(57)【要約】一例において、本発明は、ＩＩＩ族窒化物の厚い層を成長させるための基板を提供する。この基板は、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長のために提供された第１面、及び第１面に対向して複数のグルーブを有する第２面を有する。また、本発明は、グルーブが形成された基板を用いてＩＩＩ族窒化物の厚膜又はバルク結晶を生産する方法を提供する。一構成において、グルーブが形成された基板は、ボーイングが減少し、及び／又は基板からの自発的な分離が可能なＩＩＩ族窒化物の厚膜又はバルク結晶を成長させる。【選択図】図１
2017530081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物層を成長させるための基板であって、
（ａ）バルクＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長に適した第１面、及び
（ｂ）前記基板の第１面に対向して複数のグルーブを有する第２面
を有する基板。
【請求項２】
前記グルーブの幅は、個別的に１００マイクロメートルと３００マイクロメートルとの間で、前記グルーブの深さは、個別的に５０マイクロメートルと前記基板の厚さの７５％との間である、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記グルーブのピッチは個別的に０．１ｍｍと５ｍｍとの間である、請求項１又は２に記載の基板。
【請求項４】
前記グルーブは前記基板の結晶配向に沿う、請求項１から３のいずれか１項に記載の基板。
【請求項５】
前記結晶配向は前記基板の劈開方向である、請求項４に記載の基板。
【請求項６】
前記複数のグルーブは、前記基板が前記グルーブを第２面上に有しないこと以外は同一の比較基板に比べて、前記基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物層内により少ないボーイングを提供させるサイズ、形状及び前記第２面上の配置を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の基板。
【請求項７】
前記グルーブは、前記基板が前記グルーブを第２面上に有しないこと以外は同一の比較基板に比べて、前記基板上にＩＩＩ族窒化物層のより高い成長速度を提供させるサイズ、形状及び前記第２面上の配置を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の基板。
【請求項８】
前記グルーブは、ＩＩＩ族窒化物層が５００マイクロメートルより大きい厚さを有するとき、前記基板を、前記基板の第１面上に成長されたＩＩＩ族窒化物層から完全に又は部分的に分離させるサイズ、形状及び前記第２面上の配置を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の基板。
【請求項９】
前記グルーブは、前記第２面の縁部の近くに比べて前記第２面の中心領域でより近く離隔した、請求項１から８のいずれか１項に記載の基板。
【請求項１０】
前記基板は非結晶質である、請求項１から９のいずれか１項に記載の基板。
【請求項１１】
前記基板は単結晶である、請求項１から９のいずれか１項に記載の基板。
【請求項１２】
前記基板はウルツ鉱結晶構造を有する、請求項１１に記載の基板。
【請求項１３】
前記基板は単結晶サファイア又は単結晶ＧａＮである、請求項１２に記載の基板。
【請求項１４】
前記第１面及び第２面は、５度以内のミスカットを有する前記単結晶サファイアのｃ面である、請求項１３に記載の基板。
【請求項１５】
前記グルーブは、前記単結晶サファイア又は単結晶ＧａＮがｍ面に沿って３回対称（ｔｈｒｅｅ−ｆｏｌｄ  ｓｙｍｍｅｔｒｙ）を有する、請求項１４に記載の基板。
【請求項１６】
前記グルーブは多重ワイヤーソーを用いて形成された、請求項１から１５のいずれか１項に記載の基板。
【請求項１７】
前記グルーブの表面は、前記グルーブの方向に沿って機械的スクラッチを有する、請求項１６に記載の基板。
【請求項１８】
前記ＩＩＩ族窒化物はＧａＮである、請求項１から１７のいずれか１項に記載の基板。
【請求項１９】
前記第１面はグルーブを有していない、請求項１から１８のいずれか１項に記載の基板。
【請求項２０】
前記基板は、前記基板の第１面にバッファー層を有する、請求項１から１９のいずれか１項に記載の基板。
【請求項２１】
第１面に対向するグルーブ形成された第２面を有する基板の第１面上に所定量のＩＩＩ族窒化物層を成長させることを含み、前記所定量は、前記ＩＩＩ族窒化物層の厚さが前記基板の厚さより大きくなるように十分であるＩＩＩ族窒化物インゴット製造方法。
【請求項２２】
前記ＩＩＩ族窒化物層から前記基板を自発的に分離することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
グルーブの幅は１００マイクロメートルと３００マイクロメートルとの間で、グルーブの深さは５０マイクロメートルと前記基板の厚さの７５％との間である、請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記グルーブのピッチは０．１ｍｍと５ｍｍとの間である、請求項２１から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記グルーブは、前記基板の結晶配向に沿って位置する、請求項２１から２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記グルーブの表面は、前記グルーブに沿って機械的スクラッチを有する、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記グルーブは、多重ワイヤーソーを用いて形成された、請求項２１から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板はｃ面単結晶サファイア又はＧａＮである、請求項２１から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記グルーブは、単結晶サファイア又はＧａＮのｍ面に沿って３回対称を備えるように形成された、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＩＩＩ族窒化物はＧａＮである、請求項２１から２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＩＩＩ族窒化物は水和物気相エピタキシによって成長される、請求項２１から３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
請求項１から２０のいずれか１項の基板の第１面上に所定量のＩＩＩ族窒化物層を成長させることを含むＩＩＩ族窒化物インゴット製造方法。
【請求項３３】
請求項２１から３２のいずれか１項の方法によって形成されたインゴット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年９月１１日に出願され、発明者であるＴａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏによる、発明の名称“Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  ｆｏｒ  Ｇｒｏｗｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ”の米国特許出願番号第６２／０４９，０３６号の優先権を主張し、その全体内容は、ここに十分に表現されたように、全体的に参考資料として含まれる。
【０００２】
また、本出願は、次の米国特許出願と関連する：
【０００３】
ＰＣＴ特許出願番号第ＵＳ２００５／０２４，２３９号、２００５年７月８日出願、発明者：Ｋｅｎｊｉ  Ｆｕｊｉｔｏ，Ｔａｄａｏ  ＨａｓｈｉｍｏｔｏおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、発明の名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＩＮ  ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ  ＡＭＭＯＮＩＡ  ＵＳＩＮＧ  ＡＮ  ＡＵＴＯＣＬＡＶＥ”、代理人番号３０７９４．０１２９−ＷＯ−０１（２００５−３３９−１）；
【０００４】
米国特許出願番号第１１／７８４，３３９号、２００７年４月６日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｋｏｔｏ  Ｓａｉｔｏ，およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ，、発明の名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＬＡＲＧＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＡＲＥＡ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＩＮ  ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ  ＡＭＭＯＮＩＡ  ＡＮＤ  ＬＡＲＧＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＡＲＥＡ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ”、代理人番号３０７９４．１７９−ＵＳ−Ｕ１（２００６−２０４）。この出願は、Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｋｏｔｏ  Ｓａｉｔｏ，およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって２００６年４月７日に出願された、発明の名称“Ａ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＬＡＲＧＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＡＲＥＡ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＩＮ  ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ  ＡＭＭＯＮＩＡ  ＡＮＤ  ＬＡＲＧＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＡＲＥＡ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ”、代理人番号３０７９４．１７９−ＵＳ−Ｐ１（２００６−２０４）の米国仮特許出願番号第６０／７９０，３１０号に対する３５Ｕ．Ｓ．Ｃセクション１１９（ｅ）下の利益を主張する；
【０００５】
米国特許出願番号第６０／９７３，６０２号、２００７年９月１９日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  ＨａｓｈｉｍｏｔｏおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、発明の名称“ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＢＵＬＫ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＧＲＯＷＴＨ  ＭＥＴＨＯＤ”、代理人番号３０７９４．２４４−ＵＳ−Ｐ１（２００７−８０９−１）；
【０００６】
米国特許出願番号第１１／９７７，６６１号、２００７年１０月２５日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ、発明の名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＩＮ  Ａ  ＭＩＸＴＵＲＥ  ＯＦ  ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ  ＡＭＭＯＮＩＡ  ＡＮＤ  ＮＩＴＲＯＧＥＮ，  ＡＮＤ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＧＲＯＷＮ  ＴＨＥＲＥＢＹ”、代理人番号３０７９４．２５３−ＵＳ−Ｕ１（２００７−７７４−２）；
【０００７】
米国特許出願番号第６１／０６７，１１７号、２００８年２月２５日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｅｄｗａｒｄ  Ｌｅｔｔｓ，Ｍａｓａｎｏｒｉ  Ｉｋａｒｉ、発明の名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＷＡＦＥＲＳ  ＡＮＤ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＷＡＦＥＲＳ”、代理人番号６２１５８−３０００２．００又はＳＩＸＰＯＩ−００３；
【０００８】
米国特許出願番号第６１／０５８，９００号、２００８年６月４日出願、発明者：Ｅｄｗａｒｄ  Ｌｅｔｔｓ，Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｓａｎｏｒｉ  Ｉｋａｒｉ、発明の名称“ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＩＴＹ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＦＲＯＭ  ＩＮＩＴＩＡＬ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＳＥＥＤ  ＢＹ  ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ”、代理人番号６２１５８−３０００４．００又はＳＩＸＰＯＩ−００２；
【０００９】
米国特許出願番号第６１／０５８，９１０号、２００８年６月４日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｅｄｗａｒｄ  Ｌｅｔｔｓ，Ｍａｓａｎｏｒｉ  Ｉｋａｒｉ、発明の名称“ＨＩＧＨ−ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＶＥＳＳＥＬ  ＦＯＲ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＵＳＩＮＧ  ＨＩＧＨ−ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＶＥＳＳＥＬ  ＡＮＤ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬ”、代理人番号６２１５８−３０００５．００又はＳＩＸＰＯＩ−００５；
【００１０】
米国特許出願番号第６１／１３１，９１７号、２００８年６月１２日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｓａｎｏｒｉ  Ｉｋａｒｉ，Ｅｄｗａｒｄ  Ｌｅｔｔｓ、発明の名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＴＥＳＴＩＮＧ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＷＡＦＥＲＳ  ＡＮＤ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＷＡＦＥＲＳ  ＷＩＴＨ  ＴＥＳＴ  ＤＡＴＡ”、代理人番号６２１５８−３０００６．００又はＳＩＸＰＯＩ−００１；
【００１１】
米国特許出願番号第６１／１０６，１１０号、２００８年１０月１６日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｓａｎｏｒｉ  Ｉｋａｒｉ，Ｅｄｗａｒｄ  Ｌｅｔｔｓ、発明の名称“ＲＥＡＣＴＯＲ  ＤＥＳＩＧＮ  ＦＯＲ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ”、代理人番号ＳＩＸＰＯＩ−００４；
【００１２】
米国特許出願番号第６１／６９４，１１９号、２０１２年８月２８日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｅｄｗａｒｄ  Ｌｅｔｔｓ，  Ｓｉｅｒｒａ  Ｈｏｆｆ、発明の名称“ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＷＡＦＥＲ  ＡＮＤ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＭＥＴＨＯＤ”、代理人番号ＳＩＸＰＯＩ−０１５；
【００１３】
米国特許出願番号第６１／７０５，５４０号、２０１２年９月２５日出願、発明者：Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｅｄｗａｒｄ  Ｌｅｔｔｓ，Ｓｉｅｒｒａ  Ｈｏｆｆ、発明の名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＧＲＯＷＩＮＧ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ”、代理人番号ＳＩＸＰＯＩ−０１４；
【００１４】
これらの出願は、下記に十分に表現されたように、全体的にここに参考資料として含まれる。
【００１５】
本発明は、ＧａＮ及びＡｌＮなどのＩＩＩ族窒化物半導体材料の厚膜又はバルク結晶を生産するために使用される基板に関する。また、本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体材料の厚膜又はバルク結晶を生産する方法を提供する。ＩＩＩ族窒化物の厚膜又はバルク結晶は、ＧａＮウエハーなどのＩＩＩ族窒化物半導体のウエハーを生産するために使用される。
【背景技術】
【００１６】
既存技術の説明
本願は、角括弧内の番号、例えば、［ｘ］で指示されたいくつかの刊行物及び特許を参照する。次は、これらの刊行物及び特許のリストである：
［１］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．６，６５６，６１５
［２］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．７，１３２，７３０
［３］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．７，１６０，３８８
［４］Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｔ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２４２３９、ＷＯ０７００８１９８．
［５］Ｔ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍ．Ｓａｉｔｏ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００８７４３、ＷＯ０７１１７６８９。また、ＵＳ２００７０２３４９４６、２００７年４月６日に出願された米国出願番号第１１／７８４，３３９号参照。
［６］Ｄ’  Ｅｖｅｌｙｎ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．７，０７８，７３１
［７］Ｓａｋａｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．７１（１９９７）ｐ．２２５９
【００１７】
本願に列挙された前記参考文献のそれぞれは、ここに十分に表現されたように、全体的に、特にＩＩＩ族窒化物基板を製造して使用する方法の説明と関連して参照資料として含まれる。
【００１８】
窒化ガリウム（ＧａＮ）及びそれと関連するＩＩＩ族窒化物混晶は、ＬＥＤ、ＬＤ、マイクロ波パワートランジスタ、及びソーラー−ブラインド光検出器などの多様な光電子及び電子素子を実現するためのキーマテリアルである。現在、ＬＥＤは、ディスプレイ、指示器、一般照明に広く使用されており、ＬＤは、データ格納ディスクドライブに使用されている。しかし、これらの素子のほとんどは、サファイア及び炭化ケイ素などの異種基板上にエピタキシャル成長されるが、これは、ＧａＮ基板がこれらのヘテロエピタキシャル基板に比べて極めて高価であるためである。ＩＩＩ族窒化物のヘテロエピタキシャル成長で成長した薄膜では、欠陥が非常に多くなったり、クラックまでもが発生したりするので、一般照明用高輝度ＬＥＤ又は高出力マイクロ波トランジスタなどのハイエンド（ｈｉｇｈ−ｅｎｄ）光学及び電子素子の実現が困難となる。
【００１９】
ヘテロエピタキシによって引き起こされる根本的な問題を解決するために、ＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いることは必須的である。ほとんどの素子において、ウエハーの導電性を制御することが相対的に容易であり、ＧａＮウエハーが素子層と最も少ない格子／熱不整合を提供し得るので、結晶質のＧａＮウエハーが好まれる。しかし、高い融点及び上昇した温度での高い窒素蒸気圧に起因して、ＧａＮ結晶インゴットを成長させることが難しかった。現在、商業的に利用可能なＧａＮウエハーのほとんどは、ハイドライド気相エピタキシ（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）によって生産される。
【００２０】
ＧａＮウエハーがスライスされ得るＧａＮバルク結晶を得るために、アモノサーマル（ａｍｍｏｎｏｔｈｅｒｍａｌ）成長、フラックス成長、高温溶解成長が開発されてきた。アモノサーマル法は、超臨界（ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ）アンモニア中でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる［１−６］。フラックス法及び高温溶液成長はＩＩＩ族金属の溶解を用いる。しかし、これらの方法は、典型的にＧａＮシード結晶を必要とする。単結晶ＧａＮが自然に存在しないので、ＨＶＰＥによって成長されたＧａＮウエハーが典型的にシード結晶として使用される。
【００２１】
ＨＶＰＥによってＩＩＩ族窒化物ウエハーを生産するために、ＩＩＩ族窒化物の厚膜（＞５００マイクロメートル）がサファイア、炭化ケイ素、シリコン、又はガリウムヒ素等の基板上に成長される。その後、前記基板は、機械的グラインディング、レーザー−アシステッド分離又は化学的エッチングによって除去される。しかし、これらの方法は、基板を除去するための追加工程を必要とする。
【００２２】
特別なバッファー層又はパターニングを結晶質基板の前面側に形成して、ＧａＮ厚膜を自発的に分離（又は自動分離、自己分離、自己剥離）するいくつかの技術がある。例えば、サファイア基板の前面側上の周期的なＳｉＯ２ストライプマスクはＧａＮの選択成長を可能にする［７］。ＧａＮ層がサファイア基板上に部分的に成長するので、ＧａＮ厚膜は、成長後、冷却時に基板から剥離される。同様に、基板の前面上に周期的なトレンチを生成すると、いわゆるカンチレバーエピタキシ（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ  ｅｐｉｔａｘｙ）が起こり、統合した層は冷却時に剥離される。これらの選択的成長は、典型的に転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の伝播方向を変更し、転位の消滅を誘発する。しかし、これは、ＧａＮの表面上に不規則な分布の転位を誘発し、これは、ラッピング及び研磨に良くない。特に、化学機械的研磨（ＣＭＰ）は化学的効果を用いるが、これは転位に敏感である。不規則な分布の転位は、ＣＭＰ後に高さ変動を誘発する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第６，６５６，６１５号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１３２，７３０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２４】
一例において、本発明は、０．５ｍｍより大きい厚さを有するＩＩＩ族窒化物の厚い層又はバルク結晶を成長させるための基板を提供する。サファイア、炭化ケイ素、石英、ガラス、又は窒化ガリウムなどの基板の後面にグルーブを有し、前記後面には、ＩＩＩ族窒化物結晶が成長されてもよく、ＩＩＩ族窒化物結晶が成長されなくてもよい。
【００２５】
また、本発明は、後面にグルーブを有する基板を用いてＩＩＩ族窒化物の厚膜又はバルク結晶を成長させる方法を提供する。ＨＶＰＥのように、主に、基板一つの主面又は片面上にＩＩＩ族窒化物の厚膜又はバルク結晶を成長させるのに適した結晶成長方法が好ましく使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下では、図面が参照されるが、次の図面にわたって類似する指示番号は、相応する部分を示す：
【００２７】
【図１】図１は、後面にグルーブのセットを備える基板において基板の縁部から見た概略的な図である。
【００２８】
図面において、各番号は次のものを示す：
１．後面にグルーブを備える基板
１ａ．基板の第１側（前面）
１ｂ．基板の第２側（後面）
２．グルーブ
３．グルーブの幅
４．グルーブのピッチ
５．グルーブの深さ
６．基板の厚さ
【００２９】
【図２】図２は、多重のグルーブが基板の第２側に形成される方法を示す、概略的な基板の底面図である。
【００３０】
図面において、各番号は次のものを示す：
１ｂ．基板の第２側（後面）
２．グルーブ
【００３１】
【図３】図３は、グルーブが形成されたサファイア基板の後面の顕微鏡イメージである。図面において、各番号は次のものを示す：１ｂ．基板の第２側（後面）２．グルーブ
【００３２】
【図４】図４は、サファイア基板の後面に作られたグルーブ表面の顕微鏡イメージである。図面において、各番号は次のものを示す：１ｂ．基板の第２側（後面）２．グルーブ２ａ．グルーブ方向に沿うスクラッチ
【００３３】
【図５】図５は、生産方法の概略的な流れを示す。図５（Ａ）は、ＩＩＩ族窒化物の成長のために準備された第１面（前面）を備える基板を示す。図５（Ｂ）は、第２面（後面）に作られたグルーブを備える基板を示す。図５（Ｃ）は、基板の厚さより大きい厚さで第１面上に成長されたＩＩＩ族窒化物を備える基板を示す。図５（Ｄ）は、基板からのＩＩＩ族窒化物膜の自発的な分離後を示す。
【００３４】
図面において、各番号は次のものを示す：
１．後面にグルーブを備える基板
２．グルーブ
２ｂ．クラック
７．基板
８．基板に付着したＩＩＩ族窒化物層
９．基板から分離されたＩＩＩ族窒化物層
【００３５】
【図６】図６は、ＩＩＩ族窒化物層のボーイング（ｂｏｗ）の概略的な図である。
【００３６】
図面において、各番号は次のものを示す：
１０．基板又は前記基板とＩＩＩ族窒化物層
１１．ボーイング量
【発明を実施するための形態】
【００３７】
概要
一例において、本発明の基板は、ボーイングが減少したＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物の厚膜成長を可能にし、更に付加的に自発的な分離も実現しうる。ＩＩＩ族窒化物が光電子素子及び電子素子に一般的に使用されているが、ほとんどの素子は、サファイア、炭化ケイ素、及びシリコンなどのヘテロエピタキシャル基板を用いる。これは、低費用、高品質のフリースタンディングＩＩＩ族窒化物ウエハーがないためである。最近、ＧａＮ基板がハイドライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）、アモノサーマル法、及びフラックス法で生産されており、ＡｌＮウエハーがＨＶＰＥ及び物理的気相移動方法（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｍｅｔｈｏｄ）で生産された。これらの方法のうち、ＨＶＰＥが最も一般的に使用されている。ＧａＮ基板のＨＶＰＥ生産では、基板上へのＧａＮ厚膜成長及び基板の除去を伴う。
【００３８】
ＧａＮ又は他のＩＩＩ族窒化物の厚膜がヘテロエピタキシャル基板上に成長されるとき、前記厚膜は、格子定数及び熱膨張係数の不整合に起因して高度のストレスを受ける。このストレスは、膜及び基板のボーイングを誘発する。ボーイングがしきい値を超えると、前記厚膜及び／又は基板は割れ得る。さらに、ＧａＮ基板上へのバルク／厚膜ＧａＮホモエピタキシャル成長さえも、時々ボーイング及びクラッキングを誘発する。よって、ストレスを減少させ、厚膜及び／又はそれが成長される基板のボーイングを減少させることが重要である。
【００３９】
ＨＶＰＥによるＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物の生産工程における更に他の問題は、基板の除去にある。機械的グラインディング、レーザーリフト−オフ及び化学的エッチングなどのいくつかの方法が現在使用されているが、これらの方法は、新たに成長された膜を基板から分離するための追加的な工程を必要とする。基板からのＧａＮ厚膜を自発的に分離するいくつかの技術が報告されている。一つの方法は、マスク又はトレンチで選択的成長行う方法であるが、選択的成長は一領域に転位を集めるようになり、転位の不均一な分布をもたらす。表面でのこれらの転位の終端点は、ＣＭＰ工程でしばしばピットを引き起こすので、転位の不均一な分布は、ウエハーにわたって巨視的な厚さ偏差を引き起こし得る。
本発明の技術的説明
【００４０】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物の厚膜成長のための基板を開示し、この基板は、上記で論議した問題のうち一つ又はそれ以上を解決することができる。前記基板は、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長のために準備された第１面又は前面に主表面を有し、前記基板は、前記第１面に対向して複数のグルーブを有する第２の主表面又は後面を有する。前記グルーブは、基板上のＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長によって誘発されるエピタキシャル−ＩＩＩ族窒化物堆積膜間のストレスを特に、基板上にグルーブを有しない同一の基板や、ＩＩＩ族窒化物が成長される基板の第１面又は前面上にグルーブを有する同一の基板と比べて、減少させる。
【００４１】
グルーブを有しない基板の第１面は、第１面の表面をエピタキシャル堆積に適させるように適用されたＡｌＮ又はＧａＮなどの一つ又はそれ以上のバッファー層及び／又は高度で研磨された表面を有することが好ましく、その一方で、第２面は、研磨されないか又は高度で研磨されなくてよく、及び／又はそれに適用されたバッファー層を有しなくてよい。したがって、前記第２面は、エピタキシャル堆積に適しない場合もあるが、本発明の一変形例では、前記第２面もエピタキシャル堆積に適している。
【００４２】
基板は、非結晶質、多結晶質、又は単結晶であってよい。また、基板は、石英、ガラス、サファイア、炭化ケイ素又はシリコンなどのヘテロエピタキシャル材料であってもよく、ＧａＮ又はＡｌＮなどのホモエピタキシャル材料であってもよい。前記基板は、例えば、ウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）結晶構造を有してよい。いくつかの例において、前記基板は、単結晶シリコン、サファイア、ＧａＮ又はＡｌＮである。基板は、典型的に少なくとも２５０マイクロメートルの厚さである。基板は、少なくとも５００マイクロメートルの厚さであってよく、厚さは、例えば、２５０マイクロメートルと５００マイクロメートルとの間であってよい。
【００４３】
基板上のトレンチを用いるいくつかのヘテロエピタキシャル技術があるが、これらの方法は、典型的にエピタキシャル成長が発生する基板の前面上にトレンチ又はグルーブを生成する。その一方で、本発明は、エピタキシャル成長が発生する必要がない基板の後面上のグルーブを用いる。
【００４４】
図１の側面図に示しているように、図示した基板１は、第１面又は主表面１ａを有し、この表面は、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長のために１ｎｍ未満の次数の粗さＲａで研磨される。第２面又は主表面１ｂは複数のグルーブ２を有する。
【００４５】
図２は、基板の主面又は表面を横切るグルーブの概略的な図面を提供する。基板の後面１ｂは、本実施例において、基板及び／又は形成されるＩＩＩ族窒化物の結晶配向に沿うグルーブ２を有するが、前記グルーブのうちの少なくとも一部は基板内で劈開（ｃｌｅａｖａｇｅ）方向又は劈開面に沿って位置することが好ましい。結晶劈開方向又は劈開面に沿うグルーブの配向は、同一のグルーブが基板に沿って他の方向に位置する場合に比べて、ＩＩＩ族窒化物が蒸着され、温度が変わるときに基板をより柔軟にすることができる。例えば、ｃ−面サファイアが基板として使用されるとき、グルーブは、サファイアのｍ−面に沿って形成されることが好ましい。グルーブは、全ての可能な同等面、すなわち、（１０−１０）面、（０１−１０）面及び（１−１００）面に対して対称的に作られることが好ましい。しかし、状況に応じて、たとえ成長されたＩＩＩ族窒化物内のストレスがこの場合に非対称になり得るとしても、グルーブは、ただ一つの結晶面又は二つの結晶面に沿って形成され得る。
【００４６】
結果的に、基板は、第２面上に複数のグルーブを有し、前記グルーブは、ＩＩＩ族窒化物が堆積されるとき及び／又はエピタキシャル成長条件から常温に温度が変わるとき、基板が比較基板のボーイングに比べて基板内のボーイングをより多く減少させる互いの及び／又は基板との位置関係を有する。この例において、比較基板は、グルーブを全く有しなくてよく、それ以外は本発明の基板と同一であってよい。代替的に、前記比較基板は、比較基板の後面でなくＩＩＩ族窒化物が堆積される前面にグルーブを有してよく、それ以外は本発明の基板と同一であってよい。本発明のグルーブが形成された基板は、ＩＩＩ族窒化物が最初に基板上に堆積されるときのエピタキシャル堆積条件下で、第１面の表面が、その表面が室温で有するボーイングとほぼ同一のボーイングを有するように十分な形状安定性を有することが好ましい。
【００４７】
前記位置関係は、基板の第２面上のグルーブのサイズ及び配置によって決定される。グルーブのサイズ及び配置を特徴づけるために使用可能なパラメーターは、例えば、グルーブの幅、グルーブの深さ、グルーブのピッチ、グルーブの形状、（上記で説明したように）基板の結晶面に対するグルーブの配向、グルーブの表面上のスクラッチ、及び基板の厚さを含む。これらのパラメーターのそれぞれの組み合わせが所望の基板柔軟性を提供するために使用され得る。
【００４８】
図１を参照すると、一例において、グルーブの幅３は、１００マイクロメートルと３００マイクロメートルとの間であることが好ましく、グルーブの深さ５は、５０マイクロメートルと基板１の厚さ６の７５％との間であることが好ましい。各グルーブは互いに離隔する。グルーブは、平行であるか、交差してよい。平行なグルーブは、全ての平行なグルーブが同一の周期を有するように全て互いに同一の距離で離隔してよい。代替的に、平行なグルーブは、第１セットのグルーブが第１周期の間隔を有し、第２セットのグルーブが第１周期の間隔と異なる第２周期の間隔を有するように基板上に配置されてよい。代替的に、隣接した平行な各グルーブ間の間隔は周期的でなくてよい。隣接した各グルーブ間の間隔は、基板の第２面の中心から遠く離れた周辺領域内の隣接した各グルーブ間の間隔に比べて、ストレスがより大きい基板の第２面の中心付近でより小さくてよい。論議された個別的なグルーブ又はグルーブセットのピッチ４は、０．１ｍｍと５ｍｍとの間であることが好ましい。これらのグルーブは、例えば、上記で説明したように、図２に例示したパターンを有してよい。図２に例示したグルーブのセットに対するパターンは、３回対称（ｔｈｒｅｅ−ｆｏｌｄ  ｓｙｍｍｅｔｒｙ）を有してよい。各グルーブを交差させることによって形成された形状は、例えば、全てのグルーブが三角形である一つの形状を有するように同一であるか、前記形状は、図２に示したように、互いに異なる形状の混合であってよいが、例えば、基板の第２面のいくつかの部分は三角形であり、他のいくつかの部分は互いに異なる長さ又は同一の長さの側部を有する六角形などの更に他の形状である。図３は、実際のグルーブが形成されたサファイア基板の顕微鏡イメージである。また、グルーブは、図１に示したように、円弧−形状の底のような屈曲した底を有してよく、又は、グルーブの底は、グルーブが形成される方法によって平らであるか、Ｖ−形状であってよい。図４に示したように、グルーブに沿ってスクラッチを有することが好ましい。これらのグルーブを有する一つの特定基板はサファイア基板であり、窒化ガリウムなどのＩＩＩ族窒化物がこの基板の第１面上に堆積される。
【００４９】
本例において、グルーブの幅、深さ、及びピッチは、ＩＩＩ族窒化物が成長される比較基板の第１面に形成されたグルーブの幅、深さ及びピッチより相当大きい。ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル堆積の間、比較基板の第１面の平坦度に対する要求は、比較基板の第１面内におけるグルーブのサイズ及び配置を制限する。そのため、基板がＩＩＩ族窒化物成長に異なる形で影響を与えるようにグルーブの配置、形状及び／又はサイズが異なるので、ここに提供された基板は、ただＩＩＩ族窒化物が成長される面上にグルーブを有する基板と異なる。
【００５０】
本発明の基板は、損傷を受けていない平らな基板の第１面を有し、高品質のＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長を保証することができる。第２面（後面）上のグルーブは、基板の機械的強度を減少させる。ＩＩＩ族窒化物層の厚さが基板の厚さに接近したり、それを超えるとき、結晶格子及び／又は熱膨張の不整合によって引き起こされるストレスは、圧縮したり及び／又は曲げたり、グルーブ内に形成されたスクラッチから始まるクラックを生成することによって基板の部分を少し動かすことを可能にすることにより、これらのグルーブによって吸収され得る。これは、ＩＩＩ族窒化物層内のストレス及び／又はボーイングを減少させることができ、また、冷却時、基板からＩＩＩ族窒化物層の自発的な分離を誘導し得る。
【００５１】
図５は、本発明の概略的な工程を提示する。基板７は、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長のための適した前面を有するように準備される（図５（Ａ））。複数のグルーブが、基板１を形成するために基板の後面上に形成される（図５（Ｂ））。グルーブが基板の第１面に形成される従来技術のトレンチ又はグルーブに比べて、本例のグルーブの幅、深さ及びピッチが相当大きい。さらに、グルーブの方向に沿って数多くの機械的スクラッチを有することが好ましい。このような性質のため、グルーブは、アーチ型グルーブの底を生成する多重ワイヤーソーで最も好ましく生成され得る。グルーブを形成する更に他の方法は、室温又は上昇した温度での化学的エッチングである。例えば、サファイア基板は、高温（＞８０℃）リン酸によってエッチングされ得る。また、炭化ケイ素及びシリコンは、弗酸及び窒酸の混合液、又は溶融アルカリ−水酸化物（水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど）内でエッチングされ得る。追加時間を必要とするが、グルーブは、ウエハーダイサーなどの他の機械的方式を用いて又は反応性イオンエッチングなどの乾式エッチングによって作られ得る。また、グルーブは、基板表面内にレーザーエッチングされてよい。
【００５２】
第１面は平らであってよい。代替的に、第１面は、参考文献［７］に対して上記で言及したように、第１面上に周期的なＳｉＯ２ストライプマスクを有し、及び／又は、例えば、参考文献［６］に記述されたように、第１面にホール、切開部及び／又はグルーブを有してよい。
【００５３】
基板の第１面（前面）は、グルーブの形成前及び／又はグルーブの形成後又はグルーブ形成工程の間にエピタキシャル堆積のための準備がされてよい。グルーブを作るための工程が、ＩＩＩ族窒化物が堆積される第１面の表面を汚染させると、基板は、汚染物を除去するために洗浄及び／又は研磨されることが好ましい。ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ又はこれらの混晶などのＩＩＩ族窒化物８が、図５（Ｃ）に示したように、基板の第１面上に成長される。成長方法は、ＨＶＰＥであることが好ましいが、金属有機化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、アモノサーマル成長、フラックス成長、高温溶解成長、エピタキシャルスパッタリングなどの他の方法が使用されてもよい。
【００５４】
ＩＩＩ族窒化物層の厚さが大きくなるとき、基板及び層は曲がり始める。前記層がサファイア基板の場合のように引張応力を与えられると、基板１及び層８は、図５（Ｃ）に示したように凹状になる。逆に、前記層が圧縮応力を与えられると、基板１及び層９は凸状になる。いずれの場合においても、ボーイングが基板の後面上のグルーブによって減少し得る。ＩＩＩ族窒化物のフリースタンディング基板を製造するために、層の厚さは５００マイクロメートルより大きいことが好ましい。また、層の厚さは、基板の厚さを超えることが好ましい。
【００５５】
ＩＩＩ族窒化物の厚い層の成長後、基板上のＩＩＩ族窒化物層は冷却される。冷却時、図５（Ｄ）に示したように、ＩＩＩ族窒化物層は、時々完全に又は部分的に基板から剥離される。この自発的な分離の詳細なメカニズムは知られていないが、自発的な分離は、ＩＩＩ族窒化物層の厚さが５００マイクロメートルより大きいか、層の厚さが基板の厚さを超えるときに発生する傾向がある。
比較例−例１
【００５６】
ＧａＮの厚い層は、グルーブが全くないサファイア基板上にＨＶＰＥによって成長された。５度以内のミスカットを有し、直径が２インチである単一面研磨されたｃ−面サファイア基板がＨＶＰＥ反応器に装着された。ＩＩＩ族ソースは、溶融ＧａにＨＣｌを流し、反応チャンバー内で合成されたＧａＣｌであった。Ｖ族ソースはＮＨ３であった。まず、ＧａＮバッファー層を、約９００℃でＨＣｌ流量２０ｓｃｃｍ及びＮＨ３流量３．５ｓｌｍで１０分間成長した。その後、ＧａＮ厚膜層は、約１０３０℃でＨＣｌ流量６０ｓｃｃｍ及びＮＨ３流量２ｓｌｍで１６時間の間成長した。ＧａＮの全体厚さは略２９００マイクロメートルであった。成長後、基板上のＧａＮ層は冷却されたが、ＧａＮ層は基板から分離されなかった。結晶ボーイングは、成長方向に６０７マイクロメートルであった（凸）。前記ボーイング１１は、基板１０の縁部と中心との間の高さ差として測定された（図６）。
グルーブが形成された基板の製造−例２
【００５７】
２インチｃ−面サファイア基板の後面にグルーブが形成される。主面又は主表面のミスカットはｃ−面サファイアで５度以内であった。まず、サファイア基板は、ワックスを備える金属ブロック上に下側に向かって実装された。その後、前記組立体が多重ワイヤーソーに装着された。ワイヤーの直径は略１６０マイクロメートルで、ワイヤーのピッチは６７０マイクロメートルであった。ワイヤーがサファイア基板の後面上で前後に動く間、ダイヤモンドスラリーが供給された。まず、前記ワイヤーは、（１０−１０）面に沿ってセッティングされ、略１６０マイクロメートル深さのグルーブが後面全体にわたって形成された。次に、ワイヤーは、（１−１００）面に沿ってセッティングされ、略１６０マイクロメートル深さのグルーブが後面全体にわたって形成された。最後に、ワイヤーは、（０１−１０）面に沿ってセッティングされ、略１６０マイクロメートル深さのグルーブが後面全体にわたって形成された。これらの段階を通じて、基板の後面には、プロファイル上、真っ直ぐな壁及び円弧−形状の底を有するグルーブを備えるサファイア基板が製造された（図２の概略図）。グルーブの深さは略１６０マイクロメートルで、基板の厚さは略４３０マイクロメートルで、グルーブの幅は略１６０マイクロメートルで、グルーブのピッチは略６７０マイクロメートルであった。グルーブの方向は、ｍ−面から合理的な角度誤差（＋／−５度）内である。多重ワイヤーソーを使用することによって、広く且つ深いグルーブが１時間以内に形成され得る。
【００５８】
ワイヤーソー工程後、基板及び金属プレートが加熱されることによってワックスを溶かす。基板は、金属プレートから除去され、アセトン及びイソプロパノールで洗われる。この洗浄段階は、基板から残留ワックス及びダイヤモンドスラリーを除去する。
グルーブが形成された基板上への厚いＩＩＩ族窒化物の成長−例３
【００５９】
例１の方法と同様に、厚いＧａＮ層は、例２で製造されたグルーブが形成されたサファイア基板上に成長された。ＧａＮ層は、基板の平らなグルーブのない上部表面に成長され、基板の底に露出したグルーブが形成された表面上にはＧａＮが全く成長されなかった。ＨＶＰＥ成長条件は例１と同一であった。成長後、ＧａＮの全体厚さは略３６００マイクロメートルであった。
【００６０】
前記ＧａＮ層は、冷却時、サファイア基板から自発的に分離された。ＧａＮ層のボーイングは、成長方向に１３８マイクロメートルであったが（凸）、これは、例１における値（６０７マイクロメートル）から大きく減少したものである。前記ボーイングは、ＧａＮ層の縁部と中心との間の高さ差として測定された。
【００６１】
ＧａＮ層の自己−分離時、サファイア基板はグルーブに沿って数片に割れたが、これは、グルーブがサファイア基板内にクラッキングを誘導したことを示す。グルーブの方向がサファイアの劈開方向（すなわち、ｍ−面）に沿うので、グルーブは、サファイアの劈開又はクラッキングを助けた。この特定例において、グルーブ内のスクラッチは、劈開又はクラッキングを助けたが、スクラッチが必須的ではない。基板のクラッキング及び／又は割れは、自発的な分離及び減少したボーイングのメカニズムであってよい。
【００６２】
グルーブに沿うクラッキングは、多重ワイヤーソーの研磨性質によって進捗され得る。さらに、多重ワイヤーソーは、均一な深さ、幅及びピッチのグルーブを作ることを可能にする。また、これは、グルーブの高度に対称的な構成、特に、基板内の劈開面に沿って配置されたグルーブに起因して成長されたインゴット内のみならず、基板と新しい成長の界面でストレスの効果的な減少に影響を及ぼす。
【００６３】
本例において、グルーブの幅は１６０マイクロメートルであるが、これは、ワイヤーの直径によって決定される。異なる直径を有するワイヤーが使用されると、グルーブの幅は変更され得る。しかし、特定のワイヤー強度を維持するために、ワイヤーの直径は、典型的に１００マイクロメートルより大きい。さらに、グルーブの幅が過度に小さいと、ストレス減少効果は制限され得る。その反対に、前記幅が過度に大きいと、基板は過度に割れやすくなる。一例において、グルーブの幅は１００マイクロメートルと３００マイクロメートルとの間である。
【００６４】
本例におけるグルーブの深さは１６０マイクロメートルである。グルーブの深さは、基板に対するワイヤーの高さを調整することによって容易に変更され得る。前記深さが過度に小さいと、ストレス減少効果が制限され得る。その反対に、前記深さが過度に大きいと、基板は過度に割れやすくなる。一例において、グルーブは、５０マイクロメートルと基板の厚さの７５％との間であってよい。
【００６５】
本例のグルーブのピッチは６７０マイクロメートルであり、これは、ワイヤーソーのワイヤーピッチによって決定された。これは、適当なグルーブのピッチを備えるワイヤーローラーを使用することによって容易に変更され得る。グルーブのピッチが過度に大きいと、ストレス減少効果は制限され得る。その反対に、グルーブのピッチが過度に小さいと、基板は過度に割れやすくなる。一例において、グルーブのピッチは０．１ｍｍと５ｍｍとの間である。
【００６６】
成長時間を含む成長条件は、例１及び例３の場合に同一であったが、例３においてＧａＮ層の厚さが約２４％と大きく増加した。成長の間、基板のグルーブによって減少したストレスがＧａＮの結晶成長を進捗させ得る。また、基板の第２面にグルーブを有しないことを除けば、同一の比較基板に比べて、本発明の基板を用いて非常に高いＧａＮ成長速度をもたらし得る。
【００６７】
基板の第１面が標準的なサファイア基板と同一の性質を有するので、高品質のＧａＮ膜を得るために、グルーブが基板の前面に形成されているときに必要となる特別な成長段階が不要である。さらに、第１面上のグルーブに対して必要となる選択的成長を使用しないので、ＣＭＰ工程で問題を引き起こす転位凝集がない。
【００６８】
獲得された３．６ｍｍ厚のフリースタンディングＧａＮは、ＧａＮ基板を製造するためにグラインディング、ラッピング及びＣＭＰによって工程処理された。ＧａＮ基板の最終厚さは５２９マイクロメートルであった。
長所及び改善点
【００６９】
本発明の後面にグルーブを備える基板は、減少したボーイングを有し、随意の自発的な分離が可能なＩＩＩ族窒化物層を提供することができる。多重ワイヤーソーを使用する簡単な工程が、後面のグルーブを備える基板を製造する。基板の後面上のグルーブは、ストレス減少を通じてＩＩＩ族窒化物層のボーイングを減少させることができる。また、前記グルーブは、基板からＩＩＩ族窒化物層の自発的な分離を誘導することができる。随意に平らな基板の前面表面は、基板の前面にグルーブが形成されるときに要求されるのと同じ特別な工程段階を要求することなく、前面へのＩＩＩ族窒化物の高品質成長を可能にする。この特徴は、ＣＭＰ仕上げ後、ＧａＮの平らな表面を実現するのに役立つ。
可能な変形
【００７０】
好ましい実施例がＧａＮのバルク結晶を説明するが、本発明の類似する利点がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、又はＧａＡｌＩｎＮなどの多様な組成の他のＩＩＩ族窒化物混晶に対して期待され得る。
【００７１】
好ましい実施例がサファイア基板を説明するが、炭化ケイ素、シリコン、石英、ガリウムヒ素、ガリウムリン化物、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、リチウムガレート、リチウムアルミネート、マグネシウムガレート、マグネシウムアルミネートなどの他の材料が使用されてもよい。基板は、異種基板又は同種基板であってよい。
【００７２】
好ましい実施例が基板の一面上への成長のための成長方法としてＨＶＰＥを説明するが、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、アモノサーマル法、フラックス法、高圧溶液成長、物理的気相移動などの他の成長方法が（例えば、前記方法が典型的に両面への成長の場合は後面にマスキングを備えて）基板の一面への成長又は基板の両面への成長のために使用されてよい。
【００７３】
好ましい実施例が多重ワイヤーソーを説明するが、ダイシング、湿式エッチング、乾式エッチングなどの他の機械的、化学的、物理的方法が使用されてもよい。
【図１】
2017530081.tif 000003
【図２】
2017530081.tif 000004
【図３】
2017530081.tif 000005
【図４】
2017530081.tif 000006
【図５（Ａ）】
2017530081.tif 000007
【図５（Ｂ）】
2017530081.tif 000008
【図５（Ｃ）】
2017530081.tif 000009
【図５（Ｄ）】
2017530081.tif 000010
【図６】
2017530081.tif 000011
【国際調査報告】
2017530081.tif 000012
2017530081.tif 000013
2017530081.tif 000014