GaN襯底及GaN襯底的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及GaN(氮化鎵)襯底及GaN襯底的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]構(gòu)成發(fā)光二極管(LED:Light Emitting D1de)元件的氮化鎵(GaN)晶體是通過采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延法(MOVPE:Metal_0rganic Vapor Phase Epitaxy)、氫化物氣相外延法(HVPE:Hydride Vapour Phase Epitaxy)等氣相生長法在基礎(chǔ)襯底上進(jìn)行外延生長而獲得。
[0003]但是，當(dāng)將藍(lán)寶石襯底等用作基礎(chǔ)襯底時(shí)則變?yōu)楫愘|(zhì)外延生長法，由于基礎(chǔ)襯底與GaN晶體的晶格常數(shù)不匹配，因此難以通過外延生長獲得優(yōu)質(zhì)的GaN晶體，而且GaN晶體中含有較多的晶體缺陷。由于晶體缺陷會(huì)成為阻礙元件特性提高的原因，因此目前為止進(jìn)行了降低GaN晶體中的晶體缺陷的研究。作為獲得晶體缺陷少的GaN晶體的方法，存在選擇生長法。
[0004]選擇生長法是:在基礎(chǔ)襯底上生長了較薄的GaN晶體后暫時(shí)中斷GaN晶體的生長，使用由3102等構(gòu)成的掩膜在基礎(chǔ)襯底上實(shí)施圖案形成，在再次使GaN晶體生長時(shí)設(shè)置生長部分和非生長部分的方法。該方法能夠通過掩膜阻止位錯(cuò)的傳播，另外也能夠通過GaN晶體的橫向生長使位錯(cuò)彎曲。因此，即使GaN晶體的生長厚度薄，也能夠獲得位錯(cuò)密度降低的GaN晶體。進(jìn)而，通過使GaN晶體的生長厚度變薄，也能夠抑制GaN晶體生長中裂紋的產(chǎn)生頻率。作為這樣的選擇生長法，已報(bào)告有ELOG(Epitaxial LateralOverGrowth、橫向外延過生長)法、FACELO(Facet-Controlled EL0、面控制橫向外延過生長)法、VAS (Void-Assisted Separat1n、輔助空隙分離生長)法、以及 DEEP (Dislocat1nEliminat1n by the Epitaxial growth with inverse-pyramidal Pits)法等(例如，關(guān)于FACELO法可參照非專利文獻(xiàn)I)。
[0005]另外，由于異質(zhì)外延生長法下的基礎(chǔ)襯底與GaN晶體的熱膨脹系數(shù)也不同，因此在異質(zhì)外延生長后進(jìn)行冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生形變，由于該形變導(dǎo)致生長的GaN晶體及基礎(chǔ)襯底上會(huì)發(fā)生翹曲。由于GaN晶體的物理上的翹曲量存在界限，因此在翹曲最終達(dá)到臨界值時(shí)GaN晶體會(huì)粉碎。在LED元件等為數(shù)μ m左右厚度的情況下不存在達(dá)到臨界值的情況，但是，在以制造塊狀GaN襯底為目的時(shí)，必須生長的GaN晶體的厚度會(huì)大大超過臨界值。作為應(yīng)對(duì)這樣的形變所引發(fā)的翹曲的方法，存在自分離法(self separat1n method)。
[0006]自分離法是將外延生長后的GaN晶體與基礎(chǔ)襯底自然分離的方法。已報(bào)告有利用GaN晶體的生長結(jié)束后向室溫冷卻時(shí)所發(fā)生的應(yīng)力使基礎(chǔ)襯底與GaN晶體分離的技術(shù)，可以舉出納米懸空外延(Nano Pendeo)法等。為了達(dá)到分離的目的，需要制造冷卻時(shí)應(yīng)力容易產(chǎn)生作用的物理性薄弱的部分。在納米懸空外延法中，對(duì)外延生長初期的GaN薄膜晶體進(jìn)行納米圖案形成和蝕刻，例如形成納米級(jí)的針狀物，并在該針狀物上使塊狀體的GaN晶體再生長。在進(jìn)彳丁 GaN晶體的再生長時(shí)，通過在基礎(chǔ)襯底與GaN晶體之間留有針狀物尚度大小的空隙，能夠在應(yīng)力作用時(shí)使針狀物折斷從而使基礎(chǔ)襯底與GaN晶體分離(例如，有關(guān)利用針狀物的自分離法可參照專利文獻(xiàn)I)。
[0007]【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0008]【非專利文獻(xiàn)】
[0009]非專利文獻(xiàn)1:Yoshiaki HONDA, Transmiss1n Electron MicroscopyInvestigat1n of Dislocat1ns in GaN Layer Grown by Facet-Controlled EpitaxialLateral Overgrowth? (2001)
[0010]【專利文獻(xiàn)】
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本公報(bào)、特表2009-522822號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]但是，利用選擇生長法獲得的GaN晶體存在位錯(cuò)密度的分布不均勻這一問題。由于在GaN晶體生長時(shí)實(shí)施了利用掩膜阻止位錯(cuò)的傳播、使位錯(cuò)彎曲、使位錯(cuò)集中于特定的部分等處理，因此，低位錯(cuò)密度的分布在整個(gè)GaN晶體中變得不均勻，而是集中于局部。在使用由上述GaN晶體構(gòu)成的GaN襯底制造器件的工序中，僅能使用GaN襯底的特定部分而無法使用整個(gè)GaN襯底，因此整個(gè)GaN襯底的可用范圍降低。另外，由于需要暫時(shí)中斷GaN晶體的生長并利用光刻法(photolithography)等進(jìn)行掩膜的圖案形成等，因此是成本較高的方法。
[0013]另外，在自分離法中，為了制造納米級(jí)的針狀物也需要用到納米壓印等技術(shù)，因此成本也較高。進(jìn)而，需要納米圖案形成用的掩膜，而為了制造該掩膜需要納米壓印技術(shù)，因此制造工序復(fù)雜且價(jià)高。
[0014]另外，自分離法并非能夠100%可靠地實(shí)現(xiàn)分離。另外，需要在整個(gè)基礎(chǔ)襯底上均勻地實(shí)施納米圖案形成等，但是在光刻法的圖案形成技術(shù)中常常發(fā)生圖形缺失。由于在該圖形缺失部分上用于自分離的附加應(yīng)力不起作用，因此存在以該圖形缺失部分為起點(diǎn)而產(chǎn)生裂紋這一情況。因此，會(huì)引起成品率降低的問題。
[0015]如此，現(xiàn)有技術(shù)中在位錯(cuò)密度分布的不均勻化、GaN晶體或GaN襯底的制造工序復(fù)雜化、高成本化、成品率降低等方面存在問題。
[0016]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其課題在于提供一種無需復(fù)雜的工序便能夠簡(jiǎn)單地以低成本且高成品率地制造由位錯(cuò)密度分布實(shí)質(zhì)上均勻的GaN晶體構(gòu)成的GaN襯底這一技術(shù)。
[0017]上述課題通過以下的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。gp，
[0018](I)本發(fā)明的GaN襯底由GaN晶體構(gòu)成，該GaN襯底的特征在于:GaN襯底的整個(gè)表面上的位錯(cuò)密度的分布呈實(shí)質(zhì)上均勻。
[0019](2)本發(fā)明的GaN襯底的制造方法的特征在于:對(duì)單晶襯底的內(nèi)部照射激光而在單晶襯底的內(nèi)部形成非晶質(zhì)部分，接著，在單晶襯底的一面上形成GaN晶體，從而制造GaN襯底。
[0020](3)本發(fā)明的GaN襯底的制造方法的一實(shí)施方式中優(yōu)選:由相對(duì)于單晶襯底的平面方向呈直線狀的多個(gè)圖形形成非晶質(zhì)部分，各圖形間的間距為0.5mm，非晶質(zhì)部分的總體積相對(duì)于單晶襯底的體積所占的體積比為0.10%或0.20%。
[0021](4)本發(fā)明的GaN襯底的制造方法的另一實(shí)施方式中優(yōu)選:由相對(duì)于單晶襯底的平面方向呈直線狀的多個(gè)圖形形成非晶質(zhì)部分，各圖形間的間距為1.0mm，非晶質(zhì)部分的總體積相對(duì)于單晶襯底的體積所占的體積比為0.05%或0.10%。
[0022](發(fā)明效果)
[0023]根據(jù)上述⑴中的發(fā)明，不論其厚度如何，在各種厚度的情況下均能夠防止GaN襯底表面上的局部的位錯(cuò)密度分布，從而實(shí)現(xiàn)了 GaN襯底表面上的位錯(cuò)密度分布的實(shí)質(zhì)上均勻化。因此，在使用GaN襯底制造元件或器件的工序中，能夠在GaN襯底表面的任意位置處制造元件或器件，且能夠使用GaN襯底的整個(gè)表面。
[0024]進(jìn)而，根據(jù)上述(2)中的發(fā)明，即使在基礎(chǔ)襯底的GaN晶體生長面上不使用掩膜等，也能夠?qū)嵸|(zhì)上均勻地形成GaN晶體的位錯(cuò)密度分布，因此能夠使制造工序簡(jiǎn)化且低成本化。進(jìn)而，也能夠防止GaN晶體廣生裂紋，從而以尚成品率制造GaN晶體。
[0025]進(jìn)而，根據(jù)上述(3)或(4)中的發(fā)明，在上述(2)所述的發(fā)明的效果的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)嵸|(zhì)上更均勻地形成GaN晶體的位錯(cuò)密度分布。
【附圖說明】
[0026]圖1是表示本實(shí)施方式涉及的GaN襯底的一例的立體圖。
[0027]圖2是表示本實(shí)施方式涉及的GaN襯底表面的位錯(cuò)分布的CL圖像的一例。
[0028]圖3是表示本實(shí)施方式涉及的GaN襯底表面的位錯(cuò)分布的CL圖像的另一例。
[0029]圖4是表示對(duì)本實(shí)施方式的單晶襯底照射激光的工序的一例的模式說明圖。
[0030]圖5是表示對(duì)本實(shí)施方式的單晶襯底照射激光的工序的其他例子的模式說明圖，其中，該單晶襯底在厚度方向上一面?zhèn)鹊囊话雲(yún)^(qū)域中形成有非晶質(zhì)部分。
[0031]圖6是表示對(duì)本實(shí)施方式的單晶襯底照射激光的工序的其他例子的模式說明圖，其中，該單晶襯底在厚度方向的中央?yún)^(qū)域中形成有非晶質(zhì)部分。
[0032]圖7是表示對(duì)本實(shí)施方式的單晶襯底照射激光的工序的其他例子的模式說明圖，其中，該單晶襯底在厚度方向上上下各一半的一側(cè)區(qū)域中分別形成有一層、合計(jì)共兩層的非晶質(zhì)部分。
[0033]圖8是表示單晶襯底平面方向的非晶質(zhì)部分的配置圖形形狀的一例的俯視圖。在此，圖8中的(a)是表示相對(duì)于單晶襯底的定向平面垂直地形成有多個(gè)直線狀圖形時(shí)的條狀的俯視圖，圖8中的(b)是表示相對(duì)于單晶襯底的定向平面水平地形成有多個(gè)直線狀圖形時(shí)的條狀的俯視圖，圖8中的(C)是表示將圖8中的(a)和圖8中的(b)所示的圖形組合后的格子狀的俯視圖，圖8中的(d)是表示將同一尺寸的多個(gè)正六邊形以正六邊形的全部六個(gè)頂點(diǎn)一定與該正六邊形鄰接的正六邊形的任意一個(gè)頂點(diǎn)重合的方式有規(guī)律地配置而成的形狀的俯視圖。
[0034]圖9是表示GaN晶體的外延生長工序的模式說明圖。在此，圖9中的(a)是表示生長開始前的狀態(tài)的圖，圖9中的(b)是表示形成了低溫緩沖層后的狀態(tài)的圖，圖9中的(C)是表示形成了 GaN晶體后的狀態(tài)的圖。
[0035]圖10中示出本實(shí)施例涉及的GaN襯底的外觀照片。
[0036]圖11中示出比較例涉及的GaN晶體的照片。
[0037](符號(hào)說明)
[0038]1...GaN 襯底
[0039]2*"GaN襯底的表面
[0040]3…單晶襯底
[0041]4…激光照射裝置
[0042]5…激光
[0043]6…非晶質(zhì)部分
[0044]7…非晶質(zhì)部分的長度
[0045]8…低溫緩沖層
[0046]9…GaN