(57)【要約】  単結晶スピネルブール、ウェハ、基板およびそれらを含む能動デバイスが開示される。機械的応力および/またはひずみが減少した、このような物品は改良された収率により表される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼにバッチ融液を供給すること；その融液からスピネル単結晶ブールを成長させること；アニーリングを約５０時間以下の期間に制限すること；ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること；を含む、単結晶スピネルウェハの製造方法。
【請求項２】
アニーリングが約３０時間以下の期間に制限される請求項１記載の方法。
【請求項３】
アニーリングが約２０時間以下の期間に制限される請求項１記載の方法。
【請求項４】
アニーリングが約１０時間以下の期間に制限される請求項１記載の方法。
【請求項５】
アニーリングが実質的に完全に除去される請求項１記載の方法。
【請求項６】
ウェハが非化学量論的である請求項１記載の方法。
【請求項７】
ブールは一般式aAD・ｂE２D３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である請求項１記載の方法。
【請求項８】
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７記載の方法。
【請求項９】
スピネル単結晶ブールが、チョクラルスキー法、ブリッジマン法、液体封止ブリッジマン法、水平勾配フリーズ法、上端規定成長法、シュトックバーガー法、もしくはクリオポラス法からなる群より選ばれる方法により形成される請求項１記載の方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法により形成される単結晶スピネルウェハ。
【請求項１１】
るつぼにバッチ融液を供給すること；約０．３９より小さくないプロセスアスペクト比でその融液からスピネル単結晶ブールを成長させること（ここで、プロセスアスペクト比は、るつぼ内径に対する平均ブール径の比として定義される）；ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること；を含む単結晶スピネルウェハの製造方法。
【請求項１２】
プロセスアスペクト比が約０．４０より小さくない請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
プロセスアスペクト比が約０．４２より小さくない請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
プロセスアスペクト比が約０．４３より小さくない請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
プロセスアスペクト比が約０．４４より小さくない請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
プロセスアスペクト比が、[１１１]配向から異なる配向へのブールフリッピングを防止するのに有効である請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
ブールが非化学量論的である請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
ブールは一般式aAD・ｂE２D３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である請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
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１８記載の方法。
【請求項２０】
単結晶が種結晶を融液と接触させることにより成長する請求項１１記載の方法。
【請求項２１】
種結晶および融液が成長時に互いに対して回転される請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
スピネル単結晶ブールが、チョクラルスキー法、ブリッジマン法、液体封止ブリッジマン法、水平勾配フリーズ法、上端規定成長法、シュトックバーガー法、もしくはクリオポラス法からなる群より選ばれる方法により形成される請求項１１記載の方法。
【請求項２３】
るつぼにバッチ融液を供給すること；その融液からスピネル単結晶ブールを成長させること；そのブールを約５０℃/時間以上の冷却速度で冷却すること；ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること；を含む、単結晶スピネルウェハの製造方法。
【請求項２４】
冷却がそのブールを１００℃/時間以上の速度で実施される請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
冷却がそのブールを２００℃/時間以上の速度で実施される請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
冷却がそのブールを３００℃/時間以上の速度で実施される請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
ブールが非化学量論的である請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
ブールは一般式aAD・ｂE２D３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である請求項２３記載の方法。
【請求項２９】
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２８記載の方法。
【請求項３０】
スピネル単結晶ブールが、チョクラルスキー法、ブリッジマン法、液体封止ブリッジマン法、水平勾配フリーズ法、上端規定成長法、シュトックバーガー法、もしくはクリオポラス法からなる群より選ばれる方法により形成される請求項２３記載の方法。
【請求項３１】
るつぼにバッチ融液を供給すること；約０．３９より小さくないプロセスアスペクト比でその融液からスピネル単結晶ブールを成長させること（ここで、プロセスアスペクト比は、るつぼ内径に対する平均ブール径の比として定義される）；そのブールを約５０℃/時間以上の冷却速度で冷却すること；アニーリングを約５０時間以下の期間に制限すること；ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること；を含む、単結晶スピネルウェハの製造方法。
【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、スピネル結晶構造を持つ材料は、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。サファイアを超えるスピネルの優秀さにもかかわらず、数多くの加工処理の障害は経済的な実行可能性を幾分制限することをもたらす。産業はいわゆる「ベルヌーイ」法である火炎溶融法として知られている方法によりスピネル基板を作り出すことを求めて来たが、このような方法は実行するのがかなり困難であり、形成されるブールにおける組成の不均一性は非常に高い処理温度に原因が帰せられている。
【０００５】
さらに、産業は融液に基づく方法から単結晶スピネルブールを開発することを求めて来ており、とりわけいわゆるチョクラルスキー法のような方法を含む。このような融液に基づく方法において、化学量論的な結晶（通常MgO・Al２O３であり、１：１のMgO：Al２O３比を有する）は、固体表面の固化を含む火炎溶融よりもむしろバッチ融液から成長するのが通常である。融液に基づく方法は単結晶スピネル基板の創出に多くの見込みを示すが、その方法は制御するのが比較的困難であり、望ましくないほどの低収率、増大するコストをもたらす。さらに、延びた冷却期間とアニーリング期間がブール形成に続いてブール中に存在する機械的内部応力およびひずみを除去するために実行される。このような冷却速度は異常に低くなり得、冷却期間は著しく長く、生産量に影響し、熱的経費およびコストを増加させる。同様に、何百時間にもわたりうる、延びたアニーリング時間は加工処理コストをさらに増加させる。比較的高い加工処理コスト以外に、そして結晶中の残留機械的応力およびひずみに向かう企てられる予防的手段にもかかわらず、ブールから形成されるウェハは望ましくない破損率を度々生じやすく、２０％未満の収率も多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、単結晶スピネルブールは融液法により形成される。その
ブールは非化学量論的な組成を有し、減少した機械的応力を有する。その減少した機械的応力は比較的高い収率、通常約２０％以上、により表される。収率は式Ｗi/（Ｗi＋Ｗf）×１００％で定義される。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。
【０００８】
本発明のもう1つの態様によれば、単結晶スピネルウェハは融液法により形成され、そのウェハは非化学量論的な組成を有し、減少した内部応力を有する。その減少した内部応力は約２０％以上の収率により表される。収率は上述のように、式Ｗi/（Ｗi＋Ｗf）×１００％で定義され、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。
【０００９】
本発明のもう1つの態様によれば、光電子基板が提供され、aMgO・ｂAl２O３単結晶スピネルから本質的になり、スピネルがAl２O３リッチであるようにｂ：a比は１：１より大きく、単結晶スピネルは融液法により製造される。
【００１０】
もう1つの態様によれば、デバイスが供給され、融液法により製造される非化学量論的なスピネル基板、ならびにその基板に重なる活性層を含む。
【００１１】
本発明のもう1つの態様によれば、単結晶スピネルウェハの製造方法が提供され、るつぼにバッチ融液を供給すること、その融液からスピネル単結晶ブールを成長させること、アニーリングを約５０時間以下の期間に制限すること、ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること、を含む。
【００１２】
本発明のもう1つの態様によれば、単結晶スピネルウェハの製造方法が提供され、るつぼにバッチ融液を供給すること、その融液からスピネル単結晶ブールを成長させること、ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること、を含む。この態様において、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内径に対する平均ブール径の比として定義される。
【００１３】
本発明のもう1つの態様によれば、単結晶スピネルウェハの製造方法が提供され、るつぼにバッチ融液を供給すること、その融液からスピネル単結晶ブールを成長させること、そのブールを約５０℃/時間以上の冷却速度で冷却すること、ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること、を含む。
【００１４】
本発明のもう1つの態様によれば、単結晶スピネルウェハの製造方法が提供され、るつぼにバッチ融液を供給すること、その融液からスピネル単結晶ブールを成長させること、そのブールを約５０℃/時間以上の冷却速度で冷却すること、アニーリングを約５０時間以下の期間に制限すること、ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること、を含む。この成長工程において、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内径に対する平均ブール径の比として定義される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。MgO・Al２O３系に関して、２元系相図を示す図１が注目される。示されるように、aMgO・ｂAl２O３のアルミナ含量がｂ：ａ比が化学量論的MgO・Al２O３を示す１：１を超えて増加するにつれて、液相線温度は低下する。したがって、溶融は比較的低い温度で達成される。たとえば、アルミナリッチスピネルにおいてブール形成に用いられる溶融温度は、化学量論的スピネルのために使用可能な溶融温度より５０から１００度のオーダーで低い。MgO・Al２O３（ｂ：ａ＝１：１）により示される組成を有する化学量論的スピネルは、約２３７８Ｋの液相線温度を有するが、一方４：１のｂ：ａ比では液相線温度が約２２６４Ｋと著しく低い。
【００１８】
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。
【００１９】
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、液体封止ブリッジマン法、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。
【００２０】
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、図１１の工程２１２で融液と接触される。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図１１の工程２１４で融液から引き上げられる。
【００２１】
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工程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。
【００２２】
望ましく配向された＜１１１＞ブールおよび「フリッピング」ブール両方の実際の写真、ならびに結晶配向に対するアスペクト比の関係が図２〜８および下の表１に示される。図２はプロセスアスペクト比約０．２８により形成された誤配向（フリッピング）単結晶ブール（２インチブール径、７インチるつぼ径）を示し、一方図３および４はプロセスアスペクト比０．５７（４インチブール径、７インチるつぼ径）および０．５０（２インチブール径、４インチるつぼ径）により形成された良好な＜１１１＞単結晶ブールを示す。本発明の態様によれば、図５および６はもう１つの誤配向（フリッピング）ブールを示し、一方図７および８は良好な＜１１１＞単結晶ブールを示す。
【００２３】
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。
【００２４】
【表１】
2007506641.tif 000003
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
改良された加工処理態様に関して、図１１の工程２１６で、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。
【００２８】
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（図１１のアニ−ル工程の欠如により示される）、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。
【００２９】
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、図１１の工程２１９によるように、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、図１１の工程２１８により一般的に示されるように、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。
【００３０】
スライシングに続いて、ウェハは図１１の工程２２０の機械加工によるように、さらに加工処理されうる。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。
【００３１】
図９は本発明の１態様によるウェハを示し、特にウェハ９０は能動デバイスのために個別のデバイス基板を形成する多数のダイ９２を有する。示されるように、ウェハはウェハ径について前述の説明のように径ｄを有する。通常、個別のデバイス基板もしくはダイ９２はウェハ９０から離れており、ウェハ加工処理に続いて、個別の能動デバイスを形成する。個別のダイが切り目線に沿うソーイングにより形成されるのが通常である、半導体製造とは異なり、個別の能動部品はウェハのへき開面および重なる活性層に沿って、ウェハからへき開され得、へき開面はウェハの面に非平行に配向されるのが通常である。通常、加工処理されるウェハの表面は望ましい結晶学的配向、すなわち＜１１１＞結晶学的配向、を有し、Ga(Al,In)N能動材料のエピタキシャル成長に適している。
【００３２】
図１０に転じると、能動光電子デバイスの１態様が示される。特定の光電子デバイスはＬＥＤ１００であり、多数の窒化物半導体層を含む。ＬＥＤ１００は、ここでの態様により形成された単結晶スピネルデバイス基板１０２の上に堆積された、比較的厚いｎ型ＧＡＮ  ＨＶＰＥ−成長ベース層１０４を含む。このベース層はｎ型ＧＡＮ層１０６、中間ＩｎＧａ)Ｎ活性層１０８、および上方のｐ型ＧＡＮ層１１０により重ねられる。ｐ型ＧＡＮ層１１０はその上に形成されたｐ型コンタクト層１１２を有し、下方のｎ型ＧＡＮ層１０６はデバイスの一部に沿って形成されたｎ型コンタクト層１１４を有する。ｎ型ＧＡＮ層１０６はデバイスの活性層を形成するのが通常である。ＬＥＤのような能動光電子デバイスの付加的な加工処理および構造詳細はこの分野で知られている。このようなデバイスについてのさらなる詳細については米国特許第６，５３３，８７４号明細書を参照されたい。前述の態様はＬＥＤデバイスを説明するが、光、電子、もしくは光電子能動デバイスはレーザーダイオードのような種々の他の形態に適用しうることが理解されよう。
【実施例】
【００３３】
例
るつぼ充填準備：
MgO３９２．１ｇがAl２O３(酸化アルミニウム)２８７６．５ｇに配合された。この原料は一緒に混合され、セラミックるつぼ中で１１００℃、１２時間加熱された。冷却後、混合物は径１００ｍｍ、高さ１５０ｍｍのイリジウムるつぼ中に移された。
結晶成長：
酸化物混合物を有するイリジウムるつぼは、標準的なチョクラルスキー結晶成長ステーションに置かれ、高周波加熱により酸化物混合物の融点まで加熱された。少量の酸素を添加した窒素からなる不活性雰囲気がるつぼの周囲に用いられた。
【００３４】
混合物が液体となった後に、引き上げ棒に付着した＜１１１＞配向の少量の１：１スピネル種結晶が結晶成長を開始させるために用いられた。単結晶ブールは次の処理条件を用いて成長させた。径５３ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、種結晶引き上げ速度２ｍｍ/時間、種結晶回転速度４ｒｐｍ、冷却時間６時間、合計時間１２３時間。
【００３５】
冷却後に、結晶は気泡、混在物、もしくは他の目視欠陥を目視で検査された。目視検査後に、頂および底端部が除去され、結晶はＸ線配向検査（ラウエ回折法）に供された。全検査を通過した後に、結晶は「棒材」（“bar-stock”）調製に使用された。
【００３６】
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】
【００３７】
【図１】MgO−Al２O３系の相図。
【図２】７インチ径るつぼ中で成長した小径（２インチ）ブールの正面写真。
【図３】７インチ径るつぼ中で成長した大径（４インチ）ブールの正面写真。
【図４】４インチ径るつぼ中で成長した２インチ径ブールの正面写真。
【図５】誤配向（フリッピング）結晶の正面図。
【図６】誤配向（フリッピング）結晶の側面図。
【図７】良好な[１１１]結晶の正面図。
【図８】良好な[１１１]結晶の側面図。
【図９】径ｄを有し、数多くのデバイス基板もしくはダイを有するウェハを示す。
【図１０】本発明の１態様による典型的な光電子デバイスを示す。
【図１１】本発明の１態様による工程系統図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年8月17日(2006.8.17)
【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】
るつぼにバッチ融液を供給すること；その融液からスピネル単結晶ブールを成長させること；アニーリングを５０時間以下の期間に制限すること；ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること；を含む、単結晶スピネルウェハの製造方法。
【請求項２】
アニーリングが３０時間以下の期間に制限される請求項１記載の方法。
【請求項３】
アニーリングが２０時間以下の期間に制限される請求項１記載の方法。
【請求項４】
アニーリングが１０時間以下の期間に制限される請求項１記載の方法。
【請求項５】
アニーリングが実質的に完全に除去される請求項１記載の方法。
【請求項６】
ウェハが非化学量論的である請求項１記載の方法。
【請求項７】
ブールは一般式aAD・ｂE２D３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である請求項１記載の方法。
【請求項８】
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７記載の方法。
【請求項９】
スピネル単結晶ブールが、チョクラルスキー法、ブリッジマン法、液体封止ブリッジマン法、水平勾配フリーズ法、上端規定成長法、シュトックバーガー法、もしくはクリオポラス法からなる群より選ばれる方法により形成される請求項１記載の方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法により形成される単結晶スピネルウェハ。
【請求項１１】
るつぼにバッチ融液を供給すること；０．３９より小さくないプロセスアスペクト比でその融液からスピネル単結晶ブールを成長させること（ここで、プロセスアスペクト比は、るつぼ内径に対する平均ブール径の比として定義される）；ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること；を含む単結晶スピネルウェハの製造方法。
【請求項１２】
プロセスアスペクト比が０．４０より小さくない請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
プロセスアスペクト比が０．４２より小さくない請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
プロセスアスペクト比が０．４３より小さくない請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
プロセスアスペクト比が０．４４より小さくない請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
プロセスアスペクト比が、[１１１]配向から異なる配向へのブールフリッピングを防止するのに有効である請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
ブールが非化学量論的である請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
ブールは一般式aAD・ｂE２D３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である請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
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１８記載の方法。
【請求項２０】
単結晶が種結晶を融液と接触させることにより成長する請求項１１記載の方法。
【請求項２１】
種結晶および融液が成長時に互いに対して回転される請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
スピネル単結晶ブールが、チョクラルスキー法、ブリッジマン法、液体封止ブリッジマン法、水平勾配フリーズ法、上端規定成長法、シュトックバーガー法、もしくはクリオポラス法からなる群より選ばれる方法により形成される請求項１１記載の方法。
【請求項２３】
るつぼにバッチ融液を供給すること；その融液からスピネル単結晶ブールを成長させること；そのブールを５０℃/時間以上の冷却速度で冷却すること；ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること；を含む、単結晶スピネルウェハの製造方法。
【請求項２４】
冷却がそのブールを１００℃/時間以上の速度で実施される請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
冷却がそのブールを２００℃/時間以上の速度で実施される請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
冷却がそのブールを３００℃/時間以上の速度で実施される請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
ブールが非化学量論的である請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
ブールは一般式aAD・ｂE２D３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である請求項２３記載の方法。
【請求項２９】
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２８記載の方法。
【請求項３０】
スピネル単結晶ブールが、チョクラルスキー法、ブリッジマン法、液体封止ブリッジマン法、水平勾配フリーズ法、上端規定成長法、シュトックバーガー法、もしくはクリオポラス法からなる群より選ばれる方法により形成される請求項２３記載の方法。
【請求項３１】
るつぼにバッチ融液を供給すること；０．３９より小さくないプロセスアスペクト比でその融液からスピネル単結晶ブールを成長させること（ここで、プロセスアスペクト比は、るつぼ内径に対する平均ブール径の比として定義される）；そのブールを５０℃/時間以上の冷却速度で冷却すること；アニーリングを５０時間以下の期間に制限すること；ならびにそのブールを多数のウェハにスライシングすること；を含む、単結晶スピネルウェハの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
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１１０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。
【国際調査報告】
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