得在与前表面正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零。为了考虑该切片方法，将固定到图27中示出的氮化物晶体的坐标系统限定到指定切片位置。
图27是示出本实例中指明用于切片氮化物晶体的位置的方法的示意图。如图27所示，坐标原点设定在氮化物晶体的后表面22b的中心，y轴方向沿着c轴设定(即，晶体的旋转对称轴)，并且z轴方向设定在其中线锯的线交互的方向上。当获得了带有具有偏离角的m面(a面)的氮化物衬底时，a轴(m轴)被向前定向(z方向)。利用线穿过由坐标系统指定的两个切片点(切片点1、2)，进行切片。切片点1和2的坐标分别设定为(x1，y1)和(x2，y2)。另外，由于线在垂直方向上移动，所以通过夹具(未示出)倾斜氮化物晶体，使得切片面垂直。
下面详细描述本发明的情形1至3和比较例1。下面的表1描述了在本发明的情形1至3和比较例1中的制造条件和制造氮化物衬底的结果。
[表1]
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(本发明的情形1)
准备具有(0001)面作为主表面的2英寸SiC衬底，并通过升华方法在作为基础衬底21的衬底上生长AlN单晶。
具体地，将基础衬底21放置在图6所示的坩埚101的上部。在这种情况下，基础衬底21的前表面被平坦化，并在后表面侧上放置由石墨制成的基础衬底保护材料，以紧密粘附到其上，以抑制基础衬底21的升华。此外，准备AlN粉末原材料，并作为原材料17放置在坩埚101的下部，与基础衬底21彼此面对。
其后，通过利用加热部分125对加热体121进行加热来增加坩埚101内部的温度，同时使氮气流入到反应容器123中。执行加热，使得基础衬底21具有2000℃的温度以及原材料17具有2200℃的温度，以生长30μm厚度的AlN单晶，并且使AlN单晶进一步生长持续100小时。其后，将AlN单晶冷却到室温，并去除SiC衬底。由此，获得了在c轴方向上具有大约10mm生长厚度的AlN单晶，作为氮化物晶体22。
当利用X射线衍射评估获得的AlN单晶的前表面和后表面中的结晶度时，发现AlN单晶是具有大约100秒的半值宽度的优良单晶。从许多点上的(0002)摇摆曲线测量的结果发现，该单晶翘曲成随着向上定向的c轴方向向上凹进的旋转对称形状。前表面具有1.0m的曲率半径，且后表面具有1.1m的曲率半径。确认了c面的形状可以近似为弧。确认了单晶属于如图26和27所示意性示出的状态。
在其平面定向被检查的情况下将AlN单晶设定在线锯上，以及沿着通过表1中示出的切片点1和切片点2的平面进行切片。由此，获得了一个AlN衬底。
其后，利用包含金刚磨粒的磨石进行研磨，并利用包含金刚磨粒的浆液进行抛光。由此，制造了本发明的情形1的AlN衬底。通过研磨和抛光，能够使本发明的情形1的氮化物衬底的前表面被平坦化。因此，当与后面描述的没有经过抛光和研磨的本发明的情形2的氮化物衬底相比时，利用本发明的情形1的氮化物衬底，能够更容易地制备外延层。
当通过X射线衍射在制造的AlN衬底上进行偏离角的平面内映射的测量以检查分布范围时，获得了AlN衬底，在AlN衬底中，前表面基本为m面且不包括偏离角为零的区域，并且具有特别适于在前表面的整个区域中进行外延生长的偏离角。
(本发明的情形2)
准备具有(111)面作为主表面的3英寸GaAs衬底，并用薄掩模覆盖GaAs衬底的整个前表面。由于SiO2(二氧化硅)具有不容许在其上直接生长GaN的性质，SiO2(二氧化硅)被用作用于掩模的材料。在掩模中形成窗口，并且通过该窗口利用HVPE方法来外延生长GaN。
在用于生长的HVPE炉中，在垂直的长炉内的上部提供Ga舟皿，并且将Ga熔融物装载其中。在炉的下部提供基座，并将GaAs衬底设定在其上。围绕该炉提供加热器以加热该炉。包含氢气和HCl气的混合气体从进气口引入。HCl与Ga反应合成GaCl，并且GaCl以气体的形式向下流动。从进气口引入包含氢气和NH3气体的混合气体。GaCl与NH3反应合成GaN，并且GaN沉积在GaAs衬底上。首先在低温下(490℃)生长缓冲层，其后升高温度，并在高温下(1010℃)进行外延生长。由此，生长了具有20mm厚度的GaN单晶，作为氮化物晶体22。其后，利用王水，通过蚀刻去除基础衬底。由此，获得了图6(B)中所示的作为氮化物晶体22的GaN单晶。
当如同本发明的情形1一样评估获得的GaN单晶的前表面和后表面这两者中的结晶度时，发现GaN单晶具有大约100秒的半值宽度。另外，利用X射线衍射确认翘曲形状(见表1)。
基于此，沿着穿过表1中描述的切片点1、2的平面进行线切片以获得两个GaN衬底，并由此制造了本发明情形2的GaN衬底。由于在本发明的情形2中切片之后没有进行研磨和抛光，所以与本发明情形1的情况相比时前表面没有能够被平坦化。然而，利用该氮化物衬底也能够形成外延层。
当评估制造的GaN衬底的偏离角分布时，确认了该氮化物衬底具有基本为m面且不包括零偏离角的前表面。
(本发明的情形3)
与本发明的情形2相同，准备了在HVPE炉中生长的GaN单晶。同样，利用X射线衍射(见表1)，确认了在获得的GaN单晶的前表面和后表面这两者中的结晶度大约为100秒，并且也确认了翘曲形状。
基于此，在这种情况下，为了获得具有基本a面的衬底，将GaN单晶设定在线锯上，并且其方向是从本发明情形2的方向改变的。具体地，沿着穿过表1中描述的切片点1、2的平面进行线切片，以获得两个衬底。在切片之后，与本发明的情形1相同进行研磨和抛光。由此，制造了本发明情形3的GaN衬底。
当在制造的GaN衬底上通过进行X射线衍射测量评估偏离角的分布时，确认了该GaN衬底具有基本为m面且不包括零偏离角的前表面。
(比较例1)
准备如本发明的情形1一样的翘曲形状的AlN单晶，并沿着表1中描述的切片平面用线锯切片，其与本发明的情形1至3中的切片方法不同。在切片之后，像本发明的情形1一样进行研磨和抛光。
当在制造的AlN衬底上通过进行X射线衍射测量评估偏离角的分布时，获得了具有m面的衬底，但是其是具有零偏离角的AlN衬底，这对于外延生长是优选的。
虽然如上已经描述了本发明的实施例和实例，但最初意图适当结合实施例和实例的特征。此外，应该理解，这里公开的实施例和实例是说明性的且在任何方面没有限制性。本发明的范围由权利要求的范围来限定，而不是由上面描述的实施例来限定，并且意图包括本范围内的任何修改以及等效于权利要求范围的意义。
附图标记说明
10：氮化物衬底；11、22a：前表面；12：第一区域；13：第二区域；13a：第一点；13b：第二点；17：原材料；21：基础衬底；22：氮化物晶体；22b：后表面；100：生长设备；101：坩埚；101a：排气口；121：加热体；121a、123a：入口；121b、123b：出口；123：反应容器；125：加热部分；127a、127b：辐射温度计；T1、T2、T3、U1、U2、U3、W1、W2、W3、V1、V2、V3、V4：平面；O、O1、O2：中心。

Claims (10)

1.一种制造氮化物衬底（10）的方法，包括以下步骤：
生长氮化物晶体（22）；以及
从所述氮化物晶体（22）切割包括前表面（11）的氮化物衬底（10），
其中，在所述的切割的步骤中，切割所述氮化物衬底（10）以使得在与所述前表面（11）正交的轴和m轴或a轴之间形成的偏离角大于零，其中，
在所述的切割的步骤中，切割所述氮化物衬底（10）以使得所述氮化物衬底（10）包括具有第一区域（12）和围绕所述第一区域（12）的第二区域（13）的所述前表面（11），并且所述偏离角在所述第二区域（13）中的第一点（13a）处具有最小值。
2.根据权利要求1所述的制造氮化物衬底（10）的方法，其中，
在所述的切割的步骤中，切割所述氮化物衬底（10）以使得所述第二区域（13）在距离所述氮化物衬底（10）的边缘2mm以内。
3.根据权利要求1所述的制造氮化物衬底（10）的方法，其中，
在所述的切割的步骤中，切割所述氮化物衬底（10）以使得所述偏离角在所述第二区域（13）中的第二点（13b）处具有最大值，并且所述偏离角从所述第二点（13b）向所述第一点（13a）单调减小。
4.根据权利要求1所述的制造氮化物衬底（10）的方法，其中，
在所述的切割的步骤中，在c轴方向上沿着与相对于a面或m面倾斜的平面相平行的平面，从所述氮化物晶体（22）切割所述氮化物衬底（10）。
5.根据权利要求1所述的制造氮化物衬底（10）的方法，在所述的切割的步骤之后，还包括对所述氮化物衬底（10）的所述前表面（11）进行抛光和研磨中的至少一项的步骤。
6.根据权利要求1所述的制造氮化物衬底（10）的方法，其中，
在所述的切割的步骤中，切割多个所述氮化物衬底（10）。
7.一种包括前表面（11）的氮化物衬底（10），其中，
在与所述前表面（11）正交的轴和a轴或m轴之间形成的偏离角大于零，其中，
所述前表面（11）具有第一区域（12）和围绕所述第一区域（12）的第二区域（13），以及
所述前表面（11）的所述偏离角在所述第二区域（13）中的第一点（13a）处具有最小值。
8.根据权利要求7所述的氮化物衬底（10），其中，
所述第二区域（13）在距离边缘2mm以内。
9.根据权利要求7所述的氮化物衬底（10），其中，
所述偏离角在所述第二区域（13）中的第二点（13b）处具有最大值，并且所述偏离角从所述第二点（13b）向所述第一点（13a）单调减小。
10.根据权利要求7所述的氮化物衬底（10），其中，
所述前表面（11）在c轴方向上相对于a面或m面倾斜。
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