復合基板和功能元件的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及復合基板和功能元件。
【背景技術】
[0002] 近年來，人們積極研究使用13族元素的氮化物如氮化鎵等，制造藍色LED、白色 LED、藍紫色半導體激光器等的半導體裝置，并將該半導體裝置應用在各種電子儀器上。過 去主要通過氣相法制造氮化鎵系半導體裝置。具體來說，使氮化鎵薄膜在藍寶石基板或碳 化硅基板之上通過有機金屬氣相生長法（MOVPE)等進行異質外延生長從而制造。這種情況 中，由于基板和氮化鎵薄膜的熱膨脹系數或晶格常數大大不同，因此氮化鎵上會產生高密 度的錯位（結晶上的一種晶格缺陷）。因此，通過氣相法難以得到錯位密度低的高品質的氮 化鎵。
[0003] 助熔劑法屬于液相法的一種，當用于氮化鎵時，使用金屬鈉作為助熔劑，可將氮化 鎵的結晶生長所需要的溫度緩和為800°C左右，將壓力緩和為數MPa。具體來說，氮氣溶解 于金屬鈉和金屬鎵的混合熔液中，氮化鎵成為過飽和狀態(tài)，作為結晶生長。這種液相法，與 氣相法相比由于不易發(fā)生錯位，因此能夠得到錯位密度低的高品質的氮化鎵。
[0004] 作為利用了 Na助熔劑法的制造GaN模板的制法，本申請人申請了專利文獻1(日 本特開 2010-168236)、專利文獻 2 (W0 2013/022122)、專利文獻 3 (W0 2013/021804)、專利 文獻 4 (TO 2013/022123)。
[0005] 另外，專利文獻5(日本特開2005-136167)中記載了為了矯正GaN自立基板的翹 曲而依次研磨GaN自立基板的表面和背面。
[0006] 現有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本特開2010-168236
[0009] 專利文獻 2 :W0 2013/022122
[0010] 專利文獻 3 :W0 2013/021804
[0011] 專利文獻 4 :W0 2013/022123
[0012] 專利文獻5 :日本特開2005-136167
[0013] 專利文獻6 :日本特許第4301251
[0014] 專利文獻7 :日本特開2010-219353
[0015] 專利文獻8 :日本特許第4380791
[0016] 專利文獻9 :日本特表2005-506271
[0017] 專利文獻10:日本特開2009-111423
[0018] 專利文獻11:日本特開2006-332714

【發(fā)明內容】

[0019] 發(fā)明要解決的問題
[0020] 本發(fā)明人研究了使用由助熔劑法制造的低錯位的GaN模板，用MOCVD法使實現LED 或功率設備的功能的結構成膜。GaN模板基板是指在支撐基板上設置上晶種層和氮化鎵結 晶層而成的基板，成為用于在此基板上進一步形成功能層的模板。
[0021] 具體來說，若使用在表面平坦的藍寶石基板上通過MOCVD法等使氮化鎵結晶層成 膜來制造的晶種基板，進一步在該基板上通過助熔劑法使氮化鎵結晶層在800°C~900°C 的生長溫度下生長，則可以制得最表面具有低錯位密度的氮化鎵結晶層的GaN模板。另外， 為了使在GaN模板上成膜的功能元件均勻化，對GaN模板的藍寶石基板進行研磨加工，減少 GaN模板的翹曲。
[0022] 本發(fā)明人嘗試了使用該GaN模板，利用MOCVD法制作LED的結構。但是，明白了此 時若在高溫氛圍（例如l〇〇〇°C以上）下使發(fā)光元件結構成膜，則會產生發(fā)光波長分布，得到 所期望的發(fā)光波長的區(qū)域的面積比率會變小。
[0023] 本發(fā)明人對產生這種發(fā)光波長分布的原因進行了調查。結果，意外地知道了 ：若對 藍寶石基板的背面進行研磨加工，從而減小室溫下的GaN模板的翹曲，則相反地發(fā)光波長 分布會變大。這是由于在使發(fā)光層成膜時在發(fā)光層內產生了組成分布。
[0024] 本發(fā)明的課題在于，在具備藍寶石基板、以及在藍寶石基板上有結晶生長的氮化 鎵結晶層的復合基板中，在其上形成由13族元素的氮化物形成的功能層時，抑制功能層的 偏差。
[0025] 解決問題的方法
[0026] 本發(fā)明的復合基板，其具備藍寶石基板、以及在所述藍寶石基板上設置的氮化鎵 結晶層，其特征在于，
[0027] 復合基板的翹曲度為，每5. 08cm，+40 ym以上、+80 ym以下。
[0028] 另外，本發(fā)明涉及功能元件，其特征在于，具有所述復合基板以及在氮化鎵結晶層 上通過氣相法形成的功能層，所述功能層由13族元素的氮化物形成。
[0029] 發(fā)明的效果
[0030] 認為：在助熔劑法中，在800°C~900°C的生長溫度下使氮化鎵結晶層生長，但在 利用MOCVD法等的氣相法在復合基板之上形成功能層時，由于升溫到KKKTC以上為止，所 以會產生復合基板的翹曲，產生功能層的組成分布，結果帶來功能上的偏差。
[0031] 本發(fā)明人基于上述知識，想到不消除復合基板在室溫下的翹曲，而是有目的地留 下適當大小的翹曲。由此發(fā)現：在下一層功能層成膜時，可以抑制其組成分布，可以抑制功 能的偏差，從而實現了本發(fā)明。
【附圖說明】
[0032] 圖I (a)顯示在藍寶石基板1上形成了氮化鎵結晶層2的狀態(tài)，（b)顯示將（a)中 的氮化鎵結晶層2的表面2a研磨而得到的氮化鎵結晶層3,（c)顯示為復合基板4。
[0033] 圖2 (a)顯示在復合基板4上設置功能層6而形成的功能元件5,（b)顯示在復合 基板4上設置功能層6A而形成的功能元件5A。
[0034] 圖3(a)為用于說明復合基板的翹曲的測定方法的示意圖，顯示翹曲為正向的情 況。（b)為用于說明復合基板的翹曲的測定方法的示意圖，顯示翹曲為負向的情況。
【具體實施方式】
[0035] 以下，適當地參照附圖對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0036] 先對本發(fā)明人研究的復合基板與其問題進行描述。
[0037] 首先，如圖I (a)所示，在藍寶石基板1的主面Ia上形成晶種層10。然后，在晶種 層10上利用助熔劑法形成氮化鎵結晶層2。接下來，如圖1(b)所示，研磨氮化鎵結晶層2 的表面2a，得到研磨后的氮化鎵結晶層3。3a為研磨面。
[0038] 這樣得到的復合基板14中，產生由助熔劑法進行的成膜和冷卻導致的翹曲。該翹 曲一般如圖3(a)中示意地顯示，當將藍寶石基板放在下面時，上側變成凸形狀。設想為這 種翹曲在復合基板上進一步使用氣相法成膜時會帶來不良的影響。
[0039] 因此，本發(fā)明人通過充分地研磨藍寶石基板1的底面lb，如圖1(c)所示，形成研磨 后的支撐基板1A。Ic為研磨后的底面。由此，在支撐基板的組織中導入了加工應變，幾乎 消除了圖3(a)中所示的凸狀的翹曲。
[0040] 本發(fā)明人嘗試在成膜工序中提供通過上述方法得到的幾乎無翹曲的復合基板，而 形成發(fā)光元件。這是因為，設想出基于以往的技術啟示，可獲得優(yōu)質的發(fā)光元件。
[0041] 然而，在現實中嘗試形成發(fā)光元件時，發(fā)現發(fā)光強度未達到規(guī)定值的區(qū)域擴大，整 體的發(fā)光效率下降，發(fā)光強度的偏差變大。
[0042] 本發(fā)明人研究該原因的結果，得到這樣的設想：由于成膜時增加的熱變化，產生了 如圖3(b)所示的形態(tài)的凹狀的翹曲，這導致了成膜組成的偏差，結果擴大了發(fā)光強度的分 布。
[0043] 本發(fā)明人發(fā)現：基于這樣的設想，在使功能元件成膜之前，通過將復合基板的翹曲 控制在所述的特定范圍，可以抑制功能元件的成膜偏差。這種想法是利用復合基板的翹曲 來抑制偏差，是明顯區(qū)別于以往技術的盡量減少翹曲的想法。
[0044] 在本發(fā)明中，制造如上所述地限定了翹曲的大小的復合基板4,在其表面3a上形 成功能層，從而得到功能元件。
[0045] S卩，如圖2(a)所示，在復合基板4上形成功能層6,得到功能元件5。在這里，可以 形成多層功能層6。例如，在圖2(b)所示的例子中，功能層6A由6a、6b、6c、6d、6e多層構 成，形成發(fā)光元件結構。由此，獲得錯位密度低的發(fā)光元件結構，因此發(fā)光元件5A的內部量 子效率提尚。
[0046] 本申請中所述的單晶，包括在整個結晶中原子整齊地排列的教科書式的單晶，但 并不意味著只限定于此，而是指通常工業(yè)上流通的意思。即，結晶可以包含某種程度的缺 陷、或內部可以具有應變、或也可以含有雜質，與多晶（陶瓷）相區(qū)別，是與將這些稱為單晶 而使用相同的含義。
[0047](藍寶石基板）
[0048] 藍寶石基板的纖鋅礦結構具有c面、a面以及m面。這些各結晶面為結晶學上的 定義?；讓?、晶種層、以及利用助熔劑法培養(yǎng)的氮化鎵結晶層的生長方向，可以是c面的 法線方向，也可以是a面、m面各自的法線方向。
[0049] 從本發(fā)明的觀點看，為了抑制氮化鎵結晶層的剝離，優(yōu)選使藍寶石基板的厚度比 氮化鎵結晶層的厚度厚。因此，藍寶石基板的厚度優(yōu)選設為300~1600 ym