晶體
[0047]t-GaN襯底的厚度
[0048]d…單晶襯底的厚度
【具體實(shí)施方式】
[0049]以下，參照?qǐng)D1?圖3對(duì)本發(fā)明涉及的氮化鎵(GaN)襯底詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
[0050]本發(fā)明涉及的GaN襯底的平面方向的形狀無(wú)特別限定，例如可以是方形等，但從例如在LED元件等公知的各種元件的制造工序中便于使用的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為圓形形狀，尤其優(yōu)選為圖1所示的設(shè)有定向平面(orientat1n flat surface)的圓形形狀。
[0051]當(dāng)GaN襯底I的形狀為圓形形狀或設(shè)有定向平面的圓形形狀時(shí)，從大型化的觀點(diǎn)來(lái)看，GaN襯底I的直徑優(yōu)選為50mm以上，更優(yōu)選為75mm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為150mm以上。另外，直徑的上限值無(wú)特別限定，但從實(shí)用方面的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選為300mm以下。
[0052]因此，GaN襯底I的表面2至少具有2cm2的表面積。進(jìn)而，從大型化的觀點(diǎn)來(lái)看，更優(yōu)選具有超過(guò)15cm2的表面積。
[0053]另夕卜，GaN襯底I的厚度t可以任意設(shè)定，優(yōu)選為5.0mm以下，更優(yōu)選為3.0mm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2.0mm以下。厚度t的下限值無(wú)特別限定，但從確保GaN襯底I的剛性的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為0.05mm以上，更優(yōu)選為0.1mm以上。
[0054]GaN襯底I由氮化鎵(GaN)晶體構(gòu)成，更優(yōu)選為GaN單晶。進(jìn)而，GaN襯底I形成為沒(méi)有裂紋。
[0055]另一方面，從圖2、圖3可知，本發(fā)明涉及的GaN襯底允許在襯底的整個(gè)表面上產(chǎn)生位錯(cuò)。其中，以GaN襯底的整個(gè)表面上的位錯(cuò)密度的分布呈實(shí)質(zhì)上均勻這一點(diǎn)為特征。
[0056]在此，本發(fā)明中所謂的“位錯(cuò)密度”是指:到達(dá)GaN襯底I的表面2上的、表面2的每單位面積的位錯(cuò)線的數(shù)量。位錯(cuò)線無(wú)法通過(guò)目測(cè)辨別，但能夠通過(guò)利用透射電子顯微鏡(TEM-Transmiss1n Electron Microscope)、原子力顯微鏡(AFM:Atomic ForceMicroscope)或陰極發(fā)光(CL:Cathode Luminescence)圖像進(jìn)行測(cè)定而檢測(cè)出?；蛘撸ㄟ^(guò)將GaN襯底I的表面2浸泡在加熱后的磷酸和硫酸的混合液中，能夠產(chǎn)生與位錯(cuò)對(duì)應(yīng)的蝕痕(etch pit)。也可以利用TEM、AFM或CL圖像測(cè)定該蝕痕的分布從而檢測(cè)出位錯(cuò)。
[0057]進(jìn)而，本發(fā)明中所謂的“實(shí)質(zhì)上均勻”是指:位錯(cuò)密度的分布發(fā)生在GaN襯底I的整個(gè)表面2上，并且位錯(cuò)隨機(jī)且均勻地分布在表面2上，從而對(duì)表面2的任意每Icm2的位錯(cuò)密度的分布進(jìn)行測(cè)量時(shí)，均處于一定的數(shù)值范圍內(nèi)。因此，在本發(fā)明中，“實(shí)質(zhì)上均勻”并不是指位錯(cuò)密度的分布在GaN襯底I的表面2的所有位置上均呈完全固定這一情況，而是指對(duì)表面2的任意每Icm2的位錯(cuò)密度的分布進(jìn)行測(cè)量時(shí)，均處于一定的數(shù)值范圍內(nèi)。在此，所謂的“一定的數(shù)值范圍”是根據(jù)所制造的元件或器件及它們的制造工序而分別確定，因此并不能一概而論。
[0058]GaN襯底I的位錯(cuò)密度的絕對(duì)值越低越好，但其下限值根據(jù)所制造的元件或器件而不同，因此不能一概而論。例如，在發(fā)光元件的情況下，目標(biāo)發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)越短，則所要求的GaN襯底的位錯(cuò)密度越低。另外，存在如下區(qū)別:即，較之LED元件，激光二極管(LD:Laser D1de)中要求位錯(cuò)密度更低的GaN襯底。
[0059]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的GaN襯底1，不論其厚度如何，在各種厚度t的情況下均能夠防止GaN襯底I的表面2上發(fā)生局部的位錯(cuò)密度的分布，從而實(shí)現(xiàn)了 GaN襯底I的表面2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I制造元件或器件的工序中，能夠在GaN襯底I的表面2的任意位置處制造元件或器件，且能夠使用GaN襯底I的整個(gè)表面2o
[0060]另外，在使用了與GaN襯底I呈不同晶體的基礎(chǔ)襯底進(jìn)行GaN晶體生長(zhǎng)的初期階段，在基礎(chǔ)襯底與GaN晶體的異質(zhì)外延生長(zhǎng)界面上產(chǎn)生大量的位錯(cuò)。因此，在GaN襯底I的厚度t為50 μπι(0.05mm)的情況下，GaN襯底I的表面2的每Icm2的位錯(cuò)密度優(yōu)選為3.0X 17以上且5.0X10 7以下。
[0061]進(jìn)而，通過(guò)GaN晶體的外延生長(zhǎng)的進(jìn)行而形成較厚的GaN襯底1，從而獲得自支撐的GaN襯底。在此，本發(fā)明中所謂的“自支撐的襯底”或“自支撐襯底”是指:不僅能夠保持自己的形狀，而且還具有不會(huì)對(duì)處理帶來(lái)不便這一程度的強(qiáng)度的襯底。為了具有這樣的強(qiáng)度，襯底的厚度優(yōu)選形成為0.2mm以上。另外，考慮到元件或器件形成后的分離容易性等，自支撐襯底的厚度上限優(yōu)選為Imm以下。
[0062]當(dāng)GaN晶體的外延生長(zhǎng)進(jìn)行到能夠獲得自支撐襯底的程度時(shí)，伴隨著該外延生長(zhǎng)的進(jìn)行，位錯(cuò)彼此之間的碰撞自然地發(fā)生，碰撞后的位錯(cuò)彼此皆消失。因此，當(dāng)GaN襯底I的厚度t形成至能夠獲得自支撐襯底的程度時(shí)，所測(cè)量的位錯(cuò)密度比上述初期階段有所減少。因此，在GaN襯底I的厚度t為200 μπι(0.2mm)的情況下，GaN襯底I的表面2的每I cm2的位錯(cuò)密度優(yōu)選為0.9 X 10 7以上且1.5 X 10 7以下。
[0063]如前所述，襯底厚度t為50 μηι(0.05mm)情況下的表面2的每Icm2的位錯(cuò)密度為3.0X 17以上且5.0X 10 7以下。因此，以百分比表示時(shí)，t = 50 μ m時(shí)的位錯(cuò)密度的變動(dòng)值為約167%。另一方面，襯底厚度t為200 μ m(0.2mm)情況下的表面2的每Icm2的位錯(cuò)密度為0.9X 17以上且1.5X10 7以下。以百分比表示時(shí)，t = 200 μm時(shí)的位錯(cuò)密度的變動(dòng)值也為約167%，由此可知與t = 50 μπι時(shí)的位錯(cuò)密度的變動(dòng)值一同處于一定的數(shù)值范圍內(nèi)。由以上可知，根據(jù)本發(fā)明的GaN襯底1，在任意的厚度下均實(shí)現(xiàn)了表面2上的位錯(cuò)密度分布的實(shí)質(zhì)上均勻化。
[0064]GaN襯底I的導(dǎo)電類型應(yīng)配合目標(biāo)元件或器件而進(jìn)行適當(dāng)控制，不能一概而論。作為能夠適用于元件或器件的導(dǎo)電類型，可以舉出:例如摻雜有S1、S、O等的η型，摻雜有Mg或Zn等的P型，摻雜有In-GaN或者Fe或Cr等、或者同時(shí)摻雜有η型和ρ型的摻雜劑的半絕緣性。另外，GaN襯底I的載流子濃度的絕對(duì)值也應(yīng)配合目標(biāo)元件或器件而進(jìn)行適當(dāng)控制，不能一概而論。
[0065]GaN襯底I的正面被實(shí)施拋光、研磨及CMP加工(化學(xué)機(jī)械拋光加工)。另一方面，GaN襯底I的背面被實(shí)施拋光且/或研磨。正面的拋光和研磨主要是為了實(shí)現(xiàn)平坦的襯底形狀而實(shí)施，背面的拋光主要是為了實(shí)現(xiàn)所希望的厚度t而實(shí)施。正面成為表面2，其具有實(shí)質(zhì)上均勻的位錯(cuò)密度的分布。因此，背面可以具有比正面高的位錯(cuò)密度，背面上的位錯(cuò)密度分布也可以實(shí)質(zhì)上不均勻。表面2優(yōu)選為平坦的鏡面，進(jìn)而，表面2的表面粗糙度Ra最好形成為能夠形成元件或器件的程度，因此優(yōu)選形成為0.1nm以下。
[0066]進(jìn)而，GaN襯底I的正面優(yōu)選為(0001)的III族面。這是因?yàn)?GaN系的晶體的極性強(qiáng)，較之V族面(氮面)，III族面的化學(xué)和熱穩(wěn)定性佳，易于制造元件或器件。
[0067]接下來(lái)，參照?qǐng)D4?圖6對(duì)本發(fā)明涉及的氮化鎵(GaN)襯底的制造方法詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
[0068]首先，作為本發(fā)明涉及的GaN襯底的制造中所使用的外延生長(zhǎng)用基礎(chǔ)襯底，準(zhǔn)備了單晶襯底。作為基礎(chǔ)襯底的材質(zhì)，只要是能夠通過(guò)激光照射形成非晶質(zhì)部分的公知單晶材料，便可以任意使用，可以舉出例如藍(lán)寶石、氮化物半導(dǎo)體、S1、GaAs、水晶、SiC等。當(dāng)采用后述的照射條件A時(shí)，尤其能夠適宜地使用S1、GaAs、水晶或SiC。另外，也可以不是單晶襯底，而是石英或玻璃等。
[0069]其中尤其優(yōu)選藍(lán)寶石單晶襯底，因?yàn)槠湓谧鳛镚aN晶體的生長(zhǎng)溫度的1000°C以上的高溫范圍內(nèi)也保持穩(wěn)定，并且與作為GaN晶體生長(zhǎng)的原料氣體或氣氛氣體的H2SNH3、HCL也不發(fā)生反應(yīng)。
[0070]另外，單晶襯底使用至少一面經(jīng)過(guò)鏡面研磨的單晶襯底。該情況下，在之后的外延生長(zhǎng)工序中，GaN晶體生長(zhǎng)并形成于經(jīng)過(guò)鏡面研磨的一面?zhèn)壬稀Ａ硗?，根?jù)需要也可以使用兩面均經(jīng)過(guò)鏡面研磨的單晶襯底，此時(shí)能夠?qū)⑷我庖幻孀鳛镚aN晶體的生長(zhǎng)面加以利用。關(guān)于該研磨，以使供晶體生長(zhǎng)的一面的平滑程度達(dá)到能夠進(jìn)行外延生長(zhǎng)的程度的方式進(jìn)行即可，作為目標(biāo)，優(yōu)選表面粗糙度Ra形成為0.1nm以下。進(jìn)而，形成為沒(méi)有裂紋。
[0071]進(jìn)而，在單晶襯底使用藍(lán)寶石襯底時(shí)，作為GaN襯底的晶體生長(zhǎng)面優(yōu)選為C面。但是，不限定于C面，也可以使用R面、M面、A面等的C面以外的其他面。
[0072]單晶襯底的平面方向的形狀無(wú)特別限定，例如可以是方形等，但從例如在LED元件等公知的各種元件的制造工序中便于使用的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為圓形形狀，尤其優(yōu)選為設(shè)有定向平面的圓形形狀。
[0073]當(dāng)單晶襯底的形狀為圓形形狀或設(shè)有定向平面的圓形形狀時(shí)，從大型化的觀點(diǎn)來(lái)看，單晶襯底的直徑優(yōu)選為50mm以上，更優(yōu)選為75mm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為150mm以上。另夕卜，直徑的上限值無(wú)特別限定，但從實(shí)用方面的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選為300mm以下。
[0074]因此，單晶襯底的表面至少具有2cm2的表面積。進(jìn)而，從大型化的觀點(diǎn)來(lái)看，更優(yōu)選具有超過(guò)15cm2的表面積。
[0075]另外，單晶襯底的厚度優(yōu)選為5.0mm以下，更優(yōu)選為3.0mm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2.0mm以下。厚度的下限值無(wú)特別限定，但從確保單晶襯底的剛性的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為0.05mm以上，更優(yōu)選為0.1mm以上。另外，在單晶襯底的形狀為圓形形狀或設(shè)有定向平面的圓形形狀的情況下，當(dāng)直徑為50mm以上且150mm以下時(shí)，厚度優(yōu)選為0.3mm以上，當(dāng)直徑超過(guò)150mm時(shí)，厚度優(yōu)選為0.5mm以上。
[0076]另外，也存在將由GaN晶體構(gòu)成的GaN襯底I用作基礎(chǔ)襯底并在該基礎(chǔ)襯底的一面上生長(zhǎng)形成新的GaN晶體的方法。該情況下，理論上在GaN晶體生長(zhǎng)后進(jìn)行冷卻時(shí)不會(huì)發(fā)生翹曲的問(wèn)題，但實(shí)際上多數(shù)情況下基礎(chǔ)襯底和通過(guò)生長(zhǎng)形成的GaN晶體在相互的晶體特性上存在不少差異，因此實(shí)際上會(huì)發(fā)生翹曲。因此，本發(fā)明涉及的GaN襯底的制造方法不僅適用于