JP6142209B2 - 大型サファイア基板 - Google Patents
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Description
本発明は、ＥＦＧ法によって育成される単結晶サファイアに関する。
現在、ＬＥＤ等に用いられる６インチ以上の大型サファイア基板についてはその多くがＣＺ法等によって育成されたインゴットからの切り出しによって加工されている。これは、従来用いられてきたＥＦＧ法による当該基板の育成に際して、シード基板の撓み増加及び、当該撓みに伴う削りしろの付与といった課題が生じ、引き上げが難しくなった事による。
これに伴い、サファイア単結晶材料の量産についてはインゴットからの切り出し以外での結晶育成が難しくなっており、当該インゴットの育成後、Ｘ線回折又は偏光によるＣ軸方向の測定によって結晶方位を決定し、基板の切り出しを行っている。この様な加工手順を用いる際の結晶方位について、一般的なインゴットからの基板切り出しでは、特開平０２−２７１２４１（以下特許文献１として記載）及び特開平１０−０１１１３８（以下特許文献２として記載）に記載の測定方法が用いられている。
これら２件のうち、特許文献１記載の測定方法ではインゴットの結晶表面に平行光を入射させ、当該平行光の反射角からその結晶方位を測定する事を可能にしている。また、特許文献２に記載の加工方法では、当該反射角によって結晶方位を検出し、切断方向を決定することをその技術的特徴としている。
上述した従来の発明によってインゴットに対する結晶方位の測定が容易になった一方で、サファイアインゴットに同様の測定方法を用いると、その結晶構造上、当該測定方法を使用可能な結晶方位及び測定範囲が限定されてしまう。この為、当該測定方法でサファイアインゴットを測定すると、対象とする結晶方位及び測定角度によってはインゴットの切断面と結晶方位とのズレによって平行光が散乱し、当該測定ができないといった課題を発生してしまう。
加えて、特許文献２記載の測定方法は略円筒形となるインゴット端面の測定を前提としている。この為、前記測定方法が使用可能な結晶方位以外を端面とするサファイアインゴットに対しては、前記測定方法を使用することができない。
上記課題に対して本願記載の発明では、育成直後の状態で汎用レーザー等の平行光による結晶方位の測定が可能な幅６インチ以上の単結晶サファイアの提供を目的としている。
上記目的のために本発明に於ける第１の態様記載の発明は、ＥＦＧ法によって育成する幅６インチ以上の単結晶サファイアリボンについて、表面に対するＣ面又はＲ面結晶方位のうねりによるズレを２°以内に設定したことを特徴としている。より具体的には、６インチ以上の単結晶サファイアリボンの最も広い端面に対する、Ｃ面又はＲ面結晶方位のズレを全て２°以内としたことをその技術的特徴としている。
また、本発明に於ける第２の態様記載の発明は、ＥＦＧ法によって育成する幅６インチ以上の単結晶マルチサファイアリボンについて、各サファイアリボンの表面に対するＣ面又はＲ面結晶方位のうねりによるズレを２°以内に設定したことを特徴としている。より具体的には、マルチサファイアリボンとして育成された各サファイアリボンについて、各サファイアリボン毎に有する最も広い端面とＣ面又はＲ面結晶方位とのズレを２°以内としたことをその技術的特徴としている。
上述した技術的特徴によって本発明に於ける第１の態様記載の発明は、幅６インチ以上の単結晶サファイアリボンに関し、育成直後の状態に於いて簡単な測定手段による結晶方位の測定を行うことを可能にしている。これは、ＥＦＧ法によって育成する幅６インチ以上の単結晶サファイアリボンについて、Ｃ面又はＲ面のみに限定して測定する結晶方位を設定したことによる効果となっている。
即ち、上記ＣＺ法等によって育成されるサファイアインゴットと異なり、ＥＦＧ法によって育成される単結晶サファイアリボンはその育成条件によって育成する結晶方位を決定することができる。より具体的には、育成条件を適宜設定することによって、育成直後のサファイアリボンの端面について、任意の結晶表面で形成された端面をサファイアリボン表面に形成することが可能となっている。本願では幅６インチ以上の単結晶サファイアリボンに於ける最も広い端面について、当該最も広い端面と結晶方位面とのズレを２°以内として育成することで、結晶表面に対して直角に入射する汎用レーザーをＣ面又はＲ面から散乱を抑えた状態で反射し、当該反射角を用いた測定への対応を可能にしている。また、本願では、ＥＦＧ法によって育成した単結晶を用いて前記反射角を用いた測定に対応している。この為、前記サファイアリボンに於ける一箇所の測定結果から、サファイアリボン全体の結晶方位を判断することができる。
更に、本態様記載の単結晶サファイアリボンでは、前記ズレを２°以内としたことで幅６インチ以上の単結晶サファイアリボンに於ける厚みの低減と、当該リボンのＥＦＧ法による育成の容易化という効果をも付与することができる。これは、当該ズレの設定によって、結晶方位測定後、半導体基板用途等で結晶方位の傾きを補正するための削りしろを低減させることによる効果となっている。即ち、当該削りしろの低減により、本願記載のサファイアリボンは育成時の厚みを減らすことが可能となる。これにより、本願記載のサファイアリボンはその重量を軽減し、結晶育成時、シード基板の撓みを抑えて幅６インチ以上の単結晶サファイアリボンを引き上げることが可能となっている。
また上記第１の態様記載の効果に加えて、本発明に於ける第２の態様記載の発明では、単一のシードから複数のサファイアリボンを育成する幅６インチ以上の単結晶マルチサファイアリボンについて、育成される各サファイアリボン毎に上記第１の態様記載の発明が有する効果を付与することができる。加えて、本態様記載の発明では、前記サファイアリボンの厚みを減らすことによって、シード基板１個毎に育成するサファイアリボン間の間隔を狭めて枚数を増やし、当該サファイアリボンの量産性を向上させることもまた、可能となっている。
以上述べたように、本願記載の発明を用いることで、育成直後の状態で汎用レーザー等の平行光による結晶方位の測定が可能な幅６インチ以上の単結晶サファイアを提供することができる。
以下に、図１、図２及び図３を用いて、本発明に於ける最良の実施形態を示す。尚、図中の記号及び部品番号について、同じ部品として機能するものには共通の記号又は番号を付与している。
図１に本発明に於ける最良の実施形態に於いて用いるマルチサファイアリボンの斜視図を、図２に当該マルチサファイアリボンの各サファイアリボンに於ける表面の説明図を、そして図３に当該サファイアリボンの表面と結晶方位との説明図を、それぞれ示す。尚、引き上げ用のクランプ等については、図中での記載を省略している。
図１に於いて示す様に、本実施形態ではＥＦＧ法によってサファイアマルチリボン１を育成している。尚、図１中、シード基板２から複数育成されている各サファイアリボン３は全て幅６インチ以上となっている。また、図２から解るように、本実施形態では図１中、ハッチングにて示したサファイアリボン３の表面方向ｓ側にサファイア単結晶の結晶方位［０．０．０．１］面となるＣ面を設けて育成しており、サファイアリボン３の表面方向ｓとＣ面の結晶方位ｃとのズレは２°以内として育成した。
本実施形態ではシード基板２の結晶方位、引き上げ方向、引き上げ速度及び、育成温度といった各種条件を設定することで、サファイアリボン３表面のうねりとして現れる表面方向ｓに対するＣ面の結晶方位ｃの角度を全て２°以内に収めている。より具体的には、シード基板端面をＣ軸として垂直方向に引き上げる本実施形態の育成に於いて、引き上げ速度を０．８インチ／時から緩やかに速度を上げて最終的に１．５インチ／時まで上昇させると共に温度範囲を２０６０〜２１００℃、２０９０℃〜２１３０℃等の４０℃温度を上げる温度範囲にて育成し、当該温度の変更を１度につき１℃以内の範囲で行うことにより、前記うねりを２℃以内に収めることを可能にしている。これにより、サファイアリボン３の晶癖面となるサファイアリボン３の表面に垂直方向から入射する汎用レーザーを、当該サファイアリボン３のＣ面から散乱を抑えた状態で反射し、当該反射角からの結晶方位測定に対応することができた。尚、本実施形態と同じ技術的見地から、表面方向ｓ側に図２にて示した［１．−１．０．２］面となるＲ面を設けて育成し、表面方向ｓとＲ面の結晶方位とのズレを２°以内とすることによって、前記汎用レーザーをＲ面から散乱を抑えた状態で反射し、当該反射角からの結晶方位測定に対応することもまた、可能となっている。
尚、図３に示す様に、サファイアリボン３全体としての表面方向ｓは、育成時の型となるダイパックの形状及び前述した各種育成条件によって決定される為、表面方向ｓと本実施形態で用いる結晶方位ｃとの間には常に一定のズレが生じる。本実施形態ではこのズレを２°以内に設定したことで、サファイアリボン３の厚みを低減し、６インチ、８インチといった大型のマルチサファイアリボンの育成を容易に行うことを可能としている。これは、当該ズレの設定により、前記結晶方位の測定後、半導体基板用途等で結晶方位の傾きを補正するための削りしろを低減させたことによる効果となっている。
即ち、前記厚みの低減によって、サファイアリボン３一枚辺りの重量が減少し、シード基板２から育成する各サファイアリボン３同士の密度を高めることができる。これにより、育成時、シード基板２にかかる加重を均等に配分し、重心を安定させた状態で結晶の引き上げ及び育成を行うことが可能となった。加えて、当該密度を高めたことで、各サファイアリボン間の温度分布を平坦にし、育成時の結晶品質について、各サファイアリボン間でのバラツキ抑制という効果をも得ることができた。
以上述べたように、本願実施形態記載の構造を用いることによって、育成直後の状態で汎用レーザー等の平行光による結晶方位の測定が可能な幅６インチ以上の単結晶サファイアを提供することができた。
１ サファイアマルチリボン
２ シード基板
３ サファイアリボン
ｃ Ｃ面結晶方位
ｒ Ｒ面結晶方位
ｓ サファイアリボンの表面方向
２ シード基板
３ サファイアリボン
ｃ Ｃ面結晶方位
ｒ Ｒ面結晶方位
ｓ サファイアリボンの表面方向
Claims (2)
- 結晶引き上げ後の最も広い端面について、表面に対するＣ面又はＲ面結晶方位のうねりによるズレが全て２°以内である、幅６インチ以上の単結晶サファイアリボン。
- 結晶引き上げ後の最も広い端面について、表面に対するＣ面又はＲ面結晶方位のうねりによるズレが全て２°以内である、幅６インチ以上の単結晶マルチサファイアリボン。
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