具体实施方式

本发明的III族化合物基板的制造方法的特征在于：其是通过气相生长法使III族化合物的晶体在载置并固定于基座的晶种上生长的III族化合物基板的制造方法，在基座和晶种的至少一者的构件中使用可剥离的具有劈开性的物质。例如，可由可剥离的具有劈开性的物质构成基座的一部分或全部。另外，还可由可剥离的具有劈开性的物质构成晶种的一部分或全部。以下，对用于实施本发明所涉及的III族化合物基板、特别是GaN基板的制造方法及其基板的方式进行说明。

本发明的制造方法对AlN、Ga₂O₃、GaN等III族化合物有效，尤其是最适合于GaN晶体生长，其中，涉及III族化合物晶体生长速度快、适于大口径、厚物的生产的气相生长法、特别是氢化物气相生长法(HVPE法、THVPE法等)。

在迄今为止的氢化物气相生长法(HVPE法、THVPE法等)的现有技术中，使GaN晶体生长后，进行冷却，即使想要从蓝宝石或GaN等晶种剥离/回收生成的GaN晶体，也因两者强力地结合而非常难以在不丢弃的情况下高收率地得到目标GaN晶体或回收高价的晶种。若想要强行从蓝宝石或GaN等晶种剥离、回收生成的GaN晶体，则往往会施加过大的力，而破坏或损伤贵重的GaN晶体。而且，晶种不仅附着于生成的GaN晶体还强力地附着于基座结构体，在反应、冷却后对GaN晶体施加强的热应力，成为各种特性劣化或翘曲、开裂的重大原因。特别是在大口径或厚的晶体生长时，这些现象变得更加显著，成为GaN基板的高特性化或低成本化的较大的瓶颈。

因此，本发明人进行了深入研究，结果通过在晶种和载置其的基座的一者或两者中使用可剥离的具有劈开性的物质，解决了上述问题。即，若在晶种中使用可剥离的具有劈开性的物质，则在剥离生成的GaN晶体时可容易地从晶种的劈开面剥离晶种，可容易地回收生成的GaN晶体和晶种。另外，通过在基座中使用可剥离的具有劈开性的物质，在剥离生成的GaN晶体时可容易地从基座的劈开面剥离基座，可容易地回收生成的GaN晶体和晶种。

由此，可有效利用气相生长法的特长、即高成膜速度的特长，同时以低成本得到更高品质的大型GaN晶体基板。即，由于可制作大口径且无偏差的极厚的GaN晶体基板，所以容易得到基板的结晶特性也优异、且低成本的大口径GaN基板。

基座的只要至少载置晶种的面由上述的可剥离的具有劈开性的物质构成即可。因此，基座整体无需由上述的可剥离的具有劈开性的物质构成。

用于基座的具有劈开性的物质优选为层状物质。通过在基座中使用层状物质，在剥离生成的GaN晶体时在层状物质的层结构的网平面间可容易地剥离基座，可更容易地回收生成的GaN晶体和晶种。另外，通过在基座中使用具有层状物质的物质，生成的GaN晶体与基座进行附着而产生的热应力可被层间适当吸收、或者通过层间剥离而得到缓解。

通过在基座和晶种的至少一者的构件中使用可剥离的具有劈开性的物质，即使在迄今为止成为困难的大口径、厚物的GaN晶体中也不会发生翘曲或开裂等，而以高收率得到GaN晶体，另外，高价晶种的回收也变得容易，还可反复使用晶种。

需要说明的是，“可剥离的具有劈开性的物质”是指，在不会破坏或损伤III族化合物基板和晶种的程度的机械冲击下劈开的物质、或者在因III族化合物基板和晶种之间的热膨胀率的差异而产生的热应力下劈开的物质。

而且，优选最初以相对高的晶体生长速度制作GaN的基底(handle，操控)基板部分11，之后以低速进行GaN晶体主体部分12的厚膜化(参照图1)。由此，GaN的基底(handle，操控)基板部分11作为以下的(i)～(iv)发挥作用：(i)来自晶种3或基座2的杂质扩散的阻挡层；而且(ii)由于晶体生长堆积越厚则越是其上层部晶体缺陷就越减少的这种晶体生长的性质，而减少目标GaN晶体主体部分12的结晶缺陷的“牺牲层”；进而(iii)防止晶体生长后的剥离时或其后的加工步骤等的机械损伤的“保护层”；或者(iv)操作/搬运时的操控基板。如此操作，目标GaN晶体主体部分以更低速度进行晶体生长，从而可抑制晶格缺陷等特性劣化或其他特性的偏差，因此优选。

从价格、对反应气体(GaCl、GaCl₃、NH₃)的耐腐蚀性、杂质的混入等观点来看，用于基座的可剥离的具有劈开性的物质优选为高纯度且不受反应气体侵蚀、作为层状化合物的热解氮化硼(PBN)，从成本方面(大型、高强度)考虑，进一步优选故意减弱PBN层间结合力而制造的层间剥离容易的PBN或其与碳的复合物的构成物。需要说明的是，在氮化硼中六方晶的氮化硼为层状化合物。

在碳基材表面形成PBN被膜以制作PBN/碳复合物时，例如可采用日本特公平4-79992号公报中记载的方法。此时，在化学蒸镀炉内形成PBN膜的中途，通过脉冲式增减炉内压，可形成PBN层，该PBN层中原子结合成面状的层状结构中的面之间的结合力变弱。在成膜中途通过适当插入这样的结合力弱的层，可形成层间剥离容易的PBN膜。

从与GaN晶体的晶格常数和热膨胀率接近、对原料气体的耐性、价格也相对便宜、从生成的GaN晶体上剥离/回收的容易性的观点来看，作为用于晶种的可剥离的具有劈开性的物质，优选使用SCAM (ScAlMgO₄)晶体，特别优选使用劈开性SCAM (ScAlMgO₄)的单独基板、或将多个这样的基板按照晶体取向贴合而成的基板。从对反应气体(GaCl、GaCl₃、NH₃)的耐腐蚀性、杂质的混入等观点来看，可利用SiO₂、AlN等包覆基板表面后使用。

本发明中，在载置晶种的基座为可剥离的具有劈开性的物质的情况下，晶种中可使用可剥离的具有劈开性的物质。这种情况下，也可将选自MOCVD法、Na助熔剂法和液氨法的制造方法的GaN基板等用于种基板。

本发明中，在晶种为可剥离的具有劈开性的物质的情况下，基座中可使用可剥离的具有劈开性的物质。这种情况下，在基座中也可使用GaN基板本身或热解石墨(PG)、刚玉等陶瓷等。需要说明的是，PG为层状物质，且具有劈开性，但因层结构的网平面之间的结合强而不易剥离。

本发明中，根据上述理由，优选最初以相对高的晶体生长速度制作GaN的基底(handle，操控)基板部分11，之后以低速进行GaN晶体主体部分12的厚膜化。从更经济、有效方面和可抑制生成的GaN晶体中的应力产生、提高特性等方面考虑，在从高速变为低速时，特别优选多次逐渐地和/或连续地降低速度(参照图1的晶体生长速度过渡部分13)。

实施例

以下，说明本发明的实施例，但本发明并不限于此。

以下，列举实施例和比较例，以更具体地说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。

[实施例1]

在具有水冷夹套和排气口的内径1500mm×高度1800mm的不锈钢制反应装置(内面预先熔射、包被极薄的氧化锆)内放入氧化铝的垫状(mat-like)隔热材料，在其内侧具备圆筒状的具有杆状SiC加热器的加热装置(内径1000mm×高度1300mm)和气体供给管(参照图2的符号6) (与上述的反应装置为相同材质，中心管61；内径ϕ30mm、第2个管62；内径ϕ40mm、最外管63；内径ϕ50mm)。另一方面，准备ϕ520mm的PBN包被/石墨的基座公转夹具(参照图2的符号5)，该夹具以120˚间隔配置收纳ϕ170mm的层间剥离性容易的PBN (在制造PBN时脉冲式改变炉内压而制造的物质)制的3片基座(参照图2的符号2)。在该基座面由2英寸的SCAM晶体加工成砖状作为种基板(参照图2的符号3)，在背面附着氧化铝类粘接材料(参照图1的符号4)，粘接成6英寸的圆盘状后，利用加热器加热至1380℃，同时基座公转夹具5以10rpm旋转使基座2公转，利用其公转齿轮的力使3片各基座2以30rpm自转，确认温度、旋转稳定之后，对反应装置内部从三重管的中心管61供给GaCl₃气体、从最外管63供给NH₃气体、从中心管与最外管之间的管62供给N₂气体，开始THVPE反应。

最初，作为高速的晶体生长，以约300μm/小时的速度反应1小时后(参照图1的符号11)，逐渐用2小时缩减原料气体，调节生长速度使最终达到约100μm/小时(参照图1的符号13)后，进行45小时的低速反应(参照图1的符号12)。

冷却后，所得的GaN晶体利用晶种SCAM的劈开性容易地从SCAM晶体剥离，回收晶种SCAM进行再利用。所剥离的GaN晶体通过层状的PBN制基座的层间剥离吸收了热应力，所以基本没有发生翘曲，因此可直接简单地通过圆筒磨削进行加工，制作了由高速反应部/速度过渡部/低速反应部构成的ϕ6英寸×厚度5mm的母材基板(original substrate)。

从该母材基板的低速反应部的表面侧适当地切片、抛光，得到了厚度625μm的平滑GaN基板。为了反应分析，对已产品化的低速反应部分的GaN基板和包含高速部分(参照图1的符号11)的GaN基板一同进行以下的分析。尚需说明的是，高速反应部分作为加工时的操控基板、减轻机械损伤的“保护层”、用于防止来自粘接剂等的杂质污染的“阻挡层”、以及减少晶体缺陷的“牺牲层”发挥作用。

由上述的低速反应部(参照图1的符号12)加工而成的GaN基板的(100)面的X射线摇摆曲线的半峰全宽(FWHM：Full Width at Half Maximum)的面内任意3点平均为31弧秒(arcsec)、偏差为3弧秒(arcsec)，结晶性良好。另一方面，包含高速部分部(参照图1的符号11)的GaN基板为448弧秒(arcsec)、偏差为84弧秒(arcsec)。另外，顺便说一下，对上述各基板的表面进行化学分析的结果，低速反应部12的GaN基板的金属污染为检测限以下，但在包含高速反应部11的GaN基板的下部侧(晶种、基座侧)观察到极少量的Mg、Al、Si、Fe等金属的混入，认为这些金属来自晶种和所使用的氧化铝类粘接材料。

进一步在单色阴极发光图像下观察层叠缺陷，结果在已产品化的GaN基板的表面层基本没有见到层叠缺陷。另一方面，在包含高速部分11的GaN基板中见到了层叠缺陷，特别是在高速部分11中观察到许多层叠缺陷。这显示出：高速部分11起到一种杂质的捕获层、或者缺陷的牺牲层的作用。由以上的结果显示出：已产品化的GaN晶体基板是无翘曲、基本上无偏差的均匀良好的GaN晶体基板。本实施例的效果显示：(1)晶种和载置其的基座结构体的一者或两者使用了可剥离的劈开性和/或层状性的物质；而且(2)通过最初以相对高的晶体生长速度制作GaN的基底(handle，操控)基板部分11、之后以低速进行GaN晶体主体部分12的厚膜化而产生的两者的协同效果大。

[比较例]

在实施例1中，除了将晶种由SCAM晶体变更为通过可剥离的不具有劈开性的Na助熔剂制造的2英寸的GaN基板、并将基座变更为可剥离的不具有劈开性的刚玉的陶瓷制以外，在完全相同的条件下进行晶体生长。其结果，在THVPE反应后，虽然进行冷却以取出内部的产物，但因GaN与基座熔合，生成的GaN和贵重的种基板被破碎成粉末，均无法回收。

[实施例2]

除了将实施例1的SCAM的种基板变更为通过可剥离的不具有劈开性的Na助熔剂制造的2英寸GaN基板、并将反应气体由GaCl₃气体变更为GaCl以由THVPE变更为HVPE法以外，在相同条件下进行晶体生长反应。尚需说明的是，反应以Ga量换算计与实施例1为相同的线速。冷却后，所得的GaN晶体为与晶种形成一体的形式，GaN晶体可容易地从层状的PBN制基座剥离。所担心的冷却时的热应力通过层间剥离而吸收，没有产生裂纹，另外，基本上也没有发生翘曲。与实施例1同样地已产品化的GaN基板的(100)面的X射线摇摆曲线的半峰全宽(FWHM：Full Width at Half Maximum)的面内任意3点为平均25弧秒(arcsec)、偏差为3弧秒(arcsec)。金属杂质的分析值为检测限以下。另外，通过单色阴极发光图像观察层叠缺陷，结果是：在GaN的表面层基本未见层叠缺陷。由上述的测定和观察显示：所得的GaN晶体是无偏差的非常均匀、良好的晶体基板。

[实施例3]

在实施例1中，从最初起以约100μm/小时的低速度进行50小时的晶体生长和在基座中使用虽具有劈开性但难以剥离的热解石墨(PG)制基座，除此之外，在完全相同的条件下进行晶体生长。所得的GaN晶体可容易地从晶种的SCAM和PG制基座剥离，SCAM可回收、再利用。已剥离的GaN晶体因层状的PG制基座的层间剥离性弱而无法充分地吸收GaN晶体的热应力，发生了几毫米的翘曲。然而，没有发生开裂。边稍微矫正边通过圆筒磨削加工成ϕ6英寸。

符号说明

1：GaN基板；

2：基座；

3：晶种；

4：粘接剂；

5：基座公转夹具；

6：气体供给管；

11：基底(handle，操控)基板部分；

12：GaN晶体主体部分；

13：晶体生长速度过渡部分。