JP2001220295A - サファイヤ基板 - Google Patents
サファイヤ基板Info
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- JP2001220295A JP2001220295A JP2000033243A JP2000033243A JP2001220295A JP 2001220295 A JP2001220295 A JP 2001220295A JP 2000033243 A JP2000033243 A JP 2000033243A JP 2000033243 A JP2000033243 A JP 2000033243A JP 2001220295 A JP2001220295 A JP 2001220295A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧaＮに代表されるIII族窒化物半導体や窒化
ガリウム系化合物半導体等をエピタキシャル成長させ、
かつ、歩留りを向上させることのできるサファイヤ基板
を提供すること。 【解決手段】 サファイヤ基板1は、半導体をエピタキ
シャル成長させる際に用いるサファイヤ基板であって、
エピタキシャル成長させる面をｑ面2とする。これによ
り、ｒ面およびａ面を劈開面とすることができ、略直方
体の素子を得ることができる。
ガリウム系化合物半導体等をエピタキシャル成長させ、
かつ、歩留りを向上させることのできるサファイヤ基板
を提供すること。 【解決手段】 サファイヤ基板1は、半導体をエピタキ
シャル成長させる際に用いるサファイヤ基板であって、
エピタキシャル成長させる面をｑ面2とする。これによ
り、ｒ面およびａ面を劈開面とすることができ、略直方
体の素子を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は単結晶サファイヤ基
板に関し、特に、半導体をエピタキシャル成長させる際
に用いるベース基板としての薄板状サファイヤ基板に関
する。
板に関し、特に、半導体をエピタキシャル成長させる際
に用いるベース基板としての薄板状サファイヤ基板に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体をエピタキシャル成長させ
る基板材料として様々なものが案出されている。例え
ば、サファイヤ（Ａl２Ｏ３）、スピネル、ニオブ酸リ
チウム、ガリウム酸ネオジウム、シリコン（Ｓi）、６
Ｈ−ＳiＣ、ＺnＯ、ＧaＡs等が挙げられる。このうち、
青色発光素材として近年特に注目されているＧaＮに代
表されるIII族窒化物半導体や窒化ガリウム系化合物半
導体等（以降においてＧaＮ等と称することとする）を
結晶成長させる基板として、もっとも広く用いられてい
る基板材料は、前記の単結晶サファイヤ基板である。
る基板材料として様々なものが案出されている。例え
ば、サファイヤ（Ａl２Ｏ３）、スピネル、ニオブ酸リ
チウム、ガリウム酸ネオジウム、シリコン（Ｓi）、６
Ｈ−ＳiＣ、ＺnＯ、ＧaＡs等が挙げられる。このうち、
青色発光素材として近年特に注目されているＧaＮに代
表されるIII族窒化物半導体や窒化ガリウム系化合物半
導体等（以降においてＧaＮ等と称することとする）を
結晶成長させる基板として、もっとも広く用いられてい
る基板材料は、前記の単結晶サファイヤ基板である。
【０００３】これは、ＧaＮ等の格子定数とサファイヤ
の格子定数が比較的近似しているため、ＧaＮ等をサフ
ァイヤ上でエピタキシャル成長させやすく、かつ、格子
定数が近似している成長可能な基板の中ではもっとも価
格が安いためである。
の格子定数が比較的近似しているため、ＧaＮ等をサフ
ァイヤ上でエピタキシャル成長させやすく、かつ、格子
定数が近似している成長可能な基板の中ではもっとも価
格が安いためである。
【０００４】通常、ＧaＮ等は、サファイヤ基板のｃ面
に結晶成長させる。図４は、従来のサファイヤ基板の一
例を示す概略図であり、図に示すように、サファイヤ基
板11は、ｃ面12を結晶成長面としているのが一般的であ
る。また、ＧaＮ等の結晶成長後のスクライビングの便
宜等のため、オリフラ13をａ面に平行に設けている。
に結晶成長させる。図４は、従来のサファイヤ基板の一
例を示す概略図であり、図に示すように、サファイヤ基
板11は、ｃ面12を結晶成長面としているのが一般的であ
る。また、ＧaＮ等の結晶成長後のスクライビングの便
宜等のため、オリフラ13をａ面に平行に設けている。
【０００５】従来では、上述したように、平滑に面出し
されたｃ面12を結晶成長面とするサファイヤ基板11を用
いて、ＧaＮ等の単結晶を成長させ、これにより青色発
光素子等を得ていた。
されたｃ面12を結晶成長面とするサファイヤ基板11を用
いて、ＧaＮ等の単結晶を成長させ、これにより青色発
光素子等を得ていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では以下の問題点があった。半導体が積層したサフ
ァイヤ基板11は、次工程でパターニングやエッチング等
の処理が施され、最後にスクライビングにより個々の素
子に分断される。例えば青色発光素子を得る場合は0.3m
m×0.3mm程度の大きさの直方体にスクライビングして素
子を分断する。
技術では以下の問題点があった。半導体が積層したサフ
ァイヤ基板11は、次工程でパターニングやエッチング等
の処理が施され、最後にスクライビングにより個々の素
子に分断される。例えば青色発光素子を得る場合は0.3m
m×0.3mm程度の大きさの直方体にスクライビングして素
子を分断する。
【０００７】図５は、スクライビングの方向とサファイ
ヤ基板の各結晶面との関係を示す図である。図に示すよ
うに、スクライビングに際しては、オリフラ13のつけら
れているａ面と、これに直交するｍ面に沿って格子状に
スクライビングが行われる。なお、図において記号14の
点線は、スクライビングによってａ軸に沿って形成され
た仮想断面（ａ軸方向溝）を、また記号15の点線は、同
じくスクライビングによってｍ軸に沿って形成された仮
想断面（ｍ軸方向溝）を示す。
ヤ基板の各結晶面との関係を示す図である。図に示すよ
うに、スクライビングに際しては、オリフラ13のつけら
れているａ面と、これに直交するｍ面に沿って格子状に
スクライビングが行われる。なお、図において記号14の
点線は、スクライビングによってａ軸に沿って形成され
た仮想断面（ａ軸方向溝）を、また記号15の点線は、同
じくスクライビングによってｍ軸に沿って形成された仮
想断面（ｍ軸方向溝）を示す。
【０００８】各ブロックの小粒素子は、前記スクライビ
ング後、押圧ローラーを用いてサファイヤ基板11に面荷
重をかけることにより個々に分割される。この時、従来
では、サファイヤ基板11は図６に示した様々な割れ方を
することとなる。その一例を図６に示す。図６は基板の
割れ方の各パターンを示す説明図であり、このうち、同
図(a1)〜(d1)は平面図を、同図(a2)〜(d2)は同図(a1)〜
(d1)のそれぞれに対応した正面図を示している。
ング後、押圧ローラーを用いてサファイヤ基板11に面荷
重をかけることにより個々に分割される。この時、従来
では、サファイヤ基板11は図６に示した様々な割れ方を
することとなる。その一例を図６に示す。図６は基板の
割れ方の各パターンを示す説明図であり、このうち、同
図(a1)〜(d1)は平面図を、同図(a2)〜(d2)は同図(a1)〜
(d1)のそれぞれに対応した正面図を示している。
【０００９】図に示すように、ａ軸方向溝14に関して
は、仮想断面として予定していたａ面に沿って素子を基
板平面に垂直に分断することができるが、ｍ軸方向溝15
に関しては、仮想断面と予定していたｍ面に沿って素子
が基板平面に垂直に分断される他に、例外なくｒ面に沿
っても素子が分断される場合が多々ある（同図(b1)、(b
2)、(c1)、(c2)、(d1)および(d2)参照）。これは前記ｍ面
の劈開の方向性が弱く、反対にｒ面の劈開性が高いため
に生じるものである。
は、仮想断面として予定していたａ面に沿って素子を基
板平面に垂直に分断することができるが、ｍ軸方向溝15
に関しては、仮想断面と予定していたｍ面に沿って素子
が基板平面に垂直に分断される他に、例外なくｒ面に沿
っても素子が分断される場合が多々ある（同図(b1)、(b
2)、(c1)、(c2)、(d1)および(d2)参照）。これは前記ｍ面
の劈開の方向性が弱く、反対にｒ面の劈開性が高いため
に生じるものである。
【００１０】このように、予定していない面（ｒ面）で
一部が分断されると、発光素子としての発光面積が小さ
くなるという不具合の他（同図(b1)および(b2)参照）
に、ＧaＮ等の積層後に行ったパターニングやエッチン
グ等で加工された部分までも破壊するという不具合も生
じる。また、分断後の素子の形状が一定いておらず、ハ
ンドリング等も含めて後加工が困難となる。すなわち、
従来形体のサファイヤ基板は、分断工程において素材基
板のもつ劈開性の強弱（方向性）により、分割された素
子等の形状バラツキが大きく（歩留りが低く）なる場合
があるという大きな問題点があった。
一部が分断されると、発光素子としての発光面積が小さ
くなるという不具合の他（同図(b1)および(b2)参照）
に、ＧaＮ等の積層後に行ったパターニングやエッチン
グ等で加工された部分までも破壊するという不具合も生
じる。また、分断後の素子の形状が一定いておらず、ハ
ンドリング等も含めて後加工が困難となる。すなわち、
従来形体のサファイヤ基板は、分断工程において素材基
板のもつ劈開性の強弱（方向性）により、分割された素
子等の形状バラツキが大きく（歩留りが低く）なる場合
があるという大きな問題点があった。
【００１１】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、ＧaＮに代表されるIII族窒化物半導体や窒化ガリウ
ム系化合物半導体等をエピタキシャル成長させ、かつ、
作成された素子等の歩留りを向上させることのできるサ
ファイヤ基板を提供することを目的とする。
て、ＧaＮに代表されるIII族窒化物半導体や窒化ガリウ
ム系化合物半導体等をエピタキシャル成長させ、かつ、
作成された素子等の歩留りを向上させることのできるサ
ファイヤ基板を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載のサファイヤ基板は、半導体をエ
ピタキシャル成長させる際に用いるサファイヤ基板の前
記エピタキシャル成長させる面をｑ面としたことを特徴
とする。
めに、請求項１に記載のサファイヤ基板は、半導体をエ
ピタキシャル成長させる際に用いるサファイヤ基板の前
記エピタキシャル成長させる面をｑ面としたことを特徴
とする。
【００１３】また、請求項２に記載のサファイヤ基板
は、請求項１に記載のサファイヤ基板において、オリフ
ラをａ面もしくはｒ面に設けたことを特徴とする。
は、請求項１に記載のサファイヤ基板において、オリフ
ラをａ面もしくはｒ面に設けたことを特徴とする。
【００１４】また、請求項３に記載のサファイヤ基板
は、請求項１または２に記載のサファイヤ基板におい
て、前記半導体が、III族窒化物半導体もしくは窒化ガ
リウム系化合物半導体であることを特徴とする。
は、請求項１または２に記載のサファイヤ基板におい
て、前記半導体が、III族窒化物半導体もしくは窒化ガ
リウム系化合物半導体であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施の形態に
係るサファイヤ基板の外観概略図である。図に示したよ
うに、サファイヤ基板1はｑ面２を結晶成長面とし、オ
リフラ3をｒ面に平行に設けている。すなわち、本実施
の形態に係るサファイヤ基板は、半導体をエピタキシャ
ル成長させる面がｃ面ではなくｑ面としている。なお、
図ではオリフラ3をｒ面に平行に設けているが、使用の
態様によってはａ面と平行にオリフラを設けても同様で
ある。
を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施の形態に
係るサファイヤ基板の外観概略図である。図に示したよ
うに、サファイヤ基板1はｑ面２を結晶成長面とし、オ
リフラ3をｒ面に平行に設けている。すなわち、本実施
の形態に係るサファイヤ基板は、半導体をエピタキシャ
ル成長させる面がｃ面ではなくｑ面としている。なお、
図ではオリフラ3をｒ面に平行に設けているが、使用の
態様によってはａ面と平行にオリフラを設けても同様で
ある。
【００１６】ここで、サファイヤ単位胞と、ａ面、ｒ
面、ｑ面との関係について説明する。図２はサファイヤ
単位胞と、ａ面、ｒ面およびｑ面との関係を説明する概
略斜視図である。また図３は、ｒ面とｑ面との交差角度
を説明する説明図である。
面、ｑ面との関係について説明する。図２はサファイヤ
単位胞と、ａ面、ｒ面およびｑ面との関係を説明する概
略斜視図である。また図３は、ｒ面とｑ面との交差角度
を説明する説明図である。
【００１７】サファイヤのｃ面4を指数表示として（０
００１）と表す場合、図においてａ面5は（１１−２
０）と、ｒ面6は（１０−１２）と、ｑ面7は（１０−１
５）と表せる。なお、上記各面は、軸の採り方により他
の表記となる場合もあるが、ここでは上記の面を代表と
して説明する。
００１）と表す場合、図においてａ面5は（１１−２
０）と、ｒ面6は（１０−１２）と、ｑ面7は（１０−１
５）と表せる。なお、上記各面は、軸の採り方により他
の表記となる場合もあるが、ここでは上記の面を代表と
して説明する。
【００１８】図もしくは指数表示から明らかなように、
ｒ面6とｑ面7は90.16°の交差角を有する。すなわち、
ｑ面7を結晶成長面に選択することで、ｑ面7と垂直に交
わるａ面5と、ａ面5には垂直にｑ面7には略垂直に交わ
るｒ面6とを劈開面とするサファイヤ基板1を得ることが
できる。
ｒ面6とｑ面7は90.16°の交差角を有する。すなわち、
ｑ面7を結晶成長面に選択することで、ｑ面7と垂直に交
わるａ面5と、ａ面5には垂直にｑ面7には略垂直に交わ
るｒ面6とを劈開面とするサファイヤ基板1を得ることが
できる。
【００１９】すなわち、これによりスクライビングする
縦横の線を直交させることができ、かつ、これらの線に
沿ってｑ面に略垂直に素子を分断することが可能とな
る。従って、このｑ面を結晶成長面とするサファイヤ基
板は、素子の分断（分割）にとって、非常に優れた性質
を有するといえる。
縦横の線を直交させることができ、かつ、これらの線に
沿ってｑ面に略垂直に素子を分断することが可能とな
る。従って、このｑ面を結晶成長面とするサファイヤ基
板は、素子の分断（分割）にとって、非常に優れた性質
を有するといえる。
【００２０】ＧaＮ等を結晶成長させるのにサファイヤ
基板、特に、ｃ面を結晶成長面としたサファイヤ基板が
選択された理由は、前述したように、ｃ面がＧaＮ等を
エピタキシャル成長させやすいという特質を有するから
である。しかしながら、本願発明者らは、この新規なｑ
面2を結晶成長面とするサファイヤ基板1（図１参照）を
用いて、ＧaＮ等をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル
成長させる思考実験を繰り返しおこなったところ、Ｇa
Ｎ等はサファイヤｑ面2に対しても良好にエピタキシャ
ル成長することが実験により確認された。
基板、特に、ｃ面を結晶成長面としたサファイヤ基板が
選択された理由は、前述したように、ｃ面がＧaＮ等を
エピタキシャル成長させやすいという特質を有するから
である。しかしながら、本願発明者らは、この新規なｑ
面2を結晶成長面とするサファイヤ基板1（図１参照）を
用いて、ＧaＮ等をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル
成長させる思考実験を繰り返しおこなったところ、Ｇa
Ｎ等はサファイヤｑ面2に対しても良好にエピタキシャ
ル成長することが実験により確認された。
【００２１】また、このＧaＮ等が積層したサファイヤ
基板1をスクライビングし、分断したところ、予定して
いた通りａ面およびｒ面が劈開面となり、ｍ面が劈開面
として選択されることがきわめて少ないことが確認され
た。
基板1をスクライビングし、分断したところ、予定して
いた通りａ面およびｒ面が劈開面となり、ｍ面が劈開面
として選択されることがきわめて少ないことが確認され
た。
【００２２】また、この分断された多数の素子は、ほと
んど同一の形状、表面積を有するので、個々の形状のバ
ラツキもなく一定であり、これにより分断後の各種加工
工程の作業効率がよくなり、ひいては、個々の素子にお
いて、発光特性等の各種物性のバラツキが少ない製品と
することが可能となった。
んど同一の形状、表面積を有するので、個々の形状のバ
ラツキもなく一定であり、これにより分断後の各種加工
工程の作業効率がよくなり、ひいては、個々の素子にお
いて、発光特性等の各種物性のバラツキが少ない製品と
することが可能となった。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のサファイ
ヤ基板は、ｑ面を結晶成長面とするので、ＧaＮに代表
されるIII族窒化物半導体や窒化ガリウム系化合物半導
体等をエピタキシャル成長させ、かつ、作成された素子
の分断（分割）も良好におこなうことができ、最終的な
歩留りを飛躍的に向上させることができる。
ヤ基板は、ｑ面を結晶成長面とするので、ＧaＮに代表
されるIII族窒化物半導体や窒化ガリウム系化合物半導
体等をエピタキシャル成長させ、かつ、作成された素子
の分断（分割）も良好におこなうことができ、最終的な
歩留りを飛躍的に向上させることができる。
【図１】本実施の形態に係るサファイヤ基板の外観図で
ある。
ある。
【図２】サファイヤ単位胞と、ａ面、ｒ面およびｑ面と
の関係を説明する斜視図である。
の関係を説明する斜視図である。
【図３】サファイヤのｒ面とｑ面との交差角度を説明す
る説明図である。
る説明図である。
【図４】従来のサファイヤ基板の一例を示す図である。
【図５】従来のサファイヤ基板のスクライビングの方向
と各結晶面との関係を示す図である。
と各結晶面との関係を示す図である。
【図６】従来のサファイヤ基板の割れ方のパターンを示
す説明図である。
す説明図である。
１ サファイヤ基板 ２、７ ｑ面 ３ オリフラ ４ ｃ面 ５ ａ面 ６ ｒ面 14 ａ軸方向溝 15 ｍ軸方向溝
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月１３日（２０００．３．１
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】このように、予定していない面（ｒ面）で
一部が分断されると、発光素子としての発光面積が小さ
くなるという不具合の他（同図(b1)および(b2)参照）
に、ＧaＮ等の積層後に行ったパターニングやエッチン
グ等で加工された部分までも破壊するという不具合も生
じる。また、分断後の素子の形状が一定しておらず、ハ
ンドリング等も含めて後加工が困難となる。すなわち、
従来形体のサファイヤ基板は、分断工程において素材基
板のもつ劈開性の強弱（方向性）により、分割された素
子等の形状バラツキが大きく（歩留りが低く）なる場合
があるという大きな問題点があった。
一部が分断されると、発光素子としての発光面積が小さ
くなるという不具合の他（同図(b1)および(b2)参照）
に、ＧaＮ等の積層後に行ったパターニングやエッチン
グ等で加工された部分までも破壊するという不具合も生
じる。また、分断後の素子の形状が一定しておらず、ハ
ンドリング等も含めて後加工が困難となる。すなわち、
従来形体のサファイヤ基板は、分断工程において素材基
板のもつ劈開性の強弱（方向性）により、分割された素
子等の形状バラツキが大きく（歩留りが低く）なる場合
があるという大きな問題点があった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】ＧaＮ等を結晶成長させるのにサファイヤ
基板、特に、ｃ面を結晶成長面としたサファイヤ基板が
選択された理由は、前述したように、ｃ面がＧaＮ等を
エピタキシャル成長させやすいという特質を有するから
である。しかしながら、本願発明者らは、この新規なｑ
面2を結晶成長面とするサファイヤ基板1（図１参照）を
用いて、ＧaＮ等をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル
成長させる試行実験を繰り返しおこなったところ、Ｇa
Ｎ等はサファイヤｑ面2に対しても良好にエピタキシャ
ル成長することが実験により確認された。
基板、特に、ｃ面を結晶成長面としたサファイヤ基板が
選択された理由は、前述したように、ｃ面がＧaＮ等を
エピタキシャル成長させやすいという特質を有するから
である。しかしながら、本願発明者らは、この新規なｑ
面2を結晶成長面とするサファイヤ基板1（図１参照）を
用いて、ＧaＮ等をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル
成長させる試行実験を繰り返しおこなったところ、Ｇa
Ｎ等はサファイヤｑ面2に対しても良好にエピタキシャ
ル成長することが実験により確認された。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 次男 秋田県湯沢市愛宕町４丁目６番56号 並木 精密宝石株式会社秋田湯沢工場内 (72)発明者 戸嶋 博昭 秋田県湯沢市愛宕町４丁目６番56号 並木 精密宝石株式会社秋田湯沢工場内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE15 DB01 ED05 ED06 TK01 TK06 5F041 AA41 CA23 CA40 CA46 CA76 CB36 5F045 AA04 AB14 AF09 AF13 BB08 CA10 GH08 5F073 CA02 CB05 DA34 DA35
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体をエピタキシャル成長させる際に
用いるサファイヤ基板であって、前記エピタキシャル成
長させる面をｑ面としたことを特徴とするサファイヤ基
板。 - 【請求項２】 オリフラをａ面もしくはｒ面に設けたこ
とを特徴とする請求項１に記載のサファイヤ基板。 - 【請求項３】 前記半導体は、III族窒化物半導体もし
くは窒化ガリウム系化合物半導体であることを特徴とす
る請求項１または２に記載のサファイヤ基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000033243A JP2001220295A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | サファイヤ基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000033243A JP2001220295A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | サファイヤ基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001220295A true JP2001220295A (ja) | 2001-08-14 |
Family
ID=18557747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000033243A Pending JP2001220295A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | サファイヤ基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001220295A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004315314A (ja) * | 2003-04-17 | 2004-11-11 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | サファイヤ基板及びその製造方法 |
| WO2007100038A1 (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-07 | Rohm Co., Ltd. | 発光素子及びこの発光素子の製造方法 |
| US7919815B1 (en) | 2005-02-24 | 2011-04-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel wafers and methods of preparation |
| JP2017038066A (ja) * | 2010-01-19 | 2017-02-16 | シャープ株式会社 | 機能素子およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-02-10 JP JP2000033243A patent/JP2001220295A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4630970B2 (ja) * | 2003-04-17 | 2011-02-09 | 並木精密宝石株式会社 | サファイヤ基板及びその製造方法 |
| US7919815B1 (en) | 2005-02-24 | 2011-04-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel wafers and methods of preparation |
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