CN109537056A - Iii-v族化合物晶体的制造方法和半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种容易将III‑V族化合物晶体从基板分离(剥离)的III‑V族化合物晶体的制造方法和半导体装置的制造方法。本发明的III‑V族化合物晶体的制造方法包括下述工序：晶种形成基板提供工序，提供在基板(11)上形成有III‑V族化合物晶种(12a)的晶种形成基板；晶种一部分分离工序，将III‑V族化合物晶种(12a)的与基板(11)接触的部分的一部分从基板(11)分离；以及晶体生长工序，在上述晶种一部分分离工序后，以III‑V族化合物晶种(12a)作为核而使III族元素与V族元素反应，从而生成III‑V族化合物晶体(12)并使其生长。

Description

III-V族化合物晶体的制造方法和半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及III-V族化合物晶体的制造方法和半导体装置的制造方法。
背景技术
氮化镓(GaN)等III-V族化合物半导体(也被称作III-V族半导体或GaN系半导体等)被广泛用作激光二极管(LD)、发光二极管(LED)等各种半导体元件的材料。
作为简便地制造III-V族化合物半导体的方法，使用例如气相外延生长法(有时也简称为“气相生长法”)(专利文献1和2)。气相外延生长法所生长的晶体的厚度有限，但通过近年来的改良，能够得到厚度大的III-V族化合物晶体。气相生长法有氢化物气相生长法(Hydride Vapor Phase Epitaxy、HVPE，氢化物气相外延法)、有机金属气相生长法(也称为MOCVD：Metalorganic Chemical Vapor Deposition，有机金属化学气相沉积法、或者MOVPE：metal-organic vapor phase epitaxy，金属有机化合物气相外延法)等。在专利文献1和2中，在蓝宝石基板上形成缓冲层(应力缓和层)，进一步在其上通过气相生长法形成氮化镓层。
另外，作为III-V族化合物晶体的制造方法，还使用了在液相中使晶体生长的液相生长法(LPE：液相外延法(Liquid Phase Epitaxy))。该液相生长法存在需要高温高压的问题，但通过近年来的改良，能够在比较低温低压下进行，成为也适于量产的方法(专利文献3等)。上述液相生长法(LPE)可以为例如下述的方法：在基板上使作为晶种的III-V族化合物晶体层通过MOCVD成膜后，通过液相生长法使上述III-V族化合物晶体进一步生长(专利文献3等)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平7-54806号公报
专利文献2：日本特开2014-009156号公报
专利文献3：日本专利第4920875号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了将所制造的III-V族化合物晶体从基板分离(剥离)，可以采用例如以下的方法。即，首先从基板侧照射透过性的激光使其在缓冲层会聚，形成剥离层。其后，施加外力将上述基板从III-V族化合物晶体剥离。
但是，该方法存在以下的问题。首先，III-V族化合物晶体例如在炉内在基板上以800～1200℃等的高温生长。其后，为了通过激光照射对上述III-V族化合物晶体和上述基板进行加工，需要将其从炉内取出。此时，上述III-V族化合物晶体和上述基板被冷却至例如室温。在该冷却时，由于上述III-V族化合物晶体与上述基板的热膨胀系数之差，上述III-V族化合物晶体和上述基板有可能发生应变而弯曲。例如，在通常使用的蓝宝石和氮化镓中，热膨胀系数之差约为35％。这种情况下，由于蓝宝石的热膨胀系数小于氮化镓，因而通过冷却，蓝宝石基板弯曲而使氮化镓侧呈凸形状。为了对弯曲的基板的缓冲层照射激光而形成加工层，需要与弯曲相应地调整激光的会聚位置(加工位置)。由于该调整伴有困难，因而难以通过激光照射形成剥离层。另外，由于弯曲的基板具备内部应力，因而在剥离层的形成中蓝宝石基板与氮化镓基板的应力发生变化，从而使基板的弯曲形状发生变化。因此，使激光会聚的加工位置发生变化，从而使上述加工位置的调整变得更困难。
因此，本发明的目的在于提供容易将III-V族化合物晶体从基板分离(剥离)的III-V族化合物晶体的制造方法和半导体装置的制造方法。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个方式，提供一种III-V族化合物晶体的制造方法，其包括下述工序：晶种形成基板提供工序，提供在基板上形成有III-V族化合物晶种的晶种形成基板；晶种一部分分离工序，将上述III-V族化合物晶种的与上述基板接触的部分的一部分从上述基板分离；以及晶体生长工序，在上述晶种一部分分离工序后，以上述III-V族化合物晶种作为核而使III族元素与V族元素反应，从而生成III-V族化合物晶体并使其生长。
根据本发明的另一方式，提供一种包含上述III-V族化合物晶体的半导体装置的制造方法，其包括通过上述本发明的III-V族化合物晶体的制造方法制造上述III-V族化合物晶体的工序。
发明效果
根据本发明，能够提供一种容易将III-V族化合物晶体从基板分离(剥离)的III-V族化合物晶体的制造方法和半导体装置的制造方法。
附图说明
图1是示意性示出本发明的III-V族化合物晶体制造方法的一例的流程图。
图2是示意性示出本发明的III-V族化合物晶体制造方法中使用的气相生长炉的一例的截面图。
图3是示出本发明的III-V族化合物晶体制造方法中使用的激光加工装置的一例的立体图。
图4是图3的激光加工装置中的将被加工物固定于框架的状态的立体图。
图5是示出使图4的被加工物位于激光照射单元中的聚光器的下方的状态的立体图。
图6是示出使图4的被加工物位于激光照射单元中的聚光器的下方的状态的图。图6的(a)是主视图，图6的(b)是截面图。
图7是示意性示出实施例中使用的LPE装置的结构的图。
图8是由实施例制造的GaN晶体和从上述GaN晶体剥离的蓝宝石基板的照片。
图9是示出实施例中使用的晶种形成基板的结构的图。
图10是示出图9的晶种形成基板的PL(光致发光)测定结果的图。
图11是由实施例制造的另一GaN晶体和从上述GaN晶体剥离的蓝宝石基板的照片。
图12是将与图11相同的GaN晶体的照片和比较例的GaN晶体的照片一并示出的照片。
图13是示出图12所示的实施例以及比较例的GaN晶体的XRC(X射线摇摆曲线衍射法)测定结果的曲线图。
图14是由实施例制造的又一GaN晶体的照片。
具体实施方式
以下举出示例对本发明进行说明。其中，本发明并不受以下说明的限定。
本发明的III-V族化合物晶体的制造方法(以下有时称为“本发明的III-V族化合物晶体制造方法”)例如也可以在上述晶种一部分分离工序中从上述晶种形成基板的上述基板侧向上述III-V族化合物晶种照射激光，从而将上述III-V族化合物晶种的与上述基板接触的部分的一部分分离。需要说明的是，在本发明中，“分离”还包括例如通过分解、剥离、除去、物理变化、化学变化等进行分离。例如，在上述晶种一部分分离工序中，为了将上述III-V族化合物晶种的与上述基板接触的部分的一部分从上述基板分离，例如可以将与上述基板接触的部分的一部分通过分解、剥离、除去、物理变化、化学变化等而从上述基板分离。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法例如也可以进一步包括接触工序，在上述晶种一部分分离工序后，使上述III-V族化合物晶种的与上述基板相反侧的正面与金属熔液接触；在上述晶体生长工序中，使上述III族元素与上述V族元素在上述金属熔液中反应。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法中，例如也可以是，上述V族元素为氮、上述金属熔液为碱金属熔液、上述III-V族化合物为III族氮化物，在上述晶体生长工序中，在含氮气氛下使III族元素与上述氮在上述碱金属熔液中反应，从而以上述III-V族化合物晶种作为核而生成III族氮化物晶体并使其生长。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法例如也可以在上述晶体生长工序中使上述III族元素与上述V族元素在气相中反应。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法例如也可以在上述晶种一部分分离工序中使上述III-V族化合物晶种的与上述基板接触的部分以岛状残留。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法中，例如上述III-V族化合物晶种和上述III-V族化合物晶体可以为氮化镓(GaN)。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法例如也可以进一步包含基板分离工序，在上述晶体生长工序后，将上述基板从上述III-V族化合物晶体分离。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法例如也可以在上述基板分离工序中利用因温度变化所致的上述III-V族化合物晶体与上述基板的膨胀率或收缩率之差将上述基板从上述III-V族化合物晶体分离。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法例如也可以在上述基板分离工序中将上述III-V族化合物晶体和上述基板冷却。
本发明的III-V族化合物晶体制造方法中，例如上述基板可以为蓝宝石基板。
<1.III-V族化合物晶体的制造方法>
本发明的III-V族化合物晶体的制造方法例如可以如下进行。
图1的(a)～图1的(g)的工序截面图中示意性示出了本发明的III-V族化合物晶体的制造方法的一例。首先，如图1的(a)和图1的(b)所示，提供在基板11上形成有III-V族化合物晶种层(III-V族化合物晶种)12a的晶种形成基板(晶种形成基板提供工序)。接下来，如图1的(c)和图1的(d)所示，将III-V族化合物晶种12a的与基板11接触的部分的一部分从基板11分离(晶种一部分分离工序)。接下来，如图1的(e)所示，在上述晶种一部分分离工序后，以III-V族化合物晶种12a作为核而使III族元素与V族元素反应，从而生成III-V族化合物晶体12并使其生长(晶体生长工序)。进而，如图1的(f)和图1的(g)所示，在上述晶体生长工序后，将基板11从III-V族化合物晶体12分离(基板分离工序)。
对于III-V族化合物晶种12a和III-V族化合物晶体12的形成方法没有特别限定，例如可以为气相生长法。对于上述气相生长法中使用的装置没有特别限定，例如可以与一般的气相生长法中使用的气相生长炉等相同。在图2的截面图中示出了本发明的III-V族化合物晶体制造方法中使用的气相生长炉的一例。如图所示，该气相生长炉1000在内部具有工作台1001和原料收纳部1002。基板11可以载置在工作台1001上。III-V族化合物晶体的原料可以收纳在原料收纳部1002。对于上述原料没有特别限定，例如在III-V族化合物晶体为氮化镓(GaN)的情况下，上述原料可以为金属镓。另外，气相生长炉1000进一步在其上部具有氨气(NH3)导入管1003、氢气(H2)导入管1004和氯化氢气体(HCl)导入管1005，在外侧面具有加热器1006，并且在下部具有排气管1007。
以下基于图1和图2对III-V族化合物晶体的制造方法进行更具体的说明。
<1-1.晶种形成基板提供工序>
首先，如图1的(a)所示，准备基板11。对于基板11没有特别限定，可以举出例如蓝宝石基板、碳化硅基板、氧化镓(Ga2O3)基板、硅(Si)基板、氮化硅(Si3N4)基板、砷化镓(GaAs)基板、铝酸锂(LiAlO2)、ScAlMgO4基板等。对于基板11的形状和尺寸没有特别限定，例如可以根据所要制造的III-V族化合物晶体的形状和尺寸等适宜地设定。基板的形状例如可以为矩形，也可以为圆形、多边形、正方形、六边形、八边形等。关于基板11的尺寸，例如长径可以为5～20cm等。对于基板11的厚度也没有特别限定，例如可以为0.01～2mm、0.05～1.5mm或0.1～1mm。
接下来，如图1的(b)所示，在基板11上形成III-V族化合物晶种层(III-V族化合物晶种)12a。对于III-V族化合物晶种层12a的形成方法没有特别限定，例如可以为气相生长法。对于上述气相生长法也没有特别限定，例如可以与一般的气相生长法相同。另外例如也可以与后述的生成III-V族化合物晶体12并使其生长的方法(晶体生长工序)的具体例相同。需要说明的是，在本发明中，作为III族(13族)元素，可以举出例如铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)，作为V族(15族)元素，可以举出例如氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。III-V族化合物晶种12a例如可以为由AlxGayIn1-x-yN或AlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)表示的III-V族化合物，优选为III族氮化物。III-V族化合物层12更具体地可以举出由上述组成表示的AlGaN、InGaN、InAlGaN、AlN、GaP、GaN等，特别优选GaN。另外，III-V族化合物晶种12a的组成(化学式)例如可以与III-V族化合物晶体12相同，也可以不同，优选相同。
对于III-V族化合物晶种层12a的厚度也没有特别限定，例如可以为0.001～1000μm、0.01～100μm或0.1～50μm。在后述的晶种一部分分离工序中，从III-V族化合物晶种层12a的加工容易性(容易将III-V族化合物晶种12a的与基板11接触的部分的一部分从基板11分离)的方面出发，优选III-V族化合物晶种层12a的厚度不过小。另一方面，从防止或抑制后述的基板分离工序后的III-V族化合物晶体12和基板11的翘曲的方面出发，优选III-V族化合物晶种层12a的厚度不过大。
根据上述可以提供在基板11上形成有III-V族化合物晶种层12a的晶种形成基板。需要说明的是，在图1的(a)和图1的(b)中示出了在基板11上形成III-V族化合物晶种层12a的示例，但也可以代替该示例而获得预先准备的晶种形成基板。
<1-2.晶种一部分分离工序>
接下来，如图1的(c)和图1的(d)所示，将III-V族化合物晶种12a的与基板11接触的部分的一部分从基板11分离(晶种一部分分离工序)。
如上所述，在本发明中，为了将上述III-V族化合物晶种的与上述基板接触的部分的一部分从上述基板分离，例如可以将与上述基板接触的部分的一部分通过分解、剥离、除去、物理变化、化学变化等从上述基板分离。若利用物理加工，则能够在不使用抗蚀剂(蚀刻掩模)和蚀刻液等的情况下简便地将上述III-V族化合物晶种的与上述基板接触的部分的一部分从上述基板分离。作为上述物理加工没有特别限定，可以举出例如切削加工、或者通过使粒子或波动与上述III-V族化合物晶种碰撞而进行的加工等。这些之中，优选通过使粒子或波动与上述III-V族化合物层碰撞而进行的加工。作为通过使粒子或波动与上述III-V族化合物晶种碰撞而进行的加工，可以举出例如激光照射、粒子(离子或电子)光束照射、磨碎加工、喷丸加工、磨料水射流、超声波加工等。这些之中，特别优选激光照射。这是由于，利用激光照射能够更简便地进行精密的加工。具体地说，例如只要对上述III-V族化合物晶种的希望从上述基板分离的位置进行激光照射即可。
在图1的(c)和图1的(d)中，对于从基板11侧对III-V族化合物晶种12a照射激光的方法进行说明。即，如图1的(c)所示，使激光13会聚并照射在III-V族化合物晶种层12a的希望从基板11分离的位置(加工位置)14。由此，如图1的(d)所示，在照射了激光13的加工位置14，III-V族化合物晶种层12a从基板11分离，形成加工痕15。此时所发生的现象(机理)尚不明确，但据推测，例如通过使激光13照射在加工位置14，该位置的III-V族化合物晶种12a发生分解(化学变化)，由此从基板11分离。在III-V族化合物晶种12a为GaN的情况下，据推测，例如通过激光13的照射，该GaN变化成金属镓。由于金属镓的熔点约为30℃，因而容易从基板11分离。但是，这些推测并不对本发明进行任何限定。
对于激光13的波长没有特别限定，优选能够在不会对基板11带来影响的情况下进行III-V族化合物晶种12a的加工的波长。因此，上述激光的波长优选可被III-V族化合物晶种层12a吸收且可透过基板11的波长。这种情况下，III-V族化合物晶种层12a对上述激光的吸收率例如可以为20％以上、50％以上、或80％以上，理想的情况为100％。另外，基板11对激光13的透过率例如可以为90％以上、95％以上、或98％以上，理想的情况为100％。需要说明的是，对于III-V族化合物晶种层12a对上述激光的吸收率和基板11对上述激光的透过率的测定方法没有特别限定，例如可以使用一般的分光光度计进行测定。对于激光13的波长没有特别限定，例如可以为150～1300nm、193～1100nm、193～500nm、或193～400nm。激光13的波长也可以考虑基板11和III-V族化合物晶种层12a的材质等适宜地设定。在基板11为蓝宝石基板、III-V族化合物晶种层12a为GaN的情况下，激光13的波长例如可以为193～500nm、193～355nm、200～350nm、或230～300nm。更具体地说，可以使用例如波长为266nm或355nm等的激光。
对于激光13的输出也没有特别限定，例如可以为0.01～100W、0.05～50W、或1～20W。对于激光13的光斑直径也没有特别限定，例如可以为1～400μm、5～150μm、或10～80μm。对于激光13的能量密度也没有特别限定，例如可以为0.001～20J/cm2、0.002～10J/cm2、或0.006～5J/cm2。另外，例如可以一边使激光13的光斑移动来改变加工位置(激光13的照射位置)14一边对III-V族化合物晶种层12a照射激光13来进行加工。对于激光13的光斑的移动速度(进给速度)也没有特别限定，例如可以为1～1000mm/s、10～500mm/s、或50～300mm/s。另外，对于激光13的照射方向也没有特别限定，例如可以从III-V族化合物晶种层12a侧照射，也可以从基板11侧照射，优选如图1的(c)所示那样从基板11侧照射。利用这种方式，能够将III-V族化合物晶种层12a的未与基板11接触的一侧留下而仅选择性地对与III-V族化合物晶种层12a接触的一侧进行加工。
另外，对于激光13的介质和激光振荡器也没有特别限定，可以举出例如YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、碟片激光器、DPSS激光器、准分子激光器、光纤激光器等。另外，上述激光可以为脉冲激光光线，也可以为CW(连续波，Continuous wave)激光光线。在为脉冲激光光线的情况下，对于其频率没有特别限定，例如可以为10Hz～100MHz、1～1000kHz(1MHz)、或10～200kHz。对于上述脉冲激光光线的脉冲宽度也没有特别限定，从抑制热扩散的方面出发，例如为0.2ps(0.2皮秒、或200fs[飞秒])～10ns、5～500ps(皮秒)、或5～200ps。
在III-V族化合物晶种(III-V族化合物晶种层)12a与基板11接触的一侧，未被激光13照射的部分、即加工位置14以外的部分的III-V族化合物晶种层12a保持与基板11接触的状态残留。对于该残留部分的形状没有特别限定，可以举出条纹状、岛状(点状)等，特别优选点状。点状的情况下，对其形状没有特别限定，例如可以为圆形，也可以为椭圆形、多边形、正多边形、三角形、正三角形、四边形、正方形、矩形、五边形、正五边形、六边形、正六边形等。对于III-V族化合物晶种12a的残留部分的尺寸及其间隔也没有特别限定。上述尺寸和间隔可以适宜地设定，以使得例如基板11在后述的基板分离工序之前未从III-V族化合物晶种12a剥离(分离)，并且在后述的基板分离工序中容易从III-V族化合物晶种12a剥离(分离)。在III-V族化合物晶种12a的残留部分为条纹状的情况下，其宽度例如可以为100mm以下、10mm以下、1mm以下、或500μm以下，例如可以为0.001μm以上、0.1μm以上、1μm以上、或10μm以上。在III-V族化合物晶种12a的残留部分为点状的情况下，上述点的长径(最长径、例如矩形的情况下为长边)例如可以为100mm以下、10mm以下、1mm以下、或500μm以下，例如可以为0.001μm以上、0.1μm以上、1μm以上、或10μm以上。上述点的短径(最短径、例如矩形的情况下为短边)例如可以为100mm以下、10mm以下、1mm以下、或500μm以下，例如可以为0.001μm以上、0.1μm以上、1μm以上、或10μm以上。另外，在III-V族化合物晶种12a的残留部分，相互相邻的部分之间的间隔例如可以为100mm以下、10mm以下、1mm以下、或500μm以下，例如可以为0.001μm以上、0.1μm以上、1μm以上、或10μm以上。对于III-V族化合物晶种12a的残留部分的配置也没有特别限定。例如，假设将相互全等的多个矩形(长方形)没有间隙地在基板11上铺满，可以在上述矩形的各顶点处配置III-V族化合物晶种12a的残留部分。另外，代替上述矩形，例如可以为正方形、菱形、梯形等，例如可以为正三角形，也可以为正三角形以外的三角形。对于III-V族化合物晶种12a彼此间的配置关系也没有特别限定，例如可以为旋涡状、同心圆状、辐射线状等任一种配置。
另外，对于加工位置14(III-V族化合物晶种12a的从基板11分离的部分)的面积没有特别限定，相对于III-V族化合物晶种12a整体的面积例如可以为0.001％以上、0.01％以上、0.1％以上、1％以上、5％以上、10％以上、20％以上、30％以上、40％以上或50％以上，可以为99.9％以下、99％以下、90％以下、80％以下、70％以下、60％以下、或50％以下。从加工容易性和后述的III-V族化合物晶体12的缺陷少的方面出发，优选加工位置14相对于III-V族化合物晶种12a整体的面积的面积比不过大。另一方面，从后述的III-V族化合物晶体12与基板11的分离(剥离)容易性的方面出发，优选加工位置14相对于III-V族化合物晶种12a整体的面积的面积比不过小。
对于照射激光13来进行III-V族化合物晶种12a的加工的激光加工装置也没有特别限定，例如可以使用公知的激光加工装置。图3的立体图中示出了上述激光加工装置的一例。如图所示，该激光加工装置10包含静止基台20、保持工作台机构30、激光照射组件支承机构40、以及激光照射组件50。保持工作台机构30设置在静止基台20上，对被加工物进行保持，并且能够沿箭头X所示的加工进给方向移动。激光照射组件支承机构40设置在静止基台20上并且能够沿箭头Y所示的分度进给方向移动。箭头Y如图中所示与箭头X所表示的加工进给方向正交。激光照射组件50被安装在激光照射组件支承机构40上，能够沿箭头Z所示的聚光点位置调整方向移动。箭头Z如图中所示与箭头X和箭头Y正交。
上述保持工作台机构30包含导轨310、第1滑动块320、第2滑动块330、圆筒状的支承筒体340、工作台罩350、以及保持工作台360。导轨310有两根(一对)，它们在静止基台20上沿着箭头X所示的加工进给方向平行地配置。第1滑动块320配置在一对导轨310上且能够沿箭头X所示的加工进给方向移动。第2滑动块330配置在第1滑动块320上且能够沿箭头Y所示的分度进给方向移动。工作台罩350与作为被加工物保持单元的保持工作台360利用圆筒状的支承筒体340而被支承在第2滑动块330上。
在第1滑动块320的下表面设置有两根(一对)与一对导轨310嵌合的被导向槽3210。另外，在第1滑动块320的上表面设置有两根(一对)沿箭头Y所示的分度进给方向平行地形成的导轨3220。该第1滑动块320通过将一对被导向槽3210嵌合在一对导轨310中而能够沿着一对导轨310在箭头X所示的加工进给方向上移动。另外，图示的保持工作台机构30具有加工进给单元370，其用于使第1滑动块320沿着一对导轨310在箭头X所示的加工进给方向上移动。加工进给单元370包含外螺纹杆3710。外螺纹杆3710与导轨310平行地设置在一对导轨310与310之间。另外，加工进给单元370进一步包含用于旋转驱动外螺纹杆3710的脉冲电动机3720等驱动源。外螺纹杆3710的一端可自由旋转地支承在固定于静止基台20的轴承块3730。另外，外螺纹杆3710的另一端与上述脉冲电动机3720的输出轴传动连接。需要说明的是，外螺纹杆3710与在第1滑动块320的中央部下表面突出的内螺纹块(未图示)的贯穿内螺纹孔螺合(嵌合)。因此，通过利用脉冲电动机3720使外螺纹杆3710正转或反转驱动，第一滑动块320能够沿着一对导轨310在箭头X所示的加工进给方向上移动。
在第2滑动块330的下表面设置有与设置于第1滑动块320的上表面的一对导轨3220嵌合的一对被导向槽3310。通过使该一对被导向槽3310与一对导轨3220嵌合，第2滑动块330能够沿箭头Y所示的分度进给方向移动。另外，图示的保持工作台机构30包含第1分度进给单元380。第1分度进给单元380是用于使第2滑动块330沿着设置于第1滑动块320的一对导轨3220在箭头Y所示的分度进给方向上移动的单元。第1分度进给单元380包含外螺纹杆3810。外螺纹杆3810与导轨3220平行地配置在一对导轨3220与3220之间。另外，第1分度进给单元380进一步包含用于旋转驱动外螺纹杆3810的脉冲电动机3820等驱动源。外螺纹杆3810的一端可自由旋转地支承在固定于第1滑动块320的上表面的轴承块3830。外螺纹杆3810的另一端与脉冲电动机3820的输出轴传动连接。另外，外螺纹杆3810与在第2滑动块330的中央部下表面突出的内螺纹块(未图示)的贯通内螺纹孔螺合(嵌合)。因此，通过利用脉冲电动机3820使外螺纹杆3810正转或反转驱动，第2滑动块330能够沿着一对导轨3220在箭头Y所示的分度进给方向上移动。
激光照射组件支承机构40包含导轨410、以及可动支承基台420。导轨410有两根(一对)，沿着箭头Y所示的分度进给方向平行地配置在静止基台20上。可动支承基台420沿箭头Y所示的方向可移动地配置在一对导轨410上。该可动支承基台420包含可移动地配置在一对导轨410上的移动支承部4210、以及安装在移动支承部4210的安装部4220。在安装部4220，在箭头Z所示的聚光点位置调整方向上延伸的一对导轨4230相互平行地设于一侧面。图示的激光照射组件支承机构40包含第2分度进给单元430。第2分度进给单元430是用于使可动支承基台420沿着一对导轨410在箭头Y所示的分度进给方向上移动的单元。第2分度进给单元430包含外螺纹杆4310。外螺纹杆4310与导轨410平行地配置在一对导轨410与410之间。另外，第2分度进给单元430进一步包含用于旋转驱动外螺纹杆4310的脉冲电动机4320等驱动源。外螺纹杆4310的一端可自由旋转地支承在固定于静止基台20的轴承块(未图示)。外螺纹杆4310的另一端与脉冲电动机4320的输出轴传动连接。另外，外螺纹杆4310与在构成可动支承基台420的移动支承部4210的中央部下表面突出的内螺纹块(未图示)的内螺纹孔螺合(嵌合)。因此，通过利用脉冲电动机4320使外螺纹杆4310正转或反转驱动，可动支承基台420能够沿着一对导轨410在箭头Y所示的分度进给方向上移动。
图示的激光照射组件50包含组件支架510、以及安装在组件支架510上的激光照射单元60。在组件支架510上设置有一对被导向槽5110，该一对被导向槽5110与设置于安装部4220的一对导轨4230可滑动地嵌合。该一对被导向槽5110通过与一对导轨4230嵌合而被支承为能够在箭头Z所示的聚光点位置调整方向上移动。
图示的激光照射组件50包含聚光点位置调整单元530。聚光点位置调整单元530是用于使组件支架510沿着一对导轨4230在箭头Z所示的聚光点位置调整方向上移动的单元。聚光点位置调整单元530包含配置在一对导轨4230之间的外螺纹杆(未图示)、以及用于旋转驱动上述外螺纹杆的脉冲电动机5320等驱动源。通过利用脉冲电动机5320使上述外螺纹杆(未图示)正转或反转驱动，能够使组件支架510和激光照射单元60沿着一对导轨4230在箭头Z所示的聚光点位置调整方向上移动。需要说明的是，在图示的实施方式中，通过脉冲电动机5320的正转驱动能够使激光照射单元60向上方移动，通过脉冲电动机5320的反转驱动能够使激光照射单元60向下方移动。
图示的激光照射单元60包含实质上水平配置的圆筒形状的壳体610。在壳体610内配置有激光振荡器(激光振荡单元、未图示)。该激光振荡器能够发出激光。上述激光可以举出例如脉冲激光光线或CW激光光线，优选脉冲激光光线。对于上述激光振荡器没有特别限定，例如如上文所述。对于上述激光振荡器所发出的激光的波长、输出、光斑直径、能量密度、移动速度(进给速度)、频率、脉冲宽度等特性也没有特别限定，例如如上文所述。由上述激光振荡器振荡出的激光从位于壳体610的前端的聚光器640照射至保持工作台360所保持的被加工物(例如，在基板上层积III-V族化合物层而成的层积基板、或者在基板上层积III-V族化合物晶体而成的层积物)。另外，在壳体610的前端具有摄像单元90。该摄像单元90例如包含利用可见光线进行拍摄的通常的摄像元件(CCD)、对被加工物照射红外线的红外线照明单元、捕捉通过上述红外线照明单元照射的红外线的光学系统、以及输出与由上述光学系统捕捉的红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等。摄像单元90将拍摄的图像信号送至控制单元(未图示)。
接下来，对利用图3的激光加工装置10进行的激光加工方法的示例进行说明。首先，如图4所示，将由两层构成的被加工物400(上层部200、下层部300)粘贴在安装于环状框架F的粘接带T上(被加工物粘贴工序)。此时，被加工物400是将正面200b朝上而将背面30b侧粘贴在粘接带T上的。需要说明的是，粘接带T可以由例如聚氯乙烯(PVC)等树脂片形成。环状的框架F设置在图1所示的保持工作台360上。被加工物400中，例如上层部200可以为图1的基板11，下层部300可以为图1的III-V族化合物层12或III-V族化合物晶种12a。
接下来，使图3所示的保持工作台360移动至激光照射单元60的聚光器640所在的激光照射区域。由此，如图5的立体图和图6的(a)的主视图所示，被加工物400被配置在聚光器640的下方，能够对被加工物400进行激光照射。例如，首先如图6的(a)所示，将被加工物400的末端230(图6的(a)中为左端)配置在聚光器640的正下方。接下来，如图6的(a)所示，使从聚光器640照射的激光的聚光点P对准被加工物400的正面200b(上表面)附近。或者如图6的(b)的截面图所示，使上述激光的焦点对准由上层部200和下层部300构成的两层的上述被加工物400的界面30a处。之后，从激光照射单元60的聚光器640照射激光，使加工进给单元370(图3)工作，将保持工作台360(图3)沿图6的(a)中箭头X1所示的方向以规定的加工进给速度移动。需要说明的是，从聚光器640照射的激光为脉冲激光的情况下，优选其脉冲宽度与加工进给单元370的移动速度同步。由此，能够一边高速切换上述脉冲激光的开(ON)和关(OFF)一边一脉冲一脉冲地高速照射上述脉冲激光。这样，通过对被加工物400的所需的位置进行激光照射，能够在例如上述晶种一部分分离工序中将上述III-V族化合物晶种的与上述基板接触的部分的一部分分离。
<1-3.晶体生长工序>
接下来，如图1的(e)所示，在上述晶种一部分分离工序后，以III-V族化合物晶种12a作为核而使III族元素与V族元素反应，从而生成III-V族化合物晶体12并使其生长(晶体生长工序)。对于其方法没有特别限定，如上所述，可以为液相生长法，也可以为气相生长法，图1的(e)中示出了气相生长法的示例。如图1的(e)所示，该方法可以将晶种形成基板(形成有III-V族化合物晶种12a的基板11)载置在气相生长炉1000内的工作台1001上来进行。气相生长炉1000可以使用图2中说明的气相生长炉。
下面对进行图1的(e)所示的晶体生长工序的方法的示例进行具体说明。在下文中对使用图2的气相生长炉通过MOCVD(MOVPE)进行上述晶体生长工序的方法进行说明。
首先将在基板11上形成有III-V族化合物晶种层12a的晶种形成基板设置在气相生长炉1000内的工作台1001上。
另一方面，如图2所示，将III-V族化合物晶体的原料16收纳(设置)在原料收纳部1002。对于原料16没有特别限定，例如为III族元素金属。上述III族元素金属可以举出例如铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)等，可以仅使用一种，也可以合用两种以上。例如，作为上述III族元素金属，可以使用选自由铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)组成的组中的至少一种。这种情况下，所制造的III族元素氮化物晶体的组成由AlsGatIn{1-(s+t)}N(其中，0≦s≦1、0≦t≦1、s+t≦1)表示。如上所述，例如在III-V族化合物晶体为氮化镓(GaN)的情况下，上述III族元素金属为金属镓。另外，在原料16中也可以共存例如掺杂剂材等来进行反应。作为上述掺杂剂没有特别限定，可以举出例如Si、S、Te、Mg、Fe、Ge、Sn、Se、Zn、Ru、O、C等。在原料16中共存这些掺杂剂的情况下，可以以例如它们的单质元素、氧化物、卤化物等形态使用。
接下来，将气相生长炉1000用加热器1006加热。此时，对于原料16的温度没有特别限定，例如为700～1500℃、800～1400℃、或900～1300℃。对于基板11的温度没有特别限定，例如为700～1500℃、800～1400℃、或900～1300℃。在该状态下，从氨气(NH3)导入管1003导入氨气、从氢气(H2)导入管1004导入氢气、从氯化氢气体(HCl)导入管1005导入氯化氢气体。此时，对于氨气(NH3)相对于气相生长炉1000内的全部气体的浓度没有特别限定，例如为25～80mol％、40～70mol％、或50～60mol％。另外，此时，对于氢气(H2)相对于气相生长炉1000内的全部气体的浓度没有特别限定，例如为0～75mol％、或20～50mol％。对于氯化氢气体(HCl)的流量没有特别限定，例如为20～100sccm、40～60sccm。
在原料16为金属镓的情况下，据认为目标GaN(III-V族化合物)的晶体通过例如下述反应式(I)和(II)生成并生长。从氢气(H2)导入管1004导入的氢气起到用于控制氯化氢气体和氨气的分压的分压控制用气体的作用。另外，反应后的剩余气体可以作为废气从排气管1007中排出。
Ga+HCl→GaCl+1/2H2 (I)
GaCl+2NH3→GaN+H2+NH4Cl (II)
晶体生长炉1000内的晶体生长工序例如可以在加压条件下实施，例如可以在减压条件下实施，也可以在不进行加压和减压的条件下实施。具体地说，在上述晶体生长工序中，对于晶体生长炉1000内的压力没有特别限定，例如可以为10Pa～1MPa、100Pa～500kPa、或1kPa～100kPa。
通过这样操作，使III-V族化合物晶体12生长至目标厚度为止。对于III-V族化合物晶体12的厚度没有特别限定，例如可以为0.001～1000mm、0.01～100mm、或0.1～10mm。
需要说明的是，上述晶体生长工序也可以使用液相生长法代替气相生长法来进行。这种情况下，例如可以如下进行。
首先使晶种形成基板的III-V族化合物晶种12a中的与基板11相反侧的表面与金属熔液接触(接触工序)。进一步使上述III族元素与上述V族元素在上述金属熔液中反应，从而以上述晶种作为核而生成III-V族化合物晶体并使其生长(晶体生长工序)。
对于上述接触工序和上述晶体生长工序中的反应条件没有特别限定，可以参考例如日本专利第4920875号公报(专利文献3)、日本专利第4422473号公报、日本专利第4588340号公报等中记载的反应条件。另外，对于例如上述接触工序和上述晶体生长工序中使用的装置没有特别限定，可以与一般的液相生长法中使用的装置(LPE装置)相同，也可以与日本专利第4920875号公报、日本专利第4422473号公报、日本专利第4588340号公报等中记载的LPE装置相同。
对于从III-V族化合物晶种12a生成并生长的III-V族化合物晶体12的组成没有特别限定，例如可以与上述气相生长法的情况相同。上述III-V族晶体的组成可以通过上述晶体生长工序中的上述III族元素与上述V族元素的种类和用量比等进行调整。例如，上述III-V族化合物晶体为III族氮化物晶体的情况下，在上述晶体生长工序中进行反应的上述V族元素优选为氮。另外，这种情况下，更优选：上述金属熔液为碱金属熔液，在上述晶体生长工序中，在含氮气氛下使III族元素与上述氮在上述碱金属熔液中反应，从而以III-V族化合物晶种12a作为核而生成III-V族化合物晶体12并使其生长。
利用液相生长法进行的上述接触工序和上述晶体生长工序例如可以如下进行。
在上述接触工序和上述晶体生长工序中，可以使用例如钠助熔剂法(Na助熔剂法)，该方法是在LED或功率器件的半导体基板中使用的氮化镓(GaN)的制造方法之一。例如，首先在坩埚内放置晶种(例如在蓝宝石基板上形成的GaN薄膜)。另外，在上述坩埚内与上述晶种一起以适宜的比例收纳钠(Na)和镓(Ga)。接下来，将上述坩埚内的钠和镓在高温(例如800～1000℃)、高压(例如数十气压)的环境下熔融，在该熔液内溶入氮气(N2)。由此能够使上述坩埚内的GaN晶种生长，制造出目标GaN晶体。关于本发明的III-V族化合物晶体的制造方法中的反应条件，例如可以利用与上述一般的钠助熔剂法相同的方法、或加以适当变更来进行。例如，对于Ga，可以采用其他任意的III族元素。另外，对于氮气，如下文所述，可以采用其他的含氮气体。
在上述液相生长法中，在含氮气氛下进行上述晶体生长工序的情况下，对于上述“含氮气氛下”的氮的形态没有特别限制，可以举出例如气体、氮分子、氮化合物等。上述“含氮气氛下”优选为含氮气体气氛下。这是由于上述含氮气体溶解在上述助熔剂中而成为III-V族化合物晶体的培养原料。上述含氮气体除了上述的氮气(N2)以外、还可以代替上述氮气(N2)使用氨气(NH3)等其他的含氮气体。在使用氮气和氨气的混合气体的情况下，混合率为任意的。特别是在使用氨气时能够降低反应压力，因而是优选的。
上述碱金属熔液(助熔剂)除了钠以外，还可以代替钠使用锂等其他碱金属。更具体地说，上述碱金属熔液包含选自由锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和钫(Fr)组成的组中的至少一种，例如，可以为Na与Li的混合助熔剂等。上述碱金属熔液特别优选为钠熔液。另外，上述碱金属熔液可以包含一种或两种以上碱金属以外的成分，也可以不包含该碱金属以外的成分。作为上述碱金属以外的成分没有特别限定，可以举出例如碱土金属，作为上述碱土金属，例如有钙(Ca)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Br)和镭(Ra)，其中优选Ca和Mg，更优选Ca。另外，作为上述碱金属以外的成分，可以包含例如碳(碳单质或碳化合物)，也可以不包含该碳。优选在上述熔液中存在可生成氰基(CN)的碳单质和碳化合物。另外，碳可以为气体状的有机物。作为这样的碳单质和碳化合物，可以举出例如氰化物、石墨、金刚石、富勒烯、碳纳米管、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、苯等。对于上述碳的含量没有特别限定，以上述熔液、上述III族元素和上述碳的合计作为基准，例如为0.01～20原子(at.)％的范围、0.05～15原子(at.)％的范围、0.1～10原子(at.)％的范围、0.1～5原子(at.)％的范围、0.25～7.5原子(at.)％的范围、0.25～5原子(at.)％的范围、0.5～5原子(at.)％的范围、0.5～2.5原子(at.)％的范围、0.5～2原子(at.)％的范围、0.5～1原子(at.)％的范围、1～5原子(at.)％的范围、或1～2原子(at.)％的范围。其中例如可以为0.5～5原子(at.)％的范围、0.5～2.5原子(at.)％的范围、0.5～2原子(at.)％的范围、0.5～1原子(at.)％的范围、1～5原子(at.)％的范围、或1～2原子(at.)％的范围。
对于碱金属相对于III族元素的添加比例没有特别限定，例如可以为0.1～99.9mol％、1～99mol％、或5～98mol％。另外，使用碱金属和碱土金属的混合助熔剂的情况下的摩尔比例如可以为碱金属：碱土金属＝99.99～0.01：0.01～99.99，可以为99.9～0.05：0.1～99.95，也可以为99.5～1：0.5～99。优选上述熔液的纯度高。例如，Na的纯度可以为99.95％以上的纯度。高纯度的助熔剂成分(例如Na)可以使用高纯度的市售品，也可以使用在购入市售品后通过蒸馏等方法提高纯度后的物质。
III族元素与含氮气体的反应温度和压力也并不限于上述的数值，可以适宜地设定。适当的反应温度和压力根据熔液(助熔剂)的成分、气氛气体成分及其压力而变化，例如可以为温度100～1500℃、压力100Pa～20MPa，可以为温度300～1200℃、压力0.01MPa～20MPa，也可以为温度500～1100℃、压力0.1MPa～10MPa，还可以为温度700～1100℃、压力0.1MPa～10MPa。另外，对于反应时间、即晶体的生长(培养)时间没有特别限定，按照晶体生长为适当的尺寸来适宜地设定即可，例如可以为1～1000hr、5～600hr、或10～400hr。
在上述液相生长法中，根据情况，上述晶种有可能在氮浓度上升之前被上述助熔剂溶解。为了防止这一现象，可以在至少反应初期使氮化物存在于上述熔剂中。作为上述氮化物，例如有Ca3N2、Li3N、NaN3、BN、Si3N4、InN等，它们可以单独使用，也可以将两种以上合用。另外，上述氮化物在上述熔剂中的比例例如可以为0.0001mol％～99mol％、0.001mol％～50mol％、或0.005mol％～10mol％。
在上述液相生长法中，在上述混合助熔剂中还可能存在杂质。若这样则能够制造出含有杂质的GaN晶体。上述杂质例如有硅(Si)、氧化铝(Al2O3)、铟(In)、铝(Al)、氮化铟(InN)、氧化硅(SiO2)、氧化铟(In2O3)、锌(Zn)、镁(Mg)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、锗(Ge)等。
在上述液相生长法中，可以进一步包含对上述熔液进行搅拌的搅拌工序。对于进行上述搅拌工序的阶段没有特别限制，例如可以在上述晶体生长工序之前、上述晶体生长工序的同时、以及上述晶体生长工序之后的至少一个阶段进行。更具体地说，上述搅拌工序例如可以在上述晶体生长工序之前进行，可以与上述晶体生长工序同时进行，也可以在这两个阶段进行。
<1-4.基板分离工序>
进一步，如图1的(f)和图1的(g)所示，在上述晶体生长工序后，将基板11从III-V族化合物晶体12分离(基板分离工序)。
首先，在上述晶体生长工序后，为了将III-V族化合物晶体12和基板11从反应炉1000内取出，冷却至室温。这样，由于III-V族化合物晶体12与基板11的热膨胀系数之差，III-V族化合物晶体12和基板11发生应变而弯曲。例如，在III-V族化合物晶体12为氮化镓(GaN)、基板11为蓝宝石的情况下，如上所述，蓝宝石的热膨胀系数小于氮化镓。因而通过冷却，如图1的(f)所示，蓝宝石基板11弯曲而使氮化镓12侧呈凸形状。由此在III-V族化合物晶体12和基板11产生应力。并且，由于通过上述晶种一部分分离工序将III-V族化合物晶种层12a的一部分与基板11分离，因而基板11容易从III-V族化合物晶种层12a和III-V族化合物晶体12剥离(分离)。因此，如图1的(g)所示，利用上述应力将基板11从III-V族化合物晶种层12a和III-V族化合物晶体12剥离(分离)。并且，之后将从基板11分离的III-V族化合物晶体12从晶体生长炉1000中取出。按以上操作能够制造出III-V族化合物晶体12。
在本实施例中，例如如图1的(b)所示，在刚形成III-V族化合物晶种层12a之后，III-V族化合物晶种层(缓冲层)12a的厚度较薄(为薄膜)。因此，在该状态下，在基板11和III-V族化合物晶种层12a不会发生翘曲(弯曲)。因此，容易调整激光的会聚位置(加工位置)，能够容易地进行图1的(c)和图1的(d)所示的上述晶种一部分分离工序。此外，如上所述，由于通过上述晶种一部分分离工序将III-V族化合物晶种层12a的一部分与基板11分离，因而容易将基板11从III-V族化合物晶种层12a和III-V族化合物晶体12剥离(分离)。因此，即使不从外部施加用于剥离基板11的力，如上所述，仅利用在冷却时在III-V族化合物晶体12和基板11产生的应力也能够将基板11从III-V族化合物晶种层12a和III-V族化合物晶体12剥离(分离)。
在一般的III-V族化合物晶体的制造方法中，在制造III-V族化合物晶体后，需要从外部施加力(外力)而将基板从III-V族化合物晶体分离。与之相对，根据本发明，例如，如上所述，即使不施加外力，也能够仅利用冷却时的应力而将基板从III-V族化合物晶体分离。即，在本发明中，即使没有另行(有意)进行上述基板分离工序，也能够使III-V族化合物晶体制造工序后的冷却工序兼作上述基板分离工序。其中，本发明并不限定于此，例如也可以通过另行从外部施加力(外力)将基板从III-V族化合物晶体分离来进行上述基板分离工序。在本发明中，由于通过上述晶种一部分分离工序将III-V族化合物晶种的一部分与基板分离，因而在III-V族化合物晶体生长工序后，即使用很小的力也容易分离基板。因此，不容易引起所制造的III-V族化合物晶体的破损等。
由于近年来技术的进步，能够制造出大尺寸的半导体晶体，由此可扩大半导体装置的设计幅度。例如，在硅半导体基板等中，对于直径6英寸(约15cm)、8英寸(约20cm)、12英寸(约30cm)、18英寸(约45cm)等大尺寸的晶体进行了实用化、或对其实用化进行了研究。但是，在GaN等III-V族化合物晶体中，难以进行这样的大尺寸晶体的制造。作为其原因，如上所述，可以举出由于与基板的热膨胀率之差而使III-V族化合物晶体容易产生应变。另外，特别是在大尺寸晶体的情况下，在为了与基板分离而施加力时，晶体容易破损。但是，根据本发明，例如如上所述，即使用很小的力也容易分离基板，不容易引起所制造的III-V族化合物晶体的破损等。另外，例如如上所述，即使没有另行(有意)进行基板分离工序，也能够使III-V族化合物晶体制造工序后的冷却工序兼作上述基板分离工序。
<2.III-V族化合物晶体、半导体装置、半导体装置的制造方法>
对于由上述本发明的III-V族化合物晶体制造方法制造的III-V族化合物晶体没有特别限定，例如如上文所述。对于上述III-V族化合物晶体的位错密度没有特别限定，优选位错密度低，例如为1×108cm-2以下、1×107cm-2以下、1×106cm-2以下、或1×105cm-2以下。对于上述位错密度的下限值没有特别限定，理想为0或测定设备的测定界限值以下的值。需要说明的是，上述位错密度例如可以为晶体整体的平均值，但若晶体中的最大值为上述值以下，则是更优选的。另外，在本发明的III族氮化物晶体中，对于通过XRC(X射线摇摆曲线衍射法)得到的半峰宽的对称反射成分(002)和非对称反射成分(102)的半峰宽没有特别限定，分别为例如100秒以下、优选为30秒以下。对于上述XRC半峰宽的测定值的下限值没有特别限定，理想为0或测定设备的测定界限值以下的值。
另外，对于由本发明的III-V族化合物晶体制造方法制造出的III族氮化物晶体的用途没有特别限定，例如，通过具有作为半导体的性质，能够用于半导体装置中。如上所述，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，其包括通过上述本发明的III-V族化合物晶体的制造方法制造上述III-V族化合物晶体的工序。除此以外，对于本发明的半导体装置的制造方法没有特别限定，可以包括任何工序。
通过本发明的III-V族化合物晶体制造方法制造的III族氮化物晶体例如为大尺寸且翘曲(应变)等缺陷少，品质高，从而能够提供性能极高的半导体装置。另外，根据本发明，例如如上所述，还能够提供利用现有技术不可能实现的6英寸径以上的III-V族化合物(例如GaN)晶体。由此，例如，在以Si(硅)的大口径化为基准的功率器件、LED等半导体装置中，通过使用III-V族化合物来代替Si，还能够实现进一步的高性能化。由此，本发明对半导体行业的影响非常大。
另外，对于通过本发明的半导体装置的制造方法制造的半导体装置没有特别限定，只要是使用半导体工作的物品，即可以为任何物品。作为使用半导体工作的物品，可以举出例如半导体元件、变换器以及使用了上述半导体元件和上述变换器等的电气设备等。本发明的半导体装置可以为例如移动电话、液晶电视、照明设备、功率器件、激光二极管、太阳能电池、高频器件、显示器等各种电气设备，或者可以为这些中使用的半导体元件、变换器等。对于上述半导体元件没有特别限定，可以举出例如激光二极管(LD)、发光二极管(LED)等。例如，发出蓝色光的激光二极管(LD)被用于高密度光盘、显示器等，发出蓝色光的发光二极管(LED)被用于显示器、照明等。另外期待紫外线LD在生物技术等中的应用，紫外线LED有望用作代替水银灯的紫外线源。另外，使用本发明的III-V族化合物作为变换器用功率半导体的变换器还可用于例如太阳能电池等的发电。进而，如上所述，通过本发明的III-V族化合物晶体制造方法制造出的III-V族化合物晶体并不限定于应用于这些技术领域，还能够应用于其他任意的半导体装置、或其他广泛的技术领域中。
实施例
接下来，对本发明的实施例进行说明。其中，本发明并不受下述实施例的限定。
在下述实施例和参考例中，在利用液相生长法进行的晶体的制造(培养)中全部使用了如图7的(a)和图7的(b)的示意图所示的结构的LPE装置。如图7的(a)所示，该LPE装置具备：用于供给原料气体(本实施例中为氮气)的原料气体罐361、用于调整培养气氛的压力的压力调整器362、泄漏用阀363、用于进行晶体培养的不锈钢容器364、以及电炉365。图7的(b)中放大了不锈钢容器364，在不锈钢容器364的内部设置有坩埚366。在本实施例中，坩埚全部使用氧化铝(Al2O3)制造的坩埚。另外，在本实施例中，Ga：Na表示所使用的镓和钠的物质量比(摩尔比)。另外，作为激光照射用装置，全部使用了迪思科株式会社制造的DFL 7560(商品名)。
(实施例1)
首先准备在厚度约1000μm的蓝宝石基板上层积厚度约5μm的GaN层而成的晶种形成基板(POWDEC公司制造，商品名GaN EpiWafer 150-5-1000)(晶种形成基板提供工序)。接下来，按下述表1中记载的条件从该晶种形成基板的上述蓝宝石基板侧照射激光，将上述GaN层的与上述蓝宝石基板接触的部分的一部分从上述蓝宝石基板分离(晶种一部分分离工序)。需要说明的是，上述GaN层的通过上述激光照射进行加工而从上述蓝宝石基板分离的部分与未进行加工而残留的部分的尺寸和形状如下文所述。
[表1]
接下来，使用该晶种形成基板在氮气气氛下在下述表2的条件下进行晶体生长(培养)，制造GaN晶体。需要说明的是，下述“C[mol％]0.5”表示相对于镓(Ga)和钠(Na)以及上述碳粉末的物质量的合计，添加了0.5mol％的碳粉末。作为操作，首先将加入了镓(Ga)、钠(Na)、碳粉末(C)和上述晶种形成基板的坩埚366放入不锈钢容器364中，将不锈钢容器364放入电炉(耐热耐压容器)365中。接下来，从原料气体罐361向不锈钢容器364内导入氮气，同时利用加热器(未图示)将电炉(耐热耐压容器)365内加热。之后，在如下述表2所述的高温高压条件下反应72小时反应进行晶体生长(培养)，制造出目标GaN晶体。之后，在为了将所制造的GaN晶体从电炉(耐热耐压容器)365中取出而冷却(放置冷却)至室温时，上述蓝宝石基板从所制造的GaN晶体剥离。进一步在相同条件下进行数次GaN晶体的制造。
[表2]
图8中示出了本实施例中制造的GaN晶体和本实施例中用于GaN晶体的制造后的蓝宝石基板的照片。图8左侧的照片为上述GaN晶体，右侧的照片为上述蓝宝石基板。如图中所示，所制造的GaN晶体从上述蓝宝石基板分离，而未发生破损、未在蓝宝石基板上残留。
在本实施例中，如上所述，为了将所制造的GaN晶体从电炉(耐热耐压容器)365中取出而冷却(放置冷却)至室温时，上述蓝宝石基板从所制造的GaN晶体剥离。这样，在本实施例中，即使不对蓝宝石基板和所制造的GaN晶体施加外力，也能够使GaN晶体制造工序后的冷却工序兼作基板分离工序。此外，如图8的照片所示，所制造的GaN晶体能够从上述蓝宝石基板分离，而未发生破损、未在蓝宝石基板上残留。
图9的(a)～图9的(f)中示出了本实施例中使用的上述晶种形成基板(激光加工后)的概要。
图9的(a)是示意性示出上述晶种形成基板的结构的截面图。如图中所示，在GaN晶种层12a中，与蓝宝石基板11接触的部分的进行了激光加工的部分形成有加工痕15，从蓝宝石基板11分离。需要说明的是，在加工痕15的部分，据推测，通过激光照射GaN变化为金属镓。
图9的(b)是上述晶种形成基板的平面照片。如图中所示，可观察到在GaN晶种层12a中，进行激光加工得到的加工痕15的部分与未进行加工而残留的部分清楚地分开。
图9的(c)是从GaN晶种层12a一侧(与蓝宝石基板11相反侧)的面对上述晶种形成基板进行观察得到的SEM(Scanning Electron Microscope，扫描型电子显微镜)图像。如图中所示，确认到在与蓝宝石基板11相反侧的面，GaN晶种层12a未发生变化而残留。
图9的(d)是从蓝宝石基板11侧的面对上述晶种形成基板进行观察得到的光学显微镜图像。如图中所示，可观察到在GaN晶种层12a中，进行激光加工得到的加工痕15的部分与未进行加工而残留的部分清楚地分开。
图9的(e)是示意性示出GaN晶种层12a中的进行激光加工得到的加工痕15的部分与未进行加工而残留的部分的尺寸和形状的俯视图。如图中所示，对于未进行加工而残留的部分，在纵向以30μm的间隔各配置一个宽120μm×长110μm的矩形和宽120μm×长80μm的矩形，形成组件。并且以纵向40μm间隔和横向150μm的间隔配置多个该组件。
图9的(f)是示意性示出GaN晶种层12a中未进行激光加工而残留的部分相对于整体的面积比的俯视图。如图中所示，由进行激光加工得到的加工痕15的部分与未进行加工而残留部分的纵横尺寸计算出上述未进行加工而残留部分的面积为整体的约32.5％。
图10的(a)～图10的(d)中示出了图9的晶种形成基板的PL(光致发光)测定结果。
图10的(a)是从GaN晶种层12a侧(与蓝宝石基板11相反侧)的面对上述晶种形成基板进行观察得到的PL图像。图10的(b)是示出图10的(a)的PL图像的分析结果的曲线图。在图10的(b)中，横轴表示波长[nm]，纵轴表示相对强度[cnt]。如图中所示确认到，在与蓝宝石基板11相反侧的面，GaN晶种层12a未发生变化而残留。
另外，图10的(c)是从蓝宝石基板11侧的面对上述晶种形成基板进行观察得到的PL像。图10的(d)是示出图10的(c)的PL图像的分析结果的曲线图。在图10的(d)中，横轴表示波长[nm]，纵轴表示相对强度[cnt]。如图中所示，可观察到在GaN晶种层12a中，进行激光加工得到的加工痕15的部分与未进行加工而残留的部分清楚地分开。
图11中示出了由本实施例制造的与图8不同的GaN晶体与用于上述GaN晶体的制造后的蓝宝石基板的照片。图11的(a)是上述GaN晶体的正面(与蓝宝石基板接触的侧相反侧的面)的照片。图11的(b)是上述GaN晶体的背面(与蓝宝石基板接触的侧的面)的照片。图11的(c)是上述蓝宝石基板的照片。如图中所示，所制造的GaN晶体从上述蓝宝石基板分离，而未发生破损、未在蓝宝石基板上残留。另外，如上所述，即使不对蓝宝石基板和所制造的GaN晶体施加外力，也能够使GaN晶体制造工序后的冷却工序兼作基板分离工序。
(参考例)
对上述晶种形成基板不进行基于激光照射的加工(晶种一部分分离工序)而直接供于上述晶体生长工序，除此以外与实施例同样地制造GaN晶体。
图12中示出了参考例(Ref.)和实施例(LAS图案加工)的GaN晶体的照片。需要说明的是，在本实施例中，“LAS”是激光辅助分离(Laser Assist Separation)的简称。另外还一并示出了各GaN晶体的收率(％)和膜厚(mm)。图12的左侧为参考例(Ref.)，右侧为实施例(LAS图案加工)。上侧的照片分别为上述GaN晶体的正面(与蓝宝石基板相反侧的面)的照片，下侧的照片分别为上述GaN晶体的背面(蓝宝石基板侧的面)的照片。需要说明的是，收率(％)基于所使用的金属镓的重量和所制造出的GaN晶体的重量计算得到。另外，图12右侧的照片的GaN晶体是与图10的照片相同的GaN晶体。
如图12所示，对于参考例的GaN晶体来说，尽管收率略高于实施例，但与实施例不同，即使在GaN晶体制造工序后进行冷却，蓝宝石基板也未从GaN晶体剥离而仍残留。另外，在参考例中，在蓝宝石基板产生了裂纹。
图13的曲线图中示出了图12所示的实施例以及参考例的GaN晶体的XRC(X射线摇摆曲线衍射法)的ω扫描测定结果。图13的(a)是示出参考例(Ref.)的GaN晶体的XRC(X射线摇摆曲线衍射法)测定结果的曲线图。图13的(b)是示出与实施例中的图10和图12相同的GaN晶体的XRC(X射线摇摆曲线衍射法)测定结果的曲线图。在图13的(a)和图13的(b)中，横轴分别表示测定角度ω(deg)，纵轴分别表示相对强度。如图中所示，在各GaN晶体中，分别以2mm间隔在5处进行同样的测定。其结果，如图中所示，参考例的GaN晶体在各测定位置的测定结果的偏差大。与之相对，实施例的GaN晶体在各测定位置的测定结果的偏差非常小。另外，由这些测定结果计算各GaN晶体的曲率半径时，参考例的GaN晶体的曲率半径为a方向0.98m、m方向1.23m，与之相对，实施例的GaN晶体的曲率半径为a方向16.4m、m方向9.25m。即，与参考例的GaN晶体相比，实施例的GaN晶体的曲率半径极大，因而确认了翘曲(应变)大幅减少。
另外，图14中示出了实施例中制造的又一GaN晶体的照片。图14的(a)是外径为4英寸的GaN晶体的照片。图14的(b)是从图14的(a)的GaN晶体冷却后剥离的蓝宝石基板的照片。图14的(c)是外径为6英寸的GaN晶体的照片。图14的(d)是图14的(c)的GaN晶体研磨后的照片。如图中所示，所制造的GaN晶体从上述蓝宝石基板分离，而未发生破损、未在蓝宝石基板上残留。另外，如上文所述，即使不对蓝宝石基板和所制造的GaN晶体施加外力，也能够使GaN晶体制造工序后的冷却工序兼作基板分离工序。此外，根据本实施例，如图14的照片所示，制造出了直径为4英寸或6英寸等大尺寸、而且高品质的GaN晶体。
如上文所说明，根据本发明，能够提供容易将III-V族化合物晶体从基板分离(剥离)的III-V族化合物晶体的制造方法和半导体装置的制造方法。如上文所述，本发明的III-V族化合物晶体的制造方法和利用半导体装置的制造方法制造出的III-V族化合物晶体和半导体装置能够用于各种用途中，但并不限定于此，能够进一步应用于任意的半导体装置或其他广泛的技术领域中。
符号说明
11：基板
12：III-V族化合物晶体(III-V族化合物晶体层)
12a：III-V族化合物晶种(III-V族化合物晶种层)
13：激光
14：激光13的照射位置(加工位置)
15：加工痕
16：III-V族化合物晶体的原料
1000：气相生长炉
1001：工作台
1002：原料收纳部
1003：氨气(NH3)导入管
1004：氢气(H2)导入管
1005：氯化氢气体(HCl)导入管
1006：加热器
1007：排气管
361：原料气体罐
362：压力调整器
363：泄漏用阀
364：不锈钢容器
365：电炉
366：坩埚
10：激光加工装置
20：静止基台
30：保持工作台机构
320：第1滑动块
330：第2滑动块
370：加工进给单元
380：第1分度进给单元
360：保持工作台
3610：保持部件：水供给单元
40：激光照射组件支承机构
420：可动支承基台
430：第2分度进给单元
50：激光照射组件
510：组件支架
60：激光照射单元
640：聚光器
90：摄像单元
530：聚光点位置调整单元
400：被加工物
F：环状的框架
T：粘接带

Claims (12)

1.一种III-V族化合物晶体的制造方法，其特征在于，其包括下述工序：
晶种形成基板提供工序，提供在基板上形成有III-V族化合物晶种的晶种形成基板；
晶种一部分分离工序，将所述III-V族化合物晶种的与所述基板接触的部分的一部分从所述基板分离；以及
晶体生长工序，在所述晶种一部分分离工序后，以所述III-V族化合物晶种作为核而使III族元素与V族元素反应，从而生成III-V族化合物晶体并使其生长。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，在所述晶种一部分分离工序中，通过从所述晶种形成基板的所述基板侧对所述III-V族化合物晶种照射激光而将所述III-V族化合物晶种的与所述基板接触的部分的一部分分离。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其中，
该制造方法进一步包括接触工序，在所述晶种一部分分离工序后，使所述III-V族化合物晶种的与所述基板相反侧的正面与金属熔液接触；
在所述晶体生长工序中，使所述III族元素与所述V族元素在所述金属熔液中反应。
4.如权利要求3所述的制造方法，其中，
所述V族元素为氮，
所述金属熔液为碱金属熔液，
所述III-V族化合物为III族氮化物，
在所述晶体生长工序中，在含氮气氛下使III族元素与所述氮在所述碱金属熔液中反应，从而以所述III-V族化合物晶种作为核而生成III族氮化物晶体并使其生长。
5.如权利要求1或2所述的制造方法，其中，在所述晶体生长工序中，使所述III族元素与所述V族元素在气相中反应。
6.如权利要求1～5中任一项所述的制造方法，其中，在所述晶种一部分分离工序中，所述III-V族化合物晶种的与所述基板接触的部分以岛状残留。
7.如权利要求1～6中任一项所述的制造方法，其中，所述III-V族化合物晶种和所述III-V族化合物晶体为氮化镓GaN。
8.如权利要求1～7中任一项所述的制造方法，其中，该方法进一步包括基板分离工序，在所述晶体生长工序后，将所述基板从所述III-V族化合物晶体分离。
9.如权利要求8所述的制造方法，其中，在所述基板分离工序中，利用因温度变化所致的所述III-V族化合物晶体与所述基板的膨胀率或收缩率之差将所述基板从所述III-V族化合物晶体分离。
10.如权利要求9所述的制造方法，其中，在所述基板分离工序中，将所述III-V族化合物晶体和所述基板冷却。
11.如权利要求1～10中任一项所述的制造方法，其中，所述基板为蓝宝石基板。
12.一种包含III-V族化合物晶体的半导体装置的制造方法，其包括下述工序：
晶种形成基板提供工序，提供在基板上形成有III-V族化合物晶种的晶种形成基板；
晶种一部分分离工序，将所述III-V族化合物晶种的与所述基板接触的部分的一部分从所述基板分离；以及
晶体生长工序，在所述晶种一部分分离工序后，以所述III-V族化合物晶种作为核而使III族元素与V族元素反应，从而生成III-V族化合物晶体并使其生长。
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