復(fù)合基板及功能元件的制作方法
【專利摘要】在由氮化鎵單晶構(gòu)成的晶種(1)的培養(yǎng)面(1a)上規(guī)則地排列有錐狀或截頂錐狀的突起(2)。在晶種的培養(yǎng)面(1a)上通過助熔劑法直接形成有厚度為100μm以下的氮化鎵晶體層(4)。
【專利說明】復(fù)合基板及功能元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有氮化鎵晶體層的復(fù)合基板，以及利用該復(fù)合基板的功能元件。

【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵晶體層，作為優(yōu)秀的藍光發(fā)光元件受到關(guān)注，在發(fā)光二極管中被實用化，作為光拾取用的藍紫色半導(dǎo)體激光元件也很受期待。
[0003]以往的氣相法中，由于隨著晶體生長的位錯的彎曲較難，因此，向晶種表面若不實施如采用ELO、PSS藍寶石的生長那樣的強制性低位錯化的話，則低位錯化較難。然而，Na助熔劑法中，繼續(xù)進行種基板的位錯，而隨著晶體生長，刃狀位錯發(fā)生彎曲，位錯集中而降低缺陷密度，因此能夠不引起強制性低位錯化也能通過種基板提高晶體品質(zhì)。
[0004]通過Na助熔劑法在氮化鎵晶種上培養(yǎng)氮化鎵晶體層的方法與氣相法不同，其作為具有高生產(chǎn)性的突破性的技術(shù)，最近受到關(guān)注。
[0005]專利文獻I (日本特開2003-124128)中，蝕刻GaN晶種膜的表面而設(shè)置凹坑，通過氣相法使氮化鎵晶體再生長以填埋凹坑。
[0006]專利文獻2 (日本特開2005-281067)中，通過機械加工(刮除)、干法蝕刻、濕法蝕刻對GaN晶種膜的表面整個面地進行加工，將表面做成隨機的凹凸，通過助熔劑法在其上培養(yǎng)氮化鎵晶體層。
[0007]專利文獻3 (日本特開2010-163288)中，在藍寶石基板的表面形成條紋狀的凹部，在凹部之間留有突起。而且，在突起的上表面形成GaN晶種膜，使凹部壁面生成多晶膜。在其上通過Na助熔劑法培養(yǎng)膜厚較厚的氮化鎵晶體層，使所得到的的氮化鎵晶體層從藍寶石基板剝離。
[0008]專利文獻4(日本特開2011-105586)中，在晶種膜上設(shè)置微臺階，利用微臺階的階梯差來實現(xiàn)降低用助熔劑法養(yǎng)成的氮化鎵晶體層的缺陷。
[0009]專利文獻5(W02011_004904A1)中，藍寶石基板上排列有多個由GaN構(gòu)成的條紋狀的晶種膜，在相鄰的晶種膜之間使藍寶石基板的表面露出。此外，使通過助熔劑法培養(yǎng)的氮化鎵晶體層從藍寶石基板自然剝離，并抑制裂紋。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]現(xiàn)在，改善半導(dǎo)體發(fā)光元件的能效的要求強烈。在將氮化鎵晶體用于例如發(fā)光元件的情況下，降低其轉(zhuǎn)移密度并抑制轉(zhuǎn)移密度的面內(nèi)分布在改善發(fā)光時的能效上是決定性的重要。
[0011]本發(fā)明發(fā)明人研究了在氮化鎵晶種上通過助熔劑法使氮化鎵晶體層外延生長的技術(shù)。特別是研究了氮化鎵晶體層與支撐基板的復(fù)合基板的制造。
[0012]但是，在平坦的氮化鎵晶種上通過助熔劑法培養(yǎng)氮化鎵晶體時，由于形核的隨機性，因此，位錯密度的面內(nèi)分布容易發(fā)生偏差，難以制作整面均為高品質(zhì)的基板。
[0013]因此，本發(fā)明的發(fā)明人雖對以往技術(shù)進行了各種研究，但降低通過助熔劑法培養(yǎng)的氮化鎵晶體層的轉(zhuǎn)移密度并抑制其面內(nèi)分布仍然較為困難，需要進一步改善。此外，在利用將所得到的氮化鎵晶體層從藍寶石基板剝離的技術(shù)時，因為需要確保足夠的生長厚度使其可以沒有支撐基板也能夠自立，因此在生產(chǎn)率上存在課題。
[0014]本發(fā)明的課題在于，在氮化鎵晶種上通過助熔劑法形成有氮化鎵晶體層的復(fù)合基板中，降低氮化鎵晶體層的轉(zhuǎn)移密度，抑制轉(zhuǎn)移密度的面內(nèi)分布。
[0015]本發(fā)明涉及一種復(fù)合基板，其包括由氮化鎵單晶構(gòu)成的晶種以及氮化鎵晶體層，該復(fù)合基板的特征在于，在該晶種的培養(yǎng)面上規(guī)則地排列有錐狀或截頂錐狀突起；氮化鎵晶體層為，通過助熔劑法直接形成在晶種的培養(yǎng)面上的厚度為ΙΟΟμπι以下的晶體層。
[0016]本發(fā)明發(fā)明人想到，通過將在晶種上通過助熔劑法形成的氮化鎵晶體層的厚度薄膜化成100 μ m,從而抑制氮化鎵晶體層從支撐基板剝離。通過薄膜化氮化鎵晶體層、降低轉(zhuǎn)移，從而使其不會從支撐基板剝離，得到與支撐基板一體化的薄膜以及低轉(zhuǎn)移的氮化鎵晶體層。此外，通過用助熔劑法形成的氮化鎵晶體層的薄膜化，能顯著縮短晶體培養(yǎng)時間，顯著提高生產(chǎn)率。但是，這種薄膜中，穿透轉(zhuǎn)移的面內(nèi)分布容易變大。
[0017]因此，本發(fā)明發(fā)明人想到，使錐狀或截頂錐狀的突起規(guī)則地排列在氮化鎵晶種表面，通過助熔劑法使氮化鎵晶體層直接外延生長于其上。由此，因為能決定晶體的生長部起點，所以能夠有效地促進缺陷的集中、消減。因此，減低了生長于其上的助熔劑法氮化鎵晶體層(厚度ΙΟΟμπι以下的薄膜)的缺陷密度，進而成功得到其面內(nèi)分布受到抑制的復(fù)合基板，實現(xiàn)本發(fā)明。
[0018]在本發(fā)明中，從生長起點起的生長小面比底部快，因此，一邊進行從底部起的位錯與集中、消減一邊繼續(xù)生長，能高效地增大低缺陷的顆粒。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1(a)是表不晶種基板I的不意圖，圖1(b)是表不在晶種基板I上設(shè)有氣化嫁晶體層2的復(fù)合基板20Α的示意圖，圖1 (c)是表示在復(fù)合基板20Α上設(shè)有功能層5的狀態(tài)的示意圖。
[0020]圖2(a)表不晶種上的突起2的圖形例，圖2(b)表不突起的形態(tài)。
[0021]圖3 (a)是表不支撐基板10及晶種I旲11的不意圖，圖3 (b)是表不在晶種I旲11上設(shè)有氮化鎵晶體層4的復(fù)合基板21A的示意圖，圖3 (c)是表示在復(fù)合基板21A上設(shè)有功能層5的狀態(tài)的示意圖。
[0022]圖4(a)是表不晶種基板IA的不意圖，圖4(b)是表不在晶種基板IA上設(shè)有氣化鎵晶體層4的復(fù)合基板20B的示意圖，圖4(c)是表示在復(fù)合基板20B上設(shè)有功能層5的狀態(tài)的示意圖。
[0023]圖5(a)表不晶種上的突起2A的圖形例，圖5(b)表不突起的形態(tài)。
[0024]圖6 (a)是表示在復(fù)合基板20A上設(shè)有半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)24的發(fā)光元件22A的示意圖，圖6(b)是表示在復(fù)合基板21A上設(shè)有半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)24的發(fā)光元件23A的示意圖。
[0025]圖7 (a)是表示在復(fù)合基板20B上設(shè)有半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)24的發(fā)光元件22B的示意圖，圖7(b)是表示在復(fù)合基板21B上設(shè)有半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)24的發(fā)光元件23B的示意圖。

【具體實施方式】
[0026]以下，參照適當(dāng)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0027]如圖1 (a)所示，在由晶種構(gòu)成的支撐基板I的表面Ia上形成規(guī)定圖形的突起2。突起之間呈平坦面3。
[0028]接著，如圖1(b)所示，在晶種基板I的培養(yǎng)面Ia上，通過助熔劑法使氮化鎵晶體層4外延生長。這時，在氮化鎵晶體層4與晶種I之間沒有夾設(shè)其他的緩沖層、中間層等。此外，氮化鎵晶體層4不會從晶種基板I自然剝離。由此，能夠抑制位錯、得到結(jié)晶性良好的復(fù)合基板20A。
[0029]所得到的復(fù)合基板20A的氮化鎵晶體層的轉(zhuǎn)移較少，面內(nèi)分布被抑制，因此，能夠作為通過氣相法在其上形成功能層5用的模板使用(參照圖1 (c))。
[0030](晶種)
[0031]在本發(fā)明中，晶種由氮化鎵單晶構(gòu)成。晶種可以形成自立基板(支撐基板)，或者還可以是形成于其他支撐基板上的晶種膜。該晶種膜可以是一層，或者還可以在支撐基板側(cè)具有緩沖層。
[0032]晶種膜的形成方法優(yōu)選為氣相生長法，可以例示有機金屬化學(xué)氣相生長(M0CVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n)法、氫化物氣相生長(HVPE)法、脈沖勵磁堆積生長(PXD)法、MBE法、升華法。有機金屬化學(xué)氣相生長法尤為優(yōu)選。此外，生長溫度優(yōu)選為 950 ?1200 0C ο
[0033]對于本申請中所說的單晶的定義進行說明。包含教科書上所謂的晶體整體上原子呈規(guī)則排列的單晶，但是不意味著僅限于此，其是一般工業(yè)上通用的意思。即，包括晶體具有某種程度的缺陷、或者內(nèi)在形變、或者摻有雜質(zhì)，其與區(qū)別于多晶(陶瓷)時使用的單晶一詞的意思相同。
[0034](支撐基板)
[0035]支撐基板上可以外延生長氮化鎵晶種。
[0036]具體地說，構(gòu)成支撐基板的單晶基板的材質(zhì)不受限定，可以例示藍寶石、AlN模板、GaN模板、GaN自立基板、硅單晶、SiC單晶、MgO單晶、尖晶石(MgAl2O4)、LiAlO2' LiGaO2'LaAlO3, LaGaO3, NdGaO3等鈣鈦礦型復(fù)合氧化物、SCAM(ScAlMgO4)。此外，也能使用組成式為U1^(Sr1IBax)y)〔(Al1IGaz)1-U.Du) O3(A為稀土類元素；D是從銀和鉭構(gòu)成的組中選擇的一種以上的兀素；y = 0.3 ?0.98 ;x = O ?I ;z = O ?I ;u = 0.15 ?0.49 ；x+z =
0.1?2)的立方晶系的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)復(fù)合氧化物。
[0037]在支撐基板為纖鋅礦結(jié)構(gòu)的情況下，具有c面、a面、以及m面。這些結(jié)晶面是晶體學(xué)定義的面。晶種膜以及通過助熔劑法培養(yǎng)的氮化鎵晶體層的培養(yǎng)方向可以是c面的法線方向，此外還可以是a面、m面各自的法線方向。
[0038]例如，如圖3(a)所示，支撐基板10上形成由氮化鎵單晶構(gòu)成的晶種膜11。在晶種膜11的表面形成規(guī)定圖形的突起2。突起之間呈平坦面3。在晶種膜內(nèi)位錯受到抑制，能得到結(jié)晶性良好的晶種。
[0039]接著，如圖3(b)所示，在晶種膜11表面上，通過助熔劑法使氮化鎵晶體層4外延生長。這時，在氮化鎵晶體層4與晶種膜11之間沒有夾設(shè)其他的緩沖層、中間層等。此外，氮化鎵晶體層4不會從支撐基板10自然剝離。由此，能夠得到復(fù)合基板21A。
[0040]所得到的復(fù)合基板21A的氮化鎵晶體層的轉(zhuǎn)移較少，面內(nèi)分布被抑制，因此，能夠作為通過氣相法在其上形成功能層5用的模板使用(參照圖3(c))。
[0041](突起)
[0042]在本發(fā)明中，晶種的培養(yǎng)面上規(guī)則地排列有錐狀或者截頂錐狀的突起。所謂培養(yǎng)面，是指通過助熔劑法外延生長氮化鎵晶體的面。此外，規(guī)則地排列有突起，是指當(dāng)俯視培養(yǎng)面時，突起至少朝向一個方向以一定的周期排列。
[0043]突起的形態(tài)需是錐狀或者截頂錐狀。若突起是柱狀，則不能促進生長小面，其上所形成的氮化鎵晶體中的轉(zhuǎn)移密度變高。這可以認(rèn)為是通過從錐狀突起的側(cè)面(傾斜面)起的外延生長來減少穿透轉(zhuǎn)移。因為柱狀突起的側(cè)面不傾斜，所以認(rèn)為這種作用較少。此外，突起為條紋狀的情況下，容易產(chǎn)生沿著條紋形狀的穿透位錯的面內(nèi)分布。
[0044]突起的形態(tài)是錐狀或者截頂錐狀。作為錐形，可以例示圓錐、三棱錐、四棱錐、六棱錐等多棱錐。作為截頂錐形，可以例示截頂圓錐、截頂三棱錐、截頂四棱錐、截頂六棱錐等截頂多棱錐。因為晶種膜是纖鋅礦結(jié)構(gòu)，因此，從外延生長的觀點看，突起為六棱錐狀最為優(yōu)選。此外，從可利用晶體生長成為六棱錐狀的觀點看，也可以是三棱錐。
[0045]此外，截頂錐形的上表面的法線與底面的法線可以是平行的，也可以是上表面的法線傾斜于底面(晶種膜的表面)的法線。在上表面的法線傾斜于底面的法線的情況下，其傾斜角度優(yōu)選為62°以下，更為優(yōu)選為60°以下。在法線傾斜的情況下，截頂錐形的上表面的面方位與底面的面方位可以不同。
[0046]例如，在圖2的例子中，晶種I的培養(yǎng)面Ia上排列有多個突起2，突起2的間隙為平坦面3。突起2為六棱錐狀。突起2朝向m軸的法線方向的a軸方向(Z方向)以一定的周期排列，此外，還朝向與Z交叉的X方向以一定的周期排列。
[0047]這里，a軸表示六方單晶的< I 1-2 0>。因為氮化鎵是六方晶系，所以al、a2、a3 等價，[2 -1 -1 O]、[I 1-2 O]、[-1 2-10]、[-2 110]、[-1 -120]、[1-2 I O]這六個等價。這六個中，a軸按照慣例使用[I 1-2 O]的情況較多，本申請中所說的a軸是指所有這些等價的軸，即使標(biāo)記為[I 1-2 O]的情況下，也包含全部的所述等價的軸。
[0048]另外，在其它例中，如圖4、圖5所示，晶種I的培養(yǎng)面Ia上排列有多個突起2A，突起2A的間隙為平坦面3。突起2A為截頂六棱錐狀。突起2A朝向a軸方向(Z方向)以一定的周期排列，此外，還朝向與Z交叉的X方向以一定的周期排列。
[0049]如圖4(a)所示，在由晶種構(gòu)成的支撐基板IA的表面Ia上形成規(guī)定圖形的突起2A。突起之間呈平坦面3。接著，如圖4(b)所示，在晶種基板IA的表面Ia上，通過助熔劑法使氮化鎵晶體層4外延生長。這時，在氮化鎵晶體層4與晶種IA之間沒有夾設(shè)其他的緩沖層、中間層等。此外，氮化鎵晶體層4不會從晶種基板IA自然剝離。由此，能夠得到復(fù)合基板20B。
[0050]所得到的復(fù)合基板20B的氮化鎵晶體層的轉(zhuǎn)移較少，面內(nèi)分布被抑制，因此，能夠作為通過氣相法在其上形成功能層5用的模板使用(參照圖4(c))。
[0051]突起為六棱錐狀或截頂六棱錐狀的情況下，優(yōu)選地，X軸與Z軸(a軸)呈25?75°角度α (參照圖2(a)、圖5(a))。α在30°以上更為優(yōu)選。此外，優(yōu)選地，六個突起呈包圍一個突起的六角格子。尤為優(yōu)選地，相鄰的突起的各自的六角形頂點相對(m軸平行)。
[0052]從抑制用助熔劑法培養(yǎng)的氮化鎵晶體層的轉(zhuǎn)移以及其面內(nèi)分布的觀點看，突起至平坦面3的高度h優(yōu)選為0.2 μ m以上，更為優(yōu)選為0.5 μ m以上。此外，從同樣的觀點看，優(yōu)選為10 μ m以下，更為優(yōu)選為5 μ m以下。
[0053]此外，從抑制用助熔劑法培養(yǎng)的氮化鎵晶體層的轉(zhuǎn)移以及其面內(nèi)分布的觀點看，突起的排列周期W優(yōu)選為2 μ m以上，更為優(yōu)選為5 μ m以上。此外，從同樣的觀點看，優(yōu)選為75 μ m以下,更為優(yōu)選為50 μ m以下。
[0054]從本發(fā)明的觀點看，突起從平坦面立起的傾斜角度Θ優(yōu)選為30?70°，更為優(yōu)選為35?62°。
[0055]突起為截頂錐狀的情況下，突起的上側(cè)形成有平坦面19(參照圖5)。從本發(fā)明的觀點看，突起的上側(cè)平坦面19的面積相對于突起的底面積的比率優(yōu)選為15?95%，更為優(yōu)選為30?80%。
[0056]此外，如上所述，截頂錐形的上表面的法線與底面的法線可以是平行的，也可以是上表面的法線傾斜于底面的法線。
[0057]另外，突起為錐狀的情況下，突起的上端不必是幾何學(xué)意義上的嚴(yán)密的尖銳，可以帶有由加工精度產(chǎn)生的圓形，或者可以對錐狀突起的頂端實施R加工、C加工、倒角加工。
[0058]優(yōu)選地，突起至少朝向2個方向排列。這里，2個方向只要交叉即可，不必垂直相交。但是，2個方向的交叉角度優(yōu)選為45?75°，更為優(yōu)選為55?65°。
[0059]突起至少朝向2個方向排列的情況下，在各自的方向上，優(yōu)選地，突起的周期(間距)為一定。
[0060]由這些優(yōu)選的突起條件，不是突起的平面的面積是晶圓的80?99.99 %較為優(yōu)選。
[0061](氮化鎵晶體層)
[0062]本發(fā)明的復(fù)合基板的晶種的培養(yǎng)面上具有通過助熔劑法直接形成的厚度ΙΟΟμπι以下的氮化鎵晶體層。
[0063]氮化鎵晶體層為100 μ m以下的薄膜。由此，能夠抑制氮化鎵晶體層從基板剝離。但是，氮化鎵晶體層變薄，從而具有使穿透氮化鎵晶體層的轉(zhuǎn)移增加的傾向，因此，本發(fā)明變得特別有效。
[0064]從對于缺陷密度的晶體品質(zhì)的觀點看，氮化鎵晶體層4的厚度優(yōu)選為3 μ m以上，更為優(yōu)選為5 μ m以上。
[0065]在本工序中，通過助熔劑法培養(yǎng)氮化鎵晶體層。這時，助熔劑的種類只要能夠生長氮化鎵晶體，沒有特別限定。在優(yōu)選的實施方式中，使用包含堿金屬和堿土類金屬的至少一方的助熔劑，含有鈉金屬的助熔劑尤為優(yōu)選。
[0066]助熔劑中混合鎵原料物質(zhì)并進行使用。鎵原料物質(zhì)可以適用鎵單質(zhì)金屬、鎵合金、鎵化合物，而鎵單質(zhì)金屬從操作方面來看很合適。
[0067]助熔劑法的氮化鎵晶體的培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時的保持時間不受特別限定，根據(jù)助熔劑的組成適當(dāng)變更。在一例子中，在使用含有鈉或鋰的助熔劑培養(yǎng)氮化鎵晶體的情況下，培養(yǎng)溫度設(shè)為800?950°C較為優(yōu)選，設(shè)為800?900°C更為優(yōu)選。
[0068]助熔劑方法是在具有含氮原子的氣體的環(huán)境下培養(yǎng)單晶。該氣體優(yōu)選為氮氣，而氨氣也可以。環(huán)境的全壓不受特別限定，從防止助熔劑的蒸發(fā)的觀點看，10個大氣壓以上較為優(yōu)選，30個大氣壓以上更為優(yōu)選。但是，壓力高時裝置變?yōu)榇笮?，因此，環(huán)境的全壓優(yōu)選為2000氣壓以下，更為優(yōu)選為500氣壓以下。環(huán)境中除含有氮原子的氣體之外的氣體不受限定，優(yōu)選為非活性氣體，尤為優(yōu)選為氬氣，氦氣，氖。
[0069](功能層)
[0070]在這樣得到的復(fù)合基板上用氣相法形成功能層。
[0071]這種功能層可以是單層，也可以是多層。此外，作為功能能夠用于高顯色性的白色LED、高速高密度光存儲用藍紫激光盤、混合動力車用的逆變器用的動力器件等。
[0072]例如，圖1 (C)、圖3 (C)、圖4 (C)中，復(fù)合基板上形成功能層5。這里，功能層能夠形成多層。
[0073]例如，發(fā)光元件具有η型半導(dǎo)體層、設(shè)置于該η型半導(dǎo)體層上的發(fā)光區(qū)域以及設(shè)置于該發(fā)光區(qū)域上的P型半導(dǎo)體層。由此，能得到位錯密度少的發(fā)光層，因此提高了發(fā)光元件的內(nèi)量子效率。
[0074]圖6 (a)的發(fā)光元件22A中，在氮化鎵晶體層4上形成有η型接觸層5、η型包層6、活性層7、P型包層8、P型接觸層9，構(gòu)成發(fā)光元件結(jié)構(gòu)24。圖6(b)的發(fā)光元件23Α中，在復(fù)合基板21Α的氮化鎵晶體層4上構(gòu)成發(fā)光元件結(jié)構(gòu)24。圖7 (a)的發(fā)光元件22B中，在復(fù)合基板20B的氮化鎵晶體層4上構(gòu)成發(fā)光元件結(jié)構(gòu)24。圖7(b)發(fā)光元件23B中，在復(fù)合基板21B的氮化鎵晶體層4上構(gòu)成發(fā)光元件結(jié)構(gòu)24。
[0075]在復(fù)合基板上通過氣相法、優(yōu)選為有機金屬氣相生長(MOCVD)法制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)時，LED內(nèi)部的位錯密度變得與GaN模板等同。
[0076]從功能層的品質(zhì)的觀點看，功能層的成膜溫度優(yōu)選為700°C以上，更為優(yōu)選為750°C以上。此外，從抑制氮化鎵晶體的裂紋、開裂這一觀點看，功能層的成膜溫度優(yōu)選為1200°C以下，更為優(yōu)選為1100°C以下。
[0077]功能層的材質(zhì)優(yōu)選13族元素氮化物。13族元素是指IUPAC所確定的元素周期表的第13族元素。13族元素具體地說是鎵、鋁、銦、鉈等。此外，作為添加劑，可列舉碳、低熔點金屬(錫、鉍、銀、金)、高熔點金屬(鐵、錳、鈦、鉻等過渡金屬)。低熔點金屬可為了防止鈉的氧化而添加，高熔點金屬可從放坩堝的容器、培養(yǎng)爐的加熱器等混入。
[0078](用途)
[0079]本發(fā)明能夠用于要求高品質(zhì)的【技術(shù)領(lǐng)域】，例如稱為標(biāo)語牌熒光燈(# 7卜蛍光燈)的高顯色性的白色LED、高速高密度光存儲用藍紫激光盤、混合動力車用的逆變器用的動力器件等。
[0080]實施例
[0081]實施例1:
[0082]如圖1、圖2所示那樣制造復(fù)合基板20A。
[0083]具體地說，準(zhǔn)備好由氮化鎵晶種構(gòu)成的自立基板I，該自立基板I通過CL的位錯密度的面內(nèi)分布除了外周Icm之外為平均2X108/cm2。對于晶種基板1，實施通過光刻來圖形化的Si02掩膜，通過RIE在Ga面上形成六棱錐狀的突起2。突起2的高度為I μ m，寬度為2μπι。將該突起2做成與a軸方向平行地以50 μ m周期排列的六角形配置。此外，a軸(Z方向)與X方向的角度為60°。
[0084]使用設(shè)有突起2的晶種基板1，通過助熔劑法形成氮化鎵晶體層4。將Na、Ga放入坩堝，以850°C、4.0MPa(氮氣環(huán)境)保持20小時，培養(yǎng)晶體層4。做成Na:Ga = 40g:30g。反應(yīng)后，冷卻到室溫，用乙醇化學(xué)反應(yīng)除去助熔劑，得到生長厚度為90 μ m的無色透明晶體
4。晶體表面沒有產(chǎn)生空隙。實施研磨，用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均7?9X105/
2
cm ο
[0085]實施例2:
[0086]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，將晶種基板I所形成的突起2的周期設(shè)成在a軸方向上為ΙΟμπι。其結(jié)果是，得到生長厚度為90μπι的無色透明晶體4。晶體表面沒有產(chǎn)生空隙。實施研磨，用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均3?4X105/cm2。
[0087]實施例3:
[0088]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，將晶種基板I所形成的突起2的周期設(shè)成在a軸方向上為30μπι。其結(jié)果是，得到生長厚度為85μπι的無色透明晶體4。晶體表面沒有產(chǎn)生空隙。實施研磨，用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均7?9X105/cm2。
[0089]實施例4:
[0090]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，將晶種基板I所形成的突起2的高度設(shè)成3 μ m、寬度設(shè)成8 μ m。其結(jié)果是，得到生長厚度為95 μ m的無色透明晶體4。晶體表面沒有產(chǎn)生空隙。實施研磨，用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均6?8X105/cm2。
[0091]實施例5:
[0092]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，將晶種基板I所形成的突起2做成截頂六棱錐。截頂六棱錐高度為I μ m、頭部寬度為1.5 μ m、底部寬度為3.0 μ m，周期設(shè)成在a軸方向上為50 μ m。其結(jié)果是，得到生長厚度為80 μ m的無色透明晶體4。晶體表面沒有產(chǎn)生空隙。實施研磨，用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均8?9X 105/cm2。
[0093]比較例1:
[0094]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，晶種基板I不形成突起2，使基板的培養(yǎng)面平坦。其結(jié)果是，得到生長厚度為92μπι的無色透明晶體4。晶體表面沒有產(chǎn)生空隙。實施研磨，用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均2 X 15?5 X 1Vcm20
[0095]比較例2:
[0096]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，晶種基板I的表面不形成突起2，取而代之的是，將氮化鎵晶體的自立基板浸潰在加熱到250°C的磷酸和硫酸的混合液中約兩小時而進行濕法蝕刻，由此在培養(yǎng)面形成隨機的凹凸。
[0097]其結(jié)果是，含有夾雜物地得到生長厚度為78 μ m的無色透明晶體4。產(chǎn)生了如下的地方:研磨表面并保留生長部，采用濕法蝕刻使得寬度300微米以上的開口特別大的凹坑部位上部，因比其他部位凹陷得大而沒有被填埋的地方。用CL測量生長部的位錯密度的面內(nèi)分布，為平均7 X 16?9 X 106/cm2。
[0098]比較例3:
[0099]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，晶種基板I的表面沒有形成突起2。取而代之的是，使氮化鎵晶體的自立基板形成槽狀條紋，該槽狀條紋是通過光刻將S12掩膜圖形做成非生長部為500微米且周期為700微米的條紋。
[0100]其結(jié)果是，得到生長厚度為92μπι的無色透明晶體4。但是，從條紋方向的種部上橫向結(jié)晶生長而引起過度生長，而不能填埋槽部。實施研磨，對于生長部用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均6 X 16?8 X 1fVcm2。
[0101]實施例6:
[0102]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，將晶種基板I所形成的突起2做成高度為7 μ m、寬度為18 μ m,周期設(shè)成在a軸方向上為50 μ m。其結(jié)果是，得到生長厚度為110 μ π!的無色透明晶體4。晶體內(nèi)部含有細(xì)微的夾雜物，而實施研磨，為平均9X 15?lX106/cm2。
[0103]實施例7:
[0104]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，將晶種基板I所形成的突起2的周期設(shè)成在a軸方向上為200 μ m。其結(jié)果是,得到生長厚度為90 μ m的無色透明晶體4。實施研磨，用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均5 X 15?2 X 1fVcm2。
[0105]實施例8:
[0106]與實施例1 一樣制造復(fù)合基板。但是，將晶種基板I所形成的突起2做成截頂六棱錐。截頂六棱錐高度為I μ m、頭部寬度為27 μ m、底部寬度為29 μ m，周期設(shè)成在a軸方向上為50μπι。其結(jié)果是，得到生長厚度為80μπι的無色透明晶體4。實施研磨，用CL測量位錯密度的面內(nèi)分布，為平均8 X 15?2X106/cm2。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合基板，其包括由氮化鎵單晶構(gòu)成的晶種以及氮化鎵晶體層，其特征在于， 在該晶種的培養(yǎng)面上規(guī)則地排列有錐狀或截頂錐狀的突起， 所述氮化鎵晶體層為，通過助熔劑法直接形成在所述晶種的所述培養(yǎng)面上的厚度為100 μ m以下的晶體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合基板，其特征在于， 所述突起為六棱錐狀或截頂六棱錐狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合基板，其特征在于， 俯視所述培養(yǎng)面時，所述突起至少朝向兩個方向規(guī)則地排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合基板，其特征在于， 俯視所述培養(yǎng)面時，所述突起至少朝向所述晶種的m軸的法線方向以一定的周期排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的復(fù)合基板，其特征在于， 所述晶種為支撐基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的復(fù)合基板，其特征在于， 還具有支撐基板，所述晶種是設(shè)置于所述支撐基板上的晶種膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項所述的復(fù)合基板，其特征在于， 所述突起的高度為?ο μ m以下，所述突起以排列周期2?75 μ m周期性排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項所述的復(fù)合基板，其特征在于， 所述突起為截頂錐狀，該突起的上部平坦面的面積相對于所述突起的底面積的比率為15%?95%。
9.一種功能元件，其特征在于，具有權(quán)利要求1?8中任一項所述的復(fù)合基板，以及在所述氮化鎵晶體層上通過氣相法形成的由13族元素氮化物構(gòu)成的功能層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功能元件，其特征在于， 所述功能層構(gòu)成發(fā)光元件。
【文檔編號】C30B19/12GK104246027SQ201380020111
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月6日
【發(fā)明者】東原周平, 巖井真 申請人:日本礙子株式會社