JP2010042950A - METHOD FOR PRODUCING AlN CRYSTAL, METHOD FOR PRODUCING AlN SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING PIEZOELECTRIC VIBRATOR - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はAlN(窒化アルミニウム)結晶の製造方法、AlN基板の製造方法および圧電振動子の製造方法に関する。 The present invention relates to an AlN (aluminum nitride) crystal manufacturing method, an AlN substrate manufacturing method, and a piezoelectric vibrator manufacturing method.
AlN結晶は、6.2eVのエネルギバンドギャップ、約3.3WK-1cm-1の熱伝導率および高い電気抵抗を有しているため、光デバイスや電子デバイスなどの基板材料として注目されている。 The AlN crystal is attracting attention as a substrate material for optical devices and electronic devices because it has an energy band gap of 6.2 eV, a thermal conductivity of about 3.3 WK −1 cm −1 and a high electrical resistance. .
このようなAlN結晶を含むIII族窒化物半導体結晶の製造方法が、たとえば特表2007−536732号公報(特許文献1)に開示されている。具体的には、炭化珪素(SiC)基板上にInGaN(窒化インジウムガリウム)などよりなるリフトオフ層を形成し、このリフトオフ層上にIII族窒化物半導体結晶としてのエピタキシャル層を形成している。その後、SiC基板またはIII族窒化物半導体結晶には吸収されず、かつリフトオフ層に吸収させる光をリフトオフ層に照射する。リフトオフ層に光を吸収させて、リフトオフ層が加熱および消失することで、SiC基板とIII族窒化物半導体結晶とを分離している。このように、下地基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させて、下地基板を除去することにより、III族窒化物半導体結晶を製造している。
上記特許文献1には、SiCとIII族窒化物との結晶格子整合が近いので、SiC基板を用いることで一般的に高品質なIII族窒化物半導体結晶を製造できることが開示されている。しかしながら、SiCとAlNとは材料が異なるので、SiCとAlNとの結晶格子整合は一致しない。このため、SiC基板上にAlN結晶を成長させると、AlN結晶の結晶性は十分でないという問題がある。
そこで、AlN基板上にAlN結晶を成長させる技術が考えられる。しかし、この技術に上記特許文献1に開示の光を照射する技術を適用すると、AlN基板とAlN結晶とには同様に光が吸収されるので、AlN基板のみに光を吸収させることは困難である。このため、下地基板を除去できないという問題がある。
Therefore, a technique for growing an AlN crystal on an AlN substrate can be considered. However, if the technique of irradiating light disclosed in
さらに別の技術として、AlN基板上にAlN結晶を成長させた後、スライス、研磨などの機械的な方法で下地基板を除去する方法が考えられる。しかし、機械的な方法で下地基板を除去すると、AlN結晶に応力が加えられる。このため、AlN結晶が割れやすく、AlN結晶にクラックが生じるなどAlN結晶の結晶性が低下するという問題がある。 As another technique, a method of removing an underlying substrate by a mechanical method such as slicing or polishing after growing an AlN crystal on an AlN substrate can be considered. However, when the base substrate is removed by a mechanical method, stress is applied to the AlN crystal. For this reason, there is a problem that the crystallinity of the AlN crystal is lowered such that the AlN crystal is easily broken and cracks are generated in the AlN crystal.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、結晶性を向上するAlN結晶の製造方法、AlN基板の製造方法および圧電振動子の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an AlN crystal manufacturing method, an AlN substrate manufacturing method, and a piezoelectric vibrator manufacturing method that improve crystallinity.
本発明者は、AlN結晶の結晶性を向上するために、下地基板としてAlN基板を用いたときに、光を照射することによりAlN下地基板とAlN結晶とを分離する条件について鋭意研究した。その結果、AlNの吸収係数が100cm-1以上の場合に、AlNに光を照射すると、AlN中のA(アルミニウム)原子とN(窒素)原子とが効果的に分解しやすいことを見い出した。 In order to improve the crystallinity of the AlN crystal, the present inventor has intensively studied the conditions for separating the AlN base substrate and the AlN crystal by irradiating light when an AlN substrate is used as the base substrate. As a result, it has been found that when the absorption coefficient of AlN is 100 cm −1 or more, when AlN is irradiated with light, A (aluminum) atoms and N (nitrogen) atoms in AlN are easily decomposed effectively.
そこで、本発明のAlN結晶の製造方法は、AlN下地基板を準備する工程と、AlN下地基板上にAlN結晶を成長する工程と、AlN結晶からAlN下地基板を分離する工程とを備えている。AlN下地基板およびAlN結晶の一方は、280nm以下の波長の光に対して吸収係数が100cm-1以上である。AlN下地基板およびAlN結晶の他方は、220nm以上280nm以下の波長の光の少なくとも一部の波長域において吸収係数が100cm-1未満である。上記分離する工程では、AlN下地基板およびAlN結晶のうち吸収係数が低い他方側から光を照射する。 Therefore, the method for producing an AlN crystal of the present invention includes a step of preparing an AlN base substrate, a step of growing an AlN crystal on the AlN base substrate, and a step of separating the AlN base substrate from the AlN crystal. One of the AlN base substrate and the AlN crystal has an absorption coefficient of 100 cm −1 or more for light having a wavelength of 280 nm or less. The other of the AlN base substrate and the AlN crystal has an absorption coefficient of less than 100 cm −1 in at least a part of the wavelength region of light having a wavelength of 220 nm or more and 280 nm or less. In the separating step, light is irradiated from the other side of the AlN base substrate and the AlN crystal having a low absorption coefficient.
本発明のAlN結晶の製造方法によれば、AlN下地基板上にAlN結晶を成長させている。下地基板と成長させる結晶とが同じ組成であるため、結晶格子整合の差によるAlN結晶の結晶性の低下を抑制することができる。 According to the AlN crystal manufacturing method of the present invention, an AlN crystal is grown on an AlN base substrate. Since the base substrate and the crystal to be grown have the same composition, it is possible to suppress a decrease in crystallinity of the AlN crystal due to a difference in crystal lattice matching.
さらに、AlN下地基板およびAlN結晶の一方の280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上である。吸収係数が100cm-1以上のAlN下地基板およびAlN結晶の一方に光を照射すると、この一方には光が吸収される。これにより、この一方の温度が上昇して、Al原子とN原子との結合が解除され、N原子がAlNから解離する。また、AlN下地基板およびAlN結晶の他方の220nm以上280nm以下の波長の光の少なくとも一部の領域における吸収係数が100cm-1未満である。これにより、吸収係数が100cm-1未満の他方に光を照射しても、光の吸収が抑制され、温度の上昇が抑制される。このため、この他方では、Al原子とN原子との結合が解除されることが抑制されるので、結晶性の劣化を抑制できる。したがって、AlN下地基板およびAlN結晶のうち吸収係数が低い他方(220nm以上280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1未満であるAlN下地基板およびAlN結晶の他方)側から吸収係数が高い一方(280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上であるAlN下地基板およびAlN結晶の他方)側に向けて光を照射することにより、一方における他方との界面近傍でNの解離を促進することができる。その結果、AlN下地基板およびAlN結晶の界面近傍で、互いに分離することができる。よって、応力を加えずにAlN結晶からAlN下地基板を分離することができるので、製造するAlN結晶の結晶性の低下を抑制することができる。 Further, one of the AlN base substrate and the AlN crystal has an absorption coefficient of 100 cm −1 or more for light having a wavelength of 280 nm or less. When one of the AlN base substrate and the AlN crystal having an absorption coefficient of 100 cm −1 or more is irradiated with light, the light is absorbed by this one. Thereby, this one temperature rises, the bond between the Al atom and the N atom is released, and the N atom is dissociated from the AlN. Further, the absorption coefficient in at least a partial region of light having a wavelength of 220 nm or more and 280 nm or less of the other of the AlN base substrate and the AlN crystal is less than 100 cm −1 . Thereby, even if light is irradiated to the other whose absorption coefficient is less than 100 cm −1 , light absorption is suppressed, and an increase in temperature is suppressed. For this reason, on the other hand, the release of the bond between the Al atom and the N atom is suppressed, so that deterioration of crystallinity can be suppressed. Therefore, one of the AlN base substrate and the AlN crystal that has a low absorption coefficient (the other one of the AlN base substrate and the AlN crystal that has an absorption coefficient for light having a wavelength of 220 nm or more and 280 nm or less is less than 100 cm −1 ). By irradiating light toward the other side (the other of the AlN base substrate and the AlN crystal having an absorption coefficient of 100 cm −1 or more for light having a wavelength of 280 nm or less), the dissociation of N is promoted near the interface with one of the other can do. As a result, they can be separated from each other in the vicinity of the interface between the AlN base substrate and the AlN crystal. Therefore, since the AlN base substrate can be separated from the AlN crystal without applying stress, it is possible to suppress a decrease in crystallinity of the manufactured AlN crystal.
以上より、結晶性を向上したAlN結晶から、応力を加えずにAlN下地基板を分離することができる。よって、結晶性を向上したAlN結晶を製造することができる。 As described above, the AlN base substrate can be separated from the AlN crystal with improved crystallinity without applying stress. Therefore, an AlN crystal with improved crystallinity can be produced.
上記AlN結晶の製造方法において好ましくは、上記分離する工程では、300nm以下の波長の光を照射する。 Preferably, in the AlN crystal manufacturing method, light having a wavelength of 300 nm or less is irradiated in the separation step.
これにより、AlN下地基板またはAlN結晶のうち、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上である一方のAl原子とN原子とを、より効果的に分解しやすい。このため、AlN下地基板とAlN結晶とをより容易に分離することができるので、結晶性を向上したAlN結晶をより容易に製造することができる。 This makes it easier to effectively decompose one Al atom and N atom having an absorption coefficient of 100 cm −1 or more for light having a wavelength of 280 nm or less in the AlN base substrate or the AlN crystal. For this reason, since the AlN base substrate and the AlN crystal can be more easily separated, an AlN crystal with improved crystallinity can be manufactured more easily.
上記AlN結晶の製造方法において好ましくは、上記成長する工程では、1×107cm-2以下の転位密度を有するAlN結晶を成長する。 Preferably, in the AlN crystal manufacturing method, in the growing step, an AlN crystal having a dislocation density of 1 × 10 7 cm −2 or less is grown.
本発明では、AlN下地基板上にAlN結晶を成長しているので、格子不整合を抑制することができる。このため、上記のように転位密度の低いAlN結晶を成長することができる。 In the present invention, since the AlN crystal is grown on the AlN base substrate, lattice mismatch can be suppressed. For this reason, an AlN crystal with a low dislocation density can be grown as described above.
上記AlN結晶の製造方法において好ましくは、AlN下地基板およびAlN結晶の一方は、2ppm以上の14族元素を含む。 In the AlN crystal manufacturing method, preferably, one of the AlN base substrate and the AlN crystal contains 2 ppm or more of a group 14 element.
これにより、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上であるAlN下地基板またはAlN結晶を実現することができる。 Thereby, an AlN base substrate or AlN crystal having an absorption coefficient of 100 cm −1 or more for light having a wavelength of 280 nm or less can be realized.
なお、本明細書において、「14族」とは、旧IUPAC(The International Union of Pure and Applied Chemistry)方式のIVA族を意味する。すなわち、14族元素とは、炭素(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Zn)、鉛(Pb)およびウンウンクアジウム(Uuq)の少なくとも1つの元素を含む。 In this specification, “Group 14” means the Group IVA of the former IUPAC (The International Union of Pure and Applied Chemistry) system. That is, the group 14 element includes at least one element of carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Zn), lead (Pb), and ununquadium (Uuq).
上記AlN結晶の製造方法において好ましくは、準備する工程では、200μm以上の厚みを有する下地基板を準備する。 Preferably, in the AlN crystal manufacturing method, in the preparing step, a base substrate having a thickness of 200 μm or more is prepared.
これにより、下地基板の結晶性を向上することができる。このため、この下地基板上に成長するAlN結晶の結晶性をより向上することができる。 Thereby, the crystallinity of the base substrate can be improved. For this reason, the crystallinity of the AlN crystal grown on the underlying substrate can be further improved.
本発明のAlN基板の製造方法は、上記いずれかに記載のAlN結晶の製造方法によりAlN結晶を製造する工程と、異種基板上にこのAlN結晶を形成する工程とを備えている。 The method for producing an AlN substrate of the present invention includes a step of producing an AlN crystal by any one of the methods for producing an AlN crystal described above and a step of forming the AlN crystal on a different substrate.
本発明のAlN基板の製造方法によれば、異種基板上に結晶性を向上したAlN結晶を形成している。このため、異種基板として安価な基板を用いると、コストを低減し、かつ結晶性を向上したAlN結晶を備えたAlN基板を製造することができる。 According to the method for manufacturing an AlN substrate of the present invention, an AlN crystal having improved crystallinity is formed on a heterogeneous substrate. For this reason, when an inexpensive substrate is used as the heterogeneous substrate, an AlN substrate having an AlN crystal with reduced cost and improved crystallinity can be manufactured.
本発明の圧電振動子の製造方法は、上記AlN結晶の製造方法によりAlN結晶を製造する工程と、AlN結晶に電極層を形成する工程とを備えている。 The method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention includes a step of manufacturing an AlN crystal by the method of manufacturing an AlN crystal and a step of forming an electrode layer on the AlN crystal.
本発明の圧電振動子の製造方法によれば、結晶性を向上したAlN結晶を用いている。これにより、電気機械結合係数kt2および音響品質係数(Q値)が優れた圧電振動子を製造することができる。 According to the method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention, an AlN crystal with improved crystallinity is used. Thereby, a piezoelectric vibrator having an excellent electromechanical coupling coefficient kt 2 and an acoustic quality factor (Q value) can be manufactured.
本発明のAlN結晶の製造方法、AlN基板の製造方法および圧電振動子の製造方法によれば、AlN結晶と同じ組成の下地基板を用いているため、結晶性の低下を抑制したAlN結晶を成長することができる。また、吸収係数が10cm-1未満であるAlN下地基板およびAlN結晶のの他方側から、吸収係数が10cm-1以上であるAlN下地基板およびAlN結晶の一方へ光を照射することにより、結晶性の劣化を抑制して、AlN下地基板とAlN結晶とを分離することができる。よって、結晶性を向上したAlN結晶、AlN基板および圧電振動子を製造することができる。 According to the AlN crystal manufacturing method, the AlN substrate manufacturing method, and the piezoelectric vibrator manufacturing method of the present invention, since the base substrate having the same composition as the AlN crystal is used, an AlN crystal that suppresses a decrease in crystallinity is grown. can do. Further, since the absorption coefficient is irradiated from the other side of the AlN underlying substrate and AlN crystal is less than 10 cm -1, the light to one of the AlN underlying substrate and AlN crystal absorption coefficient is 10 cm -1 or more, crystalline It is possible to separate the AlN base substrate and the AlN crystal while suppressing deterioration of the substrate. Therefore, an AlN crystal, an AlN substrate, and a piezoelectric vibrator having improved crystallinity can be manufactured.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態におけるAlN結晶を概略的に示す断面図である。図1を参照して、本実施の形態におけるAlN結晶10について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an AlN crystal in the present embodiment. With reference to FIG. 1, the
図1に示すように、本実施の形態におけるAlN結晶10は、300nm以下の波長の光に対する吸収係数が10cm-1未満であり、7cm-1以下であることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
なお、上記吸収係数は、たとえば紫外可視分光光度計にて透過率を測定してAlN結晶の厚みより算出される値である。 The absorption coefficient is a value calculated from the thickness of the AlN crystal by measuring the transmittance with, for example, an ultraviolet-visible spectrophotometer.
AlN結晶10は、好ましくは1×107cm-2以下、より好ましくは1×106cm-2以下の転位密度を有している。この場合、このAlN結晶10を用いてデバイスを作製したときに特性を向上することができる。
The
なお、上記転位密度は、たとえば溶融KOH(水酸化カリウム)中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割るという方法によって測定することができる。 The dislocation density can be measured by, for example, counting the number of pits formed by etching in molten KOH (potassium hydroxide) and dividing by the unit area.
AlN結晶10の形状は特に限定されないが、たとえば200μm以下の厚みを有する薄膜であり、200μm以上のバルク結晶の場合もより好ましく用いることができる。
The shape of the
図2は、本実施の形態におけるAlN結晶の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図2を参照して、本実施の形態におけるAlN結晶10の製造方法について説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing a method for producing an AlN crystal in the present embodiment. Next, with reference to FIG. 2, a method for manufacturing the
図3は、本実施の形態における下地基板を概略的に示す断面図である。図2および図3に示すように、まず、AlN下地基板11を準備する(ステップS1)。本実施の形態では、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上、好ましくは1000cm-1以上、より好ましくは10000cm-1以上であるAlN下地基板11を準備する。また好ましくは1×107cm-2以下、より好ましくは1×106cm-2以下の転位密度を有しているAlN下地基板11を準備する。この場合、このAlN下地基板11上に、転位密度の低いAlN結晶10を成長することができる。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the base substrate in the present embodiment. As shown in FIGS. 2 and 3, first, an
具体的には、AlN下地基板11を成長させるための下地基板を準備する。この下地基板はAlNであってもよく、AlN以外の材料よりなる異種基板であってもよい。この下地基板上にAlN下地基板11を成長させる。成長方法は特に限定されず、昇華法、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy:ハイドライド気相成長)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相堆積)法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などを採用することができる。このAlN下地基板11から必要に応じて下地基板を除去する。
Specifically, a base substrate for growing the
100cm-1以上の吸収係数を有するAlN下地基板11を準備するために、2ppm以上の14族元素を含むようにAlN下地基板11を成長することが好ましい。たとえばAlN下地基板11を成長させる際に、原料中のAlNに対して2ppm以上の14族元素を添加した原料を準備する。原料に含まれる14族元素の上限はたとえば0.1%である。14族元素の供給源としては、SiおよびCの少なくとも一方が好適に用いられ、SiCを原料のAlNに混合させることが好ましい。
In order to prepare the
また、AlN下地基板11を成長させる際には、好ましくは200μm以上、より好ましくは1mm以上の厚みH11を有するように成長する。200μm以上の厚みH11を有するようにAlN下地基板11を成長させると、AlN下地基板11の結晶性を向上することができ、好ましくは1×107cm-2以下、より好ましくは1×106cm-2以下の転位密度を有するAlN結晶とすることができる。なお、200μm以上の厚みを有するAlN結晶を成長させて、所定の厚みH11を有するAlN下地基板11を切り出してもよい。
Further, when the
また、AlN下地基板11の主表面11aは、たとえば2インチ以上の大きさを有している。これにより、大口径のAlN結晶10を成長させることができる。
The
なお、AlN下地基板11を準備する方法は、これに特に限定されず、任意の方法で準備される。
In addition, the method of preparing the
図4は、本実施の形態においてAlN結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。次に、図2および図4に示すように、AlN下地基板11の主表面11a上にAlN結晶10を成長する(ステップS2)。このステップS2では、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1未満、好ましくは7cm-1以下のAlN結晶10を成長する。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an AlN crystal is grown in the present embodiment. Next, as shown in FIGS. 2 and 4, an
AlN結晶10の成長方法は特に限定されず、昇華法、HVPE法、MBE法、MOCVD法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などを採用することができる。100cm-1未満の吸収係数を有するAlN結晶10を成長するために、たとえば高い純度を有する原料を準備することが好ましい。
The growth method of the
成長するステップS2では、好ましくは1×107cm-2以下、より好ましくは1×106cm-2以下の転位密度を有するようにAlN結晶10を成長する。本実施の形態では、成長するAlN結晶10とAlN下地基板11との格子不整合率の違いにより転位密度が高くなることを抑制することができるので、このように転位密度の低いAlN結晶10を成長することができる。なお、転位密度は低いほど好ましいが、製造が容易である観点から、転位密度の下限値はたとえば1×102cm-2程度である。
In the growing step S2, the
また成長するステップS2では、好ましくは光の透過率が50%以上、特に280nm以下の波長の光の透過率が50%以上になるようにAlN結晶10を成長する。このような透過率を有するために、たとえば成長するAlN結晶10の膜厚を調整することが好ましい。
In the growing step S2, the
本実施の形態では、成長させるステップS2では、コスト低減の観点および透過率を高める観点から、薄膜のAlN結晶10を成長する。
In the present embodiment, in the growing step S2, the thin-
図5は、本実施の形態においてAlN結晶側から光を照射している状態を概略的に示す断面図である。図6は、本実施の形態においてAlN結晶とAlN下地基板とが分離した状態を概略的に示す断面図である。次に、図2、図5および図6に示すように、AlN下地基板11からAlN結晶10を分離する(ステップS3)。このステップS3では、AlN下地基板11およびAlN結晶10のうち吸収係数が低い他方側であるAlN結晶10側から、吸収係数が高い一方側であるAlN下地基板11に向けて光を照射している。本実施の形態では、AlN結晶10の成長表面の上方から、AlN結晶10とAlN下地基板11との全ての界面に向けて光を照射している。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in which light is irradiated from the AlN crystal side in the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state where the AlN crystal and the AlN base substrate are separated in the present embodiment. Next, as shown in FIGS. 2, 5, and 6, the
照射する光は、好ましくは300nm以下、より好ましくは266nm以下の波長を有している。このような光を照射するための光源として、たとえばレーザが用いられる。 The light to be irradiated preferably has a wavelength of 300 nm or less, more preferably 266 nm or less. As a light source for irradiating such light, for example, a laser is used.
このように吸収係数の低いAlN結晶10側から光を照射すると、AlN結晶10の280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1未満であるので、AlN結晶10では光がほとんど吸収されず、透過される。このため、AlN結晶10へ光を照射しても、AlN結晶10の良好な結晶性への影響を低減できる。一方、AlN下地基板11の280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上であるので、AlN結晶10を透過した光は、AlN結晶10との界面に位置するAlN下地基板11で吸収される。これにより、AlN下地基板11においてAlN結晶10との界面近傍の領域の温度が上昇して、AlN下地基板11中のAl原子とN原子との結合が解除され、N原子が解離する。その結果、AlN下地基板11とAlN結晶10とが分離する。つまり、機械的な応力を加えずに、AlN結晶10からAlN下地基板11を除去することができる。
When light is irradiated from the side of the
以上のステップS1〜S3を実施することにより、図1に示すAlN結晶10を製造することができる。なお、AlN結晶10と分離したAlN下地基板11を、別のAlN結晶10を成長させるための下地基板として再利用して、上述したステップS2およびS3を実施することにより、1枚のAlN下地基板11から複数枚のAlN結晶10を製造することができる。
By performing the above steps S1 to S3, the
このように製造されたAlN結晶10は、AlN下地基板11上に成長しているので、結晶性を向上できる。さらに、AlN結晶10は機械的な応力が加えられずに製造されているので、AlN下地基板11の除去に伴うAlN結晶10の結晶性の劣化を抑制できる。したがって、本実施の形態によれば、結晶性を向上したAlN結晶10を実現できる。
Since the
また、本実施の形態では、研磨、スライスなどの機械的な加工の場合のように、除去する厚みを上乗せしてAlN結晶を成長する必要がない。このため、除去するAlN結晶の材料費を削減できる。したがって、本実施の形態におけるAlN結晶10の製造方法は、コスト面においても有利である。
In the present embodiment, it is not necessary to grow the AlN crystal by adding the thickness to be removed as in the case of mechanical processing such as polishing and slicing. For this reason, the material cost of the AlN crystal to be removed can be reduced. Therefore, the method for manufacturing the
このように結晶性を向上し、かつコストを低減して減製造されたAlN結晶10は、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、HEMT(High Electron Mobility Transistor;高電子移動度トランジスタ)などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、SAWデバイス(Surface Acoustic Wave Device;表面弾性波素子)、振動子、共振子、発振器、MEMS(Micro Electro Mechanical System)部品、圧電アクチュエータ等のデバイス用の基板などに好適に用いることができる。
The
(実施の形態2)
図7は、本実施の形態におけるAlN結晶を概略的に示す断面図である。図7を参照して、本実施の形態におけるAlN結晶15について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an AlN crystal in the present embodiment. With reference to FIG. 7, the
図1に示すように、本実施の形態におけるAlN結晶15は、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上であり、1000cm-1以上であることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
AlN結晶15の転位密度は、実施の形態1と同様で、好ましくは1×107cm-2以下、より好ましくは1×106cm-2以下である。また、AlN結晶10の形状は特に限定されないが、たとえば実施の形態1と同様に薄膜である。
The dislocation density of the
続いて、図2を参照して、本実施の形態におけるAlN結晶15の製造方法について説明する。本実施の形態におけるAlN結晶15の製造方法は、基本的には実施の形態1におけるAlN結晶10の製造方法と同様であるが、AlN結晶15は、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上(一方)であり、AlN下地基板16は、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1未満である(他方)点において、実施の形態1と異なっている。つまり、本実施の形態では、AlN結晶15の吸収係数がAlN下地基板16の吸収係数よりも低く、AlN下地基板16(他方)側から光を照射している点において異なっている。
Next, a method for manufacturing the
具体的には、まず、AlN下地基板16を準備する(ステップS1)。本実施の形態では、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1未満、好ましくは7cm-1以下であるAlN下地基板16を準備する。AlN下地基板16を準備する方法は、たとえば含まれる不純物の濃度を低く、つまり原料の純度を高めた原料を用いて製造される点において実施の形態1と異なる。
Specifically, first, an
また、準備するステップS1では、好ましくは光の透過率が50%以上、特に280nm以下の波長の光の透過率が50%以上になるようにAlN下地基板11を準備することが好ましい。
Further, in the preparing step S1, it is preferable to prepare the
次に、AlN下地基板16上にAlN結晶15を成長する(ステップS2)。このステップS2では、280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上、好ましくは1000cm-1以上のAlN結晶15を成長する。
Next, an
このようなAlN結晶15を成長する方法として、2ppm以上の14族元素を含むようにAlN結晶15を成長することが好ましい。たとえばAlN結晶15を成長させる際に、AlN結晶15が2ppm以上の14族元素を含むように、AlN結晶15の原料を準備する。原料に含まれる14族元素の上限はたとえば0.1%である。14族元素の供給源としては、SiおよびCの少なくとも一方が好適に用いられ、SiCを原料のAlNに混合させることが好ましい。この不純物の場合、100cm-1以上の吸収係数を有するAlN結晶15を成長できるとともに、成長したAlN結晶15の転位密度を低く維持できる。
As a method for growing such an
成長するステップS2では、実施の形態1と同様に、好ましくは1×107cm-2以下、より好ましくは1×106cm-2以下の転位密度を有するようにAlN結晶10を成長する。また、成長させるステップS2では、実施の形態1と同様に、コスト低減の観点から、薄膜のAlN結晶10を成長する。
In the growing step S2, as in the first embodiment, the
図8は、本実施の形態においてAlN結晶側から光を照射している状態を概略的に示す断面図である。図8は、本実施の形態においてAlN結晶とAlN下地基板とが分離した状態を概略的に示す断面図である。次に、図2および図8に示すように、AlN下地基板16からAlN結晶15を分離する(ステップS3)。このステップS3では、AlN下地基板16およびAlN結晶15のうち吸収係数が低い他方側であるAlN下地基板16側から、吸収係数の高い一方側であるAlN結晶15へ光を照射している。照射する光は、実施の形態1と同様に、好ましくは300nm以下、より好ましくは266nm以下の波長を有している。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a state in which light is irradiated from the AlN crystal side in the present embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a state where the AlN crystal and the AlN base substrate are separated in the present embodiment. Next, as shown in FIGS. 2 and 8, the
このようにAlN下地基板16側から光を照射すると、AlN下地基板16の280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1未満であるので、AlN下地基板16では光がほとんど吸収されず、透過される。AlN結晶15の280nm以下の波長の光に対する吸収係数が100cm-1以上であるので、AlN下地基板16を透過した光は、AlN下地基板16との界面に位置するAlN結晶15で吸収される。これにより、AlN下地基板16との界面近傍のAlN結晶15の温度が上昇して、Al原子とN原子との結合が解除され、N原子が解離する。その結果、AlN下地基板16とAlN結晶15とが分離する。つまり、機械的な応力を加えずに、AlN結晶15からAlN下地基板16を除去することができる。
Thus, when light is irradiated from the
以上のステップS1〜S3を実施することにより、図7に示すAlN結晶15を製造することができる。
By performing the above steps S1 to S3, the
(実施の形態3)
図9は、本実施の形態におけるAlN基板を概略的に示す断面図である。図9を参照して、本実施の形態におけるAlN基板20を説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an AlN substrate in the present embodiment. With reference to FIG. 9, the
図9に示すように、AlN基板20は、異種基板21と、この異種基板21上に形成された接続層22と、この接続層22上に形成されたAlN結晶10とを備えている。
As shown in FIG. 9, the
AlN結晶10は、実施の形態1のAlN結晶10と同様である。なお、AlN結晶10の代わりに、実施の形態2のAlN結晶15を用いてもよい。異種基板21はAlNと異なる材料であり、AlNよりもコストが低い材料であることが好ましく、たとえばSi基板、サファイア基板などが好適に用いられる。
The
続いて、本実施の形態におけるAlN基板20の製造方法について説明する。
まず、実施の形態1のAlN結晶10の製造方法にしたがって、AlN結晶10を製造する。なお、実施の形態2のAlN結晶15の製造方法にしたがって、AlN結晶15を製造してもよい。
Then, the manufacturing method of the
First, the
次に、上述した材料の異種基板21を準備する。そして、異種基板21とAlN結晶10とを上述した材料の接続層22により接続する。この接続層22はたとえば半田であり、異種基板21とAlN結晶10とを半田接続する。これにより、AlN結晶10を異種基板21上にウエハボンディングすることができる。
Next, a
以上のステップを実施することにより、図9に示すAlN基板20を製造することができる。AlN結晶10の厚みが薄い場合であっても、上述したような用途の基板として用いることができる。このため、結晶性を向上し、かつコストを低減したAlN基板20を製造することができる。
By performing the above steps, the
(実施の形態4)
図10は、本実施の形態における圧電振動子を概略的に示す断面図である。図10を参照して、本実施の形態における圧電振動子30について説明する。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the piezoelectric vibrator in the present embodiment. With reference to FIG. 10, the
図10に示すように、圧電振動子30は、AlN結晶10と、AlN結晶10の下面に形成された電極層31と、AlN結晶10の上面に形成された電極層32とを備えている。
As shown in FIG. 10, the
AlN結晶10は、実施の形態1のAlN結晶10と同様である。AlN結晶10は、板状である。なお、AlN結晶10の代わりに、実施の形態2のAlN結晶15を用いてもよい。一対の電極層31、32は、AlN結晶10の両面を挟んでいる。電極層31、32は、厚み方向の導電抵抗が小さい異方導電性材料、金属などを用いることができる。
The
続いて、本実施の形態における圧電振動子30の製造方法について説明する。
まず、実施の形態1のAlN結晶10の製造方法にしたがって、AlN結晶10を製造する。必要に応じてAlN結晶10を圧電振動部材としての所定の形状に加工する工程をさらに実施する。なお、実施の形態2のAlN結晶15の製造方法にしたがって、AlN結晶15を製造してもよい。
Next, a method for manufacturing the
First, the
次に、AlN結晶10の下面に電極層31を形成し、上面に電極層32を形成する。電極層31、32の形成方法は特に限定されず、たとえば蒸着法などにより形成することができる。
Next, the
以上のステップを実施することにより、図10に示す圧電振動子を製造することができる。このように製造された圧電振動子は結晶性を向上したAlN結晶を圧電振動部材として用いているので、電気機械結合係数kt2および音響品質係数(Q値)の優れた圧電振動子を製造することができる。 By performing the above steps, the piezoelectric vibrator shown in FIG. 10 can be manufactured. Since the piezoelectric vibrator manufactured in this manner uses an AlN crystal with improved crystallinity as a piezoelectric vibration member, a piezoelectric vibrator having an excellent electromechanical coupling coefficient kt 2 and an acoustic quality factor (Q value) is manufactured. be able to.
本実施例では、AlN下地基板およびAlN結晶のうち吸収係数が低い他方側から、吸収係数が高い一方側へ光を照射することによる効果について調べた。 In this example, the effect of irradiating light from the other side having a low absorption coefficient to the one side having a high absorption coefficient among the AlN base substrate and the AlN crystal was examined.
具体的には、図11に示す結晶成長装置100を用いて、昇華法によりAlN結晶を成長した。なお、図11は、本実施例に用いた結晶成長装置を示す概略図である。
Specifically, an AlN crystal was grown by a sublimation method using the
図11に示すように、結晶成長装置100は、坩堝115と、加熱体119と、反応容器122と、高周波加熱コイル123とを主に備えている。坩堝115の周りには、坩堝115の内部と外部との通気を確保するように加熱体119が設けられている。この加熱体119の周りには、反応容器122が設けられている。この反応容器122の外側中央部には、加熱体119を加熱するための高周波加熱コイル123が設けられている。また、反応容器122の上部および下部には、坩堝115の上方および下方の温度を測定するための放射温度計121a、121bが設けられている。
As shown in FIG. 11, the
なお、上記結晶成長装置100は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
The
まず、AlN下地基板11を準備するステップS1では、以下のように行なった。具体的には、AlN下地基板11を成長するための下地基板としてSiC基板を準備した。この下地基板を、反応容器122内の坩堝115の上部に載置した。AlN下地基板11の原料17として、AlN粉末と、このAlN粉末に対して3質量%のSiC粉末とからなる原料を準備した。この原料17を坩堝115の下部に収容した。その後、反応容器122内に窒素ガスを流しながら、高周波加熱コイル123を用いて坩堝115内の温度を上昇させ、SiC下地基板の温度を1900℃、原料17の温度を2000℃にして原料17を昇華させ、SiC下地基板上で再結晶化させて、成長時間を30時間として、SiC下地基板上に5mmの厚みを有するAlN結晶を成長した。
First, in step S1 for preparing the
なお、AlN下地基板11を構成するAlN結晶の成長中においては、反応容器122内に窒素ガスを流し続け、反応容器122内のガス分圧が10kPa〜100kPa程度になるように、窒素ガスの排気量を制御した。
During the growth of the AlN crystal constituting the
得られたAlN結晶の両面を鏡面研磨し、AlN下地基板11を準備した。このAlN下地基板11について、紫外可視分光光度計にて300K、波長280nmでの吸収係数を測定した結果、200cm-1以上であった。その転位密度を評価したところ、8×105cm-2と測定された。
Both surfaces of the obtained AlN crystal were mirror-polished to prepare an
次に、AlN下地基板11上にAlN結晶10を成長するステップS2では、以下のように行なった。具体的には、AlN下地基板11を、反応容器122内の坩堝115の上部に載置した。AlN結晶10の原料17として、高純度のAlN粉末を準備した。この原料17を坩堝115の下部に収容した。その後、反応容器122内に窒素ガスを流しながら、高周波加熱コイル123を用いて坩堝115内の温度を上昇させ、AlN下地基板11の温度を1800℃、原料17の温度を2000℃にして原料17を昇華させ、AlN下地基板11上で再結晶化させて、成長時間を3時間として、AlN下地基板11上に300μmの厚みを有するAlN結晶10を成長した。
Next, in step S2 for growing the
なお、AlN結晶10の成長中においては、反応容器122内に窒素ガスを流し続け、反応容器122内のガス分圧が10kPa〜100kPa程度になるように、窒素ガスの排気量を制御した。
During the growth of the
得られたAlN結晶10について、その転位密度を評価したところ、1×106cm-2と測定された。また紫外可視分光光度計にて300K、波長280nmでの吸収係数を測定した結果、25cm-1以下であった。
When the dislocation density of the obtained
次に、AlN結晶10からAlN下地基板11を分離するステップS3では、以下のように行なった。具体的には、図5に示すように、AlN下地基板11と、AlN結晶10とが積層された状態で、AlN結晶10の成長表面側からAlN下地基板11に向けて、Nd(ネオジウム)−YAGレーザの高調波(波長266nm)を照射した。
Next, in step S3 for separating the
その結果、AlN結晶10とAlN下地基板11との界面で、AlN結晶10とAlN下地基板11とが剥離した。これにより、AlN結晶10からAlN下地基板11を除去することができた。
As a result, the
以上より、本実施例によれば、良好な結晶性のAlN結晶10を成長させるために、AlN下地基板11を用いた場合であっても、AlN結晶10の波長の光に対する吸収係数が10cm-1未満で、AlN下地基板11の波長の光に対する吸収係数が10cm-1以上の場合、吸収係数が低い他方側(AlN結晶10側)から光を照射することにより、機械的な応力を加えずに、AlN結晶10からAlN下地基板11を除去できることが確認できた。
As described above, according to the present example, even when the
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the features of the embodiments and examples. The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
10,15 AlN結晶、11,16 AlN下地基板、11a 主表面、17 原料、20 AlN基板、21 異種基板、22 接続層、30 圧電振動子、31,32 電極層、100 結晶成長装置、115 坩堝、119 加熱体、121a,121b 放射温度計、122 反応容器、123 高周波加熱コイル。
10, 15 AlN crystal, 11, 16 AlN base substrate, 11a main surface, 17 raw material, 20 AlN substrate, 21 heterogeneous substrate, 22 connection layer, 30 piezoelectric vibrator, 31, 32 electrode layer, 100 crystal growth apparatus, 115
Claims (7)
前記AlN下地基板上にAlN結晶を成長する工程と、
前記AlN結晶から前記AlN下地基板を分離する工程とを備え、
前記AlN下地基板および前記AlN結晶の一方は、280nm以下の波長の光に対して吸収係数が100cm-1以上であり、前記AlN下地基板および前記AlN結晶の他方は、220nm以上280nm以下の波長の少なくとも一部の波長域の光に対して吸収係数が100cm-1未満であり、
前記分離する工程では、前記AlN下地基板および前記AlN結晶のうち吸収係数が低い他方側から光を照射する、AlN結晶の製造方法。 Preparing an AlN base substrate;
Growing an AlN crystal on the AlN base substrate;
Separating the AlN base substrate from the AlN crystal,
One of the AlN base substrate and the AlN crystal has an absorption coefficient of 100 cm −1 or more for light having a wavelength of 280 nm or less, and the other of the AlN base substrate and the AlN crystal has a wavelength of 220 nm or more and 280 nm or less. An absorption coefficient of less than 100 cm −1 for light in at least some wavelength regions,
The method of manufacturing an AlN crystal, wherein in the separating step, light is irradiated from the other side having a low absorption coefficient among the AlN base substrate and the AlN crystal.
異種基板上に前記AlN結晶を形成する工程とを備えた、AlN基板の製造方法。 A step of producing an AlN crystal by the method of producing an AlN crystal according to claim 1;
Forming the AlN crystal on a heterogeneous substrate.
前記AlN結晶に電極層を形成する工程とを備えた、圧電振動子の製造方法。 A step of producing an AlN crystal by the method of producing an AlN crystal according to claim 1;
And a step of forming an electrode layer on the AlN crystal.
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