(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア下地基板上にＧａＮ層を気相成長させる工程と、前記ＧａＮ層から前記サファイア下地基板を、前記成長中の反りもしくは降温中の熱応力によって前記下地基板を破壊することで除去する工程と、を含む、ＧａＮ自立基板を製造する方法において、前記サファイア下地基板が、面方位が（１１−２０）面であるａ面サファイア下地基板であり、
前記サファイア下地基板の表面もしくは裏面に前記サファイア下地基板全面を横断するように溝を形成し、前記溝が前記a面サファイア下地基板の劈開しやすい面方向に形成されており、
前記a面サファイア下地基板の劈開しやすい面方向が、［０００１］方向となるｃ軸方向であり、前記溝の形成方向を、前記ｃ軸方向に形成することを特徴とするＧａＮ自立基板の製造方法。
【請求項２】
前記ＧａＮ層を気相成長させる工程において、気相成長がＨＶＰＥ法によることを特徴とする、請求項１記載のＧａＮ自立基板の製造方法。
【請求項３】
前記ＧａＮ層を気相成長させる工程において、成長させる前記ＧａＮ層の厚さを１．０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１又は２記載のＧａＮ自立基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ自立基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＮ自立基板を製造するにあたって、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）等の下地基板上にＧａＮ結晶をＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）法等によって気相成長させ、該気相成長後にＧａＮ結晶を下地基板から剥離させる方法が知られている。
【０００３】
ＧａＮ結晶をサファイア基板から剥離する方法として、これまでレーザによる方法や金属中間層を用いる方法などが提案されている。
【０００４】
前記レーザによる剥離は、ＧａＮとサファイアとの界面にレーザ光を集光し界面部分を熱分解することで、ＧａＮ自立基板を得る方法である。この方法は剥離にレーザ光を使うため、手間がかかり、またサファイアを剥離中にＧａＮ結晶が割れることもあるため歩留まりに問題がある。
【０００５】
前記金属中間層を用いる剥離はＧａＮとサファイア基板との間に薬品でエッチングできる金属層を挿入し、ＧａＮ結晶の成長後にこの金属中間層を除去する方法である。この方法は、エッチング工程が増えることになるので、その分手間がかかることになる。
【０００６】
また、いずれの方法においてもＧａＮ結晶成長中の反りや、降温中の熱膨張係数差によって生じる応力によってＧａＮ層に割れやクラックが生じることがある。従って、より簡単に、かつＧａＮ層に割れやクラックなどのダメージを与えることなく、サファイア基板から剥離する技術を確立することが望まれていた。
【０００７】
例えば、特許文献１には、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法として、下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層を気相成長させる工程と、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層から前記下地基板を除去する工程とを含む、ＩＩＩ族窒化物半導体層を含むＩＩＩ族窒化物半導体自立基板を製造する方法において、前記下地基板の裏面には下地基板の劈開方向に沿って、前記下地基板全面を横断するように、予めパターン化した溝形状が形成されていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体自立基板の製造方法が開示されている。
【０００８】
特許文献１の実施例には、ｃ面サファイア基板の［１１−２０］方向に溝を形成し、この基板上にＧａＮ厚膜を成長すると、この溝部分から基板のみが破壊され、自立基板が得られることが開示されている。また、特許文献１には、サファイアは（１−１０２）面で劈開するため、この面での劈開を起こしやすくするために（１−１００）面に沿ってａ軸方向に溝を形成することが開示されている。
【０００９】
しかしながら、ｃ面サファイア基板の場合、このような方法で溝を形成しても、かなり強い力を加えなければ基板を割ることができないという問題があった。例えば、ｃ面サファイア基板をダイヤモンドペンでケガキ線をつけることで溝を形成して、人の力で割ろうとすると、サファイア基板の上から体重をかけて押すことが必要となる。そして、この場合、ケガキ方などの溝の形成の仕方や力の加え方によっては線の部分できれいに割れずに斜めに割れたりすることがあるという問題もあった。
【００１０】
しかしながら、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、a面サファイア基板の場合、［０００１］方向に溝を形成すれば、該基板を上から押すだけで簡単にわることができることを見出し、本発明を完成させた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−３０８３４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、ＧａＮ層をサファイア下地基板から簡単に剥離できるようにしたＧａＮ自立基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のＧａＮ自立基板の製造方法は、サファイア下地基板上にＧａＮ層を気相成長させる工程と、前記ＧａＮ層から前記サファイア下地基板を、前記成長中の反りもしくは降温中の熱応力によって前記下地基板を破壊することで除去する工程と、を含む、ＧａＮ自立基板を製造する方法において、前記サファイア下地基板が、面方位が（１１−２０）面であるａ面サファイア下地基板であり、
前記サファイア下地基板の表面もしくは裏面に前記サファイア下地基板全面を横断するように溝を形成し、前記溝が前記a面サファイア下地基板の劈開しやすい面方向に形成されており、
前記a面サファイア下地基板の劈開しやすい面方向が、［０００１］方向となるｃ軸方向であり、前記溝の形成方向を、前記ｃ軸方向に形成することを特徴とする。
【００１４】
このようにa面サファイア下地基板の劈開しやすい面方向に溝を形成することで、小さい応力でサファイア下地基板を割ることが可能となる。また、小さい応力でサファイア下地基板を割ることができるので、より簡単に歩留まりよくＧａＮ層をサファイア下地基板から剥離することができる。
【００１５】
前記ａ面サファイア下地基板の劈開しやすい面方向が、［０００１］方向となるｃ軸方向であり、前記溝の形成方向を、前記ｃ軸方向に形成するのが好適である。
【００１６】
前記ＧａＮ層を気相成長させる工程において、気相成長がＨＶＰＥ法によるのが好ましい。
【００１７】
前記ＧａＮ層を気相成長させる工程において、成長させる前記ＧａＮ層の厚さを１．０ｍｍ以上とするのがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＧａＮ層をサファイア下地基板から簡単に剥離できるようにしたＧａＮ自立基板の製造方法を提供することができるという著大な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例で使用したサファイア下地基板の溝の模式図である。
【図２】サファイアの結晶構造を示し、（ａ）はｃ面基板の場合の結晶面と溝形成方向、（ｂ）はａ面基板の場合の結晶面と溝形成方向をそれぞれ示す模式図である。
【図３】ａ面サファイア下地基板の溝形成方向と割れる方向を示し、（ａ）は（１−１０２）面で割れた場合、（ｂ）は溝を形成した方向に割れた場合をそれぞれ示す模式図である。
【図４】ａ面サファイア下地基板における面方位を示す模式図で、ｃ面およびａ面と（１−１０２）面のなす角を示す。
【図５】実施例で使用したサファイア下地基板の溝の模式図である。
【図６】比較例で使用したサファイア下地基板の溝の模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。
【００２１】
図1において、符号１０は、本発明に係るＧａＮ自立基板の製造方法に用いられる面方位が（１１−２０）面であるａ面サファイア下地基板を示す。
【００２２】
前記サファイア下地基板１０の表面もしくは裏面には、前記サファイア下地基板１０の全面を横断するように溝１２が形成されている。かかる溝は、ダイサー（ブレードを用いた機械加工）で溝を形成したものである。なお、ダイヤモンドペンでケガいて溝１２を形成することも可能である。
【００２３】
前記溝１２は、前記a面サファイア下地基板１０の劈開しやすい面方向である［０００１］方向となるｃ軸方向に形成されている。図示例では、オリエンテーションフラット１４と平行となる例を示した。
【００２４】
次に、ｃ面サファイア下地基板とa面サファイア下地基板の劈開しやすい面方向の違いを図２に示したサファイアの結晶構造に基づいて説明する。
【００２５】
ｃ面サファイア基板を下地基板として用いた場合の溝の形成方向として、特許文献１にはサファイアの劈開面が（１−１０２）面なので、この面の劈開を起こしやすくするために、［１１−２０］方向（ａ軸方向）に形成することが記載されている。
【００２６】
（１−１０２）面とは、図２に示したサファイアの結晶構造のユニットセル中において図２（ａ）に示してあるような面で、六回対称となる。図２（ａ）からも分かるように、ｃ面サファイア下地基板においてａ軸方向に溝を形成するということは、特許文献１に記載されているように（１−１００）面に沿う方向に溝を形成することになる。（１−１００）面に沿って形成された溝は一部、（１−１０２）面にも沿うことにもなるので、ａ軸方向に溝を形成すれば、（１−１０２）面での劈開が起こりやすくなることが予想できる。
【００２７】
一方、ａ面サファイア基板の場合、図２（ｂ）に示すように、［０００１］方向（ｃ軸方向）に溝を形成すると非常に基板が割れやすくなる。上述した特許文献１の理屈をa面サファイア下地基板に適用すると、ｃ軸方向に溝を形成することで（１−１０２）面での劈開が誘発されやすくなることになる。
【００２８】
ところが、図２（ｂ）に示すように（１−１０２）面はｃ面に対して約４３°傾いているため、a面サファイア下地基板の場合で、この面から基板の劈開が起こるとすれば、図３（a）に示すように、a面サファイア下地基板１０の表面又は裏面に斜めに、割れ１６が生じて割れることになる。しかし、a 面サファイア下地基板においてｃ軸方向に溝を形成すると、図３（ｂ）のように基板は溝に沿って割れ１８が生じまっすぐ割れる。このとき、ｍ面で割れていると考えられる。
【００２９】
a面サファイア下地基板１０においてｃ軸方向に溝を形成した場合、ｍ面で劈開しているとすると、図４に示すように、ｍ面は（１−１０２）面からは約４７°傾いている。特許文献１には、溝形状のパターンが、劈開が誘発される場合において、劈開方向から３°以下の範囲でずれていてもよい旨の記載があるが（特許文献１、段落００２０）、本発明では、かかる溝形成方向の劈開面である（１−１０２）面からのずれは、上述の３°を大きく超えていることになる。このように、a面サファイア下地基板においてｃ軸方向に溝を形成した場合には、従来の溝形成方向とは大きく異なることになる。
【００３０】
劈開面であると言われている（１−１０２）面は、ｃ面からは約４３°、ｍ面からは約４７°傾いているため、a面サファイア下地基板の場合、図４に示すように、（１−１０２）面はｃ面とｍ面のちょうど中間あたりに存在することになる。
【００３１】
つまり、（１−１０２）面がa面サファイア下地基板の劈開に大きく貢献しているとするならば、ｃ軸方向に溝を形成してもｍ軸方向に溝を形成しても（１−１０２）面の貢献度が同程度と考えられ、従って、割れやすさも同程度になるはずである。
【００３２】
しかし、実際にはa面サファイア下地基板に対してｍ軸方向に溝を形成すると、簡単には劈開しない（ｃ面基板に溝を形成して劈開しようとしたときと同じように、非常に割れ難い）。以上より、a面サファイア下地基板の劈開はｍ面から起こりやすく、故に、サファイア基板の面方位がa面であり、且つ溝形成方向をｃ軸方向とすることで、劈開が起こりやすくなるのである。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。
【００３４】
（実施例1）
ＧａＮ自立基板を得るために、a面サファイア下地基板１０の裏面にダイサーで溝加工を施した。使用したa面サファイア下地基板１０は厚さ４３０μｍ、サイズは２インチである。形成する溝は、深さを２００μｍ、幅を５０μｍで固定とし、a面サファイア下地基板１０の端から端まで基板全面を横断するように形成した。
【００３５】
かかる溝１２のパターンとしては、図５（ａ）に示すように、a面サファイア下地基板１０の中心部分に基板全面を横断するように［０００１］方向となるｃ軸方向に１本形成した（パターン１）。かかる溝１２のパターンをそれぞれ５枚のa面サファイア下地基板１０の裏面に形成した。
【００３６】
これらの溝１２がパターン加工されたa面サファイア下地基板１０上にＨＶＰＥ法によりＧａＮ厚膜を１ｍｍ形成した。このように厚膜を成長することで、成長中に生じる反り、あるいは熱膨張係数差によって生じる降温中の応力によって、サファイア基板のみを溝部分から破壊しＧａＮ自立基板を得ることができる。このようにして、ＧａＮが割れずに得られた確率（剥離成功率）を表１に示す。
【００３７】
（実施例２）
ＧａＮ自立基板を得るために、a面サファイア下地基板１０の裏面にダイサーで溝加工を施した。使用したa面サファイア下地基板１０は厚さ４３０μｍ、サイズは２インチである。形成する溝は、深さを２００μｍ、幅を５０μｍで固定とし、a面サファイア下地基板１０の端から端まで基板全面を横断するように形成した。
【００３８】
かかる溝２０のパターンとしては、図５（ｂ）に示すように、a面サファイア下地基板１０のオリエンテーションフラット１４側から８．５ｍｍピッチで基板全面を横断するように［０００１］方向となるｃ軸方向に５本形成した（パターン２）。かかる溝２０のパターンをそれぞれ５枚のa面サファイア下地基板１０の裏面に形成した。
【００３９】
これらの溝２０がパターン加工されたa面サファイア下地基板１０上に実施例１と同様にしてＨＶＰＥ法によりＧａＮ厚膜を１ｍｍ形成した。ＧａＮが割れずに得られた確率（剥離成功率）を表１に示す。
【００４０】
（実施例３）
ＧａＮ自立基板を得るために、a面サファイア下地基板１０の裏面にダイサーで溝加工を施した。使用したa面サファイア下地基板１０は厚さ４３０μｍ、サイズは２インチである。形成する溝は、深さを２００μｍ、幅を５０μｍで固定とし、a面サファイア下地基板１０の端から端まで基板全面を横断するように形成した。
【００４１】
かかる溝２２のパターンとしては、図５（ｃ）に示すように、a面サファイア下地基板１０のオリエンテーションフラット１４側から０．５ｍｍピッチで基板全面を横断するように［０００１］方向となるｃ軸方向に１００本形成した（パターン３）。かかる溝２２のパターンをそれぞれ５枚のa面サファイア下地基板１０の裏面に形成した。
【００４２】
これらの溝２２がパターン加工されたa面サファイア下地基板１０上に実施例１と同様にしてＨＶＰＥ法によりＧａＮ厚膜を１ｍｍ形成した。ＧａＮが割れずに得られた確率（剥離成功率）を表１に示す。
【００４３】
（比較例１）
ＧａＮ自立基板を得るために、ｃ面サファイア下地基板２４の裏面にダイサーで溝加工を施した。使用したｃ面サファイア下地基板２４は厚さ４３０μｍ、サイズは２インチである。形成する溝は、深さを２００μｍ、幅を５０μｍで固定とし、ｃ面サファイア下地基板２４の端から端まで基板全面を横断するように形成した。
【００４４】
かかる溝２８のパターンとしては、図６（ａ）に示すように、ｃ面サファイア下地基板２４の中心部分に基板全面を横断するように［１１−２０］方向となるａ軸方向に１本形成した（パターン１）。かかる溝２８のパターンをそれぞれ５枚のｃ面サファイア下地基板２４の裏面に形成した。
【００４５】
これらの溝２８がパターン加工されたｃ面サファイア下地基板２４上にＨＶＰＥ法によりＧａＮ厚膜を１ｍｍ形成した。このようにして、ＧａＮが割れずに得られた確率（剥離成功率）を表１に示す。
【００４６】
（比較例２）
ＧａＮ自立基板を得るために、ｃ面サファイア下地基板２４の裏面にダイサーで溝加工を施した。使用したｃ面サファイア下地基板２４は厚さ４３０μｍ、サイズは２インチである。形成する溝は、深さを２００μｍ、幅を５０μｍで固定とし、ｃ面サファイア下地基板２４の端から端まで基板全面を横断するように形成した。
【００４７】
かかる溝３０のパターンとしては、図６（ｂ）に示すように、ｃ面サファイア下地基板２４のオリエンテーションフラット２６側に直交して８．５ｍｍピッチで基板全面を横断するように［１１−２０］方向となるａ軸方向に５本形成した（パターン２）。かかる溝３０のパターンをそれぞれ５枚のｃ面サファイア下地基板２４の裏面に形成した。
【００４８】
これらの溝２４がパターン加工されたｃ面サファイア下地基板２４上に比較例１と同様にしてＨＶＰＥ法によりＧａＮ厚膜を１ｍｍ形成した。ＧａＮが割れずに得られた確率（剥離成功率）を表１に示す。
【００４９】
（比較例３）
ＧａＮ自立基板を得るために、ｃ面サファイア下地基板２４の裏面にダイサーで溝加工を施した。使用したｃ面サファイア下地基板２４は厚さ４３０μｍ、サイズは２インチである。形成する溝は、深さを２００μｍ、幅を５０μｍで固定とし、ｃ面サファイア下地基板２４の端から端まで基板全面を横断するように形成した。
【００５０】
かかる溝３２のパターンとしては、図６（ｃ）に示すように、ｃ面サファイア下地基板２４のオリエンテーションフラット２６側に直交して０．５ｍｍピッチで基板全面を横断するように［１１−２０］方向となるａ軸方向に１００本形成した（パターン３）。かかる溝３２のパターンをそれぞれ５枚のｃ面サファイア下地基板２４の裏面に形成した。
【００５１】
これらの溝３２がパターン加工されたｃ面サファイア下地基板２４上に比較例１と同様にしてＨＶＰＥ法によりＧａＮ厚膜を１ｍｍ形成した。ＧａＮが割れずに得られた確率（剥離成功率）を表１に示す。
【００５２】
【表１】
0005561489.tif 000002
【００５３】
表１からわかるように、実施例のa面サファイア下地基板と比較例のｃ面サファイア下地基板共に溝の本数が多い程成功率が高くなる傾向があることがわかった。
【００５４】
また、比較例のｃ面サファイア下地基板よりも実施例のa面サファイア下地基板を用いた場合の方が成功率が高いことがわかった。パターンが１本の実施例１では４０％の成功率であるが、これは１００本のパターンを設けた比較例３と同様の結果であり、このことからも、ｃ面サファイア下地基板よりもa面サファイア下地基板を用いた場合の方が成功率が高いことがわかる。これはa面サファイア基板のｃ軸方向への溝形成により、基板が非常に割れやすくなっていることが起因していることが考えられる。
【符号の説明】
【００５５】
１０： a面サファイア下地基板、１２，２０，２２，２８，３０，３２：溝、１４，２６：オリエンテーションフラット、１６，１８：割れ、２４：ｃ面サファイア下地基板。
【図１】
0005561489.tif 000003
【図２】
0005561489.tif 000004
【図３】
0005561489.tif 000005
【図４】
0005561489.tif 000006
【図５】
0005561489.tif 000007
【図６】
0005561489.tif 000008