本發(fā)明涉及iii族氮化物結(jié)晶制造方法以及ramo4基板。

背景技術(shù)：

作為通式ramo4所表示的基板(通式中，r表示選自sc、in、y和鑭系元素系元素中的一個(gè)或多個(gè)三價(jià)元素，a表示選自fe(iii)、ga和al中的一個(gè)或多個(gè)三價(jià)元素，m表示選自mg、mn、fe(ii)、co、cu、zn和cd中的一個(gè)或多個(gè)二價(jià)元素)的一例，已知scalmgo4基板。scalmgo4基板被用作gan等氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)基板(例如，參照專利文獻(xiàn)1。)。圖11為示出專利文獻(xiàn)1中記載的以往的scalmgo4基板制造方法的工序的圖。在s201工序的單晶形成中，形成scalmgo4的塊體材料。在s202工序的生長(zhǎng)基板制作中通過將塊體材料劈開從而形成基板。在s203的gan形成中，在上述基板上形成gan層。在s204工序的生長(zhǎng)基板除去中，作為生長(zhǎng)基板的scalmgo4基板通過使用緩沖氫氟酸等進(jìn)行蝕刻從而被除去，或者將scalmgo4基板的一部分劈開后，進(jìn)一步通過蝕刻、研磨除去生長(zhǎng)基板。通過進(jìn)行這些工序，最終形成gan基板。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2015-178448號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

如上所述，專利文獻(xiàn)1中，在制造gan基板時(shí)，在s204工序中通過蝕刻、研磨除去ramo4基板。另外，在通過將ramo4基板的一部分劈開從而除去的情況下，使除去的ramo4基板暫時(shí)溶解后再次形成單晶體，由此進(jìn)行再利用。然而，近年來，考慮到gan基板制作的成本和制造效率等，要求將除去的ramo4基板容易地再利用。也就是說，本發(fā)明的目的在于，提供在制造iii族氮化物時(shí)，提高作為生長(zhǎng)基板的ramo4基板的使用效率的方法。

用于解決問題的手段

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種iii族氮化物結(jié)晶制造方法，其具有：準(zhǔn)備ramo4基板的工序，所述ramo4基板包含通式ramo4所表示的單晶體(通式中，r表示選自sc、in、y和鑭系元素系元素中的一個(gè)或多個(gè)三價(jià)元素，a表示選自fe(iii)、ga和al中的一個(gè)或多個(gè)三價(jià)元素，m表示選自mg、mn、fe(ii)、co、cu、zn和cd中的一個(gè)或多個(gè)二價(jià)元素)，且在側(cè)部具有切口；在所述ramo4基板上使iii族氮化物結(jié)晶生長(zhǎng)的工序；和以上述切口為起點(diǎn)使所述ramo4基板劈開的工序。

另外，本發(fā)明提供一種ramo4基板，在包含通式ramo4所表示的單晶體(通式中，r表示選自sc、in、y和鑭系元素系元素中的一個(gè)或多個(gè)三價(jià)元素，a表示選自fe(iii)、ga和al中的一個(gè)或多個(gè)三價(jià)元素，m表示選自mg、mn、fe(ii)、co、cu、zn和cd中的一個(gè)或多個(gè)二價(jià)元素)的ramo4基板中，在側(cè)部具有切口。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供將ramo4基板容易地再利用而制造iii族氮化物的方法和ramo4基板。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式1中的iii族氮化物基板的制造工序的圖。

圖2的圖2a為表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的scalmgo4鑄錠的外形加工后的形狀的立體圖，圖2b、圖2c為表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的scalmgo4鑄錠的切口的形狀的側(cè)視圖，圖2d為本發(fā)明的實(shí)施方式1中的scalmgo4鑄錠的俯視圖。

圖3的圖3a、圖3b示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的劈開中使用的刃的形狀。

圖4為以往的僅通過劈開形成的外延生長(zhǎng)面的平面度測(cè)定結(jié)果的圖。

圖5的圖5a為本發(fā)明的實(shí)施方式1中的劈開后的帶切口的scalmgo4基板的俯視圖和側(cè)視圖，圖5b為實(shí)施方式1中的在scalmgo4基板上形成了gan層的側(cè)視圖，圖5c為實(shí)施方式1中的將scalmgo4基板除去時(shí)的側(cè)視圖，圖5d為實(shí)施方式1中形成的gan基板的側(cè)視圖。

圖6為本發(fā)明的實(shí)施方式1中的粗凹凸形成工序后的平面度測(cè)定結(jié)果的圖。

圖7為本發(fā)明的實(shí)施方式1中的微小凹凸形成工序后的平面度測(cè)定結(jié)果的圖。

圖8為本發(fā)明的實(shí)施方式1中的微小凹凸形成工序后的afm測(cè)定結(jié)果的圖。

圖9為本發(fā)明的實(shí)施方式2中的iii族氮化物基板的制造工序的圖。

圖10的圖10a為實(shí)施方式2中的在scalmgo4基板上形成了gan層的側(cè)視圖，圖10b為實(shí)施方式2中的形成有器件的基板的側(cè)視圖。

圖11為以往的scalmgo4基板的制造工序的圖。

具體實(shí)施方式

以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式參照?qǐng)D1～圖10進(jìn)行說明。實(shí)施方式中，將iii族氮化物設(shè)為gan，將ramo4基板設(shè)為scalmgo4進(jìn)行說明。

(實(shí)施方式1)

圖5示出本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的制造iii族氮化物的方法的各工序。本方法為iii族氮化物結(jié)晶制造方法，包括：準(zhǔn)備包含scalmgo4單晶且在側(cè)部具有切口2b的scalmgo4基板10的工序(圖5a)、在scalmgo4基板10上使iii族氮化物結(jié)晶4生長(zhǎng)的工序(圖5b)、和以切口2b為起點(diǎn)使scalmgo4基板10劈開的工序(圖5c)。

圖5a的上圖為俯視scalmgo4基板10的主面的圖，下圖為scalmgo4基板10的厚度方向的側(cè)視圖，特別是將scalmgo4基板10的側(cè)部的一部分放大的圖。scalmgo4基板10的主面為scalmgo4單晶的劈開面，切口2b與劈開面大致平行地配置在scalmgo4基板10的側(cè)部。圖5b的工序中，以scalmgo4基板10為種基板在其主面上使iii族氮化物結(jié)晶生長(zhǎng)。其后，scalmgo4基板10以切口2b為起點(diǎn)，容易地分離成形成有iii族氮化物結(jié)晶的一側(cè)10b、和未形成iii族氮化物結(jié)晶的一側(cè)10a。因此，能夠容易地將未形成iii族氮化物結(jié)晶的一側(cè)10a再利用。例如，可以將未形成iii族氮化物結(jié)晶的一側(cè)10a再利用，在其主面上使iii族氮化物結(jié)晶生長(zhǎng)。

接著，對(duì)包括制造scalmgo4基板10的方法的iii族氮化物結(jié)晶制造方法的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說明。說明時(shí)，作為iii族氮化物例示出gan(氮化鎵)。

本方法的詳細(xì)內(nèi)容如圖1所示，包括：生成單晶scalmgo4的scalmgo4鑄錠準(zhǔn)備工序；對(duì)單晶scalmgo4鑄錠的外形進(jìn)行加工，準(zhǔn)備在側(cè)部具有多個(gè)切口2a、2b的圓筒狀的scalmgo4鑄錠1的scalmgo4鑄錠外形加工工序；將鑄錠1加工成基板狀，準(zhǔn)備在側(cè)部具有切口2b的scalmgo4基板10的scalmgo4基板準(zhǔn)備工序；將scalmgo4基板10的與外延生長(zhǎng)面對(duì)應(yīng)的面(主面)的凹凸除去的凹凸除去工序；在scalmgo4基板10的主面上使gan層4生長(zhǎng)的gan結(jié)晶生長(zhǎng)工序；以切口2b為起點(diǎn)將scalmgo4基板除去的scalmgo4除去工序；對(duì)gan基板4a的主面進(jìn)行外延就緒(epi-ready)面化加工的gan基板加工工序。以下，對(duì)各工序的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說明。

在scalmgo4鑄錠準(zhǔn)備工序中，例如，準(zhǔn)備使用高頻感應(yīng)加熱型切克勞斯基(czochralski)爐制造的單晶scalmgo4鑄錠。作為鑄錠的制造方法的一例，對(duì)生成直徑50mm的鑄錠的方法進(jìn)行說明。首先，作為起始原料將純度為4n(99.99％)的sc2o3、al2o3和mgo按照規(guī)定的摩爾比配合。然后，向直徑100mm的銥制的坩堝中投入該起始原料3400g。接著，將投入了原料的坩堝投入高頻感應(yīng)加熱型切克勞斯基爐(培育爐)中，使該爐內(nèi)成為真空。其后，向爐內(nèi)導(dǎo)入氮，在爐內(nèi)成為大氣壓的時(shí)刻開始坩堝的加熱。然后，用12小時(shí)緩緩加熱直到到達(dá)scalmgo4的熔點(diǎn)為止使材料熔融。接著，將沿(0001)方位切出的scalmgo4單晶用作晶種，使該晶種降下至接近坩堝內(nèi)的熔液。然后，使晶種一邊以一定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)一邊緩緩降下，使晶種的前端接觸熔液并緩緩降低溫度，同時(shí)以提拉速度0.5mm/h的速度使晶種上升(沿0001軸方向提拉)，進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)。由此，可以得到直徑50mm、直筒部的長(zhǎng)度50mm的單晶鑄錠。

在scalmgo4鑄錠外形加工工序中，將被提拉的鑄錠加工成圓柱狀，進(jìn)一步對(duì)圓柱的側(cè)部進(jìn)行切口加工。首先，使用帶鋸、基于內(nèi)周刃、外周刃的切片機(jī)、單線鋸等將鑄錠的兩端部(頂部和尾部)切斷。被提拉的scalmgo4鑄錠未形成規(guī)整的圓形，因此進(jìn)行利用基于金剛石砂輪等的外周研削加工、基于研磨布的研磨，進(jìn)行圓柱化。將圓柱化后的scalmgo4鑄錠1的立體圖示于圖2a。

在此，對(duì)scalmgo4單晶進(jìn)行說明。scalmgo4單晶呈巖鹽型結(jié)構(gòu)(111)面的sco2層、與六方晶(0001)面的almgo2層交替地層疊的結(jié)構(gòu)。六方晶(0001)面的2層與纖鋅礦型結(jié)構(gòu)相比是平面的，與面內(nèi)的鍵相比，上下層間的鍵達(dá)到0.03nm之長(zhǎng)，鍵合力弱。因此，scalmgo4單晶可以以(0001)面劈開。利用該特性，在scalmgo4基板準(zhǔn)備工序中，將圓柱化后的scalmgo4鑄錠1基板化為確定的厚度。該情況下，由于需要用于劈開的起點(diǎn)，因此在scalmgo4鑄錠外形加工工序中在鑄錠的側(cè)部形成切口2a、2b。對(duì)于起點(diǎn)的形成方法利用圖2b、2c進(jìn)行說明。

如圖2b、圖2c所示，在scalmgo4基板準(zhǔn)備工序中，將最終的scalmgo4基板的厚度設(shè)為t1的情況下，以t1間隔形成作為起點(diǎn)的切口2a。進(jìn)一步，為了形成帶切口2b的基板，在從t1的起點(diǎn)開始沿同方向離開t2的位置設(shè)置切口。切口2a是從鑄錠開始基板化時(shí)的劈開的起點(diǎn)，切口2b是將scalmgo4基板再利用時(shí)的劈開的起點(diǎn)。例如以t1＝500μm、t2＝100μm形成。

接著對(duì)切口的形成方法進(jìn)行說明。圖2b為通過切割、激光加工形成的切口形狀。在進(jìn)行切割加工的情況下，例如使直徑100mm、磨石粒徑30μm、粒度#600的刀片以1800min^-1旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加工。在激光加工的情況下，若脈沖幅度為納秒的yag激光，則能夠使用例如波長(zhǎng)400nm以下、脈沖幅度100nsec以下的激光。另外，若脈沖幅度為1nsec以下的超短脈沖激光，則能夠使用紅外線或可見光的激光。通過切割、激光加工形成的切口如圖2b所示，宏觀來看，切口的前端部呈銳利的形狀。另一方面，圖2c為用線鋸加工時(shí)的切口形狀。通過線鋸，對(duì)每1個(gè)部位形成切口的情況下使用單線鋸，同時(shí)對(duì)多處進(jìn)行加工時(shí)使用多線鋸。使用的線的線徑越細(xì)，越能形成寬度窄的切口形狀。對(duì)于線鋸，可以使用例如芯徑80μm、電沉積了磨粒尺寸8～16μm的金剛石的固定磨粒線。使用多線鋸形成切口的情況下，首先以t1的間距形成多個(gè)切口2a后，將鑄錠或線位置僅挪開t2的距離而形成切口2b。用線鋸形成的切口如圖2c所示，宏觀來看，切口的前端呈r形狀。

圖2d為從圓形面(上面)觀察scalmgo4鑄錠1的圖。圖2d所示的切口的深度d、圓周方向的寬度w優(yōu)選設(shè)為d為0.1mm以上且5mm以下、w為0.1mm以上且15mm以下。例如scalmgo4鑄錠1為2英寸(直徑50mm)的圓柱的情況下，若切口的深度d為0.1mm，則圓周方向的寬度w幾何學(xué)地確定為4.46mm。另外，scalmgo4鑄錠1為4英寸(直徑100mm)的圓柱的情況下，若切口的深度d為0.1mm，則圓周方向的寬度w為6.32mm。scalmgo4鑄錠1不是圓柱的情況下，根據(jù)形狀分別決定切口的深度d和寬度w。若切口的深度d過深，則基板的有效面積減小，因此設(shè)為以基板的有效面積能夠容許的范圍。以基板的有效面積能夠容許的范圍(切口的深度d)具體來說為5mm以下。若為圓柱，則如前所述若深度確定則寬度也幾何學(xué)地確定。因此，w為15mm以下。

將scalmgo4鑄錠1實(shí)際地劈開的情況下，將圖3所示的刃3的形狀抵在切口2a、2b進(jìn)行劈開。因此，切口的形狀優(yōu)選為刃尖尖銳地進(jìn)入的形狀，如圖2b所示，切口的前端部(鑄錠1的內(nèi)部側(cè)的前端部)優(yōu)選為銳利的形狀。

還可以想到在同一面內(nèi)多處設(shè)置切口2b，但若在位置對(duì)準(zhǔn)不充分的狀態(tài)下從多個(gè)部位劈開，則在劈開面產(chǎn)生高低差。因此，在同一面內(nèi)多處設(shè)置切口的情況下，需要原子水平的位置對(duì)準(zhǔn)，實(shí)質(zhì)上困難，因此在同一面內(nèi)設(shè)置1個(gè)部位即可。

接著，對(duì)scalmgo4基板準(zhǔn)備工序進(jìn)行說明。本工序中，為了得到具有切口的scalmgo4基板10，將圖3所示的刃3抵在切口2a，沿劈開方向施加力從而進(jìn)行劈開，從圓柱狀的鑄錠1得到厚度t1的scalmgo4基板10。刃3的材質(zhì)為鋼制。將刃3的代表性的形狀示于圖3a、圖3b。如圖3a所示，刃3可以為單刃，如圖3b所示，也可以為雙刃。刃3的刃尖的角度(圖3a中θ1、圖3b中θ2所示的角度)優(yōu)選為30°以下。刃3的形狀不限于圖3a和圖3b所示的形狀，例如雙刃的情況下，圖3b中θ2所示的角度可以從刃尖的中心開始非對(duì)稱，角度也可以帶有多段。

將劈開scalmgo4塊體材料時(shí)的劈開面(scalmgo4基板的外延生長(zhǎng)面)的平面度測(cè)定數(shù)據(jù)示于圖4。該數(shù)據(jù)是以在φ40mm的scalmgo4基板的同一平面內(nèi)正交的xy軸使用激光反射式測(cè)長(zhǎng)機(jī)(三鷹光器制nh-3ma)獲取的數(shù)據(jù)。圖4中，如箭頭所示，在將塊體材料劈開的劈開面，存在500nm以上的凹凸部。scalmgo4基板中，由于劈開時(shí)的劈開方向的剝離力有偏差，因而不發(fā)生同一原子層處的劈開，其結(jié)果認(rèn)為產(chǎn)生包含500nm以上的高低差的凹凸部。若高度500nm以上的高低差部分在外延生長(zhǎng)面存在，則在基板上使結(jié)晶進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生問題。對(duì)于在基板的外延生長(zhǎng)面存在高度500nm以上的高低差時(shí)的弊害進(jìn)行說明。若在存在高度500nm以上的高低差的外延生長(zhǎng)面制作gan等的結(jié)晶，則在高度500nm以上的高低差部分成為不同的晶體取向。例如，若在外延生長(zhǎng)面上利用mocvd(metal-organicchemicalvapordeposition)法形成用于led發(fā)光層的ingan層，則銦的組成在高低差部分和平坦部發(fā)生變化。而且若銦的組成發(fā)生變化，則作為led元件的發(fā)光波長(zhǎng)和亮度發(fā)生變化。其結(jié)果是，作為led元件產(chǎn)生發(fā)光不均，發(fā)生亮度降低。

不容易除去通過劈開產(chǎn)生的500nm以上的凹凸。特別是scalmgo4基板的劈開面的加工難度在于，即使想要除去通過劈開產(chǎn)生的凹凸，若平坦面在整體中所占的比例大，則對(duì)平坦面進(jìn)行加工時(shí)，加工負(fù)荷也容易集中在一部分區(qū)域(凹凸)，不在表面，而在更加深入表面的內(nèi)部發(fā)生劈開導(dǎo)致的破裂。因此考慮通過除去破裂部分而形成新的凹凸。另外，在平坦面的比例高的情況下，僅僅施加在內(nèi)部不劈開那樣的載荷的話，基本不能除去劈開工序中產(chǎn)生的凹凸。

因此，鑒于scalmgo4材料的特征，發(fā)現(xiàn)了以下詳述的加工方法(粗凹凸形成工序和微小凹凸形成工序)。這是本發(fā)明的凹凸除去工序。具體來說，在scalmgo4基板的成為外延生長(zhǎng)面的區(qū)域整面形成一定高度的凹凸形狀(粗凹凸形成工序)。接著，通過階段性地減小加壓力，從而減小加壓力的偏差的絕對(duì)量而防止在內(nèi)部的劈開，并且緩緩減小在整面形成的一定高度的凹凸形狀(微小凹凸形成工序)。即，將scalmgo4單晶體以切口2a為起點(diǎn)在劈開面劈開，準(zhǔn)備圖5a的上圖所示的scalmgo4基板10。然后，至少進(jìn)行：在scalmgo4基板10的主面上形成高度500nm以上的凹凸的粗凹凸形成工序；對(duì)高度500nm以上的凹凸進(jìn)行研磨，形成高度低于500nm的凹凸的微小凹凸形成工序。

在粗凹凸形成工序中，按照連續(xù)地表面粗糙度為500nm以下的區(qū)域(以下，也稱“平坦部”)的面積均為1mm²以下的方式，使凹凸形狀分布于成為外延生長(zhǎng)面的區(qū)域的整面。這是由于，在粗凹凸形成工序中若形成大于1mm²的平坦部，則在微小凹凸形成工序中，由于加工負(fù)荷的集中而在內(nèi)部劈開，產(chǎn)生大于500nm的凹凸。另外，在粗凹凸形成工序中形成的多個(gè)凹凸的凸部的高度之差優(yōu)選落在±0.5μm以下的范圍內(nèi)。通過在整面形成高度的偏差落入該范圍內(nèi)那樣的均勻高度的凹凸，能夠通過微小凹凸形成工序緩緩降低凹凸的高度，能夠在面內(nèi)形成均勻的平坦部。

具體來說，在粗凹凸形成工序中，使用第1磨粒形成高度500nm以上的凹凸，在微小凹凸形成工序中，使用硬度低于上述第1磨粒的第2磨粒形成高度低于500nm的凹凸。

更詳細(xì)而言，在對(duì)一定高度的凹凸形狀進(jìn)行加工的凹凸形成工序中，進(jìn)行使用了磨粒尺寸大的金剛石固定磨粒的研削加工。作為磨粒使用尺寸#300以上#20000以下(優(yōu)選為#600)的金剛石磨粒。通過使用該范圍的尺寸的金剛石磨粒的加工，可以使加工面的凹凸的高度之差落在±5μm以下的范圍內(nèi)。另外，凹凸形成工序中的加工條件優(yōu)選設(shè)為：磨石轉(zhuǎn)速500min^-1以上且50000min^-1以下(優(yōu)選為1800min^-1)、scalmgo4基板轉(zhuǎn)速10min^-1以上且300min^-1以下(優(yōu)選為100min^-1)、加工速度0.01μm/秒以上且1μm/秒以下(優(yōu)選為0.3μm/秒)、加工除去量1μm以上且300μm以下(優(yōu)選為20μm)。圖6中示出使用#600的金剛石磨粒，以磨石轉(zhuǎn)速1800min^-1、scalmgo4基板轉(zhuǎn)速100min^-1、加工速度0.3μm/秒、加工除去量20μm進(jìn)行加工的結(jié)果。圖6為利用與前述同樣的方法測(cè)定加工面的x方向的平坦度的結(jié)果。如圖6所示，在成為外延生長(zhǎng)面的區(qū)域不產(chǎn)生1mm²以上的平坦部(凹凸的高度為500nm以下的區(qū)域連續(xù)1mm²以上的部位)，能夠形成規(guī)則的凹凸形狀。

接著，對(duì)將粗凹凸形成工序中形成的凹凸緩緩除去的微小凹凸形成工序進(jìn)行說明。在微小凹凸形成工序中，將上述高度500nm以上的凹凸除去，并且通過階段性地減弱了加壓力的研磨而形成高度低于500nm的凹凸。在微小凹凸形成工序中，優(yōu)選：使用以膠態(tài)二氧化硅為主成分的漿料作為磨粒，轉(zhuǎn)速10min^-1以上且1000min^-1以下(優(yōu)選為60min^-1)、漿料供給量0.02ml/分鐘以上且2ml/分鐘以下(優(yōu)選為0.5ml/分鐘)、研磨墊為無紡布?jí)|。漿料供給量根據(jù)基板面積而改變量。具體來說，基板面積越大越優(yōu)選增加漿料供給量。凹凸多的情況下，加工力容易選擇性地集中在凸部。因此，加壓量?jī)?yōu)選在微小凹凸形成工序的初期設(shè)為10000pa以上且20000pa以下的范圍，隨著凸部變得平坦而設(shè)為5000pa以上且小于10000pa，最終設(shè)為1000pa以上且5000pa以下的范圍。通過像這樣階段性地降低加壓力，從而能夠不發(fā)生內(nèi)部的劈開地從成為外延生長(zhǎng)面的區(qū)域除去高度500nm以上的凹凸。

在微小凹凸形成工序中，最初將加壓力設(shè)為15000pa進(jìn)行3分鐘研磨加工，接著將加壓力降至8000pa進(jìn)行5分鐘研磨加工，最后將加壓力降至1000pa進(jìn)行10分鐘研磨加工，將結(jié)果示于圖7。圖7是利用與前述同樣的方法測(cè)定加工后的外延生長(zhǎng)面的x方向的平坦度的表面形狀測(cè)定結(jié)果。另外，圖8中示出對(duì)于外延生長(zhǎng)面的10μm見方的范圍通過afm(原子力顯微鏡)進(jìn)行測(cè)定的表面形狀測(cè)定結(jié)果。如圖8所示，在10μm見方的范圍內(nèi)沒有高度500nm以上的凹凸，表示最大高度的rmax為6.42nm，如此連高度50nm以上的凹凸也沒有觀察到。需要說明的是rq為0.179nm。由進(jìn)一步詳細(xì)地進(jìn)行形狀分析的圖8可知100μm²的微小的區(qū)域中表面粗糙度ra為0.139nm，能夠形成沒有50nm以上的凹凸的極平滑面。在此，所得到的外延生長(zhǎng)面的表面粗糙度ra為0.08nm以上且0.5nm以下。需要說明的是表面粗糙度ra利用bruker公司的dimensionicon，依照iso13565-1進(jìn)行測(cè)定。通過以上來準(zhǔn)備具有外延就緒面的scalmgo4基板10。

接著，對(duì)gan結(jié)晶生長(zhǎng)工序進(jìn)行說明。gan單晶生長(zhǎng)法有：使v族和iii族的原料氣反應(yīng)進(jìn)行合成的氣相生長(zhǎng)法、和使用溶液或熔液的液相生長(zhǎng)法。作為氣相生長(zhǎng)法，可以利用hvpe(hydridevaporphaseepitaxy)法、ovpe(oxidevaporphaseepitaxy)法。作為液相生長(zhǎng)法，可以利用na助熔劑(sodiumflux)法等。

hvpe法是使用gacl作為iii族源的方法。具體來說，在石英管爐內(nèi)的原料氣生成部使金屬ga與hcl氣體反應(yīng)生成gacl氣體。若提高此時(shí)的反應(yīng)效率，則hcl的幾乎100％反應(yīng)而生成gacl氣體。gacl氣體向設(shè)置有種基板(scalmgo4基板10)的生長(zhǎng)部傳輸。然后，gacl氣體在1000～1100℃左右與nh3氣體反應(yīng)，由此生成gan。hvpe法的特征是gan能夠高速生長(zhǎng)，能夠形成數(shù)百nm～數(shù)mm的gan自支撐基板。本發(fā)明中，將scalmgo4基板10作為種基板，能夠如圖5b所示在scalmgo4基板10上形成gan層4。

對(duì)作為gan層4的另一形成方法的ovpe法進(jìn)行說明。ovpe法將ga2o用作ga源。該方法中，使ga2o氣體產(chǎn)生，在生長(zhǎng)部使ga2o氣體與nh3反應(yīng)從而使gan結(jié)晶生長(zhǎng)。該方法中，副產(chǎn)物為氫、水蒸氣，因此不會(huì)堵塞排氣系統(tǒng)，原理上能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生長(zhǎng)。

需要說明的是，基于hvpe法、ovpe法的裝置若為從橫向流過氣體的類型的裝置，則優(yōu)選按照使切口2b位于氣流的下游側(cè)的方式設(shè)置scalmgo4基板10。

此外，作為gan層4形成的另一方法，有na助熔劑法。na助熔劑法中，通過向高溫的ga-na熔液中熔解氮從而產(chǎn)生過飽和狀態(tài)，使gan生長(zhǎng)。將種基板(scalmgo4基板10)以及設(shè)置有g(shù)a和na的坩堝放入不銹鋼管中，施加3～4mpa的氮壓并利用加熱器加熱到800～900℃。通過向被加熱的ga-na熔液中熔解氮從而gan結(jié)晶在scalmgo4基板10上生長(zhǎng)。na助熔劑法的特征是，生長(zhǎng)速度比hvpe法慢，但可以得到位錯(cuò)密度小、缺陷少的高品質(zhì)的gan結(jié)晶。

接著，對(duì)scalmgo4除去工序進(jìn)行說明。像以往那樣，對(duì)于種基板使用藍(lán)寶石基板的情況下，由于藍(lán)寶石基板與gan層的熱膨脹差的差異導(dǎo)致的伸縮，在上述gan結(jié)晶生長(zhǎng)工藝的降溫階段，藍(lán)寶石基板與gan基板分離。但是，scalmgo4與gan的熱膨脹系數(shù)接近，因此在本發(fā)明中，即使gan結(jié)晶生長(zhǎng)工藝結(jié)束，scalmgo4基板10與gan層4也不分離。因此，需要分離工藝。

gan結(jié)晶生長(zhǎng)工序中生成的gan層4由于外周形狀成為不規(guī)則的形狀，因此進(jìn)行使外周成為圓形的圓筒加工。例如，圓形加工使用旋轉(zhuǎn)磨石進(jìn)行研削。接著，為了將scalmgo4基板的一部分(圖5中，10a所示的部分)除去，將形成的切口2b刃3(圖3a或圖3b中所示的刃3)抵在scalmgo4基板10的側(cè)部。然后，以切口2b為起點(diǎn)，沿scalmgo4基板10的劈開方向施加力，從而如圖5b所示，將scalmgo4基板10分離為包含gan層4的scalmgo4基板10b與scalmgo4基板10a。分離的scalmgo4基板10a可以通過進(jìn)行凹凸除去工序中說明的工藝，從而再次作為種基板再生。

接著，對(duì)gan基板加工工序進(jìn)行說明。本工序中，對(duì)gan層4的作為外延生長(zhǎng)面的ga面20和存在scalmgo4的n面21進(jìn)行研削、研磨，精加工成能夠外延生長(zhǎng)的gan自支撐基板4a。研削通過使用固定磨粒的磨削(grinding)、使用游離磨粒的磨光(lapping)來進(jìn)行。ga面20的研磨可以為：在減小游離磨粒的磨光之后，通過cmp(chemicalmechanicalploishing)將作為結(jié)晶的損傷的加工變質(zhì)層除去的方法。另一方面，n面21通過研削將scalmgo4基板10b除去，通過研磨精加工成n面21。由此，如圖5d所示，形成能夠外延生長(zhǎng)的gan自支撐基板4a。

本發(fā)明中，關(guān)于scalmgo4除去工序中分離的scalmgo4基板10a，通過再次進(jìn)行凹凸除去工序，能夠?qū)calmgo4基板10a用作種基板。也就是說，能夠再次使用再生的scalmgo4基板10a形成gan自支撐基板。因此，能夠高效地使用scalmgo4，能夠提高材料成品率。需要說明的是，scalmgo4基板10的切口2b不必須為一個(gè)部位，根據(jù)種基板的再生次數(shù)，在具有切口的scalmgo4基板準(zhǔn)備工序中，能夠沿基板的厚度方向形成多處。

(實(shí)施方式2)

圖9中示出本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的制造iii族氮化物的方法的各工序。本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的制造方法包括：生成單晶scalmgo4的scalmgo4鑄錠準(zhǔn)備工序；由單晶scalmgo4生成圓筒的鑄錠，進(jìn)一步在鑄錠的側(cè)部設(shè)置切口的scalmgo4鑄錠外形加工工序；將鑄錠加工成基板狀，準(zhǔn)備具有切口的scalmgo4基板的scalmgo4基板準(zhǔn)備工序；將scalmgo4基板的與外延生長(zhǎng)面對(duì)應(yīng)的面的凹凸除去的凹凸除去工序；在scalmgo4基板上使iii族氮化物結(jié)晶(例如，gan結(jié)晶)外延生長(zhǎng)的iii族氮化物結(jié)晶生長(zhǎng)工序；形成器件的器件形成工序。在上述器件形成工序中，包括以切口為起點(diǎn)除去scalmgo4的scalmgo4除去。

與實(shí)施方式1的區(qū)別在于，在scalmgo4基板上進(jìn)行iii族氮化物結(jié)晶的外延生長(zhǎng)，進(jìn)一步形成器件。需要說明的是，到凹凸除去工序?yàn)橹古c實(shí)施方式1同樣，因此對(duì)iii族氮化物結(jié)晶生長(zhǎng)工序以后進(jìn)行說明。但是，在凹凸除去工序中，在實(shí)施方式1中外延生長(zhǎng)面僅在scalmgo4基板的一側(cè)的面(表側(cè))形成即可，但在實(shí)施方式2中，可以在scalmgo4基板的兩面形成外延生長(zhǎng)面。該情況下，能夠在兩面進(jìn)行g(shù)an等iii族氮化物結(jié)晶(iii族氮化物半導(dǎo)體)的外延生長(zhǎng)。另外，通過利用上述的加工技術(shù)，例如在本基板的外延生長(zhǎng)面形成led發(fā)光層的情況下，不會(huì)產(chǎn)生前述那樣的組成的變化和由其導(dǎo)致的led元件的發(fā)光不均、亮度降低的問題。進(jìn)一步，通過凹凸除去工序，通過使scalmgo4基板的外延生長(zhǎng)面的凹凸的高度為50nm以下，從而例如在外延生長(zhǎng)面形成led發(fā)光層后的電極形成時(shí)，因凹凸引起的形成不良(高低差部的蝕刻殘留等)被抑制。因此，使用本基板制造的led等器件的制造成品率提高。

在實(shí)施方式2的結(jié)晶生長(zhǎng)工序中，若在scalmgo4基板10的外延生長(zhǎng)面利用例如mocvd法進(jìn)行iii族氮化物的氣相生長(zhǎng)，則形成圖10a所示的iii族氮化物結(jié)晶層5。若在scalmgo4基板上利用例如mocvd法進(jìn)行iii族氮化物的氣相生長(zhǎng)，則iii族氮化物的原料使作為外延生長(zhǎng)面的劈開面的(0001)面移動(dòng)(遷移)。并且，若有穩(wěn)定的位置則在該位置停止而外延生長(zhǎng)下去。

在iii族氮化物結(jié)晶層形成工序中，例如能夠形成包含n型氮化物半導(dǎo)體層、活性層、p型氮化物半導(dǎo)體層的層疊體的iii族氮化物結(jié)晶層5(led器件的發(fā)光層)。作為n型氮化物半導(dǎo)體層，可以為例如由n型的alugavinwn(其中，u+v+w＝1、u≥0、v≥0、w≥0。)半導(dǎo)體形成的層。作為n型摻雜劑，可以使用例如硅(si)。作為n型摻雜劑，除了si以外可以使用例如氧(o)等。作為活性層，可以為例如：包含厚度為3nm～20nm左右的ga1-xinxn阱層(其中，0＜x＜1。)、與厚度為5nm～30nm左右的gan阻擋層交替地層疊的gainn/gan的具有多重量子阱(mqw)結(jié)構(gòu)的層(阱層)。led器件射出的光的波長(zhǎng)由構(gòu)成活性層的氮化物半導(dǎo)體的帶隙的大小、具體來說阱層的半導(dǎo)體組成即ga1-xinxn半導(dǎo)體中的in的組成x來決定。p型氮化物半導(dǎo)體層可以為例如：由p型的alsgatn(其中，s+t＝1、s≥0、t≥0。)半導(dǎo)體形成的層。作為p型摻雜劑，可以使用例如鎂(mg)。p型摻雜劑中，除了mg以外可以使用例如鋅(zn)、鈹(be)等。

接著，對(duì)器件形成工序進(jìn)行說明。在器件形成工序中，將iii族氮化物結(jié)晶生長(zhǎng)工序中層疊的iii族氮化物結(jié)晶層5通過光刻法和干式蝕刻法等加工成所期望的形狀。例如，形成p型氮化物半導(dǎo)體層、活性層、n型氮化物半導(dǎo)體的一部分被除去的凹部6，以使電極能夠形成。然后，形成與n型氮化物半導(dǎo)體層電連接的n側(cè)電極8、和與p型氮化物半導(dǎo)體層電連接的p側(cè)電極7。n側(cè)電極8由例如包含鈦(ti)層和鉑(pt)層的層疊結(jié)構(gòu)(ti/pt)等形成。此外，可以使用包含鈦(ti)層和鋁(al)層的層疊結(jié)構(gòu)(ti/al)。p側(cè)電極7由例如包含鈀(pd)層和鉑(pt)層的層疊結(jié)構(gòu)(pd/pt)等形成。此外，可以使用銀(ag)層。

接著，將iii族氮化物結(jié)晶層5的與結(jié)晶生長(zhǎng)面相反側(cè)形成的scalmgo4l0a除去。具體來說，將刃抵在形成于scalmgo4基板10的側(cè)部的切口2b，以切口2b為起點(diǎn)，沿scalmgo4基板10的劈開方向施加力，從而將scalmgo4基板10分離為圖10b所示的包含由iii族氮化物結(jié)晶層5和電極等構(gòu)成的器件結(jié)構(gòu)的scalmgo4基板10b、以及scalmgo4基板10a。分離的scalmgo4基板10a通過進(jìn)行實(shí)施方式1中說明的凹凸除去工序，能夠再次作為種基板再生。因此，在本實(shí)施方式中，也能夠高效地使用scalmgo4，提高材料成品率。需要說明的是，scalmgo4基板10的切口2b不必須為一個(gè)部位，根據(jù)scalmgo4基板10的再生次數(shù)，可以沿scalmgo4基板10的厚度方向形成多處。也就是說，在scalmgo4基板準(zhǔn)備工序中，通過在多處形成切口，能夠多次利用scalmgo4基板10。需要說明的是，scalmgo4基板10a的再生時(shí)，按照scalmgo4基板10a成為規(guī)定的厚度的方式進(jìn)行研磨。進(jìn)一步，在凹凸除去工序的微小凹凸形成工序中，通過形成微細(xì)的凹凸結(jié)構(gòu)，能夠提高光提取的效率。

(其它)

需要說明的是，上述的實(shí)施方式1和2中，對(duì)于包含通式ramo4所表示的單晶體的基板之中由scalmgo4的單晶體得到的基板進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此。具體來說，本發(fā)明的以scalmgo4為代表的基板由通式ramo4所表示的大致單一結(jié)晶材料構(gòu)成。上述通式中，r表示選自sc、in、y和鑭系元素系元素(原子序號(hào)67-71)中的一個(gè)或多個(gè)三價(jià)元素，a表示選自fe(iii)、ga和al中的一個(gè)或多個(gè)三價(jià)元素，m表示選自mg、mn、fe(ii)、co、cu、zn、cd中的一個(gè)或多個(gè)二價(jià)元素。需要說明的是，大致單一結(jié)晶材料是指，構(gòu)成外延生長(zhǎng)面的ramo4包含90at％以上、且關(guān)注于任意的結(jié)晶軸時(shí)，在外延生長(zhǎng)面的任何部分其方向都相同那樣的結(jié)晶質(zhì)固體。但是，結(jié)晶軸的方向局部地改變的結(jié)晶、包含局部的晶格缺陷的結(jié)晶也被當(dāng)做單晶。需要說明的是，o為氧。但是如上所述，期望r為sc、a為al、m為mg。

另外，對(duì)于在上述包含單晶體的基板上進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)的iii族氮化物而言，也不限于gan、n型氮化物半導(dǎo)體層、活性層、p型氮化物半導(dǎo)體層等。作為構(gòu)成iii族氮化物的iii族元素金屬，最好為鎵(ga)，例如作為iii族元素金屬的其他例子，可以舉出鋁(al)、銦(in)、鉈(tl)等，在iii族氮化物中可以將該iii族元素金屬僅使用1種也可以并用2種以上。例如，作為iii族元素金屬，可以使用選自鋁(al)、鎵(ga)和銦(in)中的至少一個(gè)。該情況下，制造的iii族氮化物結(jié)晶的組成由alsgatin{1-(s+t)}n(其中，0≤s≤1、0≤t≤1、s+t≤1)表示，在實(shí)施方式1中，將gan作為iii族氮化物為宜。需要說明的是，作為使用2種以上的iii族元素金屬制造的三元系以上的氮化物結(jié)晶，例如，可以舉出gaxin1-xn(0＜x＜1)的結(jié)晶。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

在向基板上進(jìn)行mocvc氣相生長(zhǎng)時(shí)使led發(fā)光層生長(zhǎng)而制造led元件時(shí)，通過利用本發(fā)明涉及的基板，能夠提高種基板材料的材料效率，并防止作為led元件產(chǎn)生發(fā)光不均、亮度的降低。

符號(hào)說明

1鑄錠

2a、2b切口

3刃

4gan層

5iii族氮化物結(jié)晶層

6凹部

7p側(cè)電極

8n側(cè)電極

10、10a、10bscalmgo4基板

20ga面(外延生長(zhǎng)面)

21n面