KR20220042111A - Iii 족 화합물 기판의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조한 기판 - Google Patents

Iii 족 화합물 기판의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조한 기판 Download PDF

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KR20220042111A
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요시히로 구보타
가즈토시 나가타
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법은, 기상 합성법으로 III 족 질화물의 베이스 기판을 형성하는 베이스 기판 형성 공정, 베이스 기판 상에 종기판을 형성하는 종기판 형성 공정, 및 하이드라이드 기상 성장법으로, 종기판 상에 III 족 화합물 결정을 형성하는 III 족 화합물 결정 형성 공정을 포함한다. 본 발명의 III 족 화합물 기판은 본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 하이드라이드 기상 성장법의 특장인, 고성막 속도의 특장을 살리면서, 보다 대형, 고품질인 III 족 화합물 기판을 저비용으로 얻는다.

Description

III 족 화합물 기판의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조한 기판
본 발명은, 대형이고 휨, 보이드, 격자 결함이 매우 적고, 고특성이며 고품질인, GaN 계, AlN 계 등의 III 족 화합물 기판의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조한 기판에 관한 것이며, 특히는 대형, 고품질 GaN 기판 혹은 대형, 고품질 AlN 기판의 제조 방법, 및 그 제조 방법에 의해 제조한 GaN 기판 혹은 AlN 기판에 관한 것이다.
결정성 GaN 계, AlN 계 등의 III 족 화합물의 기판은 넓은 밴드 갭을 갖고, 극단파장의 발광성이나 고내압에서 우수한 고주파 특성을 가진다. 이 때문에, III 족 화합물의 기판은, 레이저, 쇼트키 다이오드, 파워 디바이스, 고주파 디바이스 등의 디바이스에 대한 응용이 기대되고 있다. 그러나, 현상황은 이들 III 족 화합물의 대형, 고품질의 결정 성장은 어렵다는 등으로부터, 고가격이 되어, 이들 기판의 용도 확대나 넓은 보급을 방해하고 있다.
예를 들어, GaN 기판에 대해 보면, 일반적으로 액체 암모니아 혹은 Na 플럭스 등의 액 중에서 GaN 결정을 성장시킨 벌크 GaN 기판은 비교적 고품질이다. 그러나, 고온 고압 장치가 필요하므로, 대형화 (대구경, 후물) 가 어렵다. 이것에 대해, 기상법으로 결정 성장하는 유기 금속 기상 성장법 (MOCVD 법) 이나 하이드라이드 기상 성장법 (HVPE 법, THVPE 법 등) 을 이용하여 사파이어 기판, GaAs 기판, SiC 기판, SCAM (ScAlMgO4) 기판, GaN 기판, AlN 기판 등의 단결정 기판 상에 GaN 을 헤테로에피택셜 성장 혹은 호모에피택셜 성장시키면, 대형화, 즉, 대형이고 고품질의 기판이 원리적으로는 제조 가능하다. 그러나, 실제로는 GaN 결정과 격자 정수 및 열팽창 계수가 동일하거나, 또는 비교적 가까운 GaN 기판이나 SCAM 기판 등의 단결정 기판은, 현상황, 소형인 것 밖에 제조되고 있지 않고, 큰 단결정 기판이 없기 때문에 에피택셜 성막에 의한 대형화가 어렵다.
이 타개책으로서, 비특허문헌 1 에는, Na 플럭스법으로부터 얻은 GaN 단결정을 허니콤 형상으로 잘라낸 복수 장의 타일상 기판을 열분해 그라파이트 (PG) 제 서셉터 상에 첩합하여, GaN 단결정을 대형화하고, 그 대형화한 GaN 단결정을 종기판으로 하고, 그 위에 HVPE 법 등으로 GaN 을 성장시켜, 대형의 GaN 기판을 얻는 것이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 1 에는 기상법 등의 공지 방법으로부터 얻은 GaN 단결정을 허니콤 형상으로 잘라낸 복수 장의 타일상 기판을 열분해 그라파이트 (PG) 제 서셉터 상에 첩합하여 GaN 단결정을 대형화하고, 그 대형화한 GaN 단결정을 종기판으로 하고, 그 위에 HVPE 법 등으로 GaN 을 성장시켜, 대형의 GaN 기판을 얻는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이들 방법은, 베이스 기판이라고도 할 수 있는 PG 서셉터와, PG 서셉터를 종기판에 첩합할 때에 사용하는 알루미나계 접착제 혹은 지르코니아계 접착재와, 종기판인 타일상 GaN 단결정 혹은 SCAM 단결정 간의 열팽창률의 차이가 커지기 때문에, 온도 변화에 의한 팽창·수축에 의해, 종기판에 이동이나 박리, 휨 등이 일어나고, 성막 반응 기간 중에 결정 방위나 동일 평면성을 유지하는 것이 어려워, 방위가 일치한 성막이 곤란했다.
한편, 비교적, 대구경품이 입수 가능한 Si 기판, 사파이어 기판, SiC, GaAs 기판 등의 단결정 기판을, 베이스 기판 및 종기판을 겸해 사용함으로써, 대형의 GaN 기판을 제작하는 것도 시도되고 있다. 그러나, 이들 단결정 기판과 GaN 결정 간의 격자 정수나 열팽창 계수의 큰 부정합 때문에, 에피택셜 성막으로 얻어지는 GaN 기판에는 각종 결함이 증가함과 함께, 휨 및 균열이 생기기 쉬워져, 문제가 되고 있다.
그 하나의 해결책으로서 격자 정수나 열팽창 계수가 동일하거나, 또는 가까운 GaN 이나 AlN 의 다결정 분체, 혹은 특허문헌 2 에 기재되어 있는 바와 같이 멀라이트 조성의 분체 등에 소결 보조제를 첨가하여 소결시켜 세라믹스를 제작하고, 얻어진 세라믹스를 베이스 기판에 사용하고, 그 베이스 기판 상에 Si 기판, 사파이어 기판, SiC 기판, GaAs 기판, GaN 기판, AlN 기판 등의 단결정 박막을 전사·첩합하여, 그것들을 종기판으로 하고, 또 그 종기판 상에 GaN 을 헤테로에피택셜 성장시킴으로써, 대형의 GaN 기판을 얻는 시도도 제안되어 있다. 그러나 이 방법에서는, 세라믹스 원료 중 혹은 소결 보조제 등에서 기인하는 금속 불순물이 에피택셜 GaN 성막 중에 확산·오염되어, 고특성의 기판을 얻는 것이 어렵다.
그 때문에, 개선책의 하나로서, 특허문헌 3 에서는 GaN 의 열팽창률에 비교적 가까운 AlN 세라믹스를 베이스 기판으로서 사용하고, 또 그 기판 전체를 Si, SiO2, Si3N4 등의 무기물의 다층막으로 감싸 봉지한 후, 그 위에 SiO2 를 적층한 후에 종기판의 Si＜111＞ 의 박막을 전사·첩합하고, 그러한 후에 GaN 을 에피택셜 성막하여, 베이스 기판으로부터의 금속 불순물 확산을 방지하는 제안이 이루어져 있다. 그러나, 다층의 무기물로 감싸 봉지하려면 많은 공정을 필요로 하기 때문에, 고비용이 되어 경제적이지 않고, 또한, 다층막에 의한 완전한 밀폐 시일성을 담보하는 것이 매우 어려웠다.
일본 특허 제6203460호 일본 특허 제6331553호 USP9997391B2
Phys. Status Solidi B 254, No.8, 1600671 (2017)
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 대형, 고품질의 GaN 계나 AlN 계 등의 III 족 화합물 기판의 제법과, 그것에 의해 얻어지는 III 족 화합물 기판, 특히는 GaN 기판 혹은 AlN 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 하기의 III 족 화합물 기판의 제조 방법 및 그 기판을 제공한다. 즉,
[1] 기상 합성법으로 III 족 질화물의 베이스 기판을 형성하는 베이스 기판 형성 공정, 상기 베이스 기판 상에 종기판을 형성하는 종기판 형성 공정, 및 하이드라이드 기상 성장법으로, 상기 종기판 상에 III 족 화합물 결정을 형성하는 III 족 화합물 결정 형성 공정을 포함하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[2] 상기 III 족 화합물 결정 형성 공정에 사용하는 하이드라이드 기상 성장법이 THVPE 법인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[3] 상기 베이스 기판의 III 족 질화물은 GaN 또는 AlN 이며, 상기 종기판은, Si＜111＞, 사파이어, SiC, GaAs, SCAM (ScAlMgO4) 또는 GaN 의 기판이며, 상기 종기판 형성 공정은, 상기 베이스 기판에 상기 종기판을 박막 전사함으로써, 상기 베이스 기판 상에 상기 종기판을 형성하고,
상기 III 족 화합물 결정 형성 공정은, III 족 염화물 및 NH3 를 기상 성장 원료로서 사용하여, 상기 종기판 상에 상기 III 족 화합물 결정을 형성하는 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[4] 상기 베이스 기판이 III 족 질화물의 비정질, 다결정, 단결정, 및 세라믹스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 물질의 기판이며, 상기 베이스 기판에 있어서의 III 족 금속 원소 이외의 금속 불순물의 함유량의 합계가 금속 환산으로 5000 질량ppm 이하인 상기 [1] ~ [3] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[5] 상기 베이스 기판 형성 공정은, 하이드라이드 기상 성장법으로 III 족 질화물의 베이스 기판을 형성하는 상기 [1] ~ [4] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[6] 상기 베이스 기판은, 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체를 성형하여 성형체를 제작하고, III 족 금속을 함침법에 의해 상기 성형체에 함유시킨 후, 상기 성형체를 소결시켜 얻어진 기판, 또는, 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체를 성형하여 성형체를 제작하고, 환원하면 III 족 금속이 되는 III 족 화합물을 함침법에 의해 상기 성형체에 함유시킨 후, 상기 성형체를 질화 및 소결시켜 얻어진 기판인 상기 [1] ~ [5] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[7] 상기 베이스 기판은, 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체에 III 족 금속을 첨가·혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 제작한 후, 상기 성형체를 질화 및 소결시켜 얻어진 기판인 상기 [1] ~ [5] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[8] 상기 III 족 화합물 결정이 질화갈륨 (GaN) 결정, 또는 질화알루미늄 (AlN) 결정인 상기 [1] ~ [7] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[9] 상기 종기판 형성 공정 및 상기 III 족 화합물 결정 형성 공정 사이에 상기 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 N- 면 III 족 질화물층 형성 공정을 추가로 포함하는 상기 [1] ~ [8] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[10] 상기 N- 면 III 족 질화물층 형성 공정은, 저온 MOCVD 법에 의해 400 ~ 800 ℃ 의 온도에서, 또는, THVPE 법에 의해 상기 종기판 상에 상기 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 상기 [9] 에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[11] 상기 N- 면 III 족 질화물층 형성 공정은, 저온 MOCVD 법에 의해 500 ~ 600 ℃ 의 온도에서 상기 종기판 상에 상기 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 상기 [10] 에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[12] 상기 종기판의 두께, 또는, 상기 종기판의 두께와 상기 N- 면 III 족 질화물층 형성 공정에 있어서 형성되는 N- 면의 III 족 질화물층의 두께의 합계가 50 ~ 2000 nm 인 상기 [1] ~ [11] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[13] 상기 베이스 기판 상에, 박리 가능한 벽개성을 갖는 물질로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정을 추가로 포함하고, 상기 종기판 형성 공정은 상기 박리층 상에 종기판을 형성하는 상기 [1] ~ [12] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[14] 상기 박리 가능한 벽개성을 갖는 물질이, SCAM (ScAlMgO4) 결정, 질화붕소 (BN) 및 그라파이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 물질인 상기 [13] 에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[15] 상기 박리층 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 공정을 추가로 포함하고, 상기 중간층이 Si 계 화합물의 막이며, 상기 종기판 형성 공정은 상기 중간층 상에 종기판을 형성하는 상기 [13] 또는 [14] 에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[16] 상기 베이스 기판 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 공정을 추가로 포함하고, 상기 중간층이 Si 계 화합물의 막이며, 상기 종기판 형성 공정은 상기 중간층 상에 종기판을 형성하는 상기 [1] ~ [14] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
[17] 상기 [1] ~ [16] 중 어느 하나에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 III 족 화합물 기판.
본 발명에 의하면, 하이드라이드 기상 성장법의 특장인, 고성막 속도의 특장을 살리면서, 보다 대형, 고품질인 III 족 화합물 기판이 저비용으로 얻어진다. 즉, 대구경이고 편차가 없는, 매우 후물인 III 족 화합물 기판을 제작할 수 있기 때문에, 기판의 결정 특성도 우수하고, 또한, 저비용의 대구경 III 족 화합물 기판이 용이하게 얻어진다.
도 1 은, 실시예 1 에 있어서 베이스 기판의 제작 및 종기판 상의 결정의 형성에 사용한 반응 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는, 실시예 1 에 있어서 베이스 기판의 제작 및 종기판 상의 결정의 형성에 사용한 반응 장치를 설명하기 위한 도면이다.
[III 족 화합물 기판의 제조 방법]
본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법은, 기상 합성법으로 III 족 질화물의 베이스 기판을 형성하는 베이스 기판 형성 공정, 베이스 기판 상에 종기판을 형성하는 종기판 형성 공정, 및 하이드라이드 기상 성장법으로, 종기판 상에 III 족 화합물 결정을 형성하는 III 족 화합물 결정 형성 공정을 포함한다. 이로써, 고순도로 대형의 III 족 질화물의 베이스 기판을 제작할 수 있으므로, 대구경이고 편차가 없는, 매우 후물인 III 족 화합물 기판을 제작할 수 있기 때문에, 기판의 결정 특성도 우수하고, 또한, 저비용의 대구경 III 족 화합물 기판이 용이하게 얻어진다. 이하, 각 공정을 상세하게 설명한다.
(베이스 기판 형성 공정)
베이스 기판 형성 공정에서는, 기상 합성법으로 III 족 질화물의 베이스 기판을 형성한다. 이로써, 고순도의 베이스 기판이 얻어지므로, 하이드라이드 기상 성장법으로, 종기판 상에 III 족 화합물 결정을 형성할 때, 금속 불순물이 베이스 기판으로부터 III 족 화합물 결정 중으로 확산·오염되는 것을 억제할 수 있다. 고순도의 베이스 기판을 얻을 수 있다는 관점에서, 특히, 하이드라이드 기상 성장법으로 III 족 질화물의 베이스 기판을 형성하는 것이 바람직하다. 베이스 기판의 III 족 질화물은, 바람직하게는 GaN 또는 AlN 이다.
베이스 기판은, III 족 질화물의 비정질, 다결정, 단결정, 및 세라믹스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 물질의 기판인 것이 바람직하다. 특히, 얻으려고 하는 III 족 화합물 기판이 GaN 기판 또는 AlN 기판인 경우, 베이스 기판은, GaN 기판 또는 AlN 기판의 열팽창률에 보다 가까운 GaN 또는 AlN 의 비정질, 다결정, 단결정, 및 세라믹스 중 어느 것, 혹은 이들이 혼재한 것이 바람직하다.
베이스 기판은, 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체를 성형하여 성형체를 제작하고, III 족 금속을 함침법에 의해 성형체에 함유시킨 후, 성형체를 소결시켜 얻어진 기판, 또는 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체를 성형하여 성형체를 제작하고, 환원하면 III 족 금속이 되는 III 족 화합물을 함침법에 의해 성형체에 함유시킨 후, 성형체를 질화 및 소결시켜 얻어진 기판인 것이 바람직하다. 또, 베이스 기판은, 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체에 III 족 금속을 첨가·혼합하여 혼합물을 제조하고, 혼합물을 성형하여 성형체를 제작한 후, 성형체를 질화 및 소결시켜 얻어진 기판이어도 된다. 이로써, 대구경이고 고순도의 베이스 기판을 저비용으로 제작할 수 있다.
하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물 대신에, 고순도 Ga2O3 분말을 암모니아 분위기에서 가열하여 생성한 질화갈륨 분말을 사용하여 베이스 기판을 형성할 수도 있다. 이 경우의 베이스 기판 형성 공정은, III 족 산화물의 분체를 질화하여 얻어진 III 족 질화물의 분체를 사용하여 베이스 기판을 형성하게 된다. 그리고, 베이스 기판은, III 족 산화물의 분체를 질화하여 얻어진 III 족 질화물의 분체를 성형하여 성형체를 제작하고, III 족 금속을 함침법에 의해 성형체에 함유시킨 후, 성형체를 소결시켜 얻어진 기판, 또는, III 족 산화물의 분체를 질화하여 얻어진 III 족 질화물의 분체를 성형하여 성형체를 제작하고, 환원하면 III 족 금속이 되는 III 족 화합물을 함침법에 의해 성형체에 함유시킨 후, 성형체를 질화 및 소결시켜 얻어진 기판이어도 된다. 또, 베이스 기판은, III 족 산화물의 분체를 질화하여 얻어진 III 족 질화물의 분체에 III 족 금속을 첨가·혼합하여 혼합물을 제조하고, 혼합물을 성형하여 성형체를 제작한 후, 성형체를 질화 및 소결시켜 얻어진 기판이어도 된다. 고순도의 III 족 산화물을 사용함으로써, 대구경이고 고순도의 베이스 기판을 저비용으로 제작할 수 있다.
베이스 기판이 GaN 기판 또는 AlN 인 경우, 예를 들어, 이하와 같이 하여 제조한 GaN 또는 AlN 분체를 사용하여 베이스 기판을 제작할 수 있다.
GaN 또는 AlN 분체의 제조 방법으로서는, Ga 금속 또는 Al 금속을 NH3 분위기에서 직접 질화함으로써, GaN 또는 AlN 분체를 제조할 수 있고, Ga 금속 또는 Al 금속을 NH3 중에서 아크 플라스마 반응시킴으로써, GaN 또는 AlN 분체를 제조할 수 있다.
혹은, N2 중 또는 NH3 중에서 Ga 금속 또는 Al 금속을 분쇄하면서 질화함으로써도 GaN 분체 또는 AlN 분체를 제조할 수 있다.
이와 같이 하여 얻은 GaN 분체 또는 AlN 분체에 SiO2 등의 소결 보조제나 바인더 등을 첨가한 후, 혼합하고, 성형하여, 소결시킴으로써, GaN 또는 AlN 기판을 제작할 수 있다.
그러나, 이들 방법은 제조 시, 특히 원료 금속을 분쇄할 때에 사용하는 분쇄 용기나 분쇄 미디어로부터의 불순물 혼입, 혹은 아크 전극의 소모에 의한 전극 성분의 오염 등이 많이 발생하여, Ga 또는 Al 이외의 금속 불순물의 혼입이 많아, 본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법에 있어서의 베이스 기판 형성 공정에는 적합하지 않다.
한편, 본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법에 바람직한 베이스 기판의 제작 방법으로서, 예를 들어, Ga 금속 또는 Al 금속이나 그 할로겐화물을 기상 산화 반응시켜, Ga2O3 분 또는 Al2O3 분을 얻은 후, 이들을 성형하여 성형체를 제작한 후, N2, NH3 등의 환원 분위기하에서 질화하는 방법 등이 있다. 그러나, 이 베이스 기판의 제작 방법에서는, 베이스 기판 중의 산소의 혼입 제어가 어렵다. 그래서, 특히 바람직한 베이스 기판의 제작 방법으로서는, 상기와 같은 산소 혼입 제어의 문제가 없고, Ga 또는 Al 이외의 금속 불순물의 합계가 5000 질량ppm 이하인 GaN 기판 또는 AlN 기판의 제작이 가능한 다음의 방법을 들 수 있다.
특히 바람직한 베이스 기판의 제작 방법으로서는, 고순도의 Ga 염화물 혹은 Ga 브롬화물 또는 Al 염화물 혹은 Al 브롬화물과 NH3 를 원료로 하여 감압하에서 하이드라이드 기상 성장법을 실시하여, 직접, GaN 또는 AlN 의 기판을 얻는 방법, 상압 이상에서 상기 기상 성장법을 실시하여, 고순도의 GaN 또는 AlN 의 분체를 얻은 후, 그 분체를 가압 성형하고, 소결시켜, GaN 또는 AlN 의 기판을 얻는 방법, 상기의 GaN 또는 AlN 의 분체의 성형성의 개선을 위해서, 추가로 고순도 Ga 금속 또는 고순도 Al 금속을 첨가하여 혼합한 후에 가압 성형하여 성형체를 제작하고, 성형체를 소결시킴과 함께, 성형체 중의 Ga 금속 또는 Al 금속을 질화하여 GaN 또는 AlN 의 기판을 얻는 방법, 고순도의 GaN 또는 AlN 의 분체를 얻은 후, 그 분체를 가압 성형하여 성형체를 제작하고, 그 성형체에 Ga 금속 또는 Al 금속을 함침시킨 후에 소결시킴과 함께, 성형체 중의 Ga 금속 또는 Al 금속을 질화하여 GaN 또는 AlN 의 기판을 얻는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 이렇게 하여 얻어진 기판이 저밀도이고 포러스한 경우에는, 이 기판의 세공에 고순도 Ga 금속 또는 고순도 Al 금속을 함침시킨 후, 질화 소결하여 치밀화하는 공정을 형성해도 된다. 또한, 상압 이상에서 상기 기상 성장법을 실시하여 고순도의 GaN 또는 AlN 의 분체를 얻는 대신에, 고순도의 Ga2O3 분체 또는 Al2O3 분체를 암모니아 분위기에서 가열함으로써 고순도의 GaN 분체 또는 고순도의 AlN 분체를 얻는 것도 가능하여, 이것을 사용하여 GaN 또는 AlN 의 베이스 기판을 얻을 수 있다.
베이스 기판에 있어서의 III 족 금속 원소 이외의 금속 불순물의 함유량의 합계가 금속 환산으로 5000 질량ppm 이하인 것이 바람직하다. 베이스 기판에 있어서의 III 족 금속 원소 이외의 금속 불순물의 함유량의 합계가 금속 환산으로 5000 질량ppm 이하이면, 베이스 기판으로부터 III 족 화합물 결정으로의 불순물의 확산을 억제하여, 고특성의 III 족 화합물 기판을 얻을 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판이 GaN 기판인 경우, Ga 이외의 금속 불순물의 함유량의 합계가 금속 환산으로 5000 질량ppm 이하인 것이 바람직하다. 또, 베이스 기판이 AlN 기판인 경우, Al 이외의 금속 불순물의 함유량의 합계가 금속 환산으로 5000 질량ppm 이하인 것이 바람직하다.
(종기판 형성 공정)
종기판 형성 공정에서는, 베이스 기판 상에 종기판을 형성한다. 베이스 기판에 종기판을 박막 전사함으로써, 베이스 기판 상에 종기판을 형성하는 것이 바람직하다. 또, 종기판은, Si＜111＞, 사파이어, SiC, GaAs, SCAM (ScAlMgO4) 또는 GaN 의 기판인 것이 바람직하다. 또한, 종기판의 두께는, 50 ~ 2000 nm 인 것이 바람직하다. 종기판의 두께가 50 nm 이상이면, 종기판의 효과를 충분히 발휘할 수 있음과 함께, 성막 중에 많은 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 종기판의 두께가 2000 nm 이하이면, 종기판이 휘거나, 종기판에 크랙이나 박리가 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 종기판을 베이스 기판 상에 형성하는 것이라면, 종기판을 베이스 기판의 직접 위에 형성해도 되고, 종기판 및 베이스 기판 사이에 적어도 1 개의 층을 개재시키고, 종기판을 베이스 기판 상에 형성해도 된다.
특히, 베이스 기판이 GaN 기판 또는 AlN 인 경우, 종기판으로서, Si＜111＞, 사파이어, SiC, GaAs, SCAM (ScAlMgO4) 또는 GaN 의 기판인 것이 바람직하다. 왜냐하면, Si＜111＞, 사파이어, SiC, GaAs, SCAM (ScAlMgO4) 또는 GaN 은, GaN 또는 AlN 과 동일하거나, 또는 유사한 결정 구조를 가지고 있기 때문이다.
박막 전사의 방법으로서는 각종 방법이 취해진다. 그러나, 특히 Si＜111＞, 사파이어, SiC, GaAs, SCAM (ScAlMgO4) 또는 GaN 의 종기판 공급용 기판의 표면에 수소, Ar 등의 이온을 주입하는 공정, 이온 주입한 표면 부분을 베이스 기판과 접합하는 공정, 및 베이스 기판과 접합하고 있는 이온 주입한 표면 부분을 종기판 공급 기판으로부터 박리하는 공정을 거쳐, 균일한 박막을 베이스 기판에 전사하는 것이, 가장 바람직하다.
(III 족 화합물 결정 형성 공정)
III 족 화합물 결정 형성 공정에서는, 하이드라이드 기상 성장법으로, 상기 종기판 상에 III 족 화합물 결정을 형성한다. 특히, III 족 화합물 결정 형성 공정은, III 족 염화물 및 NH3 를 기상 성장 원료로서 사용하여, 종기판 상에 III 족 화합물 결정을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, III 족 화합물 결정은, 질화갈륨 (GaN) 결정, 또는 질화알루미늄 (AlN) 결정인 것이 바람직하다. 또, 기판의 특성 향상을 위해서 Al, In, Ga 등을 첨가한 2 원계, 혹은 3 원계 등의 다원계의 III 족 화합물 결정이어도 된다. 또한, 필요에 따라 III 족 화합물 결정은 각종 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, III 족 화합물 결정을 종기판 상에 형성하는 것이면, III 족 화합물 결정을 종기판의 직접 위에 형성해도 되고, III 족 화합물 결정 및 종기판 사이에 적어도 1 개의 층을 개재시키고, III 족 화합물 결정을 종기판 상에 형성해도 된다.
예를 들어, 하이드라이드 기상 성장법으로 GaN 계 또는 AlN 계의 대형 및 고품질의 III 족 화합물 단결정을 제조하는 경우, 기상 성장 원료로서 주로 GaCl3 또는 AlCl3 와 NH3 를 사용하여 GaN 계 또는 AlN 계의 결정 성장을 실시하는 것이 바람직하다. 하이드라이드 기상 성장법은 필요한 결정 특성에 따라, HVPE 법 및 THVPE 법으로부터 선택할 수 있지만, 경우에 따라, 유기 금속 기상 성장법 (MOCVD 법) 과도 조합하여도 된다. 통상은, 결정 성장 속도가 빠르고, 성장과 함께 결정 직경이 커지는 THVPE 법이 특히 바람직하다. 제조한 결정을 그대로 기판으로서 사용해도 되고, 제조한 결정을 가공하고, 가공한 결정을 기판으로서 사용해도 된다. 또 경우에 따라, 제조한 결정을 베이스 기판으로서 사용해도 된다.
(N- 면 III 족 질화물층 형성 공정)
본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법은, N- 면 III 족 질화물층 형성 공정을 추가로 포함해도 된다. N- 면 III 족 질화물층 형성 공정에서는, 종기판 형성 공정 및 III 족 화합물 결정 형성 공정 사이에, 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성한다. 또한, N- 면의 III 족 질화물층이란, 표면이, 질소 원자가 배열되어 있는 면인 III 족 질화물층이다. 이로써, 대형이고 휨, 보이드, 격자 결함이 매우 적고, 고특성이며 고품질인 III 족 화합물 기판을 제작할 수 있다.
N- 면 III 족 질화물층 형성 공정은, 저온 MOCVD 법에 의해 400 ~ 800 ℃ 의 온도에서, 또는, THVPE 법에 의해 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 용이하게 형성할 수 있다. 또, 저온 MOCVD 법으로 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 경우, 500 ~ 600 ℃ 의 온도에서 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 것이 보다 바람직하다.
통상, HVPE 법은 상면에 Ga 원자가 배열된 면 또는 Al 원자가 배열된 면이 생기기 쉽고, GaCl3 또는 AlCl3 를 원료로서 사용하는 THVPE 법은, 상면에 N 원자가 배열된 면이 생기기 쉽다. 따라서, N- 면 III 족 질화물층이 N- 면 GaN 층 또는 N- 면 AlN 층인 경우, THVPE 법에 의해 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 것이 바람직하다. 그때, 상기 서술한 종기판에 의한 효과의 관점에서, 종기판과 N- 면의 III 족 질화물층의 합계 막두께가 50 ~ 2000 nm 인 것이 바람직하다.
또, 바람직하게는 400 ~ 800 ℃ 의, 보다 바람직하게는 500 ~ 600 ℃ 의 성막 온도에 의한 저온 MOCVD 법에 의해 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성해도 된다. 저온 MOCVD 법의 성막 온도가 400 ℃ 이상이면, 단시간에 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성할 수 있음과 함께, N- 면의 III 족 질화물층의 막질을 보다 양호하게 할 수 있다. 저온 MOCVD 법의 성막 온도가 800 ℃ 이하이면, III 족 질화물층의 표면에 Ga 원자가 배열된 면 또는 Al 원자가 배열된 면이 형성되는 것을 억제하여, N- 면의 III 족 질화물층을 용이하게 형성할 수 있다.
(박리층 형성 공정)
본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법은, 베이스 기판 상에, 박리 가능한 벽개성을 갖는 물질로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정을 추가로 포함해도 된다. 베이스 기판과 종기판 사이에 박리층을 형성함으로써, 종기판에 성장한 III 족 화합물 결정과 베이스 기판을 용이하게 분리할 수 있어, 베이스 기판을 로스 없이 리사이클할 수 있다. 또한, 본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법이 박리층 형성 공정을 추가로 포함하는 경우, 종기판 형성 공정에서는 박리층 상에 종기판을 형성하게 된다.
상기 박리 가능한 벽개성을 갖는 물질은, 벽개성을 갖는 SCAM (ScAlMgO4) 결정, 층상으로 박리하기 쉬운 결정 구조인 육방정의 질화붕소 (BN), 그라파이트, 그 일부가 난층 구조인 PBN (열분해 질화붕소), 및 PG (열분해 그라파이트) 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 물질인 것이 바람직하고, SCAM 결정, 질화붕소 및 그라파이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 물질인 것이 보다 바람직하다. 이들 물질을 박리층에 사용하면, III 족 화합물의 결정 성장 후, 종기판과 제조한 III 족 화합물 결정의 일체물을 박리층의 표면층으로부터 용이하게 박리하여, 종기판과 III 족 화합물 결정의 일체물을 용이하게 회수할 수 있다. 또, 회수 후의 남은 베이스 기판 상의 박리층은, 필요에 따라 박리층 표면을 연마 등으로 평활하게 마무리함으로써 재차 사용하는 것이 가능하여, 경제적이다. 또한, 박리층을 베이스 기판 상에 형성하려면, 통상적인 내열성 무기 접착제를 사용하여 박리층을 베이스 기판 상에 접착하거나, 혹은 감압 기상법이나 스퍼터 등의 물리적인 방법으로, 임의의 두께의 박리층을 베이스 기판 상에 적층해도 된다.
(중간층 형성 공정)
본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법은, 중간층 형성 공정을 추가로 포함해도 된다. 중간층 형성 공정에서는, 베이스 기판 형성 공정 및 종기판 형성 공정 사이에 베이스 기판 상에, 혹은 박리층을 형성한 경우에는 박리층 상에, 종기판 형성의 하지로서 Si, SiO2, Si3N4, SiOxNy 등의 Si 계 화합물의 막을 형성한다. 이로써, 베이스 기판이나 박리층으로부터의 금속 불순물의 오염을 보다 억제하고, 대형이며 휨, 보이드, 격자 결함이 매우 적고, 고특성이며 고품질인 III 족 화합물 기판을 제작할 수 있다. 이들 Si 계 화합물 중에서, SiO2 및 Si3N4 가 바람직하고, SiO2 가 보다 바람직하다. 중간층을 형성하는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 플라스마 CVD (화학 기상 성장) 법 등으로 중간층을 형성하는 것이 바람직하다. 또, 중간층을 형성한 후, CMP (화학적 기계 연마) 등으로 중간층을 연마하는 것이 바람직하다.
[III 족 화합물 기판]
본 발명의 III 족 화합물 기판은, 본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 III 족 화합물 기판의 제조 방법에 의해, 비로소 대구경이며 편차가 없고, 매우 후물인 III 족 화합물 기판이 얻어진다. 그 결과, 결정 특성이 우수하고 또한, 저비용인 기판이 얻어져, 지금까지, 특성이나 비용면으로부터 보급이 진행되지 않았던 레이저, 파워 디바이스, 고주파 디바이스 등의 디바이스에 대한 III 족 화합물 기판의 응용이 가능해진다.
실시예
이하에 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
(1) 베이스 기판의 제작
도 1 및 도 2 를 참조하여, 실시예 1 에 있어서의 베이스 기판의 제작을 설명한다. 수랭 재킷과 배기구를 갖는 내경 1500 mm × 높이 1800 mm 의 도시 생략한 스테인리스제 반응 장치 (내면은 미리 극히 얇게 지르코니아를 용사하여, 코팅했다) 에 알루미나의 매트상의 단열재 (10) 를 넣고, 그 내측에 원통상으로 로드상의 SiC 히터를 가지는 가열 장치 (9) (내경 1000 mm × 높이 1300 mm) 와 가스 공급관 (5) (상기의 반응 장치와 동일 재질이고 중심관 (6)； 내경 φ30 mm, 2 번째의 관 (8)； 내경 φ40 mm, 최외관 (7)； 내경 φ50 mm) 을 형성했다. 한편, φ170 mm 의 층간 박리성이 용이한 PBN (열분해 질화붕소) (PBN 제조 시에 노 내압을 펄스적으로 변동시켜 제조한 것. 이로써, PBN 은 박리 가능한 벽개성을 갖는다.) 제의 3 장의 서셉터 (3) 를 120°간격으로 배치 수납하는 φ520 mm 의 PBN 코트·그라파이트의 서셉터 공전 지그 (4) 를 준비했다. 이 서셉터면에 가열 히터로 1250 ℃ 로 가열하면서, 동시에 서셉터 공전 지그 (4) 는 10 rpm 으로 회전하여 서셉터 (3) 를 공전시키고, 그 공전 기어의 힘을 이용하여 3 장의 각 서셉터 (3) 는 30 rpm 으로 자전시켰다. 서셉터의 온도 및 회전의 안정을 확인한 후, 반응 장치 내부 (1) 에 3 중관의 중심관 (6) 으로부터 GaCl3 가스를, 최외관 (7) 으로부터 NH3 가스를, 중심관 (6) 과 최외관 (7) 사이의 2 번째의 관 (8) 으로부터 N2 가스를 공급하고 반응 장치 내압을 2 Torr 로 하여 THVPE 반응을 개시했다. GaN 막 성장으로서 약 30 ㎛/h 의 막 성장 속도로 30 시간 반응시켜, GaN 결정 (2) 을 PBN 상에 형성했다.
냉각 후, 얻어진 GaN 결정을 PBN 서셉터로부터 PBN 의 층간 박리하기 쉬운 부분에서 박리했다. 그리고, 박리한 GaN 결정을, 선반에서 φ155 mm 의 원반으로 했다. 고정 지석을 사용하여 이 원반을 연마함으로써, 이 원반의 PBN 층을 완전히 제거했다. 또한, 지석을 사용하여, 이 원반의 양면을 원반의 두께가 750 ㎛ 가 될 때까지 추가로 연마했다. 그리고, CMP 로 GaN 표면에 대해 경면 마무리를 실시하여, 원반의 표면을 평활하게 해, GaN 제 베이스 기판을 제작했다. 이 GaN 제 베이스 기판과 GaN 단결정의 열팽창률차를 측정한 바 대략 0.1 × 10-6/℃ 로 작았다. 또한, GaN 단결정의 열팽창률은, 500 ℃ 에 있어서, 약 5.6 ppm/K 이다.
(2) SiO2 막 형성 (중간층 형성)
이 베이스 기판 상면에 플라스마 CVD 장치로 SiO2 를 0.5 ㎛ 적층하여 SiO2 막을 형성하고, CMP 로 가볍게 SiO2 막을 연마하여, SiO2 막의 두께를 0.4 ㎛ 로 했다.
(3) 종기판의 박막 전사
0.5 ㎛ 의 깊이까지 수소 이온을 주입한 C 면 사파이어의 웨이퍼의 수소 이온의 주입면을, SiO2 막을 형성한 베이스 기판에 첩합하여, 베이스 기판에 접합한 후, C 면 사파이어의 웨이퍼로부터 C 면 사파이어 박막을 박리하고, 두께 0.5 ㎛ 의 C 면 사파이어 박막을 베이스 기판에 전사했다.
(4) N- 면의 III 족 질화물층의 형성
이 종기판 상에 있어서, 트리메틸갈륨 (TMG) 및 NH3 를 원료로 하여 550 ℃ 의 성막 온도에 의한 저온 MOCVD 반응을 3 시간 실시하여, 종기판 상에 N- 면의 GaN 결정을 0.6 ㎛ 적층했다. 종기판과 N- 면의 GaN 결정의 두께의 합계는 1.1 ㎛ 였다.
(5) 대형, 고품질의 GaN 기판의 제작
베이스 기판의 제작에서 사용한 장치로 압력을 상압으로 한 것 이외에는 베이스 기판을 제작했을 때와 동일한 조건으로, 상기의 종기판을 사용하여 THVPE 반응을 40 시간 계속하여, 종기판 상에 GaN 결정을 형성했다. 얻어진 GaN 결정은 냉각 후에도 휨 및 변형이 없고, 대형이며 두꺼운 GaN 결정이 얻어졌다. 이 GaN 결정을 선반에서 φ150 mm × 두께 약 10 mm 로 가공한 후, 다이아몬드 절단 및 양면 연마를 실시하여 φ150 mm × 두께 625 ㎛ 의 실시예 1 의 GaN 기판을 7 장 제작했다.
(6) 얻어진 GaN 기판의 평가
얻어진 7 장의 GaN 기판 중, 최상층부의 GaN 기판 (가장 종기판으로부터 떨어져 있는 위치의 GaN 기판) 에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM (Full Width at Half Maximum) 에 있어서 면 내의 임의의 3 점의 평균이 15 arcsec 이며, 편차가 1 arcsec 이며, 이 기판은 결정성이 매우 양호한 기판이었다. 한편, 7 장의 기판 중, 최하층부의 GaN 기판 (가장 종기판 측의 GaN 기판) 에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서, 면 내의 임의의 3 점의 평균이 55 arcsec 이며, 편차가 8 arcsec 이며, 최상층부의 GaN 기판보다 결정성이 약간 열등했지만, 이 기판도 결정성이 양호한 기판이었다. 덧붙여서 상기의 각 기판의 표면의 화학 분석을 한 결과, 최상층부의 GaN 기판 및 최하층부의 GaN 기판 모두 GaN 기판에 대한 금속 오염은 검출 한계 이하였다.
또한 적층 결함을 단색 Cathode Luminescence 상으로 관찰한 결과, 최상층부의 GaN 기판에는 적층 결함이 전혀 보이지 않았다. 한편, 최하층부의 GaN 기판에서는 매우 미소한 적층 결함이 보였지만, 그 정도는 결정성이 양호하다고 일컬어지고 있는 MOCVD 법에 의한 GaN 기판과 동일한 정도였다. 이상의 결과로부터 실시예 1 의 GaN 기판정 (基板晶) 은, 대형이며 고품질의 GaN 결정 기판인 것이 나타났다.
[비교예 1]
Ga 금속을 NH3 중, 아크 플라스마로 반응시켜 얻은 GaN 분체를 제조했다. 이 GaN 분체를 프레스로 기판에 성형하여 성형체를 제작했다. 이 성형체를 NH3 분위기 중, 1300 ℃ 의 소성 온도에서 소성하여 베이스 기판을 제작했다. 그 이외는 실시예 1 의 GaN 기판의 제작 방법과 동일한 방법으로 비교예 1 의 GaN 기판을 제작했다. 최상층부의 GaN 기판의 금속 오염을 측정한 결과, 아크 플라스마 장치의 Cu 전극으로부터라고 생각되는 Cu, Fe 등의 금속 불순물이 GaN 기판에 합계 8500 질량ppm 혼입되어 있는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 금속 불순물의 함유량이 높은 GaN 기판은, 디바이스 제조 라인의 오염의 염려로부터 라인으로 보낼 수 없다. 또, 비교예 1 의 GaN 기판의 FWHM 을 측정한 바, 금속 불순물의 영향에 의해, 면 내의 임의의 3 점의 평균이 7800 arcsec 이며, 편차가 3000 arcsec 이며, 비교예 1 의 GaN 기판은, 매우 결정성이 나쁜 기판이었다.
[실시예 2]
(1) 베이스 기판의 제작
실시예 1 의 GaN 기판의 제작에 사용한 장치로, GaCl3 및 NH3 의 합계압이 게이지압으로 3 Torr 인 플러스압하에서, 즉, 상압 ＋ 3 Torr 의 압력으로, GaCl3 및 NH3 를 원료로 하여, 하이드라이드 기상 반응으로 고순도의 GaN 분을 제조했다. 이것에, GaN 분 100 질량부에 대해 1 질량부의 Ga 금속을 첨가하고, 혼합하여 혼합물을 제조했다. 30 kg/㎠ 의 압력 및 25 ℃ 의 온도의 조건하, 가압 프레스로 혼합물을 가압 성형하여 성형체를 제작했다. 10 체적% 의 N2 가스 및 90 체적% NH3 가스의 혼합 가스 분위기 중, 1200 ℃ 의 소성 온도에서, 성형체를 질화 및 소결시켜, 베이스 기판을 제작했다.
(2) 종기판의 박막 전사
C 면 사파이어의 웨이퍼 대신에 φ6 인치 Si＜111＞ 을 사용했다. 그 이외는, 실시예 1 과 동일한 방법으로, Si＜111＞ 을 베이스 기판에 전사했다.
(3) N- 면의 III 족 질화물층의 형성
800 ℃ 의 온도 조건의 THVPE 법으로 1 시간 반응하여, 종기판 상에 N- 면의 GaN 결정을 적층했다. 또한, 종기판과 N- 면의 GaN 결정의 두께의 합계는 0.7 ㎛ 였다.
(4) 대형, 고품질의 GaN 기판의 제작
실시예 1 과 동일한 방법으로, 종기판 상에 GaN 결정을 형성하고, 얻어진 GaN 결정을 가공하여, 실시예 2 의 GaN 기판을 제작했다.
(5) 얻어진 GaN 기판의 평가
얻어진 7 장의 GaN 기판 중, 최상층부의 GaN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서 면 내의 임의의 3 점의 평균이 20 arcsec 이며, 편차가 1 arcsec 이며, 이 기판은 결정성이 매우 양호한 기판이었다. 한편, 7 장의 기판 중, 최하층부의 GaN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서, 면 내의 임의의 3 점의 평균이 45 arcsec 이며, 편차가 4 arcsec 이며, 최상층부의 GaN 기판보다 결정성이 약간 열등했지만, 이 기판도 결정성이 양호한 기판이었다. 덧붙여서 상기의 각 기판의 표면의 화학 분석을 한 결과, 최상층부의 GaN 기판에서는 GaN 기판에 대한 금속 오염은 검출 한계 이하였다. 한편, 최하층부의 GaN 기판에서는, 검출 한계 부근에서 Al 이 검출되었지만, Al 의 검출 레벨은, GaN 기판을 디바이스에 사용하는 것에 대해, 문제가 없는 레벨이었다. 그 이외의 금속 불순물에 대해서는, 검출 한계 이하였다.
또한 적층 결함을 단색 Cathode Luminescence 상으로 관찰한 결과, 최상층부의 GaN 기판 및 최하층부의 GaN 기판에는 적층 결함이 전혀 보이지 않아, 우수한 결정인 것을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 실시예 2 의 GaN 기판정은, 대형이며 고품질의 GaN 결정 기판인 것이 나타났다. 또한, 실시예 2 의 GaN 기판에 있어서, 결정성이 양호하고, 금속 불순물이 적은 것은, 종기판의 Si＜111＞ 상에 적층한 N- 면의 GaN 층의 효과라고 추정된다.
[실시예 3]
(1) 베이스 기판의 제작
실시예 1 의 GaN 기판의 제작에 사용한 장치로, GaCl3 및 NH3 의 합계압이 게이지압으로 3 Torr 인 플러스압하에서, 즉, 상압 ＋ 3 Torr 의 압력으로, GaCl3 및 NH3 를 원료로 하여, 하이드라이드 기상 반응으로 고순도의 GaN 분을 제조했다. 30 kg/㎠ 의 압력 및 1050 ℃ 의 온도의 조건하, N2 가스 분위기에서, 가열 프레스기로 혼합물을 가열 가압 성형하여, φ6 인치 웨이퍼상의 베이스 기판을 제작했다.
(2) SiO2 막 형성 (중간층 형성)
이 베이스 기판 상면에 플라스마 CVD 장치로 SiO2 를 0.5 ㎛ 적층하여 SiO2 막을 형성하고, CMP 로 가볍게 SiO2 막을 연마하여, SiO2 막의 두께를 0.4 ㎛ 로 했다.
(3) 종기판의 박막 전사
복수 장의 φ2 인치 SCAM 기판 (두께 220 ㎛) 을 허니콤상으로 가공했다. 무기 접착재를 사용하여, 복수 장의 허니콤상의 SCAM 기판을 별도 준비한 유리 기판에, φ7 인치 원반상이 되도록 첩부했다. 그리고, 그 SCAM 기판에 1 ㎛ 의 깊이까지 수소 이온을 주입하고, 수소 이온을 주입한 SCAM 기판의 수소 이온의 주입면을, SiO2 막을 형성한 베이스 기판에 첩합하여, 베이스 기판에 접합했다. 그리고, SCAM 기판으로부터 SCAM 박막을 박리하고, 두께 1 ㎛ 의 SCAM 박막을 베이스 기판에 전사했다. 전사한 SCAM 박막을 CMP 로 가볍게 연마하여, SCAM 박막의 두께를 0.7 ㎛ 로 하고, 그것을 종기판으로 했다. 또한, 실시예 3 에서는, 종기판 상에 N- 면의 GaN 결정을 적층하지 않았다. 또, SCAM 박막을 박리한 후, 유리 기판에 남은 SCAM 기판은, 종기판으로서 재차, 이용할 수 있었다.
(4) 대형, 고품질의 GaN 기판의 제작
실시예 1 과 동일한 방법으로, 종기판 상에 GaN 결정을 형성하고, 얻어진 GaN 결정을 가공하여, 실시예 3 의 GaN 기판을 제작했다. 또한, 얻어진 GaN 결정은, 종기판인 SCAM 박막으로부터 간단하게 박리할 수 있었다. 또, 얻어진 GaN 결정의 종기판으로부터 수백 ㎛ 의 영역에서는, GaN 결정은, 황색으로 약간 착색되어 있었지만, 그 이외의 영역에 대해, GaN 결정은 착색되어 있지 않았다.
(5) 얻어진 GaN 기판의 평가
얻어진 7 장의 GaN 기판 중, 최상층부의 GaN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서 면 내의 임의의 3 점의 평균이 13 arcsec 이며, 편차가 2 arcsec 이며, 이 기판은 결정성이 매우 양호한 기판이었다. 한편, 7 장의 기판 중, 최하층부의 GaN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서, 면 내의 임의의 3 점의 평균이 20 arcsec 이며, 편차가 3 arcsec 이며, 최하층부의 GaN 기판의 결정성은 최상층부의 GaN 기판의 결정성과 거의 동등했다. 이것은, 종기판인 SCAM 박막 상에 GaN 을 성막하고 있을 때, SCAM 박막의 박리가 일어나고, 이로써, 성막 중의 GaN 에 대해 응력 완화가 일어났기 때문이라고 추정된다. 덧붙여서 상기의 각 기판의 표면의 화학 분석을 한 결과, 최상층부의 GaN 기판에서는 GaN 기판에 대한 금속 오염은 검출 한계 이하였다. 최하층부의 GaN 기판에서는, 검출 한계 부근에서 Al, Mg 및 Sc 가 검출되었지만, 이들 원소의 검출 레벨은, GaN 기판을 디바이스에 사용하는 것에 대해, 문제가 없는 레벨이었다. 그 이외의 금속 불순물에 대해서는, 검출 한계 이하였다.
[비교예 2]
(1) 베이스 기판의 제작
100 ℃ 의 온도, 20 체적% 의 N2 가스 및 80 체적% 의 NH3 가스의 혼합 가스 유통하에서, Al 금속을 질화하면서 300 시간 분쇄하여, AlN 분체를 제조했다. 얻어진 AlN 분체에, 소결 보조제로서 SiO2 및 Al2O3 를, 바인더로서 포발 (폴리비닐알코올) 을 첨가하여, 혼합하고, 성형하고, 소성하여, 베이스 기판을 제작했다.
(2) 종기판의 박막 전사
φ2 인치 SCAM 기판 대신에 Na 플럭스로 제조한 2 인치의 GaN 기판을 종기판으로서 사용했다. 또한, Na 플럭스로 제조한 GaN 기판은, SCAM 기판과 같은 벽개성을 나타내지 않는다. 그 이외는, 실시예 3 과 동일한 방법으로, φ6 인치의 종기판을 제작했다.
(3) 대형, 고품질의 GaN 기판의 제작
GaCl3 가스를 GaCl 가스로 변경하고, 성막 방법을 THVPE 법으로부터 HVPE 법으로 변경했다. 그 이외는, 실시예 3 과 동일한 방법으로, 종기판 상에 GaN 결정을 형성하고, 얻어진 GaN 결정을 가공하여, 비교예 2 의 GaN 기판을 제작했다. 단, GaCl3 가스의 경우와 Ga 원소의 공급량이 동일해지도록, GaCl 가스의 유량을 변경했다.
(4) 얻어진 GaN 기판의 평가
얻어진 7 장의 GaN 기판 중, 최하층부의 GaN 기판의 기판 직경은 약 6 인치였지만, 최상층부의 GaN 기판의 기판 직경은 약 4 인치가 되었다. 이것으로부터, 비교예 2 에서는, 종기판 상에 형성한 GaN 결정은, 상층으로 갈수록 왜소화되었다. 이 때문에, 목적으로 한 φ6 인치의 GaN 기판을 다수 얻을 수 없고, 얻어진 GaN 기판의 직경은 제각각이었다.
얻어진 7 장의 GaN 기판 중, 최상층부의 GaN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서, 면 내의 임의의 3 점의 평균이 1350 arcsec 이며, 편차가 200 arcsec 이며, 이 기판은 매우 결정성이 나쁜 기판이었다. 덧붙여서 상기의 각 기판의 표면의 화학 분석을 한 결과, 최상층부의 GaN 기판에서는 금속 불순물의 함유량이 5300 질량ppm 이며, 최하층부의 GaN 기판에서는 금속 불순물의 함유량이 95000 질량ppm 이며, 어느 것도, 금속 불순물의 함유량이 컸다. 이와 같은 금속 불순물의 함유량이 높은 GaN 기판은, 디바이스 제조 라인의 오염의 염려로부터 라인으로 보낼 수 없다.
또한 적층 결함을 단색 Cathode Luminescence 상으로 관찰한 결과, 최상층부의 GaN 기판 및 최하층부의 GaN 기판에는 많은 적층 결함이 보였다.
[실시예 4]
(1) 베이스 기판의 제작
GaCl3 가스를 AlCl3 가스로 변경하고, 반응 온도를 1250 ℃ 로부터 1500 ℃ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로, 베이스 기판으로서, φ155 mm 의 AlN 기판을 제작했다. 또한, AlN 기판의 열팽창률은, 500 ℃ 에 있어서, 약 5.7 ppm 이다.
(2) SiO2 막 형성 (중간층 형성)
이 베이스 기판 상면에 플라스마 CVD 장치로 SiO2 를 0.6 ㎛ 적층하여 SiO2 막을 형성하고, CMP 로 가볍게 SiO2 막을 연마하여, SiO2 막의 두께를 0.5 ㎛ 로 했다.
(3) 종기판의 박막 전사
플럭스법으로 복수 장의 φ2 인치 AlN 기판 (두께 200 ㎛) 을 제작했다. 복수 장의 φ2 인치 AlN 기판을 허니콤상으로 가공했다. 무기 접착재를 사용하여, 복수 장의 허니콤상의 AlN 기판을 별도 준비한 유리 기판에, φ6 인치 원반상이 되도록 첩부했다. 그리고, AlN 기판에 1 ㎛ 의 깊이까지 수소 이온을 주입하고, 수소 이온을 주입한 AlN 기판의 수소 이온의 주입면을, SiO2 막을 형성한 베이스 기판에 첩합하여, 베이스 기판에 접합했다. 그 후, AlN 기판으로부터 AlN 박막을 박리하고, 두께 1 ㎛ 의 AlN 박막을 베이스 기판에 전사했다. 그리고, 전사한 AlN 박막을 CMP 로 가볍게 연마하여, AlN 박막의 두께를 0.9 ㎛ 로 하고, 그것을 종기판으로 했다.
(4) 대형, 고품질의 AlN 기판의 제작
베이스 기판의 제작에서 사용한 장치로 베이스 기판을 제작했을 때와 동일한 조건으로, 상기의 종기판을 사용하여 THVPE 반응을 40 시간 계속하여, 종기판 상에 AlN 결정을 형성했다. 얻어진 AlN 결정은 냉각 후에도 휨 및 변형이 없고, 대형이며 두꺼운 AlN 결정이 얻어졌다. 이 AlN 결정을 선반에서 φ150 mm × 두께 약 10 mm 로 가공한 후, 다이아몬드 절단 및 양면 연마를 실시하여 φ150 mm × 두께 625 ㎛ 의 실시예 4 의 AlN 기판을 7 장 제작했다.
(5) 얻어진 AlN 기판의 평가
얻어진 7 장의 AlN 기판 중, 최상층부의 AlN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서 면 내의 임의의 3 점의 평균이 23 arcsec 이며, 편차가 3 arcsec 이며, 이 기판은 결정성이 매우 양호한 기판이었다. 한편, 7 장의 기판 중, 최하층부의 AlN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서, 면 내의 임의의 3 점의 평균이 45 arcsec 이며, 편차가 8 arcsec 이며, 최상층부의 AlN 기판보다 결정성이 약간 열등했지만, 이 기판도 결정성이 양호한 기판이었다. 덧붙여서 상기의 각 기판의 표면의 화학 분석을 한 결과, 최상층부의 AlN 기판 및 최하층부의 AlN 기판 모두 AlN 기판에 대한 금속 오염은 검출 한계 이하였다.
또한 적층 결함을 단색 Cathode Luminescence 상으로 관찰한 결과, 최상층부 및 최하층부의 AlN 기판에는 적층 결함이 전혀 보이지 않았다. 이상의 결과로부터 실시예 4 의 AlN 기판은, 대형이며 고품질의 AlN 기판인 것이 나타났다.
[실시예 5]
(1) 베이스 기판의 제작
실시예 3 과 동일한 방법으로, φ6 인치 웨이퍼상의 베이스 기판을 제작했다.
(2) Si3N4 막 형성 (중간층 형성)
이 베이스 기판의 상면에 플라스마 CVD 장치를 사용하여 Si3N4 를 0.5 ㎛ 적층하여 Si3N4 막을 형성하고, CMP 로 가볍게 Si3N4 막을 연마하여, Si3N4 막의 두께를 0.4 ㎛ 로 했다.
(3) 종기판의 박막 전사
실시예 3 와 동일하게 복수 장의 φ2 인치 SCAM 기판 (두께 220 ㎛) 을 허니콤상으로 가공했다. 무기 접착재를 사용하여, 복수 장의 허니콤상의 SCAM 기판을 별도 준비한 유리 기판에, φ7 인치 원반상이 되도록 첩부했다. 그리고, 그 SCAM 기판에 1 ㎛ 의 깊이까지 수소 이온을 주입하고, 수소 이온을 주입한 SCAM 기판의 수소 이온의 주입면을, Si3N4 막을 형성한 베이스 기판에 첩합하여, 베이스 기판에 접합했다. 그리고, SCAM 기판으로부터 SCAM 박막을 박리하고, 두께 1 ㎛ 의 SCAM 박막을 베이스 기판에 전사했다. 전사한 SCAM 박막을 CMP 로 가볍게 연마하여, SCAM 박막의 두께를 0.7 ㎛ 로 하고, 그것을 종기판으로 했다.
(4) 대형, 고품질의 GaN 기판의 제작
실시예 1 과 동일한 방법으로, 종기판 상에 GaN 결정을 형성하고, 얻어진 GaN 결정을 가공하여, GaN 기판을 제작했다. 또한, 얻어진 GaN 결정은, 종기판인 SCAM 박막으로부터 간단하게 박리할 수 있었다.
(5) 얻어진 GaN 기판의 평가
얻어진 7 장의 GaN 기판 중, 최상층부의 GaN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서 면 내의 임의의 3 점의 평균이 16 arcsec 이며, 편차가 2 arcsec 이며, 이 기판은 결정성이 양호한 기판이었다. 한편, 7 장의 기판 중, 최하층부의 GaN 기판에서는, (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 에 있어서, 면 내의 임의의 3 점의 평균이 22 arcsec 이며, 편차가 3 arcsec 이며, 최하층부의 GaN 기판의 결정성은 최상층부의 GaN 기판의 결정성과 대략 동등했다. 덧붙여서 상기의 각 기판의 표면의 화학 분석을 한 결과, 최상층부 그리고 최하층부의 GaN 기판에서는 GaN 기판에 대한 금속 오염은 검출 한계 이하였다.
[실시예 6]
(1) 베이스 기판의 제작
GaCl3 와 NH3 를 원료로 하여 실시예 1 과 동일한 조건으로, φ8 인치, 두께 800 ㎛ 의 GaN 제의 베이스 기판을 제작했다.
(2) 박리층의 형성
복수 장의 φ2 인치 SCAM 기판 (두께 600 ㎛) 을 허니콤상으로 가공했다. 이것을 상기의 베이스 기판 상에 깔고, 알루미나계의 무기 접착제로 첩부하여, 박리층으로 했다.
(3) SiO2 막 형성 (중간층 형성)
이 박리층의 표면에 스퍼터 장치로 2 ㎛ 의 SiO2 막을 적층하고, 이 SiO2 막의 표면을 CMP 연마하여, SiO2 막의 표면 조도 Ra 를 0.5 ㎛ 로 했다.
(4) 종기판의 박막 전사
0.35 ㎛ 의 깊이까지 수소 이온을 주입한 φ8 인치의 Si＜111＞ 의 웨이퍼의 수소 이온의 주입면을, 박리층 상에 SiO2 막을 형성한 베이스 기판에 첩합하여, 베이스 기판에 접합한 후, Si＜111＞ 의 웨이퍼의 이온 주입부로부터 Si＜111＞ 박막을 박리하고, 두께 0.35 ㎛ 의 Si＜111＞ 박막을 베이스 기판에 전사했다.
이와 같은, GaN 제 베이스 기판/SCAM 제 박리층/SiO2 막/Si＜111＞ 종기판 구조의 복합 기판을 3 장 제작했다.
이 종기판 상에 있어서, 트리메틸갈륨 (TMG) 및 NH3 를 원료로 하여 550 ℃ 의 성막 온도에 의한 저온 MOCVD 반응을 3 시간 실시하여, 종기판 상에 N- 면의 GaN 결정을 0.6 ㎛ 적층했다. 종기판과 N- 면의 GaN 결정의 두께의 합계는 1.1 ㎛ 였다.
(5) 대형, 고품질의 GaN 기판의 제작
베이스 기판의 제작에서 사용한 장치로 베이스 기판을 제작했을 때와 동일한 조건으로, 상기의 종기판을 사용하여 THVPE 반응을 결정 성장 속도는 약 200 ㎛/h 로 100 시간 계속하여, 종기판 상에 GaN 결정을 형성했다.
냉각 후, 얻어진 GaN 결정은 Si＜111＞ 의 종결정과 일체로 박리층의 SCAM 의 벽개성에 의해 용이하게 SCAM 결정으로부터 박리되고, 박리층의 SCAM 은 회수하여 재사용을 했다. 한편, 박리한 GaN 결정과 Si＜111＞ 종결정의 일체물은 먼저 원통 연삭 후, Si＜111＞ 종결정을 연마 제거 후 800 ㎛ 의 두께로 슬라이스했다. 얻어진 16 장의 GaN 기판을 랩 연마부터 최종의 CMP 연마를 실시하여, 두께 625 ㎛ 의 평활한 GaN 기판의 제품을 얻었다. 덧붙여서, 결정 성장 직후의 GaN 기판은 박리층의 SCAM 의 작용에 의해, 반응 중에 축차의 벽개로 열응력을 흡수했기 때문에, 거의 휨이 발생하지 않고, 균열도 전혀 발생하지 않았다.
(6) 얻어진 GaN 기판의 평가
얻어진 16 장의 GaN 기판의 (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 은 면 내의 중앙의 평균이 30 arcsec, 편차가 3 arcsec 였다. 또, 이들 기판의 임의의 3 점에서도 평균 53 arcsec, 편차가 6 arcsec 로 결정성이 양호했다. 덧붙여서 상기의 각 기판의 표면의 화학 분석을 한 결과, 전체 GaN 기판의 금속 오염은 검출 한계 이하였다.
또한 적층 결함을 단색 Cathode Luminescence 상으로 관찰한 결과, 얻어진 GaN 기판의 표면층에는 적층 결함이 거의 보이지 않았다. 이상의 결과로부터, 얻어진 GaN 기판은, 휨이 없고, 편차도 거의 없는 균일하고 양호한 GaN 결정 기판인 것을 알 수 있었다.
[실시예 7]
(1) 베이스 기판의 제작
실시예 2 와 동일한 순서로 고순도의 GaN 분체를 제조했다. 이 GaN 분체 100 질량부에 대해 10 질량부의 Ga 금속을 첨가하고, 혼합하여 혼합물을 제조했다. 30 kg/㎠ 의 압력 및 25 ℃ 의 온도의 조건하, 가압 프레스로 혼합물을 가압 성형하여 성형체를 제작했다. 10 체적% 의 N2 가스 및 90 체적% NH3 가스의 혼합 가스 분위기 중, 1200 ℃ 의 소성 온도에서, 성형체를 질화 및 소결시켜, 베이스 기판을 제작했다.
(2) 박리층의 형성
베이스 기판의 표면에 φ8 인치의 PBN 기판 (두께 600 ㎛) 을 알루미나계의 무기 접착제로 첩부하여, 박리층으로 했다.
(3) Si3N4 막 형성 (중간층 형성)
이 박리층의 표면에 플라스마 CVD 장치로 Si3N4 막을 적층하고, Si3N4 막의 표면을 연마하여 Si3N4 막의 표면 조도 Ra 를 0.5 ㎛ 로 했다.
(4) 종기판의 박막 전사
0.35 ㎛ 의 깊이까지 수소 이온을 주입한 φ8 인치의 사파이어의 웨이퍼의 수소 이온의 주입면을, 베이스 기판 상의 중간층의 Si3N4 막 상에 첩합하여, 사파이어의 웨이퍼를 베이스 기판에 접합했다. 그리고, 사파이어의 웨이퍼의 이온 주입부로부터 사파이어 박막을 박리하여, 두께 0.35 ㎛ 의 사파이어 박막을 베이스 기판에 전사했다.
이와 같은, GaN 제 베이스 기판/PBN 제 박리층/Si3N4 막/사파이어 종기판 구조의 복합 기판을 3 장 제작했다.
이 종기판 상에 있어서, 트리메틸갈륨 (TMG) 및 NH3 를 원료로 하여 550 ℃ 의 성막 온도에 의한 저온 MOCVD 반응을 3 시간 실시하여, 종기판 상에 N- 면의 GaN 결정을 0.6 ㎛ 적층했다. 종기판과 N- 면의 GaN 결정의 두께의 합계는 1.1 ㎛ 였다.
(5) 대형, 고품질의 GaN 기판의 제작
베이스 기판의 제작에서 사용한 장치를 사용하고, 베이스 기판을 제작했을 때와 동일한 조건으로, 종기판 상에 GaN 결정을 형성했다. 또한, 결정 성장 속도는 약 200 ㎛/h 로 하고, GaN 막 성장을 100 시간 계속했다.
냉각 후, 얻어진 GaN 결정은 종기판과 일체로 된 형태로 박리층의 PBN 으로부터 용이하게 박리했다. 염려한 냉각 시의 열응력은 층간 박리로 흡수되었다. 이로써, GaN 결정에는 크랙이 발생하지 않고, 또, 휨도 거의 발생하지 않았다.
(6) 얻어진 GaN 기판의 평가
얻어진 GaN 기판의 (100) 면의 X 선 록킹 커브의 FWHM 은 면 내의 임의의 3 점이 평균 55 arcsec, 편차가 6 arcsec 였다. 금속 불순물의 분석값은 측정 한계 이하였다. 또, 적층 결함을 단색 Cathode Luminescence 상으로 관찰한 결과, GaN 의 표면층에는 적층 결함이 거의 보이지 않았다. 상기의 측정과 관찰로부터, 얻어진 GaN 결정은 극히 편차가 없는 균일하고 양호한 결정 기판인 것을 알 수 있었다.
1 : 반응 장치 내부
2 : GaN 결정
3 : 서셉터
4 : 서셉터 공전 지그
5 : 가스 공급관
6 : 중심관
7 : 최외관
8 : 2 번째의 관
9 : 가열 장치
10 : 단열재

Claims (17)

  1. 기상 합성법으로 III 족 질화물의 베이스 기판을 형성하는 베이스 기판 형성 공정,
    상기 베이스 기판 상에 종기판을 형성하는 종기판 형성 공정, 및
    하이드라이드 기상 성장법으로, 상기 종기판 상에 III 족 화합물 결정을 형성하는 III 족 화합물 결정 형성 공정을 포함하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 III 족 화합물 결정 형성 공정에 사용하는 하이드라이드 기상 성장법이 THVPE 법인 것을 특징으로 하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 III 족 질화물은 GaN 또는 AlN 이며,
    상기 종기판은, Si＜111＞, 사파이어, SiC, GaAs, SCAM (ScAlMgO4) 또는 GaN 의 기판이며,
    상기 종기판 형성 공정은, 상기 베이스 기판에 상기 종기판을 박막 전사함으로써, 상기 베이스 기판 상에 상기 종기판을 형성하고,
    상기 III 족 화합물 결정 형성 공정은, III 족 염화물 및 NH3 를 기상 성장 원료로서 사용하여, 상기 종기판 상에 상기 III 족 화합물 결정을 형성하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 기판이 III 족 질화물의 비정질, 다결정, 단결정, 및 세라믹스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 물질의 기판이며,
    상기 베이스 기판에 있어서의 III 족 금속 원소 이외의 금속 불순물의 함유량의 합계가 금속 환산으로 5000 질량ppm 이하인 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 기판 형성 공정은, 하이드라이드 기상 성장법으로 III 족 질화물의 베이스 기판을 형성하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은, 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체를 성형하여 성형체를 제작하고, III 족 금속을 함침법에 의해 상기 성형체에 함유시킨 후, 상기 성형체를 소결시켜 얻어진 기판, 또는, 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체를 성형하여 성형체를 제작하고, 환원하면 III 족 금속이 되는 III 족 화합물을 함침법에 의해 상기 성형체에 함유시킨 후, 상기 성형체를 질화 및 소결시켜 얻어진 기판인 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은, 하이드라이드 기상 성장법으로 얻어진 III 족 질화물의 분체에 III 족 금속을 첨가·혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 제작한 후, 상기 성형체를 질화 및 소결시켜 얻어진 기판인 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 III 족 화합물 결정이 질화갈륨 (GaN) 결정, 또는 질화알루미늄 (AlN) 결정인 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종기판 형성 공정 및 상기 III 족 화합물 결정 형성 공정 사이에 상기 종기판 상에 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 N- 면 III 족 질화물층 형성 공정을 추가로 포함하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 N- 면 III 족 질화물층 형성 공정은, 저온 MOCVD 법에 의해 400 ~ 800 ℃ 의 온도에서, 또는, THVPE 법에 의해 상기 종기판 상에 상기 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 N- 면 III 족 질화물층 형성 공정은, 저온 MOCVD 법에 의해 500 ~ 600 ℃ 의 온도에서 상기 종기판 상에 상기 N- 면의 III 족 질화물층을 형성하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종기판의 두께, 또는, 상기 종기판의 두께와 상기 N- 면 III 족 질화물층 형성 공정에 있어서 형성되는 N- 면의 III 족 질화물층의 두께의 합계가 50 ~ 2000 nm 인 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 기판 상에, 박리 가능한 벽개성을 갖는 물질로 이루어지는 박리층을 형성하는 박리층 형성 공정을 추가로 포함하고,
    상기 종기판 형성 공정은 상기 박리층 상에 종기판을 형성하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 박리 가능한 벽개성을 갖는 물질이, SCAM (ScAlMgO4) 결정, 질화붕소 (BN) 및 그라파이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 물질인 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 박리층 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 공정을 추가로 포함하고,
    상기 중간층이 Si 계 화합물의 막이며,
    상기 종기판 형성 공정은 상기 중간층 상에 종기판을 형성하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 기판 상에 중간층을 형성하는 중간층 형성 공정을 추가로 포함하고,
    상기 중간층이 Si 계 화합물의 막이며,
    상기 종기판 형성 공정은 상기 중간층 상에 종기판을 형성하는 III 족 화합물 기판의 제조 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 III 족 화합물 기판의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 III 족 화합물 기판.
KR1020227000694A 2019-07-25 2020-06-16 Iii 족 화합물 기판의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조한 기판 KR20220042111A (ko)

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