JPWO2014123171A1 - GaN基板及びGaN基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)本発明のGaN基板は、GaN結晶から成るGaN基板であり、GaN基板の表面の全面に亘る転位密度の分布が、実質的に均一であることを特徴とする。
次に、単結晶基板の片面にGaN結晶を形成してGaN基板を作製することを特徴とする。
各パターン間のピッチが0.5mmであり、
単結晶基板の体積に対してアモルファス部分の総体積が占める体積比が、0.10%又は0.20%であることが好ましい。
各パターン間のピッチが1.0mmであり、
単結晶基板の体積に対してアモルファス部分の総体積が占める体積比が、0.05%又は0.10%であることが好ましい。
なおレーザの照射は、単結晶基板3の内部にアモルファス部分6が形成できるのであれば、如何様な照射条件で実施してもよいが、短い時間幅の中にエネルギーを集中させることが出来るため、高いピーク出力が得ることができるという点で、断続的にレーザ光を出すパルスレーザを用いて、下記1)および2)に示す範囲内で実施することが好ましい。1)レーザ波長:200nm〜5000nm
2)パルス幅:フェムト秒オーダー〜ナノ秒オーダー(1fs〜1000ns)
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜400nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー(1ns〜1000ns)。なお、より好ましくは、10ns〜15ns。
<照射条件B>
・レーザ波長:400nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー(1fs〜1000ps)。なお、より好ましくは、200fs〜800fs。
・パルス幅:50ns〜200ns
・繰り返し周波数:10kHz〜500kHz
・照射エネルギー:3μJ〜30μJ
・レーザのスポットサイズ:0.5μm〜4.0μm
・試料ステージの走査速度:50mm/s〜1000mm/s(より好ましくは100mm/s〜1000mm/s)
評価用サンプルとしてサファイア単結晶基板の片面に、1層構成のGaN結晶が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア単結晶基板におけるGaN結晶非成長面側からレーザを照射し、図8(d)に示す直線状のパターンで約1500本のアモルファス部分をピッチ100μmで形成して、アモルファス部分を有するサファイア単結晶基板を作製した。更にアモルファス部分は、サファイア単結晶基板の厚さ方向において2本形成し、各アモルファス部分の長さは50μmとした。
サファイア単結晶基板としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア単結晶基板(直径:2インチ(50mm)、厚さ:430μm)を用いた。なお、このサファイア単結晶基板は、片面が鏡面研磨されたものであり、表面粗さRaは0.1nmとされている。GaN結晶はこの鏡面研磨された片面を成長面として形成される。また、片面はC面に設定した。
単結晶基板のGaN結晶非成長面には鏡面研磨を施した。次に、平坦な試料ステージ上に、GaN結晶が形成される面を下面側として、真空吸着によりサファイア単結晶基板を固定した。この状態で、前記GaN結晶非成長面側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことでアモルファス部分を形成した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア単結晶基板のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア単結晶基板を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア単結晶基板の平面方向に対して直線状のパターンとなるように、アモルファス部分を形成した。
・レーザ波長:1048nm
・パルス幅:1000fs以下
・繰り返し周波数:100kHz
・照射エネルギー:3μJ
・レーザのスポットサイズ:4μm
・試料ステージの走査速度:400mm/s
サファイア単結晶基板の成長面には、GaN結晶を1層構成で形成した。なお、具体的な成長条件は以下の通りであり、以下に示す(1)〜(5)の順にプロセスを実施した。 (1)サーマルクリーニング
サファイア単結晶基板をHVPE装置内に配置した後、成長面のサーマルクリーニングを、基板温度1050℃にて約600秒間実施した。
(2)窒化処理
基板温度1050℃にて約240秒間窒化処理を行い、サファイア基板を室温近傍まで冷却後大気暴露を実施した。
(3)低温バッファ層の形成
成膜時の基板温度を600℃とし、膜厚が7nmとなるまで低温バッファ層を形成した。
(4)GaN結晶の形成
成長時の基板温度を1045℃とし、成膜レート30μm/sにて厚さが200μmとなるまでGaN結晶を形成した。
(5)クールダウン
片面にGaN結晶を形成したサファイア基板を室温近傍まで冷却後、GaN結晶からGaN基板を得た。得られたGaN基板は、オリフラ面付きの円形状で、直径2インチ(50mm)、厚さ:200μmであった
−転位密度とその分布およびクラック発生有無の評価−
図10に、得られたGaN基板の外観写真を示す。図10で示されるように、内部にアモルファス部分を形成したサファイア単結晶基板を用いて成長形成したGaN基板の場合、200μmの厚さでもクラックの発生は認められなかった。従って、高歩留まりの効果も得られることが分かった。
図11に、比較例で得られたGaN結晶の写真を示す。図11に示すように、アモルファス部分非形成のサファイア基板にGaN結晶を成長させた場合、10〜20μmの厚さでGaN結晶はクールダウン時に発生する歪みにより粉々に砕けた。
2 GaN基板の表面
3 単結晶基板
4 レーザ照射装置
5 レーザ
6 アモルファス部分
7 アモルファス部分の長さ
8 低温バッファ層
9 GaN結晶
t GaN基板の厚さ
d 単結晶基板の厚さ
Claims (4)
- GaN結晶から成るGaN基板であり、
前記GaN基板の表面の全面に亘る転位密度の分布が、実質的に均一であることを特徴とするGaN基板。 - 単結晶基板の内部にレーザを照射して、前記単結晶基板の内部にアモルファス部分を形成し、
次に、前記単結晶基板の片面にGaN結晶を形成してGaN基板を作製することを特徴とするGaN基板の製造方法。 - 前記アモルファス部分が、前記単結晶基板の平面方向に対して直線状の複数のパターンで設けられ、
各パターン間のピッチが0.5mmであり、
前記単結晶基板の体積に対して前記アモルファス部分の総体積が占める体積比が、0.10%又は0.20%であることを特徴とする請求項2記載のGaN基板の製造方法。 - 前記アモルファス部分が、前記単結晶基板の平面方向に対して直線状の複数のパターンで設けられ、
各パターン間のピッチが1.0mmであり、
前記単結晶基板の体積に対して前記アモルファス部分の総体積が占める体積比が、0.05%又は0.10%であることを特徴とする請求項2記載のGaN基板の製造方法。
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