JP2024066235A

JP2024066235A - 窒化ガリウム基板の製造方法

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Publication number: JP2024066235A
Application number: JP2022175685A
Authority: JP
Inventors: 朝輝野本; Tomoteru Nomoto
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2022-11-01
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2024-05-15
Also published as: DE102023210412A1; US20240149379A1

Abstract

【課題】窒化ガリウムインゴットから効率よく窒化ガリウム基板を切り出して製造することが可能な窒化ガリウム基板の製造方法を提供すること。【解決手段】窒化ガリウム（ＧａＮ）基板の製造方法は、ＧａＮを透過する波長のレーザービームの集光点をＧａＮインゴットの内部に位置付けて、ＧａＮインゴットと集光点とをＧａＮインゴットの下記の式（１）で表される結晶方位の方向に沿って相対的に移動することで、製造すべきＧａＮ基板の厚みに相当する深さに剥離層を形成する剥離層形成ステップと、剥離層を起点にＧａＮインゴットからＧａＮ基板を剥離する剥離ステップと、を備える。剥離層形成ステップでは、レーザービームを分岐して複数の集光点１９を形成するとともに、分岐した各々の集光点１９同士を繋ぐ直線２１が下記の式（１）で表される結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定される。【数１】TIFF2024066235000007.tif7170【選択図】図６

Description

本発明は、窒化ガリウム基板の製造方法に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）は、バンドギャップがシリコン（Ｓｉ）の３倍大きいことから、パワーデバイスや発光ダイオード（Light Emitting Diode、ＬＥＤ）等のデバイスとしての利用が検討されている。窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）は、外周刃よりも刃厚を薄くできる内周刃を用いて窒化ガリウムインゴット（ＧａＮインゴット）から切断されることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１－０８４４６９号公報

しかし、ＧａＮインゴットから内周刃を用いて切り出すとしても、ＧａＮ基板の厚み（例えば、１５０μｍ）に対して、内周刃の厚みは、例えば０．３ｍｍ程度もあることから、ＧａＮインゴットの６０～７０％は切削時に削られ棄てられることになり、不経済であるという問題があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、窒化ガリウムインゴットから効率よく窒化ガリウム基板を切り出して製造することが可能な窒化ガリウム基板の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の窒化ガリウム基板の製造方法は、第１の面と、該第１の面の反対側の第２の面と、を有する窒化ガリウムインゴットから窒化ガリウム基板を製造する窒化ガリウム基板の製造方法であって、窒化ガリウムインゴットを保持する保持ステップと、窒化ガリウムを透過する波長のレーザービームの集光点を該第１の面から窒化ガリウムインゴットの内部に位置付けて、該窒化ガリウムインゴットと該集光点とを該窒化ガリウムインゴットの下記の式（１）で表される結晶方位の方向に沿って相対的に移動することで、製造すべき窒化ガリウム基板の厚みに相当する深さに剥離層を形成する剥離層形成ステップと、該剥離層を起点に該窒化ガリウムインゴットから窒化ガリウム基板を剥離する剥離ステップと、を備え、該剥離層形成ステップでは、該レーザービームを分岐して複数の集光点を形成するとともに、分岐した各々の集光点同士を繋ぐ直線が下記の式（１）で表される結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定されることを特徴とする。

該剥離層形成ステップでは、分岐した各々の集光点同士を繋ぐ直線の少なくとも１本が、該窒化ガリウムインゴットと該集光点とを相対的に移動させる方向と交差し、かつ、前記式（１）で表される結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定されてもよい。

該剥離層形成ステップでは、該窒化ガリウムインゴットと該複数の集光点とを相対的に移動させることで形成された隣接する加工痕同士を繋ぐ直線が前記式（１）で表される結晶方位の方向に沿って形成されるように、該窒化ガリウムインゴットと該複数の集光点との移動速度を設定してもよい。

本発明は、剥離層形成ステップで、レーザービームを分岐して複数の集光点を形成するとともに、分岐した各々の集光点同士を繋ぐ直線が上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定されるため、剥離面の凹凸を大きくしてしまう要因となるクラックが生じるおそれを抑制することができるので、窒化ガリウムインゴットから効率よく窒化ガリウム基板を切り出して製造することができる。

図１は、実施形態１に係る窒化ガリウム基板の製造方法において使用する窒化ガリウムインゴットの一例を示す斜視図である。図２は、図１の窒化ガリウムインゴットの結晶方位を説明する上面図である。図３は、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。図４は、図３の保持ステップ及び剥離層形成ステップを説明する断面図である。図５は、図３の剥離層形成ステップを説明する上面図である。図６は、図３の剥離層形成ステップのレーザービームの分岐を説明する上面図である。図７は、図３の剥離層形成ステップのレーザービームにより形成される加工痕を説明する上面図である。図８は、図３の剥離ステップを説明する断面図である。図９は、図３の剥離ステップを説明する断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
本発明の実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る窒化ガリウム基板の製造方法において使用する窒化ガリウムインゴットの一例である窒化ガリウムインゴット１００を示す斜視図である。図２は、図１の窒化ガリウムインゴット１００の結晶方位を説明する上面図である。実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、窒化ガリウムインゴット（ＧａＮインゴット）１００から窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板、ＧａＮウエーハ）１３０（図９参照）を製造する方法である。ＧａＮインゴット１００は、六方晶の結晶構造を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）の単結晶である。ただし、ＧａＮインゴット１００の導電型は、特段限定されない。ＧａＮインゴット１００は、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）等のｐ型不純物を含むｐ型であってもよく、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等のｎ型不純物を含むｎ型であってもよい。

ＧａＮインゴット１００は、本実施形態では、図１に示すように、全体として円柱状に形成され、上方に露出した平坦な円形状の第１の面１０１と、第１の面１０１の反対側の下方に露出した平坦な円形状の第２の面１０２と、第１の面１０１及び第２の面１０２の間に位置する周面１０３とを有する。なお、ＧａＮインゴット１００は、４インチ（約１００ｍｍ）の直径と、５００μｍの厚さと、を有するが、直径及び厚さはこの値に限定されない。

ＧａＮインゴット１００の周面１０３には、図１に示すように、平坦な矩形状のオリエンテーションフラット１０４，１０５が形成されている。なお、ＧａＮインゴット１００は、本発明ではこれに限定されず、周面１０３には、オリエンテーションフラット１０４，１０５に代えて、第１の面１０１及び第２の面１０２に直交する軸方向に延びるノッチが同様の位置に形成されていてもよい。

本明細書では、ミラー指数を用いて、ＧａＮの単結晶の結晶方位及び結晶面を特定する。本明細書では、特定の結晶方位は［］を用いて表現され、結晶構造の対称性に起因して互いに等価である結晶方位は＜＞を用いて表現される。また、特定の結晶面は（）を用いて表現され、結晶構造の対称性に起因して互いに等価である結晶面は｛｝を用いて表現される。

第１の面１０１及び第２の面１０２は、図１に示すように、下記の結晶面（１－１）に対応し、下記の結晶方位（２－１）に直交する。オリエンテーションフラット１０４は、平面状であり、下記の結晶面（１－２）に対応し、下記の結晶方位（２－２）に直交する。オリエンテーションフラット１０５は、平面状であり、下記の結晶面（１－３）に対応し、下記の結晶方位（２－３）に直交する。すなわち、ＧａＮインゴット１００は、下記の結晶面（１－１）が第１の面１０１及び第２の面１０２にそれぞれ露出するように、下記の結晶面（１－２）がオリエンテーションフラット１０４に露出するように、下記の結晶面（１－３）がオリエンテーションフラット１０５に露出するように、製造されている。結晶方位（２－１），結晶方位（２－２），結晶方位（２－３）は、互いに直交している。このため、オリエンテーションフラット１０４は、結晶方位（２－３）に平行に形成されており、オリエンテーションフラット１０５は、結晶方位（２－２）に平行に形成されている。

図２に示す互いに１２０°の角度を形成する３つの結晶方位（２－３），結晶方位（２－４），結晶方位（２－５）は、ＧａＮインゴット１００が六方晶の結晶構造の対称性に起因して、いずれも、互いに等価な下記の式（１）で表される結晶方位に属する。

ＧａＮインゴット１００は、結晶面（１－３）を含む下記の結晶面（３－３）の方が、結晶面（１－１）を含む下記の結晶面（３－１）、及び、結晶面（１－２）を含む下記の結晶面（３－２）よりも、へき開面になりにくい性質を有する。すなわち、ＧａＮインゴット１００は、結晶面（３－１）及び結晶面（３－２）よりも、結晶面（３－３）に沿ってへき開しにくい性質を有する。

次に、本明細書は、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法を図面に基づいて説明する。図３は、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、ＧａＮインゴット１００からＧａＮ基板１３０を製造する方法であって、保持ステップ１００１と、剥離層形成ステップ１００２と、剥離ステップ１００３と、を備える。実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、ＧａＮインゴット１００内に剥離層１１０を形成して、ＧａＮインゴット１００を剥離層１１０により結晶面（３－１）に沿って破壊することにより、ＧａＮインゴット１００からＧａＮ基板１３０を剥離して製造する方法であり、比較的へき開しにくい結晶面（３－３）に直交する式（１）で表される結晶方位に沿って、照射するレーザービーム１８（図４参照）の複数の集光点１９（図４参照）を配列して、レーザービーム１８の照射によって形成される複数の加工痕２５（改質層）を配列することで、結晶面（３－２）に沿ったへき開を従来よりも低減できる方法である。

図４は、図３の保持ステップ１００１及び剥離層形成ステップ１００２を説明する断面図である。図５は、図３の剥離層形成ステップ１００２を説明する上面図である。図６は、図３の剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム１８の分岐を説明する上面図である。図７は、図３の剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム１８により形成される加工痕２５を説明する上面図である。図７は、図５のＶＩＩの拡大図である。

保持ステップ１００１及び剥離層形成ステップ１００２は、図４に示すレーザー加工装置１０により実施する。レーザー加工装置１０は、図４に示すように、保持面１２でＧａＮインゴット１００を保持する保持テーブル１１と、発振器１３と、出力調整ユニット１４と、分岐ユニット１５と、ミラー１６と、集光器１７と、不図示の移動ユニットと、不図示の制御ユニットと、を備える。

保持テーブル１１は、例えば、保持面１２でＧａＮインゴット１００を第１の面１０１側を露出させて第２の面１０２側から吸引保持するチャックテーブルである。保持テーブル１１は、不図示の回転駆動源により鉛直方向であり保持面１２に対して垂直なＺ軸方向と平行な軸心周りに回転自在に設けられている。

発振器１３は、ＧａＮ（ＧａＮインゴット１００）に対して透過性を有する波長のレーザービーム１８を発振する。発振器１３は、例えば、レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４等を有し、ＧａＮ（ＧａＮインゴット１００）に対して透過性を有する波長（例えば、１０６４ｎｍ）を有するパルス状（例えば、数十ＭＨｚ）のレーザービーム１８を出射する。

出力調整ユニット１４は、発振器１３が発振したレーザービーム１８の出力を調整する。出力調整ユニット１４は、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）であり、入力される電気信号に従って作動し、当該信号に従ってレーザービーム１８を所定の時間だけ偏向させて、レーザービーム１８を所定の時間だけ間引かれた状態のバーストモードに変換する。出力調整ユニット１４で調整したレーザービーム１８は、本実施形態では、パルスの繰り返し周波数が数ｋＨｚ～数１０ｋＨｚ程度（例えば、５０ｋＨｚ）であり、バースト数が数個～１０数個程度（例えば、１０個）である。

分岐ユニット１５は、出力調整ユニット１４が出力を調整したレーザービーム１８を、ＸＹ面内の所定方向に所定間隔をおいて複数本（数本～１０数本程度、図４に示す例では５本）に分岐させる。分岐ユニット１５は、例えばＬＣＯＳ－ＳＬＭ（Liquid Crystal on Silicon － Spatial Light Modulator）を有するが、ＬＣＯＳ－ＳＬＭに代えて、回折格子が用いられてもよい。

ミラー１６は、分岐ユニット１５が分岐させた複数本のレーザービーム１８を反射して光軸方向を変更する。集光器１７は、ミラー１６によって反射した複数本のレーザービーム１８を集光して複数の集光点１９を形成し、ＧａＮインゴット１００に照射する。なお、本実施形態では、集光点１９のスポット径は、数μｍ程度（例えば、５μｍ程度）に設定される。

移動ユニットは、保持テーブル１１と、集光器１７と、を相対的に、加工送り方向及び割り出し送り方向に沿って移動させることにより、保持テーブル１１に保持されたＧａＮインゴット１００と、集光器１７によって形成される複数本のレーザービーム１８の集光点１９と、を相対的に、加工送り方向及び割り出し送り方向に沿って移動させる。ここで、本実施形態では、加工送り方向は、レーザー加工装置１０のＸ軸方向に設定されており、割り出し送り方向は、レーザー加工装置１０のＹ軸方向に設定されている。

レーザー加工装置１０の制御ユニットは、レーザー加工装置１０の各構成要素の動作を制御して、保持ステップ１００１及び剥離層形成ステップ１００２をレーザー加工装置１０に実施させる。レーザー加工装置１０の制御ユニットは、本実施形態では、コンピュータシステムを含む。レーザー加工装置１０の制御ユニットが含むコンピュータシステムは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。レーザー加工装置１０の制御ユニットの演算処理装置は、レーザー加工装置１０の制御ユニットの記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、レーザー加工装置１０を制御するための制御信号を、レーザー加工装置１０の制御ユニットの入出力インターフェース装置を介してレーザー加工装置１０の各構成要素に出力する。

保持ステップ１００１は、図４に示すように、レーザー加工装置１０の保持テーブル１１により、ＧａＮインゴット１００を保持するステップである。保持ステップ１００１では、具体的には、不図示の搬送ユニット等によりＧａＮインゴット１００を保持テーブル１１上に搬送して、ＧａＮインゴット１００を第１の面１０１側を上方に向けて保持面１２上に載置し、保持テーブル１１の保持面１２でＧａＮインゴット１００の第２の面１０２側を吸引保持した後、不図示の回転駆動源により保持テーブル１１をＺ軸回りに回転させて、ＧａＮインゴット１００の結晶方位（２－３）に平行に形成されたオリエンテーションフラット１０４を、加工送り方向（レーザー加工装置１０のＸ軸方向）に沿うように合わせる。すなわち、保持ステップ１００１では、保持テーブル１１で保持したＧａＮインゴット１００の結晶方位（２－３）をレーザー加工装置１０のＸ軸方向に沿うように、保持テーブル１１で保持したＧａＮインゴット１００の結晶方位（２－２）をレーザー加工装置１０のＹ軸方向に沿うように、それぞれ設定する。

なお、保持ステップ１００１は、本発明ではこれに限定されず、保持テーブル１１で保持したＧａＮインゴット１００の上記した式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位をレーザー加工装置１０のＸ軸方向に沿うように設定すれば十分である。ここで、式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位は、本実施形態では、結晶方位（２－３），結晶方位（２－４），結晶方位（２－５）のいずれかの結晶方位のことを指す。また、所定の方位または方向に沿うように合わせる（設定する）とは、本実施形態では、所定の方位または方向との間で形成される角度が５°以下に合わせる（設定する）ことを指す。

剥離層形成ステップ１００２は、図４及び図５に示すように、ＧａＮ（ＧａＮインゴット１００）を透過する波長のレーザービーム１８の集光点１９を第１の面１０１からＧａＮインゴット１００の内部に位置付けて、ＧａＮインゴット１００と集光点１９とをＧａＮインゴット１００の上記した式（１）で表される結晶方位の方向に沿って相対的に移動することで、製造すべきＧａＮ基板１３０の厚み１２０（図８参照）に相当する深さに剥離層１１０を形成するステップである。

剥離層形成ステップ１００２は、本実施形態では、レーザービーム照射ステップと、割り出し送りステップとを含む。剥離層形成ステップ１００２は、保持ステップ１００１の実施後、レーザービーム照射ステップと、割り出し送りステップとを交互に行うことにより、ＧａＮインゴット１００の内部に第１の面１０１に平行な方向に沿って複数の改質層及び改質層から伸展するクラックを含む剥離層１１０を形成する。

レーザービーム照射ステップは、レーザー加工装置１０の制御ユニットが、移動ユニットにより、レーザービーム１８の集光点１９とＧａＮインゴット１００とを相対的に加工送り方向、すなわち、ＧａＮインゴット１００の第１の面１０１に平行でかつ上記した式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位（本実施形態では結晶方位（２－３））の方向に沿って移動させ（加工送りさせ）ながら、集光器１７によりレーザービーム１８を照射して、ＧａＮインゴット１００の内部に第１の面１０１に平行な方向に沿って改質層及び改質層から伸展するクラックを形成するステップである。ＧａＮインゴット１００は、レーザービーム照射ステップでレーザービーム１８を照射すると、レーザービーム１８を照射した加工送り方向に平行なラインに沿って、レーザービーム１８の集光点１９付近に第１の面１０１に平行な方向に沿って改質層が形成され、改質層の両側から第１の面１０１に平行な方向に沿って伸展するクラックが形成される。なお、改質層は、例えば、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域である。

本実施形態ではさらに、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、レーザー加工装置１０の分岐ユニット１５が、レーザービーム１８を分岐して複数の集光点１９を形成するとともに、分岐した各々の集光点１９同士を繋ぐ直線２１が上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定される。より詳細には、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐ユニット１５によりレーザービーム１８から分岐して形成された複数の集光点１９について、図６に示すように、互いに隣接する集光点１９同士を繋ぐ直線２１が式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように、設定する。

なお、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐ユニット１５によりレーザービーム１８から分岐して形成された複数の集光点１９について、互いに隣接する集光点１９の間隔の設定値は、本実施形態では５μｍ以上２０μｍ以下（例えば、１４．４μｍ）である。互いに隣接する集光点１９とは、互いの集光点１９の間隔が、この設定値に予め定められた所定の誤差を加えた範囲内となる一対の集光点１９のことを指す。所定の誤差は、本実施形態では、この設定値の±１０％以下であり、好ましくは±５％以下である。

剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、このように設定することで、分岐ユニット１５によりレーザービーム１８から分岐して形成された複数の集光点１９をいずれも、図６に示すように、式（１）で表される結晶方位に含まれる３種類の特定の結晶方位で形成され、一辺の長さが互いに隣接する集光点１９の間隔の設定値であるマス目の交点上に来るように配列することができる。

具体的には、図６（Ａ）に示すレーザービーム１８からの集光点１９の分岐パターンでは、互いに隣接する集光点１９同士を繋ぐ直線２１が、図６の紙面の下側から上側に向かって順に、４本とも結晶方位（２－４）と平行な方向に沿っている。図６（Ｂ）に示すレーザービーム１８からの集光点１９の分岐パターンでは、互いに隣接する集光点１９同士を繋ぐ直線２１が、図６の紙面の下側から上側に向かって順に、それぞれ、結晶方位（２－５）と平行な方向、結晶方位（２－４）と平行な方向、結晶方位（２－５）と平行な方向、結晶方位（２－４）と平行な方向、に沿っている。図６（Ｃ）に示すレーザービーム１８からの集光点１９の分岐パターンでは、互いに隣接する集光点１９同士を繋ぐ直線２１が、図６の紙面の下側から上側に向かって順に、それぞれ、結晶方位（２－４）と平行な方向、結晶方位（２－４）と平行な方向、結晶方位（２－５）と平行な方向、結晶方位（２－５）と平行な方向、に沿っている。図６（Ｄ）に示すレーザービーム１８からの集光点１９の分岐パターンでは、互いに隣接する集光点１９同士を繋ぐ直線２１が、図６の紙面の下側から上側に向かって順に、それぞれ、結晶方位（２－３）と平行な方向、結晶方位（２－４）と平行な方向、結晶方位（２－５）と平行な方向、結晶方位（２－３）と平行な方向、に沿っている。

また、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐した各々の集光点１９同士を繋ぐ直線２１の少なくとも１本が、ＧａＮインゴット１００とレーザービーム１８の集光点１９とを相対的に移動させる加工送り方向と交差し、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定されることが好ましい。すなわち、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐ユニット１５が、加工送り方向と交差し、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に、少なくとも一部の集光点１９を分岐させるように設定されることが好ましい。例えば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示す分岐パターンでは、いずれも、少なくとも１本の直線２１が、加工送り方向である結晶方位（２－３）に交差し、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位である結晶方位（２－４）または結晶方位（２－５）と平行な方向に沿っており、好ましい形態である。このような場合、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップは、１回のレーザービーム照射ステップで、すなわち１回の加工送りによるレーザービーム１８の照射で、広範囲に加工痕２５を配列することができる。

また、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐した各々の集光点１９同士を繋ぐ直線２１の全てが、ＧａＮインゴット１００とレーザービーム１８の集光点１９とを相対的に移動させる加工送り方向と交差し、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定されてもよい。すなわち、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐ユニット１５が、加工送り方向と交差し、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に、全ての集光点１９を分岐させるように設定されてもよい。例えば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示す分岐パターンでは、いずれも、全ての直線２１が、加工送り方向である結晶方位（２－３）に交差し、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位である結晶方位（２－４）または結晶方位（２－５）と平行な方向に沿っている。このような場合、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップは、１回のレーザービーム照射ステップで、すなわち１回の加工送りによるレーザービーム１８の照射で、より広範囲に加工痕２５を配列することができる。

また、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐した各々の集光点１９同士を繋ぐ直線２１の一部が、ＧａＮインゴット１００とレーザービーム１８の集光点１９とを相対的に移動させる加工送り方向と平行な方向、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定されてもよい。すなわち、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐ユニット１５が、加工送り方向と平行な方向、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に、一部の集光点１９を分岐させるように設定されてもよい。例えば、図６（Ｄ）に示す分岐パターンでは、一部の直線２１が、加工送り方向である結晶方位（２－３）に平行な方向、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位である結晶方位（２－３）と平行な方向に沿っている。このような場合、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップは、後述するようにＧａＮインゴット１００と複数の集光点１９との移動速度（加工送り速度）をより速く設定できるので、１回のレーザービーム照射ステップ、すなわち１回の加工送りによるレーザービーム１８の照射をより早くできる。

本実施形態ではさらに、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、レーザー加工装置１０の制御ユニットが、ＧａＮインゴット１００とレーザービーム１８を分岐して形成された複数の集光点１９とを相対的に移動させる（加工送りする）ことで、図７に示すように、形成された隣接する加工痕２５同士を繋ぐ直線２７が上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向に沿って形成されるように、移動ユニットによるＧａＮインゴット１００と複数の集光点１９との移動速度（加工送り速度）を設定する。

剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、ＧａＮインゴット１００に、図６（Ａ）に示す一群の複数の集光点１９を形成するレーザービーム１８を照射すると、図７に示すように、一群の複数の集光点１９と同じ配列を有する一群の複数の加工痕２５（加工痕群２６）が形成される。そして、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、レーザー加工装置１０の制御ユニットが、レーザービーム１８の照射の時間的間隔と加工送り速度との積が、所定の誤差の範囲内で、互いに隣接する集光点１９の間隔（直線２１の長さ）の整数倍となるように、レーザービーム１８の照射の時間的間隔に基づいて加工送り速度を設定する。ここで、この整数倍は、次に照射するレーザービーム１８の集光点１９が直前にレーザービーム１８を照射した位置に重ならないような最小の値であることが好ましく、例えば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すパターンのレーザービーム１８を照射する場合、この整数倍を１倍（等しい）として加工送り速度を設定することが好ましく、図６（Ｄ）に示すパターンのレーザービーム１８を照射する場合、この整数倍を２倍として加工送り速度を設定することが好ましい。剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、加工送り速度は、本実施形態では、数１００ｍｍ／ｓ程度（例えば、８７５ｍｍ／ｓ）に設定される。

剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、このように加工送り速度を設定することで、図７に示すように、形成された隣接する加工痕群２６間の隣接する加工痕２５同士を繋ぐ直線２７が上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向に沿って形成される。そして、図７に示すように、複数回のレーザービーム１８の照射によって形成される複数の加工痕群２６の各加工痕２５を、いずれも式（１）で表される結晶方位に含まれる３種類の特定の結晶方位で形成され、一辺の長さが互いに隣接する集光点１９の間隔の設定値であるマス目の交点上に来るように配列することができる。

割り出し送りステップは、レーザー加工装置１０の制御ユニットが、移動ユニットにより、割り出し送り方向、すなわち、ＧａＮインゴット１００の第１の面１０１に平行でかつレーザービーム照射ステップで改質層を形成する際にＧａＮインゴット１００とレーザービーム１８の集光点１９とを相対的に移動させた加工送り方向と直交する方向に沿って、ＧａＮインゴット１００とレーザービーム１８の集光点１９とを相対的に割り出し送りするステップである。本実施形態では、剥離層形成ステップ１００２の割り出し送りステップでは、割り出し送りする長さ（割り出し送り量）を１００μｍ程度（例えば、１０６μｍ）に設定する。なお、割り出し送り量は、割り出し送りする直前のレーザービーム照射ステップで形成する加工痕群２６と、割り出し送りした直後のレーザービーム照射ステップで形成する加工痕群２６と、が一部重なるように設定してもよい。

ＧａＮインゴット１００は、レーザービーム照射ステップと割り出し送りステップとを交互に行うことにより、加工送り方向に平行な複数のラインに沿って、レーザービーム１８の集光点１９付近に第１の面１０１に平行な方向に沿って改質層が形成され、隣接するラインに沿って形成された改質層から伸展したクラック同士が互いに繋がる。これにより、ＧａＮインゴット１００は、所定の外力を付与することによりこれらの改質層及びクラックを含む剥離層１１０を起点として、第１の面１０１を含み、レーザービーム１８の集光点１９をＧａＮインゴット１００の内部に位置付けた時の第１の面１０１からの深さに相当する厚み１２０のＧａＮ基板１３０が剥離可能となる。

図８及び図９は、いずれも、図３の剥離ステップ１００３を説明する断面図である。剥離ステップ１００３は、図８及び図９に示すように、剥離層１１０を起点にＧａＮインゴット１００からＧａＮ基板１３０を剥離するステップである。剥離ステップ１００３は、図８及び図９に示すに示す剥離装置３０により実施する。剥離装置３０は、図８及び図９に示すように、保持面３２でＧａＮインゴット１００を保持する保持テーブル３１と、剥離ユニット３３と、不図示の制御ユニットと、を備える。

保持テーブル３１は、上記のレーザー加工装置１０の保持テーブル１１と同様である。剥離ユニット３３は、吸着保持部３４と、移動ユニット３５と、を備える。吸着保持部３４は、円板状に形成されており、下面でＧａＮインゴット１００の第１の面１０１を吸着保持する。移動ユニット３５は、保持テーブル３１と吸着保持部３４とを相対的に、例えばＺ軸方向に沿って移動させる。移動ユニット３５は、保持テーブル３１に保持されたＧａＮインゴット１００の第１の面１０１を吸着保持した吸着保持部３４を、保持テーブル３１に対して相対的にＺ軸方向に沿って互いに離間する方向に動力を加えることにより、ＧａＮインゴット１００をＺ軸方向に沿って引っ張る力を加えることができる。剥離装置３０の制御ユニットは、レーザー加工装置１０の制御ユニットと同様のコンピュータシステムを含む。

剥離ステップ１００３では、図８及び図９に示すように、保持テーブル３１の保持面３２で、ＧａＮインゴット１００を、第１の面１０１側を露出させて第２の面１０２側から吸引保持し、剥離ユニット３３の吸着保持部３４によりＧａＮインゴット１００の第１の面１０１を吸着保持した後に、剥離ユニット３３の移動ユニット３５により、保持テーブル３１に保持されたＧａＮインゴット１００に対してＺ軸方向に沿って引っ張る力を加えることで、剥離層１１０を起点に剥離面１４０でＧａＮインゴット１００からＧａＮ基板１３０を剥離する。

実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法では、楔の挿入や、超音波の付与等の外力付与ステップを、剥離層形成ステップ１００２の実施後かつ剥離ステップ１００３の実施前、または、剥離ステップ１００３の実施と同時に、実施してもよい。

外力付与ステップでは、例えば、ＧａＮインゴット１００の周面１０３に対して剥離層１１０の高さ位置に楔を打ち込むことで、第１の面１０１に平行な方向に沿って剥離層１１０のクラックを更に伸展させることができる。なお、楔は、１箇所に打ち込んでも構わないが、ＧａＮインゴット１００の周方向に沿って複数箇所打ち込んでもよい。

外力付与ステップでは、また、楔の打ち込みに代えて、ＧａＮインゴット１００に対して超音波（２０ｋＨｚを超える周波数帯域の弾性振動波）を印加することでも、第１の面１０１に平行な方向に沿って剥離層１１０のクラックを更に伸展させることができる。この場合、外力付与ステップでは、吸着保持部３４の下面でＧａＮインゴット１００の第１の面１０１を吸着保持する前に、第１の面１０１側に純水等の液体を介して超音波を印加する。具体的には、外力付与ステップでは、超音波が印加された液体をＧａＮインゴット１００の第１の面１０１に向けて噴射してもよいし、液体を介して超音波ホーンからＧａＮインゴット１００の第１の面１０１側に超音波を印加してもよい。さらに、外力付与ステップでは、ＧａＮインゴット１００の第１の面１０１側において、まず、直径５ｍｍから５０ｍｍ程度の局所的な領域に超音波を印加し、次に、超音波を印加する領域を徐々に広げることで、より好ましく、第１の面１０１に平行な方向に沿って剥離層１１０のクラックを更に伸展させることができる。

外力付与ステップを実施することにより、隣接する改質層間でクラック同士がつながり、剥離層１１０の機械的強度は、ＧａＮインゴット１００の剥離層１１０以外の領域に比べて更に弱くなる。それゆえ、外力付与ステップを実施しない場合に比べて小さい力でＧａＮインゴット１００からＧａＮ基板１３０を剥離できる。

以上のような構成を有する実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、剥離層形成ステップ１００２で、レーザー加工装置１０の分岐ユニット１５が、レーザービーム１８を分岐して複数の集光点１９を形成するとともに、分岐した各々の集光点１９同士を繋ぐ直線２１が上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定される。このため、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、レーザービーム１８の照射によって形成される一群の複数の加工痕２５（改質層）を、集光点１９と同様に、互いに隣接する加工痕２５（改質層）同士を繋ぐ直線２１が上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように配列できるので、剥離面１４０の凹凸を大きくしてしまう要因となる結晶面（３－２）に沿ったクラック（へき開）が生じるおそれを低減することができる。このため、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、第１の面１０１に平行な方向に沿って剥離層１１０のクラックを好ましく伸展させて、剥離面１４０の凹凸を低減することができ、これにより、ＧａＮインゴット１００から効率よくＧａＮ基板１３０を切り出して製造することができるという作用効果を奏する。

また、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、剥離層形成ステップ１００２のレーザービーム照射ステップでは、分岐した各々の集光点１９同士を繋ぐ直線２１の少なくとも１本が、ＧａＮインゴット１００とレーザービーム１８の集光点１９とを相対的に移動させる加工送り方向と交差し、かつ、上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定される。このため、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、１回のレーザービーム照射ステップで、すなわち１回の加工送りによるレーザービーム１８の照射で、広範囲に加工痕２５を配列することができるので、より効率よく、ＧａＮインゴット１００からＧａＮ基板１３０を切り出して製造することができるという作用効果を奏する。

また、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、レーザー加工装置１０の制御ユニットが、ＧａＮインゴット１００とレーザービーム１８を分岐して形成された複数の集光点１９とを相対的に移動させる（加工送りする）ことで、図７に示すように、形成された隣接する加工痕２５同士を繋ぐ直線２７が上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向に沿って形成されるように、移動ユニットによるＧａＮインゴット１００と複数の集光点１９との移動速度（加工送り速度）を設定する。このため、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、複数回のレーザービーム１８の照射によって形成される複数の加工痕群２６の各加工痕２５を、集光点１９と同様に、互いに隣接する加工痕群２６間の隣接する加工痕２５（改質層）同士を繋ぐ直線２１が上記の式（１）で表される結晶方位に含まれる特定の結晶方位の方向と平行な方向に沿うように配列できるので、剥離面１４０の凹凸を大きくしてしまう要因となる結晶面（３－２）に沿ったクラック（へき開）が生じるおそれをさらに低減することができる。このため、実施形態に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、第１の面１０１に平行な方向に沿って剥離層１１０のクラックをさらに好ましく伸展させて、剥離面１４０の凹凸をさらに低減することができ、これにより、ＧａＮインゴット１００からさらに効率よくＧａＮ基板１３０を切り出して製造することができるという作用効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１８レーザービーム
１９集光点
２１，２７直線
２５加工痕
１００窒化ガリウムインゴット（ＧａＮインゴット）
１０１第１の面
１０２第２の面
１１０剥離層
１２０厚み
１３０窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）

Claims

第１の面と、該第１の面の反対側の第２の面と、を有する窒化ガリウムインゴットから窒化ガリウム基板を製造する窒化ガリウム基板の製造方法であって、
窒化ガリウムインゴットを保持する保持ステップと、
窒化ガリウムを透過する波長のレーザービームの集光点を該第１の面から窒化ガリウムインゴットの内部に位置付けて、該窒化ガリウムインゴットと該集光点とを該窒化ガリウムインゴットの下記の式（１）で表される結晶方位の方向に沿って相対的に移動することで、製造すべき窒化ガリウム基板の厚みに相当する深さに剥離層を形成する剥離層形成ステップと、
該剥離層を起点に該窒化ガリウムインゴットから窒化ガリウム基板を剥離する剥離ステップと、を備え、
該剥離層形成ステップでは、該レーザービームを分岐して複数の集光点を形成するとともに、分岐した各々の集光点同士を繋ぐ直線が下記の式（１）で表される結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定されることを特徴とする、窒化ガリウム基板の製造方法。
該剥離層形成ステップでは、分岐した各々の集光点同士を繋ぐ直線の少なくとも１本が、該窒化ガリウムインゴットと該集光点とを相対的に移動させる方向と交差し、かつ、前記式（１）で表される結晶方位の方向と平行な方向に沿うように設定されることを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
該剥離層形成ステップでは、該窒化ガリウムインゴットと該複数の集光点とを相対的に移動させることで形成された隣接する加工痕同士を繋ぐ直線が前記式（１）で表される結晶方位の方向に沿って形成されるように、該窒化ガリウムインゴットと該複数の集光点との移動速度を設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。