JP6223647B1 - 種結晶基板の製造方法、13族元素窒化物結晶の製造方法および種結晶基板 - Google Patents

種結晶基板の製造方法、13族元素窒化物結晶の製造方法および種結晶基板 Download PDF

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Abstract

支持基板1上に、13族元素窒化物からなる種結晶層2を設ける。支持基板1側からレーザ光Aを照射することによって支持基板と種結晶層3との界面に沿って13族元素窒化物からなる変質部4を設ける。変質部4が転位欠陥導入部またはアモルファス部である。【選択図】 図1

Description

本発明は、窒化ガリウムなどを育成するための種結晶基板およびその製造方法、および13族元素窒化物結晶の製造方法に関するものである。
特許文献1においては、サファイア基板上に硬度の低い中間層を形成し、その上に窒化ガリウムの種結晶膜を形成し、フラックス法によって窒化ガリウムの厚膜を育成することが提案されている。この窒化ガリウムの厚膜は降温時にサファイア基板から剥離する。
また、特許文献2においては、サファイア基板上に種結晶膜を形成する際に、サファイア基板と種結晶膜との界面に沿ってボイドを形成する。そして、種結晶膜上に窒化ガリウムの厚膜を形成した後の降温過程で、窒化ガリウムの厚膜がサファイア基板から自然剥離する。
特許文献3においては、サファイア基板上に種結晶膜を形成する際に、サファイア基板と種結晶膜との界面に沿ってボイドを形成するとともに、ボイド率を12.5%以下とする。これによって、種結晶膜上に育成される窒化ガリウム結晶のクラックや欠陥を低減している。
特許4886711 WO 2009/011407 WO 2014/034338
しかし、特許文献1および特許文献2記載の製法では、窒化ガリウム層と支持基板との間で自然剥離せずに固着する部分が残留し、歩留り低下の原因となることがあった。また、得られた窒化ガリウム層の反りが大きくなる傾向がみられた。特に支持基板の面積が大きくなるのにつれて、こうしたクラックや反りの増大がみられ、問題であった。
特許文献3の製法では、高品質の窒化ガリウム結晶層を育成できる。しかし、これは支持基板上に窒化ガリウム結晶層を一体化したテンプレート基板を提供するものであり、窒化ガリウム結晶層からなる自立基板を提供するものではない。
また、特許文献3記載の製法では、種結晶層の厚さが例えば数ミクロンと薄いため、レーザ照射領域において界面の窒化ガリウムが熱分解した時に、熱分解の衝撃で窒化ガリウム膜がはじけ飛び、レーザ照射領域において窒化ガリウムが消失し、ボイドが形成される。しかし、次いで、フラックス法によって窒化ガリウム結晶を種結晶層上に育成するときに、ボイドの部分から種結晶が融液中にメルトバック(窒素が飽和するまで、種結晶の窒化ガリウム結晶が融液中へ溶ける。)し、種結晶層が消失してしまうことがある。種結晶層の消失を防ぐためには、再度種結晶膜を追加で気相成長法で成膜しなければならない問題点があった。
本発明の課題は、種結晶基板上に、13族元素窒化物結晶を育成するのに際して、得られた13族元素窒化物結晶のクラックを抑制し、歩留りを改善することである。
本発明は、支持基板上に、13族元素窒化物からなる種結晶層を設ける工程、および
支持基板側からレーザ光を照射することによって支持基板と種結晶層との界面に沿って13族元素窒化物からなる変質部を設け、変質部が転位欠陥導入部またはアモルファス部である工程
を有することを特徴とする、種結晶基板の製造方法に係るものである。
また、本発明は、支持基板上に、13族元素窒化物からなる種結晶層を設ける工程、
支持基板側からレーザ光を照射することによって支持基板と種結晶層との界面に沿って13族元素窒化物からなる変質部を設け、変質部が転位欠陥導入部またはアモルファス部である工程、および
種結晶層上に13族元素窒化物結晶を育成する工程
を有することを特徴とする、13族元素窒化物結晶の製造方法に係るものである。
また、本発明は、
支持基板、
支持基板上に設けられた、13族元素窒化物からなる種結晶層、および
支持基板と前記種結晶層との界面に沿って設けられた、13族元素窒化物からなる変質部であって、転位欠陥導入部またはアモルファス部である変質部
を備えていることを特徴とする、種結晶基板に係るものである。
支持基板側からレーザ光を照射するとき、光エネルギー密度が小さいと、支持基板との界面に存在する種結晶は無反応となる。一方、特許文献3では、光エネルギーを十分に高くすることで、支持基板との接合界面にある種結晶を金属原子と窒素原子に分解する。これによって種結晶がはじけ飛び、ボイドが形成される。
これに対して、本発明者は、レーザ光の光エネルギーや種結晶膜の厚さなどを調整することで、支持基板と種結晶層との界面に沿ってボイドが発生しないような条件とした。
そして、得られた種結晶基板を分析したところ、種結晶層と支持基板との界面に沿って、種結晶が変質して変質層が確認された。具体的には、微分干渉顕微鏡を用いて、焦点を種結晶表面から徐々に深さ方向にずらしていくと、種結晶と支持基板との界面に沿ってコントラストの異なる領域が観察された。また、透過型電子顕微鏡を用いた種結晶と支持基板との界面断面観察でも、同じ領域で色の異なるコントラストが観測された。こうしたコントラストの異なる領域は、転位欠陥の導入された変質層であることがわかった。また、種結晶がアモルファスに変化している場合もあり、この場合には、結晶による回折コントラストが無くなるため、明るく、均一に見えることがわかった。
このように、支持基板と種結晶層との界面に沿って、転位欠陥が導入された変質部あるいはアモルファス化した変質部が設けられた場合には、その種結晶上に13族元素窒化物結晶を育成すると、13族元素窒化物結晶を育成した直後のクラックが抑制されることがわかった。
そして、このような変質部が形成された種結晶基板上に、13族元素窒化物結晶を育成したところ、結晶を形成した直後のクラックが抑制された。そして、この13族元素窒化物結晶は支持基板から容易に分離可能であり、分離後の13族元素窒化物結晶において著しくクラックが抑制され、歩留りが改善することがわかった。加えて、基板の反りも改善されることが分かった。
(a)は、支持基板1上に種結晶層2を設けた状態を示し、(b)は、種結晶層3に変質層4を設けた状態を示し、(c)は、種結晶基板5上に13族元素窒化物結晶6を設けた状態を示す。 (a)は、支持基板から分離された自立基板8を示し、(b)は、自立基板8上に機能素子9を形成した状態を示す。 (a)は、支持基板1上に種結晶層2を設けた状態を示し、(b)は、種結晶層13に、パターニングされた変質部14を設けた状態を示し、(c)は、種結晶層13上に13族元素窒化物結晶6を形成した状態を示す。 支持基板、変質層および種結晶層を示す透過型電子顕微鏡写真(50,000倍)である。 支持基板、変質層および種結晶層を示す透過型電子顕微鏡写真(1,000,000倍)である。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
図1に示すように、支持基板1の主面1a上に種結晶膜2を成膜する。1bは支持基板1の底面である。本例では、種結晶膜2には、界面2bと表面2aとが形成されている。
次いで、図1(b)に示すように、支持基板1の底面1b側から、矢印Aのようにレーザ光を照射する。このレーザ光は支持基板1を透過し、種結晶層と支持基板との界面に到達する。ここで、レーザ光のエネルギーを調節し、変質層4が界面に沿って生成するようにする。変質層4の主面4aが支持基板1の主面1aに接している。本例では、種結晶層3の全面にわたってレーザ光Aを均一に照射していることから、種結晶層3の全面にわたって変質層4が生成している。10は、種結晶層3と変質層4との界面であり、3aは結晶育成面であり、5は種結晶基板である。
次いで、図1(c)に示すように、種結晶層3の育成面3a上に、13族元素窒化物結晶6を育成する。6aは、機能素子の育成面である。この時点で、13族元素窒化物結晶6を支持基板1から剥離せずにテンプレート(template)基板として使用することも可能である。しかし、好適な実施形態においては、13族元素窒化物結晶6を支持基板から分離して自立基板とし、この自立基板をテンプレート基板として使用する。
すなわち、13族元素窒化物結晶6を支持基板から分離することによって、図2(a)に示すような自立基板8を得る。本例では、自立基板8は、結晶6と、その底面側に付着した付着部分7を有する。しかし、付着部分7は、結晶6と結晶組織が一体化していてもよく、また付着部分は無くともよい。
次いで、13族元素窒化物結晶6上に機能素子構造を形成する。こうした機能素子構造の種類は特に限定されないが、発光素子を例示できる。また、結晶上に機能層を複数層形成することができる。例えば、図2(b)の例では、結晶上に発光素子構造9を形成している。発光素子構造9は、13族元素窒化物結晶6上に、n型コンタクト層9a、n型クラッド層9b、活性層9c、p型クラッド層9d、p型コンタクト層9eが形成されている。
図1の例では、種結晶層の全面にわたってレーザ光を均一に照射し、種結晶層の全面にわたって変質層を形成した。しかし、種結晶層の一部にレーザ光を照射し、変質層をパターニングすることもできる。例えば、図3(a)〜(c)の例では、変質層を設けた領域と設けない領域とを交互に規則的に形成している。
すなわち、図3(a)に示すように、支持基板1の主面1a上に種結晶膜2を成膜する。次いで、図3(b)に示すように、支持基板1の底面1b側から、矢印Aのようにレーザ光を照射する。このレーザ光は支持基板1を透過し、種結晶層と支持基板との界面に到達する。ここで、レーザ光のエネルギーを調節し、変質層14が界面に沿って生成するようにする。この際、レーザ光を照射する領域Bと照射しない領域Cとを隣接させる。この結果、レーザ光の照射領域Bでは、変質層14が生成し、変質層14の界面14aが支持基板1の表面に接する。一方、レーザ光Aを照射しない領域Cでは、変質層14が生成せず、種結晶層13の主面13bが支持基板の表面に接する。この結果、支持基板1と種結晶層13との界面に沿って、変質層14と種結晶部16とが隣接し、交互に形成されている。15は種結晶基板である。
次いで、図3(c)に示すように、種結晶層13の育成面13a上に、13族元素窒化物結晶6を育成する。6aは、機能素子の育成面である。この時点で、13族元素窒化物結晶6を支持基板1から剥離せずにテンプレート(template)基板として使用することも可能である。しかし、好適な実施形態においては、13族元素窒化物結晶6を支持基板から分離して自立基板とし、この自立基板をテンプレート基板として使用する。
以下、本発明の構成要素について更に説明する。
本発明では、支持基板上に、13族元素窒化物からなる種結晶層を設ける。
ここで、支持基板の材質は、種結晶層上に形成する13族元素窒化物の有するバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する材料を選択する。種結晶層上に形成する13族元素窒化物材料が窒化ガリウムの場合、バンドギャップが約3.4evであるため、支持基板の材質としてはサファイア、酸化ガリウム、AlxGa1-xN(0<x≦1)を例示できる。
支持基板の種結晶層と反対側の底面は、鏡面であってよく、粗面であってもよいが、粗面が好ましい。これによって、支持基板に入射するレーザ光が支持基板の底面で散乱された後に、界面の種結晶層に照射されるため、レーザ光のビームプロファイル(beam profile)の影響を受けにくい。支持基板の種結晶層と反対側の底面が粗面である場合には、この粗面の表面粗さRaは、0.1μm〜2μmとすることが望ましい。
降温直後に支持基板にクラックを発生させないという観点からは、支持基板の厚さは、0.5mm以上であることが好ましく、1mm以上であることが更に好ましい。また、取り扱いの観点からは、支持基板の厚さは3mm以下であることが好ましい。
支持基板上に、13族元素窒化物からなる種結晶層を設ける。 種結晶を形成する際には、まず支持基板上に下地膜を設け、その上に続けて種結晶を育成することが好ましい。
こうした下地膜の形成方法は気相成長法が好ましく、有機金属化学気相成長(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、MBE法、昇華法を例示できる。
種結晶層は、一層であってよく、あるいはサファイア基板側にバッファ層を含んでいて良い。種結晶膜の形成方法は気相成長法を好ましい一例として挙げることができ、有機金属化学気相成長(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、パルス励起堆積(PXD)法、MBE法、昇華法を例示できる。有機金属化学気相成長法が特に好ましい。
また、種結晶層を構成する13族元素窒化物において、13族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。13族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。
次いで、支持基板側からレーザ光を照射することによって、支持基板と種結晶層との界面に沿って、13族元素窒化物からなる変質部を設ける。ここで、変質部は、転位欠陥導入部またはアモルファス部である。
レーザ光の波長は、加工するべき種結晶層を構成する13族元素窒化物の有するバンドギャップより大きなエネルギーを有し、支持基板材質の有するバンドギャップより小さなエネルギーを有する波長とする。こうすることで、支持基板側からレーザを照射した時に、支持基板内ではレーザが透過し、種結晶層を構成する13族元素窒化物でレーザ光が吸収され、加熱されることにより加工することが出来る。
エネルギー(単位:eV)と波長(単位:nm)の変換は、エネルギーをE、波長をλとすると、
λ≒1240/E
からなる近似式で計算出来る。
例えば、支持基板がサファイア、種結晶層を構成する13元素窒化物が窒化ガリウムの場合は、バンドギャップがそれぞれ、約3.4eV、約8.6eVであるので、レーザの波長は144nmから364nmの間で選択する必要がある。レーザ光源としては、Nd:YAGレーザの第3高調波、第4高調波、第5高調波、F2エキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、XeClエキシマレーザ、XeFエキシマレーザ、YVO4レーザの第3高調波、第4高調波、YLFレーザの第3高調波、第4高調波を例示できる。特に好ましいレーザ光源は、Nd:YAGレーザの第3高調波、Nd:YAGレーザの第4高調波、KrFエキシマレーザがある。
レーザの照射形は、円形、楕円形、方形、線状でも良い。
レーザプロファイルは、ビームプロファイラーを通して整形しても良い。
レーザの照射サイズやエネルギー密度を調整するために、レンズやスリット、アパーチャーを通した後に、レーザを基板に照射しても良い。
好適な実施形態においては、パルスレーザーを使用することにより、ボイドが生じない程度のパルス幅とすることが好ましい。この観点からは、パルス幅は60ns以下が好ましい。また、光ビームの照射サイズは、0.5mm〜4mmとすることが好ましい。
光ビームのエネルギー密度は、変質層形成という観点からは、30〜200mJ/cmとすることが好ましく、60〜130mJ/cmとすることが更に好ましい。
支持基板側からレーザ光を照射する際には、全面に均一に照射するか、種結晶層へ所定パターンにしたがって照射し、変質層をパターニングすることが好ましい。これによって、種結晶層上に13族元素窒化物結晶を形成した後、13族元素窒化物結晶を支持基板からクラックなしに分離し易くなる。
この実施形態においては、パターニングされた変質層の平面的パターンは、平面的にみて面内で均一であることが好ましく、同種のパターンが規則的に反復されていることが好ましい。具体的には、メッシュ状、ストライプ状、ドット状、スパイラル状等が挙げられる。
変質部は透過型電子顕微鏡で確認可能である。装置は、日立ハイテクノロジーズ製 H-9000NAR、加速電圧は300kVである。薄片化された試料の断面透過型電子顕微鏡像から、変質部が転位欠陥導入部である場合には、透過型電子顕微鏡によって、界面に沿って種結晶層よりも暗い部分が存在することで確認可能である。また、変質部がアモルファスである場合には、断面透過型電子顕微鏡像によって、界面に沿って種結晶層よりも明るい部分が存在することで確認できる。
変質部の厚さは、10nm以上あることが望ましく、20nm以上あることが更に好ましい。ボイドを抑制するという観点からは、変質部の厚さは、100nm以下であることが望ましい。
次いで、種結晶層上に13族元素窒化物結晶を育成する。この場合には、フラックス法で13族元素窒化物結晶を育成することが好ましいが、アモノサーマル法、HVPE法、MOCVD法、MBE法であってもよい。この13族元素窒化物において、13族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。また13族元素窒化物は、具体的にはGaN、AlN、InN、またはこれらの混晶が好ましい。
13族元素窒化物結晶を支持基板からの剥離後に自立させるという観点からは、13族元素窒化物結晶の厚さは、300μm以上であることが好ましく、500μm以上であることが更に好ましい。また、特に13族元素窒化物結晶を自然剥離するためには、その厚さは1000μm以上であることが好ましい。
13族元素窒化物結晶は、好ましくは単結晶である。単結晶の定義について述べておく。結晶の全体にわたって規則正しく原子が配列した教科書的な単結晶を含むが、それのみに限定する意味ではなく、一般工業的に流通している単結晶という意味である。すなわち、結晶がある程度の欠陥を含んでいたり、歪みを内在していたり、不純物がとりこまれていたりしていてもよく、多結晶(セラミックス)と区別して、これらを単結晶と呼んで用いているのと同義である。
13族元素窒化物結晶をフラックス法によって育成する場合には、フラックスの種類は、窒化ガリウム結晶を生成可能である限り、特に限定されない。好適な実施形態においては、アルカリ金属とアルカリ土類金属の少なくとも一方を含むフラックスを使用し、ナトリウム金属を含むフラックスが特に好ましい。
フラックスには、金属原料物質を混合し、使用する。金属原料物質としては、単体金属、合金、金属化合物を適用できるが、単体金属が取扱いの上からも好適である。
フラックス法における13族元素窒化物結晶の育成温度や育成時の保持時間は特に限定されず、フラックスの組成に応じて適宜変更する。一例では、ナトリウムまたはリチウム含有フラックスを用いて窒化ガリウム結晶を育成する場合には、育成温度を800〜950℃とすることが好ましく、850〜900℃とすることが更に好ましい。
フラックス法では、窒素原子を含む気体を含む雰囲気下で13族元素窒化物結晶を育成する。このガスは窒素ガスが好ましいが、アンモニアでもよい。雰囲気の圧力は特に限定されないが、フラックスの蒸発を防止する観点からは、10気圧以上が好ましく、30気圧以上が更に好ましい。ただし、圧力が高いと装置が大がかりとなるので、雰囲気の全圧は、2000気圧以下が好ましく、500気圧以下が更に好ましい。雰囲気中の窒素原子を含む気体以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリウム、ネオンが特に好ましい。
好適な実施形態においては、13族元素窒化物結晶を支持基板から分離する。本発明によれば、変質層の支持基板面内における面積比率を制御することにより、育成した13族元素窒化物結晶を自然剥離させたり、あるいは他の方法で剥離させたりすることができる。自然剥離の場合には、工程数を減らすことができるので有利である。一方、自然剥離させずに加工によって13族元素窒化物結晶を分離する場合には、分離条件を人為的に制御することが可能なことから、歩留まりを一層高くすることができ、基板径が大きくなっても歩留まりの低下は少ない。
13族元素窒化物結晶を支持基板から加工によって分離するには、レーザリフトオフ法(LLO)や研削加工が好ましい。これら加工によって13族元素窒化物結晶を支持基板から分離する場合にも、変質層がない場合と比べて歩留まりが向上する。この理由は、例えば研削加工により支持基板厚が薄くなってくると、支持基板が自然と変質部を起点として剥離してくるためである。これに対して、変質部がない場合には、研削加工によりサファイア基板厚が薄くなってくると、13族元素窒化物結晶に大きな力が加わり、この結晶にクラックが発生し易くなる。
13族元素窒化物結晶を支持基板から自然剥離させるという観点からは、種結晶層の主面の面積に対する変質部の面積の比率は、80%以上が好ましく、90%以上が更に好ましく、種結晶層の主面が全面にわたって変質部によって被覆されていてもよい。また、13族元素窒化物結晶を支持基板から加工によって分離する場合には、種結晶層の主面の面積に対する変質部の面積の比率は、5%以上が好ましく、10%以上が更に好ましい。
こうして得られた13族元素窒化物結晶上に機能素子構造を形成する。この機能素子構造は、高輝度・高演色性の白色LEDや高速高密度光メモリ用青紫レーザディスク、ハイブリッド自動車用のインバータ用のパワーデバイスなどに用いることができる。
[実施例A1〜A7]
直径4インチまたは6インチ、厚さ1.3mmの単結晶サファイアc面基板1をMOCVD炉(有機金属気相成長炉)内に入れ、水素雰囲気中で1150℃にて10分間加熱し、表面のクリーニングを行った。次いで、基板温度を500℃まで下げ、TMG(トリメチルガリウム)、アンモニアを原料として窒化ガリウム層を20nmの厚さに成長させて下地層を形成した。次いで、基板温度を1100℃まで上げ、TMGとアンモニアとを原料として、窒化ガリウムからなる種結晶層2を4μmの厚さに成長させた。
次いで、サファイア基板1側からレーザ光を照射し、変質部を形成した。
レーザ光源としては、Nd:YAGレーザの第3高調波(波長355nm)を使用し、パルスレーザとした。繰り返し周波数は10Hzとし、パルス幅は10nsとし、焦点距離700mmのレンズで集光し、レンズと基板表面との距離を400mmとし、エネルギー密度は90mJ/cm2とし、パルスレーザによる照射ドット間隔が、上下左右共に同じで、基板面内で均一に分布するようにレーザをスキャンした。
ただし、レーザ照射による転位欠陥部の種結晶層の主面の面積に対する比率を、表1に示すように変更した。また、得られた各種結晶基板を炉から取り出した後、それぞれの基板を劈開し、薄片化した試料を 透過型電子顕微鏡にてサファイア基板およびその上の種結晶膜の横断面を観察した。透過型電子顕微鏡装置には日立ハイテクノロジーズ製 H-9000NARを用いた。このうち、実施例A1については、倍率50,000場合の写真を図4に示し、倍率1,000,000倍の写真を図5に示す。明らかに界面に沿って転位欠陥部が形成されていることがわかる。
次いで、種結晶基板を、10分間のアセトン洗浄、イソプロピルアルコールを用いた10分間の超音波洗浄に供し、その後に純水流水で10分間洗浄した。
次いで、Naフラックス法によって、各種結晶基板上に窒化ガリウム結晶6を育成した。
種結晶基板を、内径190mm、高さ45mmの円筒平底のアルミナ坩堝の底部分に設置し、次いで融液組成物をグローブボックス内で坩堝内に充填した。融液組成物の組成は以下のとおりである。
・金属Ga:200g
・金属Na:200g
このアルミナ坩堝を耐熱金属製の容器に入れて密閉した後、結晶育成炉の回転が可能な台上に設置した。窒素雰囲気中で870℃、4.0MPaまで昇温加圧後、溶液を回転することで、撹拌しながら窒化ガリウム結晶を約30時間成長させた。結晶成長終了後、3時間かけて室温まで徐冷し、結晶育成炉から育成容器を取り出した。エタノールを用いて、坩堝内に残った融液組成物を除去し、窒化ガリウム結晶が成長した試料を回収したところ、それぞれ、厚さ600μmの窒化ガリウム結晶6が成膜されていた。
ただし、実施例A6では、HVPE法によって窒化ガリウム結晶層を育成した。種結晶基板をHVPE炉に入れ、800℃に加熱されたソースボート(source boat)上の金属ガリウム(Ga)と塩化水素(HCl)ガスとを反応させることにより、塩化ガリウム(GaCl)ガスを生成し、塩化ガリウムガスと、原料ガスとしてアンモニア(NH)ガス、キャリアガスとしての水素(H)とを、加熱された上記種結晶基板の主表面に供給することにより、基板上で窒化ガリウム結晶を成長させた。結晶成長は、まず550℃に加熱された種結晶基板上に窒化ガリウム緩衝層を40nm堆積した後、1100℃まで昇温し窒化ガリウム結晶を3時間成長させたところ、厚さ600μmの窒化ガリウム結晶6が成膜されていた。
次いで、各例について、レーザリフトオフ法によって、窒化ガリウム結晶を支持基板から剥離させた。サファイア基板側からレーザを照射し、レーザ光源としては、Nd:YAGレーザの第3高調波(波長355nm)を使用し、パルスレーザとした。繰り返し周波数は10Hzとし、パルス幅は10ns、焦点距離700mmのレンズで集光し、レンズと基板表面との距離を400mmとし、レーザリフトオフ時の光エネルギー密度は500mJ/cm2とし、パルスレーザによる照射ドットが重なるように、基板全体をスキャンした。
そして、各例について、窒化ガリウム結晶を育成した直後の降温時の歩留り、レーザリフトオフ法による窒化ガリウム結晶の剥離後の歩留り、および得られた自立基板の反り量を測定し、表1に示す。
(比較例A1、A2)
実施例と同様にして種結晶基板および窒化ガリウム結晶を育成し、レーザリフトオフ法によって窒化ガリウム結晶を支持基板から剥離させた。ただし、比較例A1、A2では、基板径を4または6インチとし、レーザ光照射による変質部の形成を行わなかった。これらの測定結果も表1に示す。
Figure 0006223647
実施例A1〜A5では、降温時の歩留り、レーザリフトオフ法による剥離時の歩留り、剥離後の自立基板の反り量ともに良好であった。実施例A6では、窒化ガリウム結晶層の育成法をHVPE法に変更したが、同様の結果を得た。また、実施例A7では、基板径を6インチにまで大型化させたが、やはり良好な結果を得た。
比較例A1、A2では、降温時の歩留り、レーザリフトオフ法による剥離時の歩留り、剥離後の自立基板の反り量ともに、実施例よりも劣っていた。
(実施例B1)
実施例A3と同様にして種結晶基板を製造し、その上に窒化ガリウム結晶層を育成した。そして、研削加工によって支持基板を加工し、窒化ガリウム結晶層を剥離させて自立基板を得た。そして、降温時の歩留り、研削加工による剥離時の歩留り、剥離後の自立基板の反り量を測定し、表2に示す。
(比較例B1)
実施例B1と同様にして種結晶基板および窒化ガリウム結晶層を育成し、研削加工によって窒化ガリウム結晶層を支持基板から剥離させた。ただし、レーザ光照射による変質部の形成を行わなかった。これらの測定結果を表2に示す。
Figure 0006223647

実施例B1では良好な結果が得られた。一方、比較例B1では、降温直後の歩留りが低く、また研削加工後の歩留りが低い上、自立基板の反り量が増大していた。
(実施例C1〜C6)
実施例Aと同様にして種結晶基板を製造し、窒化ガリウム結晶層を育成した。ただし、本例では、窒化ガリウム結晶層の厚さを1400μmと厚くすることによって、降温時の自然剥離によって窒化ガリウム結晶層が支持基板から分離するようにした。
(比較例C1)
実施例C1〜C5と同様にして種結晶基板および窒化ガリウム結晶層を育成した。ただし、本例では、レーザ光照射による変質部の形成を行わなかった。これらの測定結果を表3に示す。
Figure 0006223647


実施例C1〜C5では、降温直後の自然剥離時の歩留り、剥離後の自立基板の反り量ともに良好であった。実施例C6では、窒化ガリウム結晶層の育成法をHVPE法に変更したが、同様の結果を得た。
比較例C1では、降温時の自然剥離後の歩留りが低く、自立基板の反り量が増大していた。

Claims (11)

  1. 支持基板上に、13族元素窒化物からなる種結晶層を設ける工程、および
    前記支持基板側からレーザ光を照射することによって前記支持基板と前記種結晶層との界面に沿って前記13族元素窒化物からなる変質部を設け、前記変質部が転位欠陥導入部またはアモルファス部である工程
    を有することを特徴とする、種結晶基板の製造方法。
  2. 前記支持基板と前記種結晶層との前記界面に沿って互いに分離された複数の前記変質部を設けることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  3. 支持基板上に、13族元素窒化物からなる種結晶層を設ける工程、
    前記支持基板側からレーザ光を照射することによって前記支持基板と前記種結晶層との界面に沿って前記13族元素窒化物からなる変質部を設け、前記変質部が転位欠陥導入部またはアモルファス部である工程、および
    前記種結晶層上に13族元素窒化物結晶を育成する工程
    を有することを特徴とする、13族元素窒化物結晶の製造方法。
  4. 前記13族元素窒化物結晶を前記支持基板から分離することを特徴とする、請求項3記載の方法。
  5. 前記支持基板側からレーザ光を照射することによって、レーザリフトオフ法によって前記13族元素窒化物結晶を前記支持基板から剥離させることを特徴とする、請求項4記載の方法。
  6. 前記支持基板を研削加工することによって前記13族元素窒化物結晶からなる自立基板を得ることを特徴とする、請求項4記載の方法。
  7. 13族元素窒化物結晶を育成した後の降温工程で前記13族元素窒化物結晶を前記支持基板から自然剥離させることを特徴とする、請求項4記載の方法。
  8. 前記13族元素窒化物結晶をフラックス法によって育成することを特徴とする、請求項3〜7のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  9. 前記支持基板と前記種結晶層との前記界面に沿って互いに分離された複数の前記変質部を設けることを特徴とする、請求項3〜8のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  10. 支持基板、
    前記支持基板上に設けられた、13族元素窒化物からなる種結晶層、および
    前記支持基板と前記種結晶層との界面に沿って設けられた、前記13族元素窒化物からなる変質部であって、転位欠陥導入部またはアモルファス部である変質部
    を備えていることを特徴とする、種結晶基板。
  11. 互いに分離された複数の前記変質が設けられていることを特徴とする、請求項10記載の種結晶基板。
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