(57)【要約】  単結晶スピネルウェハが開示され、前面および裏面；ならびに第１および第２平面を持つ外周部を含む。ある態様において、単結晶スピネルウェハは特定の結晶学的配向を有し、そして平面は所望の面配置に沿って延びるように与えられる。平面はへき開面およびへき開面のへき開方向を確認するのに有利でありうる。【選択図】図１A
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面および裏面；ならびに第１および第２平面を持つ外周部を含む単結晶スピネルウェハ。
【請求項２】
ウェハが＜１１１＞結晶学的配向を有する請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項３】
ウェハの前面および裏面が（１１１）結晶面に沿って延びる請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項４】
第１平面がウェハのへき開面の配向を示す請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項５】
ウェハのへき開面が線に沿って延びる点の位置で前面と交差し、その線は第１平面に平行である請求項４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項６】
第１平面は｛２２−４｝および ｛１１−２｝面群における面に沿って延びる請求項５記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項７】
第２平面がへき開面のへき開伝播の方向を示す請求項５記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項８】
第２平面がウェハの前表面および裏表面である請求項５記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項９】
へき開面が前面に対し約55度の角度をなす請求項５記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１０】
第２平面は｛０２−２｝、 ｛０１−１｝ 、｛２２−４｝および ｛１１−２｝面群の面に沿って延び、大きいほうの平面の面に平行でない請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１１】
である請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１２】
第１平面への法線および第２平面への法線が同一面にあるので、これらの法線は互いに交差し、法線は互いに６０，９０、１２０もしくは１５０度の角度をなす請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１３】
ウェハが非化学量論的スピネルを含む請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１４】
ウェハは一般式aAD・ｂE２D３で示され、ここでAはMg、Ca、Zn、Mn、Ba、Sr、Cd、Feおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、EはAl、In、Cr、Sc、Lu、Feおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、そしてDはO、S、Seおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、スピネルがE２D３リッチであるようにｂ：a比＞１：１である請求項１３記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１５】
AはMg、DはO、そしてEはAlであり、単結晶スピネルは式aMgO・ｂAl２O３を有する請求項１４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１６】
ｂ：a比が約１．２：１以上である請求項１４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１７】
ｂ：a比が約１．５：１以上である請求項１４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１８】
ｂ：a比が約２．０：１以上である請求項１４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１９】
ｂ：a比が約２．５：１以上である請求項１４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２０】
ｂ：a比が約４：１以下である請求項１４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２１】
ウェハが化学量論的スピネルに比べて減少した機械的応力およびひずみを有する請求項１４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２２】
さらに活性層を含み、活性層は窒化物半導体層を含む請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２３】
窒化物半導体層がAlｘGa１-ｘ-ｙInｙN（ここで、０≦ｘ≦０．２５および０≦ｙ≦０．５）を含む請求項２２記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２４】
ウェハのへき開面が線に沿って延びる点の位置で前面と交差し、その線は第１平面に平行であり、かつ活性層のへき開面に平行である請求項２２記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２５】
第１平面が大きいほうの平面であり、そして第２平面が小さいほうの平面である請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２６】
請求項１記載のウェハの上に設けられる能動デバイス。
【請求項２７】
デバイスがレーザーダイオードおよびLEDよりなる群から選ばれる光電子である請求項２６記載のデバイス。
【請求項２８】
前面および裏面；第１の線に沿って延びる点の位置で前面と交差するへき開面；
ならびに第１および第２平面を持つ外周部；を含み、
該第１および第２平面は、（ｉ）第１の線と第１平面との関係により規定される、ウェハのへき開面の配向、ならびに（ii）該線からのへき開面のへき開伝播の方向、が一致している、単結晶スピネルウェハ。
【請求項２９】
第１の線とへき開面が互いに対して所定の角度を有する請求項２８記載のウェハ。
【請求項３０】
第１の線とへき開面が互いに平行である請求項２８記載のウェハ。
【請求項３１】
へき開面は第２の線を形成する点の位置に沿って底面と交差し、ここで該へき開面は配向しているので、該へき開面は第１平面から勾配をつけられ、かつ該第2の線は第1の線と第１平面間の距離よりも大きい第１平面からの距離に位置される、請求項２８記載のウェハ。
【請求項３２】
第２平面がへき開面の勾配の方向を示すように位置される請求項３１記載のウェハ。
【請求項３３】
第１平面が大きいほうの平面であり、そして第２平面が小さいほうの平面である請求項３１記載のウェハ。
【請求項３４】
ウェハがスピネル結晶構造を持つ単結晶から本質的になる請求項２８記載のウェハ。
【請求項３５】
前面および裏面ならびに第１および第２平面をもつ外周部を有する単結晶スピネルウェハを用意すること；第１および第２平面の位置に基づいてウェハを配向させること；
ウェハに重ねて少なくとも１つの活性層を形成すること；ならびに能動デバイスを作製するためにウェハをへき開させること；を含む能動デバイスの製造方法。
【請求項３６】
第１および第２平面をもつ外周部を含む単結晶スピネルブール。
【請求項３７】
＜１１１＞配向を有する単結晶ブールを形成すること；ブールに第１および第２平面を形成すること；ならびにブールをウェハにスライシングすること；を含み、第１および第２平面はウェハのへき開面の配向を示し、ウェハの前面および裏面と一致する、ウェハの製造方法。
【請求項３８】
第１および第２平面の位置が電子画像化により決定される請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
ブールの第１および第２端部に第１および第２の対向する平面表面を形成することをさらに含み、該平面表面は、該第１および第２の平面表面に垂直に延びるブール中心軸が＜１１１＞方向の５度以内に調整されるように形成される、請求項３７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスピネル結晶構造を有する物品に関し、ブール、ウェハ、基板およびそれらを組み込んだ能動（active）デバイスのような物品を含む。さらに、本発明はそのような物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（LED）およびレーザーダイオードのような能動光電子デバイスは、デバイスの活性層に窒化物系半導体層を用いることが多い。この点については、Ga(Al,In)N材料を広範に含む窒化ガリウム群は約２〜６eVのオーダーのかなり広い範囲にわたって実施されうるバンドギャップを有する直接遷移型半導体として利用されてきた。
【０００３】
このような窒化物系半導体材料の光電子特性を利用するために、それらは単結晶として作成されるのが通常である。この点については、窒化物系半導体材料のバルク単結晶ブールを作成することは実際的ではないのが通常である。したがって、産業は適切な基板上に、たとえばエピタキシャル成長によって単結晶層として、このような材料を堆積することを求めてきた。窒化物系半導体層が堆積される基板は、堆積したままの活性層において望ましい結晶構造を示すために適合性のある結晶構造を有することが望ましい。このような窒化物系材料、たとえばGaNおよびAlNは、いくつかの異なる結晶状態で存在しうるが、望ましい結晶構造はセン亜鉛鉱よりもウルツ鉱であるのが通常である。望ましいウルツ鉱結晶構造に厳密に合わせようとする努力において、従来技術はサファイア（コランダム）の形態で単結晶アルミナを利用してきており、特に活性層がその上に堆積される、適切な結晶表面を提供するために、サファイア基板を配向させている。しかしながら、サファイアは数多くの難点を抱える。たとえば、サファイアは能動デバイスを製造するのに用いられうるへき開面を示さない。この点に関して、ウェハをスライシングもしくはソーイングによるよりもへき開により、個々のダイ（それぞれがデバイス基板を有する能動デバイスを形成する）にダイシングすることが望ましいのが通常である。なぜなら、へき開は製造コストを低減し得、しかも製造プロセスを簡単にし得るからである。
【０００４】
これに対し、スピネル材料は、適切に配向されるならば、へき開面を示し、その張り出し（projection）はウェハ表面において窒化物活性層のへき開面に平行であるのが通常であり、予測可能で信頼しうるデバイス製造を可能にする。ブールおよびウェハの適切な結晶配向、ならびにウェハ加工処理（能動デバイスを作製するため）時のウェハの物理的配向は、従来技術における課題であった。不正確な配向は低減した処理量および低収率を導くのが通常である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の点を考慮して、改良されたスピネルブール、ウェハ、基板およびそれらを組み込んだ光電子デバイス、ならびにそれらの改良された製造方法を提供することが望ましいのが通常である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様によれば、単結晶スピネルウェハが提供され、前面および裏面ならびに第１および第２平面をもつ外周部を含む。ある態様において、単結晶スピネルウェハは特定の結晶配向を有し、その平面は一組の特定面にそって延びるように提供される。
【０００７】
もう1つの態様によれば、能動デバイスの製造方法は、前面および裏面ならびに第１および第２平面をもつ外周部を有する単結晶スピネルウェハを用意すること、第１および第２平面の配向に基づいてウェハを配向させること、ウェハに重ねて少なくとも１つの活性層を形成すること、ならびに能動デバイスを作製するためにウェハをへき開させること、を含む。
【０００８】
もう1つの態様によれば、ウェハの製造方法は、＜１１１＞配向を有する単結晶ブールを形成すること、ならびにブールに第１および第２平面を形成することを含み、第１および第２平面はウェハのへき開面の配向を示し、ウェハの前面および裏面と一致する。
【０００９】
本発明の態様の特徴および利点は下記の説明、添付の請求項、および図面から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の１態様によれば、単結晶スピネルブールおよびそれから形成される単結晶スピネルウェハが提供される。通常、単結晶スピネルブールの加工処理は、図１１の工程２１０として通常示されるように、るつぼ中でのバッチ融液の形成で始まる。バッチ融液は形成されたままのブール中の非化学量論的な組成を示すように供給されるのが通常である。１態様によれば、ブールはaAD・ｂE２D３の一般式を有し、ここでAはMg、Ca、Zn、Mn、Ba、Sr、Cd、Feおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、EはAl、In、Cr、Sc、Lu、Feおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、そしてDはO、S、Seおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、スピネルがE２D３リッチであるようにｂ：a比＞１：１である。さらに詳しくは、化学量論的な組成はｂ：a比＝１：１であり、非化学量論的な組成はｂ：a比≠１：１である。
【００１１】
ここで用いられるように、「ブール」（“boule”）という用語は、溶融処理により形成される単結晶の固まりをいい、インゴット、円筒形もしくは類似の構造を含む。
【００１２】
ある態様によれば、AはMg、DはO、そしてEはAlであり、単結晶スピネルは式aMgO・ｂAl２O３を有する。ここに含まれるいくつかの開示はMgO・Al２O３スピネル系組成に言及するが、本発明の開示は上記のように一般式aAD・ｂE２D３を有する比較的広いグループのスピネル組成にもっと一般的に関すると理解される。
【００１３】
E２D３リッチスピネルは１：１より大きいｂ：a比により表されるのが通常であるが、ある態様は約１．２：１より小さくない、たとえば約１．５：１より小さくない、ｂ：a比を有する。他の態様は、ADに対してはるかに高いE２D３割合を有し、たとえば約２．０：１より小さくなく、もしくは２．５：１より小さくない。ある態様によれば、E２D３の相対的含量は約４：１より大きくないｂ：a比を有するように限定される。具体的な態様は約３：１（たとえば２．９：１）のｂ：a比を有しうる。
【００１４】
るつぼでのバッチ融液の形成に続いて、スピネル単結晶ブールはチョクラルスキー引上げ法のような種々の方法の1つにより形成されるのが通常である。チョクラルスキー引上げ法は、ここである態様の形成に利用されてきたが、火炎溶融法とは異なる数多くの融液系方法の１つが利用されうることが理解される。このような融液系方法は、さらにブリッジマン法、液体封止法、水平勾配フリーズ法、上端規定成長法（edge-defined growth method）、シュトックバーガー法、もしくはクリオポラス法を含む。これらの融液系方法は、融液からブールを成長させる点で火炎溶融法と基本的に異なる。これに対し、火炎溶融法はブールが成長するバッチ融液を作り出さず、むしろ液体中の固体原料（たとえば粉体）の一定の流れを熱い火炎に供給し、ついで溶融された生成物は溶融生成物が固化する受け入れ表面に対して放出される。
【００１５】
通常、種単結晶はバッチ融液と種結晶が互いに回転する間に、融液と接触される。種結晶は化学量論的なスピネルからなり、十分に高純度と結晶均一性を有し、ブール成長に適切なテンプレートを与える。種結晶は固定されたるつぼに対して回転され得、るつぼは固定された種結晶に対して回転され得、またはるつぼおよび種結晶の両方が回転され得る。回転の間、種結晶および活発に形成するブールは融液から引き上げられる。
【００１６】
本発明の１態様によれば、平均ブール径およびバッチ融液を含むるつぼの内径は、あるパラメータ内に調節される。最も一般的には、単結晶ブールは約０．３９より小さくないプロセスアスペクト比で成長する。ここで、プロセスアスペクト比はるつぼ径に対する平均ブール径の比として定義される。平均ブール径は、公称長さに沿ったブールの平均径であり、公称長さは下流の処理段階によりウェハの形成に用いられるブール部分を表し、通常、ネック部およびテール部（ブールの対向端の円錐形状端キャップ部）を含まない。通常、ブール径はブールの公称長さに沿って比較的一定である。最小のプロセスアスペクト比での形成は「フリッピング」（“flipping”）として知られる望ましくない結晶配向に確実に抗するのに役立つ。もっと具体的には、ブールは＜１１０＞配向（正方形もしくは六角形の形状）よりも＜１１１＞配向（三角形の形状）を有するのが望ましく、そして十分に高いアスペクト比は＜１１１＞結晶配向から＜１１０＞結晶配向へのフリッピングに抗するのを確実にしうる。
【００１７】
MgO・Al２O３系に関して、多数の試料が３：１（２．９：１）のｂ：ａ比に基づいて作り出されたが、関連するプロセス条件は下記の表に示される。本発明のある態様は約０．４０より小さくない、約０．４２より小さくない、もしくは約０．４３より小さくない、いくらか高い最小プロセスアスペクト比を有する。他の態様は約０．４４より小さくない、もしくはさらに大きい、なお高いプロセスアスペクト比を有する。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
通常、ブールおよびそれからのウェハは単一のスピネル相から本質的になり、２次的な相を含まない。もう１つの態様によれば、ブールおよびそれから加工されたウェハは、不純物およびドーパントを含まない。１つの態様によれば、ウェハは光電子用途用のデバイス基板に加工され、ウェハおよびデバイス基板はａMgO・ｂAl２O３から本質的になる組成を有し、ここでｂ：ａの比は１：１より大きい。この点に関し、不純物およびドーパントは除外されるのが通常である。たとえば、Ｃｏは前記の態様において算入を制限され、そうでないとＱスイッチ用途用のドーパントである。Ｑスイッチ用途と異なり、比較的純粋なスピネルが、デバイス基板の基本的で新しい特性に作用するドーパントを実質的に含まないで利用されることが望ましいのが通常である。
【００２０】
本発明の１つの態様によれば、単結晶スピネルブールは望ましい特性を有するように形成される。上記の望ましい＜１１１＞配向に加えて、ブール、ウェハおよびそれから形成されるデバイス基板も、ｂ：ａの比が１：１である化学量論的製品と比べて、機械的応力および/またはひずみが減少するのが通常である。この点に関し、本発明の態様は能動デバイスの基板を形成する単結晶ウェハの形成に関して望ましくは高収率を与え、さらに以下に詳述するような改良された加工処理態様を与える。
【００２１】
改良された加工処理態様に関して、ブールはたとえば約５０℃/時間以上のような比較的高い冷却速度で冷却されうる。さらに高い冷却速度も本発明の態様により利用され得、たとえば約１００℃/時間以上、約２００℃/時間以上、そしてさらに約３００℃/時間超の速度である。増加した冷却速度は単結晶ブールを形成するための作製方法の生産量を向上するのに望ましく、さらに作製全体の熱的経費を減少させ、したがってコストを削減する。従来法により形成されるブールは冷却処理中の破壊を防止するために、比較的低い冷却速度で冷却されるのが通常である。しかし、本発明の態様によれば、冷却速度は実質的に比較的高くてよく、冷却されたままの形状の無傷のブールを与える。通常、従来の冷却速度は４０℃/時間以下のオーダーであり、日オーダーの冷却期間を必要とする。
【００２２】
さらに、本発明のもう１つの態様によれば、冷却に続いて従来実施されている、ブールのアニーリングは、比較的短時間で限定される。通常、その時間は約５０時間以下、たとえば約３０時間以下、さらには約２０時間以下である。ある態様によれば、アニーリングは、約１０時間以下の期間に制限される。それどころか、アニーリングは実質的に完全に除去され得、それにより後熱処理なしにする。これに対し、従来のブール形成法は低い
ウェハ収率ならびにブール破壊をもたらす残留内部応力およびひずみを軽減しようと試みるために、かなりのアニール時間の利用を要求するのが通常である。特定の理論に拘束されるわけではないが、本発明の態様によれば、ブールにおける内部応力およびひずみの減少は柔軟な加工処理条件を可能にし、上述のように、アニーリング期間の減少もしくは完全な除去、ならびに増加した冷却速度を含む。
【００２３】
もう１つの態様によれば、機械的内部応力およびひずみの減少は、収率、ブールのスライシングにより形成される無傷ウェハの数、により数量化される。通常、スライシングはいくつかのスライシング法のいずれかにより実施され、特にワイヤソーイングである。ここで使用されるように、収率は式Ｗi/（Ｗi＋Ｗf）×１００％で数量化される。ここで
Ｗi＝ブールから加工処理された無傷ウェハの数、そしてＷf＝ブールにおける機械的内部応力およびひずみによる、ブールからの破壊されたウェハの数である。従来は、この収率が非常に低く、たとえば１０％オーダーである。この認容し難いほど低い収率はブールにおける過度の内部応力およびひずみの現われである。これとは異なり、本発明の態様による収率は、通常約２５％以上、３０％以上、さらには４０％以上である。他の態様は約５０％以上、６０％以上、さらには７０％以上もの増加した高収率を示す。それどころか、ある態様は１００％近い収率を示す。これは内部応力および/またはひずみを減少させるからである。このような内部応力および/またはひずみは、形成されたままのブール内に存在するばかりでなく、加工処理されたブール、ブールからスライスされたウェハ、およびウェハからへき開されたデバイス基板にも存在する。この点に関し、加工処理されたブールの前述は、グラインディング（研削）、ラッピング、ポリッシングおよび洗浄のような、冷却後の機械加工工程に供されるブールを示すのが通常である。
【００２４】
ブールからスライスされたウェハは通常十分な径および関連した表面積を有し、増加したウェハサイズが半導体製造分野における半導体ダイのコストを低減させるのと同様に、能動デバイス製造者に処理コストを低減させる。したがって、ウェハは約１．７５インチ（約４．４ｃｍ）以上、通常約２．０インチ（約５．１ｃｍ）以上、そしてある態様において２．５インチ（約６．３ｃｍ）以上、の公称径を有するのが好適である。能動デバイス製造におけるウェハ取り扱いのために現行加工処理道具は、２インチウェハを取り扱うように適応されており、３インチウェハを取り扱うための処理装置は現在稼動（on-line）に至っている。この点に関し、次世代ウェハもここで述べる加工処理の特徴およびウェハの特徴により、本発明の態様により支持されうる。
【００２５】
成長したままの＜１１１＞単結晶スピネルブールおよびその端面（facet）構造は図１に示される。特に、図１Aはチョクラルスキー法で成長したブール１００の写真であり、一方、図１Bはチョクラルスキー法で成長したブールをネック部分とテール部分を除去したもの１１０の写真である。図１Bはブールからスライシングされたウェハ１２０を含み、外表面に端面を明りょうに示す。図１Cは＜１１１＞成長ブールの模式的断面１３０であり、端面１３３、１３６および１３９を示す。
【００２６】
図１Cに示されるように、＜１１１＞単結晶スピネルブールは三角形の形状を有し、１２個の端面１３３、１３６および１３９を持つのが通常である。ブールは｛２２−４｝面群である３個の大きな端面１３３を含む。６個の中間的なサイズの端面１３６は｛０２−２｝面群に沿って延び、一方、３個の小さな端面１３９は｛−２−２４｝面群に沿って延びる。
【００２７】
１つの態様において、平面（通常面の表面）が｛２２−４｝面群１３３の１つに沿って機械加工操作により形成されるのが通常である。ブールのスピネル構造において、｛２２−４｝面群の面は｛００１｝へき開面群の面がウェハの前面もしくは表面で形成する点の位置（直線を形成）に平行である。このように、この平面は｛００１｝へき開面群がウェハの表面で形成する線に平行である。したがって、｛２２−４｝面群の面における平面はウェハのへき開面の配向と一致している。
【００２８】
単結晶スピネルウェハにおける｛２２−４｝面群の面と｛００１｝へき開面群との関係は、図２に示される。＜１１１＞配向基板ウェハ２００は、面２１０、２２０の間に前面２１０、裏面２２０および外周端２３０を有する。１つの態様において、大きいほうの平面２４０は｛２２−４｝面群の面に沿って外周端２３０に研削される。大きいほうの平面２４０はウェハ２００がブールからスライシングされる前に、ブールに研削されるのが通常であるが、所望ならばスライシング後に研削されうる。
【００２９】
図２に示されるように、へき開面２６０と前面２１０の交点により形成される点の位置は平面２４０に平行な線を形成する。その態様に示されるように、前面および主たる平面に沿って張り出された線は互いに平行であり、異なる配向が使用され得、たとえば大きいほうの平面と張り出された線の間の、零度でない所定角度である。｛００１｝へき開面２６０に沿ってウェハ２００において開始されるへき開は、大きいほうの平面２４０に平行な、ウェハ２００の前面２１０と交差する。これは特に有利である。なぜなら、＜１１１＞スピネルウェハ２００上に成長した（０００１）AlｘGa１-ｘ-ｙInｙNのエピタキシャル層の（１０−１０）へき開面はウェハ２００において｛００１｝へき開面２６０と並んでいるからである。すなわち、AlｘGa１-ｘ-ｙInｙNエピタキシャル層の（１０−１０）へき開面の端部はウェハへき開面−前面交点で形成される点の位置に実質的に平行である。
【００３０】
図２および３に示されるように、第２の、小さいほうの平面２５０は外周端２３０に研削され、ダイの平面の面に平行でない面、たとえば｛０２−２｝および ｛０１−１｝面群における面、に沿って延びるのが通常であり、そしてさらに大きいほうの面に平行でない｛２２−４｝および ｛１１−２｝面群の面を含む。好適には、小さいほうの平面２５０はウェハ２００がブールからスライシングされる前に、ブールに研削される。しかし、所望ならば小さいほうの平面２５０は、スライシング後にウェハ２００に研削されうる。
【００３１】
図２に示されるように、ウェハはへき開面が大きいほうの平面から勾配をつけられるように配向される。もっと正確には、各へき開面は線を形成する点の位置に沿って裏面と交差し、裏面に沿う線は前面と大きいほうの平面に沿う線間の間隔よりも大きい距離で大きいほうの平面から間隔を置いている。この配向、前面から大きいほうの平面に対する下方への勾配、はここでは「負」の勾配と考えられる。各面は、図２に示されるように、約４０〜６０度、測定すると通常約５５度、の範囲で、前面と角度をなす。
スピネル構造において、大きいほうの平面への法線(垂直線)および第２平面への法線は同一面にあるので、これらの法線は互いに交差し、たとえば互いに６０，９０、１２０もしくは１５０度の角度をなす。たとえば、（０２−２）/（０１−１）面に沿って延びる小さいほうの平面への法線は、｛２２−４｝/｛１１−２｝面群の面に沿って延びる大きいほうの平面への法線に３０，９０および１５０度の角度をなす。（２２−４）/（１１−２）面に沿って延びる小さいほうの平面への法線は、たとえば｛１１−２｝/｛２２−４｝面群の面に沿って延びる大きいほうの平面への法線に６０度の角度をなしうる。ここに述べるように配向された、大きいほうおよび小さいほうの平面を用いることにより、ウェハ２００は正確に配向されうる。
【００３２】
ブール１１０の配向は、ラウエカメラでの後方散乱電子画像化のような電子画像化の助けにより、完成される。この方法は図４A〜Dおよび５A〜Cの助力で説明されうる。図４A〜Dは単結晶スピネルの種々の配向の後方散乱写真である。図４Aおよび５Bは、形成された＜１１１＞配向されたスピネル単結晶を示し、三角形の断面１３０が頂点を有するとき、大きいほうの平面２４０は頂点に対向して三角形の底面であり、そしてカメラに対向する面は前面２１０である。
【００３３】
画像化を実行する際に、第１にネック部分およびテール部分は成長したままのブール１００から除去され、配向した円筒状ブールの対向端に第１および第２平面表面を残すので、ブールの中心軸は平面端部表面に垂直であり、＜１１１＞方向に通常平行である。通常平行であることにより、その軸は一般的に＜１１１＞方向の５度以内、通常３度以内、そして望ましくは２度以内である。ある態様によれば１度以内である（０度が厳密な平行を示す）。ついで、ブール１１０は後方散乱法で画像化される。図４Bはカメラに対向する面として裏面を示す。前面２１０および裏面２２０が確認されると、大きい方の平面２４０および小さいほうの平面２５０がブール１１０に研削される。１つの態様によれば、ブール１１０から切り出され、前面を上に向けて配向したウェハ２００は、小さいほうの平面２５０が大きい方の平面２４０から間隔をおいているので、法線は反時計回りに約１８０度より小さい角度をなす。この配置によれば、ウェハは加工処理操作時に適切に配向され得、たとえばエピ層堆積のための基板表面上に通常実施される仕上げ操作に適切な配向である。さらに、電子もしくは光電子デバイスの製造者は成長エピ層用表面を適切に確認し、エピタキシャル成長のためにウェハを配向しうる。
【００３４】
１つの態様によれば、光電子デバイスは本発明の開示に基づいてウェハを用いて作製される。その方法によれば、AlｘGa１-ｘ-ｙInｙNエピ層は、ウェハ上に成長させるのが通常である。Xおよびｙの値はともに０から１まで変動しうる。好適には、０≦ｘ≦０．２５および０≦ｙ≦０．５である。AlｘGa１-ｘ-ｙInｙNエピ層のへき開面の端部はウェハの前面における（００１）へき開面の張り出しに通常平行である。変動する濃度の付加的層を、作製されるべきデバイスに依存して、必要に応じて成長させうる。さらに、パターニングおよびコンタクト層形成のような、いくつかの付加的工程もLEDおよびレーザーダイオードを作製するために実施されうる。実際のデバイス作製の詳細は当業者に知られており、この開示の範囲を超える。
【実施例】
【００３５】
例
チョクラルスキー法により成長したブール（インゴット）は２つの平らな表面を製造するために頂部とテール部分を除去された。ブール端部（２つの平らな表面）はラウエ後方散乱法を用いてX線解析により、配向を確認し、さらに次の点を確認した。１）（１００）へき開面を確実にするために、得られるであろうウェハのための前面が得られるウェハの底面から頂面にへき開するであろうこと（ここで底面の交線は頂面の交線よりも、形成されるべき大きい方の平面から離れている）、ならびに２）大きい方の平面（１１−２）（もしくは（２２−４））および小さいほうの平面（０１−１）（もしくは（０２−２））。ついで、ブール端部はX線解析により、配向を測定され、ブールの軸を＜１１１＞方向に調整された。
【００３６】
ついで、１１１方向（すなわち中心軸は＜１１１＞配向に平行であった）にまさに平行である円筒体を形成するために、ブールは回転され約２インチ（約５．１ｃｍ）の径にされた。この時点で、大きい方の平面および小さいほうの平面方向がスクライビングにより
頂面上にマークされた。ついで、大きい方の平面および小さいほうの平面は、＜１１１＞方向に垂直である方向に沿って材料を除去するためにブール外周を研削することにより、円筒体に付加され、それにより形成された平面は＜１１１＞方向に平行に延びた。ついで、回転ブールは個別のウェハブランクにスライシングされた。個別のウェハブランクはラッピングされ、研削により傾斜角を付与され、連続番号がレーザーを用いて記入され、そしてエピタキシャル層成長に適した表面を与えるために前面に沿ってポリッシングされた。
【００３７】
上記の説明は例証および説明のために示されたものである。徹底的なものでもなく、また開示された正確な形態もしくは態様にその範囲に限定することは意図されておらず、変更および変形も上記の教示から可能であり、または本発明の態様の実施から得られうる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】成長したままのスピネル＜１１１＞ブールを示す。
【図１Ｂ】ネック部およびテール部を除去したブール、ならびにそれからスライシングされたウェハを示す。
【図１Ｃ】ウェハの模式的断面を示す。
【図２】本発明の１態様によるウェハの斜視図。
【図３】本発明の１態様によるウェハの平面図。
【図４Ａ】相対する配向におけるスピネル＜１１１＞の後方散乱像。
【図４Ｂ】相対する配向におけるスピネル＜１１１＞の後方散乱像。
【図４Ｃ】＜０１１＞配向ブールの後方散乱像。
【図４Ｄ】＜１００＞配向ブールの後方散乱像。
【図５Ａ】主要および主要でない平面を示す＜１１１＞スピネルブールの断面。
【図５Ｂ】＜１１１＞配向の後方散乱像。
【図５Ｃ】前面を有するブールを示す。
【図１Ａ】
2007506639.tif 000004
【図１Ｂ】
2007506639.tif 000005
【図１Ｃ】
2007506639.tif 000006
【図２】
2007506639.tif 000007
【図３】
2007506639.tif 000008
【図４Ａ】
2007506639.tif 000009
【図４Ｂ】
2007506639.tif 000010
【図４Ｃ】
2007506639.tif 000011
【図４Ｄ】
2007506639.tif 000012
【図５Ａ】
2007506639.tif 000013
【図５Ｂ】
2007506639.tif 000014
【図５Ｃ】
2007506639.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月15日(2006.8.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面および裏面；ならびに第１および第２平面を持つ外周部を含む単結晶スピネルウェハ。
【請求項２】
ウェハが＜１１１＞結晶学的配向を有する請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項３】
ウェハの前面および裏面が（１１１）結晶面に沿って延びる請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項４】
第１平面がウェハのへき開面の配向を示す請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項５】
ウェハのへき開面が線に沿って延びる点の位置で前面と交差し、その線は第１平面に平行である請求項４記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項６】
第１平面は｛２２−４｝および ｛１１−２｝面群における面に沿って延びる請求項５記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項７】
第２平面がへき開面のへき開伝播の方向を示す請求項５記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項８】
第２平面がウェハの前表面および裏表面である請求項５記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項９】
へき開面が前面に対し55度の角度をなす請求項５記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１０】
第２平面は｛０２−２｝、 ｛０１−１｝ 、｛２２−４｝および ｛１１−２｝面群の面に沿って延び、大きいほうの平面の面に平行でない請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１１】
第１平面への法線および第２平面への法線が同一面にあるので、これらの法線は互いに交差し、法線は互いに６０，９０、１２０もしくは１５０度の角度をなす請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１２】
ウェハが非化学量論的スピネルを含む請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１３】
ウェハは一般式aAD・ｂE２D３で示され、ここでAはMg、Ca、Zn、Mn、Ba、Sr、Cd、Feおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、EはAl、In、Cr、Sc、Lu、Feおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、そしてDはO、S、Seおよびそれらの組合わせからなる群より選ばれ、スピネルがE２D３リッチであるようにｂ：a比＞１：１である請求項１２記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１４】
AはMg、DはO、そしてEはAlであり、単結晶スピネルは式aMgO・ｂAl２O３を有する請求項１３記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１５】
ｂ：a比が１．２：１以上である請求項１３記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１６】
ｂ：a比が１．５：１以上である請求項１３記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１７】
ｂ：a比が２．０：１以上である請求項１３記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１８】
ｂ：a比が２．５：１以上である請求項１３記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項１９】
ｂ：a比が４：１以下である請求項１３記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２０】
ウェハが化学量論的スピネルに比べて減少した機械的応力およびひずみを有する請求項１３記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２１】
さらに活性層を含み、活性層は窒化物半導体層を含む請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２２】
窒化物半導体層がAlｘGa１-ｘ-ｙInｙN（ここで、０≦ｘ≦０．２５および０≦ｙ≦０．５）を含む請求項２１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２３】
ウェハのへき開面が線に沿って延びる点の位置で前面と交差し、その線は第１平面に平行であり、かつ活性層のへき開面に平行である請求項２１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２４】
第１平面が大きいほうの平面であり、そして第２平面が小さいほうの平面である請求項１記載の単結晶スピネルウェハ。
【請求項２５】
請求項１記載のウェハの上に設けられる能動デバイス。
【請求項２６】
デバイスがレーザーダイオードおよびLEDよりなる群から選ばれる光電子である請求項２５記載のデバイス。
【請求項２７】
前面および裏面；第１の線に沿って延びる点の位置で前面と交差するへき開面；
ならびに第１および第２平面を持つ外周部；を含み、
該第１および第２平面は、（ｉ）第１の線と第１平面との関係により規定される、ウェハのへき開面の配向、ならびに（ii）該線からのへき開面のへき開伝播の方向、が一致している、単結晶スピネルウェハ。
【請求項２８】
第１の線とへき開面が互いに対して所定の角度を有する請求項２７記載のウェハ。
【請求項２９】
第１の線とへき開面が互いに平行である請求項２７記載のウェハ。
【請求項３０】
へき開面は第２の線を形成する点の位置に沿って底面と交差し、ここで該へき開面は配向しているので、該へき開面は第１平面から勾配をつけられ、かつ該第2の線は第1の線と第１平面間の距離よりも大きい第１平面からの距離に位置される、請求項２７記載のウェハ。
【請求項３１】
第２平面がへき開面の勾配の方向を示すように位置される請求項３０記載のウェハ。
【請求項３２】
第１平面が大きいほうの平面であり、そして第２平面が小さいほうの平面である請求項３０記載のウェハ。
【請求項３３】
ウェハがスピネル結晶構造を持つ単結晶から本質的になる請求項２７記載のウェハ。
【請求項３４】
前面および裏面ならびに第１および第２平面をもつ外周部を有する単結晶スピネルウェハを用意すること；第１および第２平面の位置に基づいてウェハを配向させること；
ウェハに重ねて少なくとも１つの活性層を形成すること；ならびに能動デバイスを作製するためにウェハをへき開させること；を含む能動デバイスの製造方法。
【請求項３５】
第１および第２平面をもつ外周部を含む単結晶スピネルブール。
【請求項３６】
＜１１１＞配向を有する単結晶ブールを形成すること；ブールに第１および第２平面を形成すること；ならびにブールをウェハにスライシングすること；を含み、第１および第２平面はウェハのへき開面の配向を示し、ウェハの前面および裏面と一致する、ウェハの製造方法。
【請求項３７】
第１および第２平面の位置が電子画像化により決定される請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
ブールの第１および第２端部に第１および第２の対向する平面表面を形成することをさらに含み、該平面表面は、該第１および第２の平面表面に垂直に延びるブール中心軸が＜１１１＞方向の５度以内に調整されるように形成される、請求項３６記載の方法。
【国際調査報告】
2007506639.tif 000016
2007506639.tif 000017
2007506639.tif 000018