(57)【要約】【課題】反り及びクラックが発生することなく自立基板を製造することのできる自立基板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、異種基板上に第１薄膜を成長させる第１ステップ；イオンを注入して前記第１薄膜内にイオン注入層を形成する第２ステップ；前記イオン注入層を基準に、前記第１薄膜を上部薄膜と下部薄膜とに分離する第３ステップ；及び、前記上部薄膜上に第２薄膜を成長させる第４ステップを含むことを特徴とする自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法を提供し、反り及びクラックが発生することなく自立基板を製造することができ、異種基板と成長した自立基板とを分離するためのレーザー（Ｌａｓｅｒ）分離工程等の追加的な工程を必要としない効果を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種基板上に第１薄膜を成長させる第１ステップ；
イオンを注入して前記第１薄膜内にイオン注入層を形成する第２ステップ；
前記イオン注入層を基準に、前記第１薄膜を上部薄膜と下部薄膜とに分離する第３ステップ；及び
前記上部薄膜上に第２薄膜を成長させる第４ステップを含むことを特徴とする、自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１薄膜及び前記第２薄膜は、同種物質の薄膜であることを特徴とする、請求項１に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１薄膜及び前記第２薄膜は、ＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）薄膜であることを特徴とする、請求項１に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項４】
前記異種基板は、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、ＳｉＣ、Ｓｉ、又はＧａＡｓのいずれか一つからなることを特徴とする、請求項１に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１薄膜は、５μｍ以上成長させ、前記第２薄膜は、数百μｍ以上成長させることを特徴とする、請求項１に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項６】
前記イオンは、水素（Ｈ）イオンであることを特徴とする、請求項１に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項７】
前記第１薄膜は、第１温度下において前記上部薄膜と前記下部薄膜とに分離され、
前記第２薄膜は、前記第１温度よりも高い第２温度下において成長することを特徴とする、請求項１に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２温度は、１０００℃以上であることを特徴とする、請求項７に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項９】
前記第１薄膜の分離は、前記第２薄膜の成長のために前記第２温度に昇温する途中に行われることを特徴とする、請求項７に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項１０】
前記第１ステップ乃至第４ステップは、ｎ回（ｎは２以上の自然数）繰り返され、
ｉ回目の前記第１薄膜は、（ｉ−１）回目（ｉは、２以上ｎ以下の自然数）の前記下部薄膜であることを特徴とする、請求項１に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【請求項１１】
前記第１ステップ乃至第４ステップは、ｎ回（ｎは２以上の自然数）繰り返され、
ｉ回目の前記第１薄膜は、（ｉ−１）回目の前記下部薄膜及びその上に追加成長した追加（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）薄膜の結合体であること特徴とする、請求項１０に記載の自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自立基板の製造方法に関し、より詳しくは、反り及びクラックが発生することなく自立基板を製造することのできる自立基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）といった先端素子製造の材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の窒化物半導体に関する活発な研究が進められている。
【０００３】
特に、ＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）は、非常に大きな直接遷移型エネルギーバンドを有しており、ＵＶから青色に至る領域までの光を出すことができ、次世代ＤＶＤ光源として用いられる青色ＬＤ、照明用市場代替のための白色ＬＥＤ、高温・高出力電子素子分野等において核心素材として使用される次世代光電子材料である。
【０００４】
こうしたＧａＮ薄膜は、実用的な同種の基板がないため、異種基板（Ｓａｐｐｈｉｒｅ，  ＳｉＣ，  Ｓｉ等）に、有機金属化学蒸着法（Ｍｅｔａｌ‐Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；  ＭＯＣＶＤ）や水素気相蒸着法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ；  ＨＶＰＥ）等の方法により薄膜を形成させることで得られる。
【０００５】
しかし、こうした方法、特に、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板上に成長したＧａＮ薄膜の場合、基板と薄膜との間の格子定数差（１３．８％）及び熱膨張係数差（２５．５％）により、反り及びクラック（Ｃｒａｃｋ）が発生するという問題がある。
【０００６】
こうした問題はすべてサファイアや炭化珪素（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ）といった異種基板を使用することにより、格子不整合及び熱膨張係数不整合によって発生するものであるため、同種基板、すなわちＧａＮ基板を利用してＧａＮ薄膜を成長させれば、こうした問題は解決され得るものである。
【０００７】
一方、従来技術は、サファイア基板上に３００μｍ以上のＧａＮ膜を成長させた後、レーザー（Ｌａｓｅｒ）でサファイア基板とＧａＮ膜とを分離して自立ＧａＮ基板を得ている。したがって、異種基板と成長した自立基板を分離する追加的な工程が必要であるという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、反り及びクラックが発生することなく自立基板を製造することのできる自立基板の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このために、本発明は、異種基板上に第１薄膜を成長させる第１ステップ；イオンを注入して前記第１薄膜内にイオン注入層を形成する第２ステップ；前記イオン注入層を基準に、前記第１薄膜を上部薄膜と下部薄膜とに分離する第３ステップ；及び、前記上部薄膜上に第２薄膜を成長させる第４ステップを含むことを特徴とする自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法を提供する。
【００１０】
ここで、前記薄膜は、ＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）薄膜であってよい。
【００１１】
また、前記異種基板は、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、ＳｉＣ、Ｓｉ、又はＧａＡｓのいずれか一つからなっていてよい。
【００１２】
また、前記第１ステップは、前記第１薄膜を５μｍ以上成長させてよい。
【００１３】
そして、前記第２ステップの前記イオンは、水素（Ｈ）イオンであってよい。
【００１４】
また、前記第２ステップは、イオンを薄膜の表面から１００ｎｍ〜２μｍの深さに注入してよい。
【００１５】
そして、前記第４ステップは、１０００℃以上まで昇温された状態で進められてよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、異種基板に成長した薄膜にイオンを注入しこれを上部薄膜と下部薄膜とに分離した後、この分離された上部薄膜上に薄膜を再成長させて自立基板を製造することにより、反り及びクラックが発生することなく自立基板を製造することができる効果を有する。
【００１７】
また、異種基板と成長した自立基板とを分離するためのレーザー（Ｌａｓｅｒ）分離工程等の追加的な工程を必要とすることなく自立基板を製造することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係る自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法を示した流れ図である。
【図２】本発明の一実施例に係る自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施例に係る自立基板の製造方法について詳細に説明する。
【００２０】
なお、本発明を説明するにあたり、関連する公知の機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例に係る自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法を示した流れ図であり、図２は、これを概略的に示した概念図である。
【００２２】
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例に係る自立（Ｆｒｅｅ‐Ｓｔａｎｄｉｎｇ）基板の製造方法は、異種基板に第１薄膜を成長させるステップ（第１ステップ）、第１ステップにより成長した第１薄膜内にイオンを注入してイオン注入層を形成するステップ（第２ステップ）、イオン注入層を基準に、第１薄膜を上部薄膜と下部薄膜とに分離する第３ステップ、及び前記上部薄膜上に第２薄膜を再成長させるステップ（第４ステップ）を含んで構成されてよい。
【００２３】
まず、成長器に異種基板１００をローディング（Ｌｏａｄｉｎｇ）し、薄膜成長のためのソース（Ｓｏｕｒｃｅ）を供給して、異種基板１００に製造しようとする自立基板４００と同一の物質からなる第１薄膜２００を成長させる（第１ステップ）。
【００２４】
ここで、異種基板１００は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、又はＧａＡｓのいずれか一つからなっていてよく、成長する第１薄膜２００は、ＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）薄膜であってよい。
【００２５】
第１薄膜２００の成長方法は、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）又は水素気相蒸着法（ＨＶＰＥ）等、薄膜を成長させることのできる多様な方法が使用されてよい。
【００２６】
このとき、第１薄膜２００は、５μｍ以上成長することが好ましい。
【００２７】
第１ステップにより第１薄膜が成長した異種基板１００を成長器から取り出して、成長した第１薄膜２００にイオン注入器を介してイオンを注入して、イオン注入層３００を形成させる（第２ステップ）。
【００２８】
注入されるイオンは、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｆ等、多様なイオンが使用されてよいが、好ましくは、水素（Ｈ）イオンが使用されてよい。
【００２９】
イオンは、薄膜の表面から１００ｎｍ〜２μｍの深さにイオン注入層３００、すなわちイオン注入ピーク（Ｐｅａｋ）領域が形成されるように注入されてよい。
【００３０】
その後、異種基板１００を再び成長器にローディングし、続く第４ステップとして行われる第２薄膜の成長のために昇温させる。昇温過程において、イオンは膨張を開始する。このイオン膨張により第１薄膜は、イオン注入層３００、すなわちイオン注入ピーク領域を基準に、上部薄膜２１０と下部薄膜２２０とに分離されるようになる。特に、注入されたイオンが水素（Ｈ）イオンである場合、４００〜５００℃において、注入ピーク領域を基準に、上部薄膜と下部薄膜とに分離されるようになる。（第３ステップ）
例えば、１０００℃以上まで昇温されると、第２薄膜の成長を開始する。（第４ステップ）
第２薄膜は、反り及びクラックが発生することなく、数百μｍの膜に成長するようになる。
【００３１】
すなわち、分離された上部薄膜２１０上に同一物質の第２薄膜４００が成長するようになるため、第１薄膜と第２薄膜との間の格子不整合及び熱膨張係数不整合が発生せず、反り及びクラックが発生することなく、数百μｍの厚さ以上の成長が可能なのである。
【００３２】
成長した数百μｍの上部薄膜２１０及び第２薄膜４００は、冷却過程を経て、自立基板として使用されてよい。
【００３３】
また、異種基板１００と下部薄膜２２０は、注入されたイオンの膨張により、すなわち、自立基板の製造過程で既に分離されているので、従来技術のように、異種基板上に成長した自立基板を分離するための追加的なレーザー（Ｌａｓｅｒ）分離工程といった分離工程を必要としない。
【００３４】
そして、分離されたイオン注入ピーク領域の下部、すなわち、異種基板１００及び異種基板上に成長している下部薄膜２２０は、上述したイオン注入ステップを経るとともに、自立基板を製造するために再使用されてよいであろう。すなわち、第１ステップ乃至第４ステップをｎ回（ｎは２以上の自然数）繰り返し、（ｉ−１）回目（ｉは、２以上ｎ以下の自然数）の前記下部薄膜をｉ回目の第１薄膜として使用するのである。
【００３５】
このとき、異種基板上に成長した薄膜の厚さがイオン注入ステップによるイオンを注入するのに不十分な場合は、薄膜成長ステップを経て再使用されてもよいであろう。すなわち、第１ステップ乃至第４ステップをｎ回（ｎは２以上の自然数）繰り返し、（ｉ−１）回目の下部薄膜及びその上に追加成長した追加（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）薄膜の結合体をｉ回目の第１薄膜として使用するのである。
【００３６】
以上のとおり、本発明は、限定された実施例と図面により説明されたが、本発明は、前記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、こうした記載から、多様な修正及び変形が可能である。
【００３７】
それゆえ、本発明の範囲は、記載された実施例に極限されて決められてはならず、かつ後述する特許請求の範囲のみならず、特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。
【符号の説明】
【００３８】
１００：異種基板
２００：薄膜
２１０：上部薄膜
２２０：下部薄膜
３００：イオン注入層
４００：自立基板
【図１】
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【図２】
2012250907.tif 000004