复合基板和功能元件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及复合基板和功能元件。
【背景技术】
[0002] 近年来，人们积极研究使用13族元素的氮化物如氮化镓等，制造蓝色LED、白色 LED、蓝紫色半导体激光器等的半导体装置，并将该半导体装置应用在各种电子仪器上。过 去主要通过气相法制造氮化镓系半导体装置。具体来说，使氮化镓薄膜在蓝宝石基板或碳 化硅基板之上通过有机金属气相生长法（MOVPE)等进行异质外延生长从而制造。这种情况 中，由于基板和氮化镓薄膜的热膨胀系数或晶格常数大大不同，因此氮化镓上会产生高密 度的错位（结晶上的一种晶格缺陷）。因此，通过气相法难以得到错位密度低的高品质的氮 化镓。
[0003] 助熔剂法属于液相法的一种，当用于氮化镓时，使用金属钠作为助熔剂，可将氮化 镓的结晶生长所需要的温度缓和为800°C左右，将压力缓和为数MPa。具体来说，氮气溶解 于金属钠和金属镓的混合熔液中，氮化镓成为过饱和状态，作为结晶生长。这种液相法，与 气相法相比由于不易发生错位，因此能够得到错位密度低的高品质的氮化镓。
[0004] 作为利用了 Na助熔剂法的制造GaN模板的制法，本申请人申请了专利文献1(日 本特开 2010-168236)、专利文献 2 (W0 2013/022122)、专利文献 3 (W0 2013/021804)、专利 文献 4 (TO 2013/022123)。
[0005] 另外，专利文献5(日本特开2005-136167)中记载了为了矫正GaN自立基板的翘 曲而依次研磨GaN自立基板的表面和背面。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开2010-168236
[0009] 专利文献 2 :W0 2013/022122
[0010] 专利文献 3 :W0 2013/021804
[0011] 专利文献 4 :W0 2013/022123
[0012] 专利文献5 :日本特开2005-136167
[0013] 专利文献6 :日本特许第4301251
[0014] 专利文献7 :日本特开2010-219353
[0015] 专利文献8 :日本特许第4380791
[0016] 专利文献9 :日本特表2005-506271
[0017] 专利文献10:日本特开2009-111423
[0018] 专利文献11:日本特开2006-332714
【发明内容】
[0019] 发明要解决的问题
[0020] 本发明人研究了使用由助熔剂法制造的低错位的GaN模板，用MOCVD法使实现LED 或功率设备的功能的结构成膜。GaN模板基板是指在支撑基板上设置上晶种层和氮化镓结 晶层而成的基板，成为用于在此基板上进一步形成功能层的模板。
[0021] 具体来说，若使用在表面平坦的蓝宝石基板上通过MOCVD法等使氮化镓结晶层成 膜来制造的晶种基板，进一步在该基板上通过助熔剂法使氮化镓结晶层在800°C~900°C 的生长温度下生长，则可以制得最表面具有低错位密度的氮化镓结晶层的GaN模板。另外， 为了使在GaN模板上成膜的功能元件均匀化，对GaN模板的蓝宝石基板进行研磨加工，减少 GaN模板的翘曲。
[0022] 本发明人尝试了使用该GaN模板，利用MOCVD法制作LED的结构。但是，明白了此 时若在高温氛围（例如l〇〇〇°C以上）下使发光元件结构成膜，则会产生发光波长分布，得到 所期望的发光波长的区域的面积比率会变小。
[0023] 本发明人对产生这种发光波长分布的原因进行了调查。结果，意外地知道了 ：若对 蓝宝石基板的背面进行研磨加工，从而减小室温下的GaN模板的翘曲，则相反地发光波长 分布会变大。这是由于在使发光层成膜时在发光层内产生了组成分布。
[0024] 本发明的课题在于，在具备蓝宝石基板、以及在蓝宝石基板上有结晶生长的氮化 镓结晶层的复合基板中，在其上形成由13族元素的氮化物形成的功能层时，抑制功能层的 偏差。
[0025] 解决问题的方法
[0026] 本发明的复合基板，其具备蓝宝石基板、以及在所述蓝宝石基板上设置的氮化镓 结晶层，其特征在于，
[0027] 复合基板的翘曲度为，每5. 08cm，+40 ym以上、+80 ym以下。
[0028] 另外，本发明涉及功能元件，其特征在于，具有所述复合基板以及在氮化镓结晶层 上通过气相法形成的功能层，所述功能层由13族元素的氮化物形成。
[0029] 发明的效果
[0030] 认为：在助熔剂法中，在800°C~900°C的生长温度下使氮化镓结晶层生长，但在 利用MOCVD法等的气相法在复合基板之上形成功能层时，由于升温到KKKTC以上为止，所 以会产生复合基板的翘曲，产生功能层的组成分布，结果带来功能上的偏差。
[0031] 本发明人基于上述知识，想到不消除复合基板在室温下的翘曲，而是有目的地留 下适当大小的翘曲。由此发现：在下一层功能层成膜时，可以抑制其组成分布，可以抑制功 能的偏差，从而实现了本发明。
【附图说明】
[0032] 图I (a)显示在蓝宝石基板1上形成了氮化镓结晶层2的状态，（b)显示将（a)中 的氮化镓结晶层2的表面2a研磨而得到的氮化镓结晶层3,（c)显示为复合基板4。
[0033] 图2 (a)显示在复合基板4上设置功能层6而形成的功能元件5,（b)显示在复合 基板4上设置功能层6A而形成的功能元件5A。
[0034] 图3(a)为用于说明复合基板的翘曲的测定方法的示意图，显示翘曲为正向的情 况。（b)为用于说明复合基板的翘曲的测定方法的示意图，显示翘曲为负向的情况。
【具体实施方式】
[0035] 以下，适当地参照附图对本发明进行详细的说明。
[0036] 先对本发明人研究的复合基板与其问题进行描述。
[0037] 首先，如图I (a)所示，在蓝宝石基板1的主面Ia上形成晶种层10。然后，在晶种 层10上利用助熔剂法形成氮化镓结晶层2。接下来，如图1(b)所示，研磨氮化镓结晶层2 的表面2a，得到研磨后的氮化镓结晶层3。3a为研磨面。
[0038] 这样得到的复合基板14中，产生由助熔剂法进行的成膜和冷却导致的翘曲。该翘 曲一般如图3(a)中示意地显示，当将蓝宝石基板放在下面时，上侧变成凸形状。设想为这 种翘曲在复合基板上进一步使用气相法成膜时会带来不良的影响。
[0039] 因此，本发明人通过充分地研磨蓝宝石基板1的底面lb，如图1(c)所示，形成研磨 后的支撑基板1A。Ic为研磨后的底面。由此，在支撑基板的组织中导入了加工应变，几乎 消除了图3(a)中所示的凸状的翘曲。
[0040] 本发明人尝试在成膜工序中提供通过上述方法得到的几乎无翘曲的复合基板，而 形成发光元件。这是因为，设想出基于以往的技术启示，可获得优质的发光元件。
[0041] 然而，在现实中尝试形成发光元件时，发现发光强度未达到规定值的区域扩大，整 体的发光效率下降，发光强度的偏差变大。
[0042] 本发明人研究该原因的结果，得到这样的设想：由于成膜时增加的热变化，产生了 如图3(b)所示的形态的凹状的翘曲，这导致了成膜组成的偏差，结果扩大了发光强度的分 布。
[0043] 本发明人发现：基于这样的设想，在使功能元件成膜之前，通过将复合基板的翘曲 控制在所述的特定范围，可以抑制功能元件的成膜偏差。这种想法是利用复合基板的翘曲 来抑制偏差，是明显区别于以往技术的尽量减少翘曲的想法。
[0044] 在本发明中，制造如上所述地限定了翘曲的大小的复合基板4,在其表面3a上形 成功能层，从而得到功能元件。
[0045] S卩，如图2(a)所示，在复合基板4上形成功能层6,得到功能元件5。在这里，可以 形成多层功能层6。例如，在图2(b)所示的例子中，功能层6A由6a、6b、6c、6d、6e多层构 成，形成发光元件结构。由此，获得错位密度低的发光元件结构，因此发光元件5A的内部量 子效率提尚。
[0046] 本申请中所述的单晶，包括在整个结晶中原子整齐地排列的教科书式的单晶，但 并不意味着只限定于此，而是指通常工业上流通的意思。即，结晶可以包含某种程度的缺 陷、或内部可以具有应变、或也可以含有杂质，与多晶（陶瓷）相区别，是与将这些称为单晶 而使用相同的含义。
[0047](蓝宝石基板）
[0048] 蓝宝石基板的纤锌矿结构具有c面、a面以及m面。这些各结晶面为结晶学上的 定义。基底层、晶种层、以及利用助熔剂法培养的氮化镓结晶层的生长方向，可以是c面的 法线方向，也可以是a面、m面各自的法线方向。
[0049] 从本发明的观点看，为了抑制氮化镓结晶层的剥离，优选使蓝宝石基板的厚度比 氮化镓结晶层的厚度厚。因此，蓝宝石基板的厚度优选设为300~1600 ym