GaN衬底及GaN衬底的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及GaN(氮化镓)衬底及GaN衬底的制造方法。
【背景技术】
[0002]构成发光二极管(LED:Light Emitting D1de)元件的氮化镓(GaN)晶体是通过采用金属有机化学气相外延法(MOVPE:Metal_0rganic Vapor Phase Epitaxy)、氢化物气相外延法(HVPE:Hydride Vapour Phase Epitaxy)等气相生长法在基础衬底上进行外延生长而获得。
[0003]但是，当将蓝宝石衬底等用作基础衬底时则变为异质外延生长法，由于基础衬底与GaN晶体的晶格常数不匹配，因此难以通过外延生长获得优质的GaN晶体，而且GaN晶体中含有较多的晶体缺陷。由于晶体缺陷会成为阻碍元件特性提高的原因，因此目前为止进行了降低GaN晶体中的晶体缺陷的研究。作为获得晶体缺陷少的GaN晶体的方法，存在选择生长法。
[0004]选择生长法是:在基础衬底上生长了较薄的GaN晶体后暂时中断GaN晶体的生长，使用由3102等构成的掩膜在基础衬底上实施图案形成，在再次使GaN晶体生长时设置生长部分和非生长部分的方法。该方法能够通过掩膜阻止位错的传播，另外也能够通过GaN晶体的横向生长使位错弯曲。因此，即使GaN晶体的生长厚度薄，也能够获得位错密度降低的GaN晶体。进而，通过使GaN晶体的生长厚度变薄，也能够抑制GaN晶体生长中裂纹的产生频率。作为这样的选择生长法，已报告有ELOG(Epitaxial LateralOverGrowth、横向外延过生长)法、FACELO(Facet-Controlled EL0、面控制横向外延过生长)法、VAS (Void-Assisted Separat1n、辅助空隙分离生长)法、以及 DEEP (Dislocat1nEliminat1n by the Epitaxial growth with inverse-pyramidal Pits)法等(例如，关于FACELO法可参照非专利文献I)。
[0005]另外，由于异质外延生长法下的基础衬底与GaN晶体的热膨胀系数也不同，因此在异质外延生长后进行冷却时会发生形变，由于该形变导致生长的GaN晶体及基础衬底上会发生翘曲。由于GaN晶体的物理上的翘曲量存在界限，因此在翘曲最终达到临界值时GaN晶体会粉碎。在LED元件等为数μ m左右厚度的情况下不存在达到临界值的情况，但是，在以制造块状GaN衬底为目的时，必须生长的GaN晶体的厚度会大大超过临界值。作为应对这样的形变所引发的翘曲的方法，存在自分离法(self separat1n method)。
[0006]自分离法是将外延生长后的GaN晶体与基础衬底自然分离的方法。已报告有利用GaN晶体的生长结束后向室温冷却时所发生的应力使基础衬底与GaN晶体分离的技术，可以举出纳米悬空外延(Nano Pendeo)法等。为了达到分离的目的，需要制造冷却时应力容易产生作用的物理性薄弱的部分。在纳米悬空外延法中，对外延生长初期的GaN薄膜晶体进行纳米图案形成和蚀刻，例如形成纳米级的针状物，并在该针状物上使块状体的GaN晶体再生长。在进彳丁 GaN晶体的再生长时，通过在基础衬底与GaN晶体之间留有针状物尚度大小的空隙，能够在应力作用时使针状物折断从而使基础衬底与GaN晶体分离(例如，有关利用针状物的自分离法可参照专利文献I)。
[0007]【现有技术文献】
[0008]【非专利文献】
[0009]非专利文献1:Yoshiaki HONDA, Transmiss1n Electron MicroscopyInvestigat1n of Dislocat1ns in GaN Layer Grown by Facet-Controlled EpitaxialLateral Overgrowth? (2001)
[0010]【专利文献】
[0011]专利文献1:日本公报、特表2009-522822号
【发明内容】
[0012]但是，利用选择生长法获得的GaN晶体存在位错密度的分布不均匀这一问题。由于在GaN晶体生长时实施了利用掩膜阻止位错的传播、使位错弯曲、使位错集中于特定的部分等处理，因此，低位错密度的分布在整个GaN晶体中变得不均匀，而是集中于局部。在使用由上述GaN晶体构成的GaN衬底制造器件的工序中，仅能使用GaN衬底的特定部分而无法使用整个GaN衬底，因此整个GaN衬底的可用范围降低。另外，由于需要暂时中断GaN晶体的生长并利用光刻法(photolithography)等进行掩膜的图案形成等，因此是成本较高的方法。
[0013]另外，在自分离法中，为了制造纳米级的针状物也需要用到纳米压印等技术，因此成本也较高。进而，需要纳米图案形成用的掩膜，而为了制造该掩膜需要纳米压印技术，因此制造工序复杂且价高。
[0014]另外，自分离法并非能够100%可靠地实现分离。另外，需要在整个基础衬底上均匀地实施纳米图案形成等，但是在光刻法的图案形成技术中常常发生图形缺失。由于在该图形缺失部分上用于自分离的附加应力不起作用，因此存在以该图形缺失部分为起点而产生裂纹这一情况。因此，会引起成品率降低的问题。
[0015]如此，现有技术中在位错密度分布的不均匀化、GaN晶体或GaN衬底的制造工序复杂化、高成本化、成品率降低等方面存在问题。
[0016]本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题在于提供一种无需复杂的工序便能够简单地以低成本且高成品率地制造由位错密度分布实质上均匀的GaN晶体构成的GaN衬底这一技术。
[0017]上述课题通过以下的本发明实现。gp，
[0018](I)本发明的GaN衬底由GaN晶体构成，该GaN衬底的特征在于:GaN衬底的整个表面上的位错密度的分布呈实质上均匀。
[0019](2)本发明的GaN衬底的制造方法的特征在于:对单晶衬底的内部照射激光而在单晶衬底的内部形成非晶质部分，接着，在单晶衬底的一面上形成GaN晶体，从而制造GaN衬底。
[0020](3)本发明的GaN衬底的制造方法的一实施方式中优选:由相对于单晶衬底的平面方向呈直线状的多个图形形成非晶质部分，各图形间的间距为0.5mm，非晶质部分的总体积相对于单晶衬底的体积所占的体积比为0.10%或0.20%。
[0021](4)本发明的GaN衬底的制造方法的另一实施方式中优选:由相对于单晶衬底的平面方向呈直线状的多个图形形成非晶质部分，各图形间的间距为1.0mm，非晶质部分的总体积相对于单晶衬底的体积所占的体积比为0.05%或0.10%。
[0022](发明效果)
[0023]根据上述⑴中的发明，不论其厚度如何，在各种厚度的情况下均能够防止GaN衬底表面上的局部的位错密度分布，从而实现了 GaN衬底表面上的位错密度分布的实质上均匀化。因此，在使用GaN衬底制造元件或器件的工序中，能够在GaN衬底表面的任意位置处制造元件或器件，且能够使用GaN衬底的整个表面。
[0024]进而，根据上述(2)中的发明，即使在基础衬底的GaN晶体生长面上不使用掩膜等，也能够实质上均匀地形成GaN晶体的位错密度分布，因此能够使制造工序简化且低成本化。进而，也能够防止GaN晶体广生裂纹，从而以尚成品率制造GaN晶体。
[0025]进而，根据上述(3)或(4)中的发明，在上述(2)所述的发明的效果的基础上，还能够实质上更均匀地形成GaN晶体的位错密度分布。
【附图说明】
[0026]图1是表示本实施方式涉及的GaN衬底的一例的立体图。
[0027]图2是表示本实施方式涉及的GaN衬底表面的位错分布的CL图像的一例。
[0028]图3是表示本实施方式涉及的GaN衬底表面的位错分布的CL图像的另一例。
[0029]图4是表示对本实施方式的单晶衬底照射激光的工序的一例的模式说明图。
[0030]图5是表示对本实施方式的单晶衬底照射激光的工序的其他例子的模式说明图，其中，该单晶衬底在厚度方向上一面侧的一半区域中形成有非晶质部分。
[0031]图6是表示对本实施方式的单晶衬底照射激光的工序的其他例子的模式说明图，其中，该单晶衬底在厚度方向的中央区域中形成有非晶质部分。
[0032]图7是表示对本实施方式的单晶衬底照射激光的工序的其他例子的模式说明图，其中，该单晶衬底在厚度方向上上下各一半的一侧区域中分别形成有一层、合计共两层的非晶质部分。
[0033]图8是表示单晶衬底平面方向的非晶质部分的配置图形形状的一例的俯视图。在此，图8中的(a)是表示相对于单晶衬底的定向平面垂直地形成有多个直线状图形时的条状的俯视图，图8中的(b)是表示相对于单晶衬底的定向平面水平地形成有多个直线状图形时的条状的俯视图，图8中的(C)是表示将图8中的(a)和图8中的(b)所示的图形组合后的格子状的俯视图，图8中的(d)是表示将同一尺寸的多个正六边形以正六边形的全部六个顶点一定与该正六边形邻接的正六边形的任意一个顶点重合的方式有规律地配置而成的形状的俯视图。
[0034]图9是表示GaN晶体的外延生长工序的模式说明图。在此，图9中的(a)是表示生长开始前的状态的图，图9中的(b)是表示形成了低温缓冲层后的状态的图，图9中的(C)是表示形成了 GaN晶体后的状态的图。
[0035]图10中示出本实施例涉及的GaN衬底的外观照片。
[0036]图11中示出比较例涉及的GaN晶体的照片。
[0037](符号说明)
[0038]1...GaN 衬底
[0039]2*"GaN衬底的表面
[0040]3…单晶衬底
[0041]4…激光照射装置
[0042]5…激光
[0043]6…非晶质部分
[0044]7…非晶质部分的长度
[0045]8…低温缓冲层
[0046]9…GaN