衬底、提供有外延层的衬底、制造衬底的方法和制造提供有外延层的衬底的方法

专利名称：衬底、提供有外延层的衬底、制造衬底的方法和制造提供有外延层的衬底的方法
技术领域：
本发明涉及衬底、提供有外延层的衬底及其制造方法，更具体来讲，涉及的容许简 化处理步骤和成本降低的衬底、提供有外延层的衬底及其制造方法。
背景技术：
通常地，已知诸如GaN的化合物半导体。已知使用线状锯来制造这种化合物 半导体的衬底的方法(例如，参见日本专利No.观42307(专利文献1)和日本专利特开 No. 2006-190909(专利文献2))。通过使用这种线状锯进行切割而获得的衬底的表面具有 受损层。由此，衬底的主表面(切割表面)被蚀刻、磨削、抛光和机械-化学抛光。另外，为了改进衬底主表面上生长和形成的外延层的特性，需要由诸如GaN的化 合物半导体形成的衬底，以抑制翘曲并提高表面平坦度。为了改进诸如衬底表面平坦度 之类的形状特性，例如，日本专利特开No. 2004-356609(专利文献幻提出不仅使用磨粒而 且使用针对GaN衬底的预定化学溶液，以执行化学机械抛光(CMP)。另外，日本专利特开 No. 2005-136167(专利文献4)提出采用蚀刻的方式来部分去除由于磨削和抛光GaN衬底主 表面而形成的受损层，以控制由于受损层导致的应力。因此，衬底的翘曲得以抑制。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利No. 2842307专利文献2 日本专利特开No. 2006-190909专利文献3 日本专利特开No. 2004-356609专利文献4 日本专利特开No. 2005-13616
发明内容
本发明要解决的问题如果如上所述，在衬底中存在翘曲，则在衬底主表面上生长外延层时，反应气体可 能进入上面安装有衬底的基座表面与衬底的背侧表面(所述背侧表面位于衬底主表面的 相反侧)之间的空间。这样导致其背侧表面上异常生长外延层。即使不发生这种外延层 的异常生长，衬底的翘曲也会导致在形成层时衬底主表面中的温度发生变化。这种温度变 化导致所得的外延层性质发生变化，从而导致由这种衬底形成的器件的性质发生变化(例 如，在由其制造激光二极管等的情况下，从激光二极管发射的光的波长发生变化)。据此，在如专利文献2等中公开的使用线状锯来制造这种衬底的方法中，考虑的 是，在尽可能减少衬底中的翘曲的条件下，使用线状锯执行加工(切片工艺)。然而，这种常 规方法不能充分抑制在切片工艺之后被抛光和磨削的衬底的形状所发生的变化。另外，在加工(例如，如专利文献3、4所示步骤中一样地磨削和抛光)衬底的前侧 表面和背侧表面的情况下，通过采用蜡将衬底的前侧表面(主表面)和背侧表面中的一个附着到加工夹具并且进行加工，然后，将另一个附着到其上并且加工。在这种情况下，用于 将衬底附着到加工夹具的蜡的厚度变化和衬底中受损层的厚度分布变化造成被加工后衬 底中的翘曲形状发生变化。换言之，加工的衬底的翘曲形状并非保持不变，例如，衬底可以 在其主表面翘曲成突出，可以在其主表面翘曲成凹陷，或者可以翘曲成波浪的形式，并且其 翘曲程度也发生变化。具体来讲，通过在不同类型的衬底上异质外延生长诸如氮化镓的化合物半导体而 获得的衬底由于化合物半导体与不同类型的衬底之间的热膨胀系数差异和晶格不匹配而 可能发生大程度翘曲。难以在不使用诸如蜡的粘合剂的情况下对这种大程度翘曲衬底的两 侧同时进行抛光，或者难以在采用真空吸附来固定衬底的情况下加工衬底。因此，如上所 述，在使用蜡固定衬底的同时，加工衬底。结果，衬底的形状并非保持不变，从而导致翘曲程 度发生变化。同时，在专利文献4中提出的方法中，需要根据由GaN等形成的各衬底的翘曲来调 节加工条件。这样进行加工费时费力，从而难以将该方法应用于实际大规模制造衬底。如此，常规方法几乎不能以低成本制造由GaN构成的衬底，并同时充分控制衬底 形状。本发明致力于解决上述问题，其目的在于提供一种以低成本具有受控衬底形状的 衬底、通过在衬底上形成外延层而形成的提供有外延层的衬底及其制造方法。解决问题的手段本发明的发明者基于以下的想法来积极改进研究S卩，通过观察用于获得衬底而 执行的切片步骤中的条件，改进衬底的形状和性质，以此替代常规进行的通过执行蚀刻衬 底的步骤或类似步骤来控制衬底形状。结果，本发明的发明者完成了本发明。具体来讲，本 发明的发明者已发现，通过调节切片步骤中的条件以使各衬底的算术平均粗糙度Ra落入 下述预定值范围内，能够使得通过切片步骤获得的衬底具有适于在其上生长外延层的形状 和表面性质。基于这个发现，根据本发明的制造衬底的方法包括如下步骤制备由氮化镓 (GaN)形成的晶锭；以及通过对晶锭进行切片而获得由氮化镓形成的衬底。在获得衬底的 步骤中，通过切片而获得的衬底具有在IOmm的线上不小于0. 05 μ m且不大于1 μ m的算术 平均粗糙度Ra的主表面。以此方式，所形成的受损层的厚度较薄。由此，可以在所获得的衬底表面上形成膜 质量优良的外延层，而不用执行任何特定抛光步骤来去除受损层。由于如此可以省去用于 去除受损层的磨削/抛光步骤，因此与常规情况相比，可以低成本制造用于形成外延层的 衬底。另外，如上所述，没有执行磨削/抛光步骤，所以不需要确保磨削步骤等的磨削余量。 因此，与常规情况相比，可以更有效地利用GaN晶锭(例如，可以由GaN晶锭获得均具有相 同厚度的更大量的衬底)。应该注意，作为形成外延层的步骤的预处理，可以通过执行气相 蚀刻来去除衬底表面上形成的受损层。衬底主表面的算术平均粗糙度Ra的下限由此被设置为0. 05 μ m,因为如果对晶锭 进行切片，以获得主表面粗糙度Ra小于0. 05 μ m的衬底，则切片步骤的加工效率降低，这 样将不利地造成通过切片而获得的衬底翘曲明显变大。同时，粗糙度Ra的上限被设置为 1 μ m,因为如果粗糙度Ra超过该上限值，则要形成在衬底主表面上的外延层的膜质量将显 著劣化。更优选地，上述粗糙度Ra的范围为不小于0. 05 μ m且不大于0. 6 μ m，并且进一步优选地，其范围为不小于0. 05 μ m且不大于0. 3 μ m。根据本发明的制造提供有外延层的衬底的方法包括如下步骤使用上述制造衬底 的方法制备衬底；通过气相蚀刻，从所述衬底的所述主表面去除所述受损层；以及在已经 去除了所述受损层的所述衬底的所述主表面上形成由氮化镓基半导体形成的外延层。在这种情况下，仅通过执行气相蚀刻来作为形成外延层的步骤的预处理，准备好 衬底以进行形成外延层的步骤。因此，不需要执行额外的抛光步骤等来去除受损层。这样 导致提供有外延层的衬底的制造成本降低。根据本发明的制造提供有外延层的衬底的方法包括如下步骤使用上述制造衬底 的方法制备衬底；从所述衬底的所述主表面去除受损层；以及在已经去除了所述受损层的 所述衬底的所述主表面上形成由氮化镓基半导体形成的外延层。在这种情况下，预先在去除受损层的步骤中通过蚀刻等可靠地去除受损层。(由 此，不需要执行气相蚀刻来作为形成外延层的步骤中的预处理。)这样可以缩短在制造提供 有外延层的衬底的过程中膜形成步骤(形成外延层的步骤)所需的时间。根据本发明的制造提供有外延层的衬底的方法包括如下步骤使用上述制造衬底 的方法制备衬底；从所述衬底的所述主表面去除受损层；抛光所述衬底；以及在被如此抛 光的所述衬底的所述主表面上形成由氮化镓基半导体形成的外延层。除此之外，在抛光步 骤之前，可以执行从所述衬底的所述主表面去除受损层的步骤。在这种情况下，通过在形成外延层之前进行抛光，可以改进衬底的平坦度。结果， 要形成的外延层的膜质量将不太可能由于衬底的平坦度差而降低。通过预先在去除受损层的步骤中进行蚀刻等(如果执行的话)，可以更可靠地去 除受损层。(由此，不需要执行非气相蚀刻等来作为形成外延层的步骤中的预处理)。这样 可以缩短在制造提供有外延层的衬底的过程中膜形成步骤(形成外延层的步骤)所需的时 间。使用制造提供有外延层的衬底的上述每种方法，制造根据本发明的提供有外延层 的衬底。在这种情况下，因为使用上述每种制造方法制造提供有外延层的衬底，所以可以低 成本制造提供有外延层的衬底。使用上述制造衬底的方法制造根据本发明的衬底。在这种情况下，因为使用上述 制造方法制造衬底，所以可以低成本制造衬底。 根据本发明的衬底由氮化镓形成，并且具有在IOmm的线上不小于0. 05 μ m且不大 于1μm的表面粗糙度Ra的主表面。主表面具有在其上形成的受损层。受损层的最大深度 不大于IOym且其平均深度不大于5 μ m。在这种情况下，通过形成外延层的步骤中的预处理(气相蚀刻)，可以很容易去除 受损层，使衬底的表面粗糙度变得足够小，从而使得将形成在衬底上的外延层具有优良的 膜质量。如此，通过使用上述衬底，可以低成本获得提供有外延层的衬底。本发明的效果根据本发明，通过最优化对晶锭进行切片的条件，可以以低成本获得可被用作用 于在其上形成外延层的衬底的衬底，以及使用了该衬底的提供有外延层的衬底，而不用通 过磨削等来控制其形状。


图1是示出本发明中制造提供有外延层的衬底的方法的流程图。图2是示出制造图1所示衬底的方法中的衬底制作步骤的流程图。图3是示出制造图1所示衬底的方法中的膜形成步骤的流程图。图4是示出多线状锯装置的示意性透视图。图5是示出其中多个晶锭被安装在图4所示多线状锯装置中的工件支架上的状态 的示意性放大透视图。图6示出在切片步骤中如何对晶锭进行切片的示意图。图7是示出在衬底制作步骤(S100)中获得的衬底剖面结构的示意性局部剖视图。图8是示出关于所获得表面的表面粗糙度的各向异性的示意图。图9是示出衬底翘曲的正反方向定义的示意图。图10是示出本发明中的提供有外延层的衬底的示意性透视图。图11是示出本发明第二实施例中的制造提供有外延层的衬底的方法中的衬底制 作步骤的流程图。图12是示出本发明第三实施例中的制造提供有外延层的衬底的方法中的衬底制 作步骤的流程图。图13是示出制造GaN晶锭的示例性方法的示意图。图14是示出制造GaN晶锭的示例性方法的示意图。图15是示出制造GaN晶锭的示例性方法的示意图。图16是示出制造GaN晶锭的示例性方法的示意图。图17是示出本发明中制造晶锭的另一个示例性方法的示意图。图18是示出本发明中制造晶锭的示例性方法的示意图。图19是示出本发明中制造晶锭的示例性方法的示意图。图20是示出本发明中制造晶锭的示例性方法的示意图。图21是示出本发明中制造晶锭的示例性方法的示意图。图22是示出实例1中衬底翘曲量的测量结果的曲线图。图23是示出实例1中衬底翘曲量的测量结果的曲线图。图M是金刚石磨粒中c型磨粒的SEM照片。图25是样品Q表面的光学显微照片，该样品Q对应于使用c型的金刚石磨粒进行 切片而获得的衬底。图沈是金刚石磨粒中h型磨粒的SEM照片。图27是样品V表面的光学显微照片，该样品V对应于使用h型的金刚石磨粒进行 切片而获得的衬底。
具体实施例方式下文中，将参照附图用实施例描述本发明。在附图中，相同或相应的组件用相同的 方式标注，并且将不再重复描述。(第一实施例)图1是示出本发明中制造提供有外延层的衬底的方法的流程图。图2是示出制造如图1所示衬底的方法中的衬底制作步骤的流程图。图3是示出制造如图1所示衬底的方 法中的膜形成步骤的流程图。以下参照图1至图3描述了本发明中的制造提供有外延层的 衬底的方法。如图1中所示，在本发明中的制造提供有外延层的衬底的方法中，首先执行衬底 制作步骤(SlOO)。在该步骤(S100)中，执行图2所示的步骤，以制备由氮化镓(GaN)制成 的衬底。具体来讲，如图2中所示地执行晶锭生长步骤(SllO)。在该步骤(SllO)中，使用 合适的方法制造由GaN制成的晶锭。制造这种晶锭的示例性方法是使用氢化物气相生长 法(HVPE法)生长由GaN制成的晶锭。在这种情况下，例如，可以在砷化镓(GaAs)的衬底 (111)上形成由SiO2制成的掩模图案，并且可以使用HVPE法在衬底上生长GaN层。以下将 对其细节进行描述。另外，可以采用不同于HVPE法的方法作为生长由GaN制成的晶锭的方 法。例如，可以使用高压熔融法、升华法、熔剂法、氨热法等来形成GaN晶锭。另外，可以采 用以(0001)平面作为其主表面、直径为50mm并且厚度为(例如)12mm的衬底作为所制备 的晶锭。应该注意，所述晶锭不具体受限于其主表面的晶面取向以及其尺寸和形状，例如其 厚度和直径。然后，如图2中所示，执行切片步骤(S120)。在该步骤(S120)中，使用图4所示多 线状锯装置1对步骤(SllO)中制备的晶锭进行切片。在此，图4是示出多线状锯装置的示 意性透视图。图5是示出其中多个晶锭被安装在图4所示多线状锯装置中的工件支架上的 示意性放大透视图。现在，将参照图4和图5描述切片步骤(S120)中使用的多线状锯装置 1。如图4和图5中所示，多线状锯装置1包括工件支架11、导辊12a_12c、浆体喷嘴 13和线列(wire line)21。多线状锯装置1的这些组件中的每个由附图中未示出的外壳支撑。工件支架11是用于支撑一个或多个晶锭3的构件，各晶锭都是待加工的目标物 (工件)。工件支架11可以由(例如)不锈钢形成。工件支架11设置在其它组件(导辊 12a-12c、浆体喷嘴13和线列21)的下面。具体来讲，三个导辊分别设置在与垂直 平面内的三角形顶点对应的位置。浆体喷嘴13被设置成环绕由此设置的导辊12a-12c。线 22缠绕在导辊上，以构成如下所示的线列21。当从自导辊21a延伸到导辊12b的 线列21来看，工件支架11位于与浆体喷嘴13相对的位置。在工件支架11上，多个晶锭3被固定到多个支撑构件31，这多个支撑构件31由碳 制成并且分别固定于晶锭3。使用支撑构件31将多个晶锭3固定于工件支架11的上部。 工件支架11被安装在附图中未示出的移动工作台上。当移动工作台沿着垂直方向(图4 的箭头A所表示的方向)上移时，晶锭3在垂直方向上向上移动，以被馈送到其中。各导辊是具有大体上为圆柱体外形的旋转体。导辊12a_12c的旋转轴的 相应方向与垂直方向(箭头A所表示的方向)垂直，并且相互平行。导辊1 和导辊12b 彼此分开，以分别设置在相对于贯穿工件支架11的垂直线的左侧和右侧。导辊12c位于导 辊1 和导辊12b的上面，并且设置在贯穿工件支架11的垂直线上。浆体喷嘴13被设置 在工件支架11和导辊12c之间。每个导辊12a_12c的外围表面由(例如)诸如聚氨酯或超高分子量聚乙烯的树脂 形成。在每个导辊12a_12c的外围表面上，以均勻间隔形成多个凹槽，以沿着其外围方向延伸。利用多个凹槽，一个线22以螺旋方式缠绕导辊12a-12c，从而构成线列21。当导辊 12a-12c以交替方式正向和反向地重复旋转时，线22沿着两个方向(图4中的箭头B所表 示的方向)往复行进。由此缠绕导辊12a-12c的线22的一部分在导辊1 和12b中的每 个的下端侧(工件支架11侧)行进。在线22的该部分行进的位置处，其与当工件支架11 移动时在箭头A所表示方向移动的晶锭3相交。浆体喷嘴13适于向着线22和晶锭3喷射磨粒溶液(浆体)，包括(例如)混合 有松散磨粒的研磨油。例如，可以使用金刚石磨粒作为松散磨粒。除了金刚石之外，可用的 松散磨粒的是氧化物、碳化物和氮化物，例如碳化硼(B4C)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)、 氮化硅(Si3N4)、硅铝氧氮聚合材料(sialon)以及其复合氧化物，这些材料均表现出比GaN 硬度更大的硬度。另外，例如，镀黄铜钢丝可以用作线22。以上描述所针对的情况是将如上构造的多线状锯装置1用于对晶锭3进行切片的 步骤(S120)中，但是可以使用具有单排的线状锯对晶锭3进行切片。或者，可以使用固定的 磨粒线执行切片步骤(S 120)，所述磨粒线是通过将金刚石磨粒附着到线22上获得的。另 外，在线22往复运动的同时，线22会发生摆动。另外，上述装置被构造为通过将晶锭3抬 升至线22的三个部分来对晶锭3进行切片，但是晶锭3也可以沿着不同方向移动。例如， 上述装置可以被构造为通过降低晶锭3来对其进行切片。接着，将具体描述切片步骤(S120)的细节。首先，预先在作为待加工目标物的多 个晶锭3的每个外围表面上形成第一取向平面(OF)表面3a和第二 OF表面北。第一取向 平面(OF)表面3a表示晶锭3的解理方向，并且第二 OF表面北小于第一 OF表面3a。然 后，使用支撑构件31将多个晶锭31安装在工件支架11上(晶锭安装步骤)。结果，获得图 5所示的结构。应该注意，在使用下述的带芯(stripe core)衬底或点芯(dot core)衬底 的情况下，可以不必形成这些OF表面，因为其晶面取向可以根据其晶面的结构来确定。在该晶锭安装步骤中，多个晶锭3沿着其中心轴方向布置，使得其主表面彼此面 对(或其主表面彼此接触)，如图5中所示。然后，将晶锭3安装在工件支架11上，使得中 心轴方向垂直于图4的箭头A所表示的垂直方向以及箭头B所表示的线22的行进方向。在 这种情形下，可以将多个晶锭3放置在工件支架11上，使得第一 OF表面3a与箭头A所表 示的馈送方向相反(即，第一 OF表面3a基本垂直于表示馈送方向的箭头A)。另外，优选 地，将每个晶锭3固定到工件支架11上，使得晶锭3的(0001)平面平行于箭头A所表示的 馈送方向以及箭头B所表示的线22的行进方向。第一 OF表面3a和第二 OF表面3b可以在任何位置形成，但是第一 OF表面3a可以 垂直于每个晶锭3的<11-20>方向(即，沿着晶锭3的(11-20)平面)来形成。另外，第二 OF表面北可以(例如)垂直于晶锭3的<1-100>方向(即，沿着晶锭3的(1-100)平面) 来形成。具有由此形成的第一 OF表面3a和第二 OF表面北的晶锭3可以固定到工件支架 11上，使得晶锭3的晶体取向平面和每个线22的行进方向(即，箭头B所表示的方向)形 成预定角度。例如，预定角度可以由每个线22的行进方向，S卩，箭头B所表示的方向和第一 OF表面3a((1-100)平面)形成。应该注意，在图4和图5所示的多线状锯装置1中，每个晶锭3固定于工件支架 11，使得箭头B所表示的线22的行进方向平行于第一 OF表面3a。以此方式，晶锭3的馈送 方向(箭头A所表示的方向)垂直于其第一 OF表面3a。结果，从晶锭3的第一 OF表面3a对晶锭3进行切割。在以此方式将晶锭3固定到工件支架11上之后，开始对晶锭3进行切割(切片)。 具体来讲，每个导辊Ua_12c交替地沿着正向和反向旋转，并且摆动，从而使线22开始往复 地行进。然后，固定有晶锭3的工件支架11沿着图4的箭头A所表示的方向(向上)移动。 结果，晶锭3向着线22(线列21)移动。同时，开始从浆体喷嘴13喷射浆体。当晶锭3开 始接触线22时，到达晶锭3和线22之间的浆体开始作用以对晶锭3进行切割。在由此从 浆体喷嘴13提供浆体的同时，晶锭3沿着箭头A所表示的方向以大体恒定的速度移动。结 果，晶锭3被切片成板形衬底，每个衬底的厚度对应于线22的线列21之间的间隔。以此方 式，执行切片步骤(S120)。接着，如图2中所示，执行清洗步骤(S130)。在该步骤(S130)中，清洗在切片步骤 (S120)中形成的GaN衬底的表面，以从表面去除浆体和其它外来物质。可以使用任何常规 已知的方法作为清洗方法。以此方式，可以获得根据本发明的GaN衬底。应该注意，在上述切片步骤(S120) 中，如图6所示获得的每个衬底具有被翘曲使得每个晶锭3的( 原子面4突出的形状。图 6是示出在切片步骤中如何将晶锭切片的示意图。在使用多线状锯装置1对晶锭进行切片 的过程中，在几乎所有切片条件下，均获得在( 原子面4突出的衬底。考虑到这是由于GaN晶体的极性造成的。具体来讲，在以(0001)平面作为其主表 面的GaN衬底中，在前侧表面和背侧表面的相应最外侧中呈现不同的原子。即，图6所示晶 锭3的( 原子面4 (呈现( 原子的最外侧表面)在化学性质上非常稳定并且具有高硬度。 另一方面，对应于其背侧表面的N原子面5 (呈现N原子的最外侧表面)没有( 原子面4 稳定，并且硬度相对较低。例如，可以使用诸如KOH的强碱溶液对N原子面进行湿法蚀刻， 但是( 原子面4几乎不能进行湿法蚀刻。由此，与使用诸如内径刀片的刀片锯的情况相比，由于晶锭3的前侧表面和背侧 表面之间的硬度差，导致在图4和图5所示的多线状锯装置1中使用的线22往往会根据加 工过程中的加工负载，而偏向( 原子面4。这是因为线22的刚性低于刀片锯的刚性。结 果，如图6中的轨迹所表示的，在切片过程中，线22发生移位。当切片速度较高时，线22的 这种移位现象发生得更明显。具体来讲，当平均加工速度不低于0. 7 μ m/小时时，通过如图 6所示的切片而获得的每个衬底具有被翘曲使得( 原子面4 (前侧表面)突出的形状。当平均加工速度低于0.7 μ m/小时(H)时，加工速度较低，因此所获得的一些衬 底不一定被翘曲成在( 原子面突出。另一方面，当加工速度太快时，通过切片获得的每 个衬底都具有大翘曲度，并且在其表面上可以具有局部的深的锯标记。当翘曲超过(例 如)50 μ m的值时，在所获得衬底的前侧表面上生长外延膜之后制作器件的步骤中，衬底会 发生破裂，或者衬底在其主表面内会具有大的偏离角分布。例如，这会不利地造成由其制作 的发光器件中的波长分布发生变化。由此，优选地，平均加工速度被设置为(例如)2.5μπι/ 小时或更小。同时，金刚石磨粒用于浆体中包括的磨粒。将使用单晶金刚石的金刚石磨粒优选 地作为金刚石磨粒。优选地，磨粒的平均粒径不小于0. 5μπι且不大于40μπι。此外，优选 地，各金刚石磨粒的最宽表面中较长边的长度相对于与其较长边相交的较短边的长度的比 率为1. 3或更大。更优选地，该长度的比率不小于1. 4且不大于2. 5。具体来讲，进一步优选地，其比率不小于1. 4且不大于2. 0，特别优选地，不小于1. 5且不大于2. 0。当比率是大于 2. 0的值并且金刚石磨粒在加工期间经受冲击时，金刚石磨粒容易被碾碎成小粒径。当金刚 石磨粒的粒径如此变小时，粒径具有较小的切削刃。这样造成在执行了切片步骤(S120)时 的加工效率降低。因此，认为形成的下述受损层15比所需深度深。通过在上述条件下执行切片步骤(S120)，可以获得衬底10，衬底10被翘曲成在( 原子面4突出，并且翘曲值的变化小。应该注意，如图7中所示，在通过上述步骤获得的每个衬底10的表面上，形成受损 层15。图7是示出通过衬底制作步骤(S100)获得的衬底剖面结构的示意性局部剖视图。 通过在切片步骤(S120)中调节如上所述的条件，在根据本发明获得的衬底10中，受损层15 的深度(受损层15的厚度)足够小。具体来讲，每个受损层15的最大深度为10 μ m或更 小，并且平均深度为5 μ m或更小。另外，衬底10的每个主表面(图7所示的( 原子面4和N原子面5)的表面粗糙 度Ra在IOmm线上不小于0.05 μ m且不大于1 μ m。另外，沿着在使用线状锯执行切片加工 时线状锯伸展的方向(图4的箭头B所表示的方向)以及沿着与线状锯伸展方向垂直的方 向(图4的箭头A所表示的方向)，所获得的衬底10的每个表面的粗糙度具有各向异性。 现在，将参照图8对其进行更详细的描述。图8是示出所获得衬底中各向异性的表面粗糙 度的示意图。参照图8，在衬底10中，存在着线状锯在切片过程中沿着如图4中所示线22的伸 展方向的方向上(箭头16所表示的方向)行进的轻微且可识别的痕迹。在这种情形下，在 箭头17所表示的且沿着线22的伸展方向(行进方向)延伸的方向中的表面粗糙度指数值 与在箭头18所表示的且与箭头17所表示方向垂直的方向中的表面粗糙度指数值存在差 异。具体来讲，在沿着箭头18所表示方向的方向上测量的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz 和十点平均粗糙度Rzjis中的至少一个的值比沿着箭头17所表示方向所测量的相应的一 个指数的值更大。应该注意，在图8中，衬底10中箭头18所表示的方向对应于GaN晶体的 <11-20>方向，而箭头17所表示的方向对应于GaN晶体的<1_100>方向。现在，如图9中所示地定义衬底10的翘曲的正方向和反方向。图9是示出如何定 义衬底的翘曲的正方向和反方向的示意图。如图9中所示，翘曲的正方向(+)被定义成对 应于在( 原子面4突出的衬底10的翘曲形状。同样，如图9的下部中所示，翘曲的反方向 (-)被定义成对应于在( 原子面4侧凹陷(即，在N原子面5突出)的衬底10的翘曲形 状。就翘曲的正方向而言，如图9的上部中所示地定义这种情形下翘曲的高度H。具 体来讲，衬底10设置在平台表面19上，并且使( 原子面4面向上，并且翘曲的高度H被定 义成对应于平台表面19与衬底10的N原子面5 (背侧表面)距离平台表面19最远的位置 之间的距离。另一方面，就翘曲的反方向而言，如图9的下部所示地定义翘曲的高度H。具 体来讲，衬底10设置在平台表面19上，并且使( 原子面4被设置为其前侧表面，并且翘曲 的高度H被定义成对应于平台表面19与衬底10的N原子面5的外围部分(背侧表面端部 8)距离平台表面19最远的位置之间的距离。根据这种定义，在衬底制作步骤(S100)中获 得的衬底10的形状为在( 原子面4突出，并且衬底10的翘曲高度H大于Ομπι且不大于 50 μ m0
在以此方式执行了衬底制作步骤(S100)之后，如图1中所示地执行膜形成步骤 (S200)。在该膜形成步骤(S200)中，在衬底制作步骤(S100)中获得的衬底10上形成外延 膜。现在，将参照图3进一步描述膜形成步骤(S200)的细节。如图3中所示，在膜形成步骤(S200)中，首先执行预处理步骤(S210)。在该步骤 (S210)中，将衬底设置在气相生长装置内，并且提供氯化氢(HCl)气体、氨(NH3)气等以对 衬底10表面进行气相蚀刻。在上述衬底制作步骤(S100)中获得的衬底10的受损层厚度 相对较薄，所以气相蚀刻能够去除受损层。以此方式，执行预处理步骤(S210)。接着，如图3中所示，执行外延生长步骤(S220)。在该步骤(S220)中，使用常规的 已知方法，在衬底10的主表面上形成外延层9 (参见图10)。结果，可以获得提供有外延层 的衬底20，在该衬底20中，外延层9形成在衬底10的主表面上，如图10中所示。图10是 示出根据本发明的提供有外延层的衬底的示意性透视图。如图10中所示，在根据本发明的提供有外延层的衬底20中，外延层9形成在衬底 10的主表面上。如上所述，在本发明的衬底10中，在切片步骤(S120)之后，其表面和翘曲 的情况是良好的。除此之外，如上所述，衬底10的每个受损层的厚度足够薄。由此，通过只 执行上述预处理步骤(S210)，可以去除表面中的薄受损层。因此，通过执行外延生长步骤 (S220)而不进行任何额外的处理，可以形成高质量的外延层9。第二实施例图11是示出根据本发明第二实施例的制造提供有外延层的衬底的方法中的衬底 制作步骤的流程图。参照图11，以下描述了根据本发明第二实施例的制造提供有外延层的 衬底的方法。图11所示的步骤对应于图1所示的衬底制作步骤(S100)。通过在执行图11所示 的步骤之后执行图1和图3所示的膜形成步骤(S200)，可以获得根据本发明的提供有外延 层的衬底。接着，以下将描述图11所示的衬底制作步骤的细节。如图11中所示，本实施例中 的衬底制作步骤采用与图2所示的衬底制作步骤基本相同的方式来执行，但是不同之处在 于，抛光步骤(S140)是在清洗步骤(S130)之后执行的。在该抛光步骤(S140)中，对已经 过清洗步骤(S130)的衬底的相对表面(背侧表面，例如，N原子面)进行加工，其中，在该 表面上将形成外延层。对于该抛光步骤(S140)，可以使用任何常规的已知方法。例如，在向 第一平台表面(例如，由薄合金制成的平台表面)提供包括第一抛光材料(例如，金刚石磨 粒)和第一润滑剂(例如，包括乙二醇和水作为其主要成分的液体)的抛光液体的同时，可 以执行第一抛光步骤，以使用第一平台表面和抛光液体对衬底表面进行抛光。在该第一抛 光步骤之后，在将第二润滑剂(例如，与第一润滑剂类似的液体)提供到其中嵌入第二抛光 材料(例如，金刚石磨粒)的第二平台表面(例如，由薄合金制成的平台表面)上的同时， 可以执行第二抛光步骤，以使用其中嵌入第二抛光材料的第二平台表面对衬底表面进行抛 光。据此，在第二抛光步骤中，第二抛光材料被嵌入第二平台表面，所以第二抛光材料在抛 光步骤期间不会聚集。由此，可以采用机械-化学方式对衬底表面进行抛光，同时可以抑制 在衬底表面中出现由于抛光材料的聚集造成的刮痕。优选地，在抛光步骤(S140)中，只对N原子面(背侧表面)进行抛光。这是由于以 下原因。即，为了对衬底10进行抛光，采用蜡等将衬底的前侧表面(( 原子面)附着并固定到平台上，然后对衬底的背侧表面进行抛光。在这种情形下，由于蜡等的厚度不同，导致 由此抛光的衬底的形状会不同。如果对衬底的前侧表面和背侧表面都执行这种抛光处理， 则经抛光衬底的形状(例如，翘曲方向)会不同。为了抑制其形状的这种变化，优选地，仅 对衬底的背侧表面进行抛光。至于抛光方法，考虑利用双侧同时抛光的方法，该方法使得能 够执行抛光处理，而不用将衬底附着到平台等上，还可以考虑利用采用真空吸附固定衬底 然后对其进行抛光的方法。然而，利用这些方法并不理想，因为当衬底的翘曲量大时，有可 能在衬底中产生裂缝。此后，使用常规的已知方法清洗由此加工获得的衬底，然后，执行图1和图3所示 的膜形成步骤(S200)，以获得图10所示的提供有外延层的衬底20。应该注意，在抛光步 骤(S140)中，可以对其上将形成外延层的表面，即，在( 原子面上执行抛光处理(例如，机 械-化学抛光)。在这种情况下，可以不执行图3所示的预处理步骤(S210)，或者可以执行 该步骤以可靠地去除受损层。第三实施例图12是示出根据本发明第三实施例的制造提供有外延层的衬底的方法中的衬底 制作步骤的流程图。参照图12，以下描述了根据本发明第三实施例的制造提供有外延层的 衬底的方法。本发明第三实施例中的制造提供有外延层的衬底的方法包括与第二实施例中的 制造提供有外延层的衬底的方法的步骤基本相同的步骤，不同之处在于其衬底制作步骤。 具体来讲，在图12所示的衬底制作步骤中，在切片步骤(S120)和清洗步骤(S130)之间执 行蚀刻步骤(S150)。其它步骤与本发明第二实施例中的制造提供有外延层的衬底的上述方 法中的其它步骤基本相同。在蚀刻步骤(S150)中，去除衬底表面上形成的受损层。例如，可以采用诸如KOH 或NaOH的强碱，或磷酸来蚀刻N原子面上的受损层。另外，当受损层的深度深时，优选地， 提高化学溶液(蚀刻溶液)的温度或浓度，以实现高蚀刻速率。另一方面，因为( 原子面 几乎没有被湿法蚀刻，所以对( 原子面一侧的受损层进行干法蚀刻。可以在(例如)将反 应离子蚀刻装置用作其设备并且采用氯气作为反应气体的条件下，执行干法蚀刻。应该注意，在蚀刻步骤(S150)中，可以对衬底10的前侧表面和背侧表面(例如， ( 原子面4和N原子面5)都进行蚀刻。另外，在蚀刻步骤(S150)中，可以只蚀刻背侧表面 (所述背侧表面与其上将形成外延层的前侧表面相对)，或者可以只蚀刻前侧表面。另外， 在图12所示的步骤中，可以不执行抛光步骤(S140)。另外，在执行图12所示的步骤之后，执行图1和图3所示的膜形成步骤(S200)，以 获得图10所示的提供有外延层的衬底20。通过以此方式通过蚀刻步骤(S150)去除受损 层，可以省略膜形成步骤(S200)中的预处理步骤(S210)(参见图3)。在此，在第一实施例至第三实施例中的上述晶锭生长步骤(SllO)中，可以采用各 种方法。示例性的可用方法是在不同类型的衬底上形成提供有多个开口的掩模，并且在掩 模上横向生长GaN层。将参照图13至图16具体描述这种方法。图13至图16中的每个是 示出制造GaN晶锭的一个示例性方法的示意图。首先，如图13中所示，将GaAs衬底25制备为不同类型的衬底。在GaAs衬底25的 表面上，形成由SiO2制成的掩模层沈。在掩模层沈中，形成以分散方式设置的多个窗口部27。每个窗口部27可以具有任何平面形状，并且可以具有(例如)四边形形状。另外，当 从平面图中查看时，窗口部27可以布置成矩阵形式，但是窗口部27可以布置成(例如)沿 着GaAs衬底的[11-2]方向对齐的多行。应该注意，沿着垂直于[11_2]方向的[-110]方 向的相邻行的窗口部27被优选地布置成使得窗口部27以半个节距而相互偏离。现在，假 设每个行的窗口部27之间的间隔为L，并且相邻行的窗口部27之间的距离为d。优选地， 距离d和间隔L被确定为满足d = 3°'5L/2的关系。换言之，优选地形成掩模层沈，使得在 平面图中，窗口部27位于等边三角形的顶点。可以使用常规已知的CVD法或光刻法形成其 内形成有这种窗口部27的掩模层26。接着，在相对低温的条件(例如，不低于450°C且不高于500°C )下，如图14中所 示，使用HVPE法在窗口部27内形成GaN缓冲层观。每个GaN缓冲层观的厚度在(例如) 不小于IOnm且小于IOOnm的范围内。应该注意，掩模层沈的厚度不小于IOOnm且不大于 数百nm。由此，GaN缓冲层观的厚度比掩模层沈的厚度薄。因此，如图14中所示，以隔离 方式在窗口部27内分别形成GaN缓冲层观。接着，在相对高温的条件(例如，不低于800°C且不高于1050°C )下，使用HVPE法 形成GaN外延层四(参见图15)。在这种情形下，GaN缓冲层观结晶。以隔离方式在窗口 部27内由此形成的每个GaN晶体通常为六棱锥的形式。六棱锥形的GaN晶体沿着高度方 向逐渐生长，并且向着其底部的各边逐渐生长。六棱锥形的底表面扩展成六边形，从而填充 每个窗口部27。随着生长进一步进行，GaN外延层四扩展到掩模层沈的上表面上。另外， 在这种情形下，认为六棱锥的形式得以保持。然后，GaN外延层开始接触从其它相邻的窗口 部27生长的其它GaN外延层(均为六棱锥的形式)。然后，GaN外延层四继续生长，以向 上扩展。因此，GaN外延层四具有预定厚度，如图15中所示。接着，去除GaAs衬底25 (参见图15)。此后，通过抛光去除掩模层沈。结果，可以 获得由GaN制成并且具有预定厚度的衬底30，如图16中所示。由此获得的衬底30被用作 种晶，并且在衬底30上生长GaN外延层。以此方式，可以形成晶锭3 (参见图4)。获得这种晶锭的另一种可用方法是(例如)如图17至图21所示的小面掩模生长 法(facet mask growth method)。图17至图21是示出本发明中的制造晶锭的另一个示例 性方法的示意图。参照图17至图21，以下描述了根据本发明的制造晶锭的该示例性方法。首先，制备作为基体衬底的GaAs衬底25(参见图17)。在GaAs衬底25上形成掩 模层26。例如，可以使用由Si02、SiN, AlN等制成的电介质膜作为每个掩模层26。掩模层 26可以为(例如)相互隔离并且直径均不小于20 μ m且不大于100 μ m的点(圆)形式，或 者可以是相互分隔、其间具有间隔并且相互平行延伸的直带形式。结果，获得图17所示的 结构。可以使用诸如CVD法或光刻法的常规已知方法作为制造掩模层沈的方法。接着，采用HVPE法、MOC法、MOCVD法和升华法中的任一种，在上面形成有掩模层 26的GaAs衬底25表面上气相生长GaN的晶体39。GaN的晶核选择性地在GaAs衬底25暴 露的部分(图17中的基体暴露部分38)中生成，并且不在掩模层沈上生成。由此，随着晶 体39生长，晶体从基体暴露部38突出，以扩展到掩模层沈的上表面上。然而，晶体将不太 可能在掩模层26上生长，所以GaN晶体的生长缓慢。因此，晶体39在掩模层沈上和上方 具有倾斜表面。以此方式，获得图18所示的结构。每个倾斜表面用作所谓的小面F。小面 F对应于{-1-122}面、{1-101}面等，这些面均具有相对低的面指数。
随着GaN生长的进行，GaN晶体的厚度变厚，如图19中所示。这些晶体在基体暴 露部38上相对快速地生长，而这些晶体在掩模层沈上相对缓慢地生长。结果，小面F形成 在掩模层26上，并且使得晶体中的位错被牵至其内部。这样造成掩模层沈上和上方的其 区域中的位错会聚。由此具有会聚位错并且位于掩模层沈上和上方的这些区域被称作“缺 陷簇区H”。应该注意，当掩模层沈太小时，缺陷簇区H在晶体生长的过程中消失，所以优选 地，每个掩模层沈的宽度不小于20 μ m且不大于200 μ m,或者具有类似宽度。这样防止了 缺陷簇区H在晶体生长过程中消失，并且使得缺陷簇区H能够向上扩展并且形成在掩模层 沈上和上方。应该注意，各掩模层沈的宽度更优选地为(例如)50μπι。在缺陷簇区H中，存在高密度的位错。由此，除了缺陷簇区H外的区域的位错相对 少，并且其是密度相对低的单晶。然而，通过详细分析，这些单晶可以分为以下两类单晶区 Z(单晶低位错相关区域)和单晶区Υ(单晶低位错区)。单晶区Z对应于小面F正下面的 单晶部分，并且其导电率高且位错少。单晶区Y对应于将相邻的小面彼此连接的平坦部分 (对应于C平面的部分)正下面的单晶部分，并且其导电率低且位错少。当充分执行上述晶体生长步骤从而获得足够厚度的晶体时，停止晶体生长。此后， 从生长装置中取出衬底，磨削其上表面中呈现小面的那些部分，以获得晶体的平坦上表面， 如图20中所示。此后，去除GaAs衬底25。同时，还去除掩模层沈。然后，GaN晶体的背侧表面，即， 已接触GaAs衬底25的侧面被加工，例如，被抛光成平坦的。结果，如图21中所示，可以获 得由GaN制成的晶锭3。在由此获得的晶锭3中，单晶区Y、Z是(0001)单晶，而缺陷簇区 H是极性与(0001)相反的(000-1)单晶。换言之，每个晶锭3的上表面中的单晶区Υ、Ζ对 应于( 原子面，而缺陷簇区H对应于N原子面。由此，当沿着与每个缺陷簇区H延伸的方 向交叉的方向将晶锭3切片时，根据本发明中的衬底制作步骤(S100)使用晶锭3而获得的 衬底10主表面(即，主要由( 原子面构成的主表面)中，同时存在用作( 原子面的区域 (单晶区)和用作N原子面的区域(缺陷簇区)。实例1进行以下实验以确认本发明的效果。(样品)晶锭制备以(0001)平面为其主表面、直径为50mm且厚度为20mm的GaN晶锭来作为由 GaN制成的每个晶锭。应该注意，采用参照图13至图16描述的方法制造晶锭。GaN 衬底用所述晶锭制备以下三种类型的衬底样品A，对应于都只经过切片步骤和清洗 步骤的“切片”衬底；样品B，对应于都在切片步骤之后采用蚀刻方式去除了受损层的衬底； 和样品C，对应于都在切片之后采用蚀刻方式去除了受损层并且其表面(( 原子面)经历机 械-化学抛光的衬底。除此之外，根据具有上述参数的晶锭，制备样品D作为对比例。样品D对应于在切 片步骤之后其前侧表面和背侧表面被磨削并且随后被抛光的衬底。(加工条件)样品A-C的切片步骤
使用多线状锯装置作为加工装置。对于用于浆体的磨粒，使用的是单晶金刚石。磨 粒的平均粒径为9 μ m。使用矿物油作为用于浆体的润滑剂。矿物油与由单晶金刚石制成的 磨粒混合，以获得浆体。应该注意，本文的术语“平均粒径”是指这样一个值，即，当使用激 光衍射-散射法根据粒径分布测定来进行测量时，体积为从具有最小粒径的粒子开始顺序 积聚的各粒子的体积的50%的粒子的粒径(D50)的值(参见JIS R1629-1997 通过激光衍 射-散射法测定细微陶瓷原料粉末的粒径分布)。然后，将切割速度(晶锭的馈送速度)设置为2mm/小时(H)。将线的行进速度设 置为700m/分钟，并且将线的张力设置为40N。线的直径为0. 18mm。通过切片获得的每个 衬底的厚度为400 μ m。样品D的切片步骤如同样品A-C—样，使用多线状锯装置作为加工装置。对于用于浆体的磨粒，使用 的是单晶金刚石并且磨粒的平均粒径为9 μ m。使用矿物油来作为浆体的润滑剂。将矿物油 与由单晶金刚石制成的磨粒混合，以获得浆体。然后，将切割速度(晶锭的馈送速度)设置为2mm/小时。将线的行进速度设置为 700m/分钟，并且将线的张力设置为40N。线的直径为0. 18mm。通过切片获得的每个衬底的 厚度为400 μ m。样品B和样品C的蚀刻步骤每个衬底的前侧表面(( 原子面一侧)经受反应离子蚀刻(RIE)。使用氯(Cl)气 作为所用的蚀刻气体。通过该蚀刻步骤，衬底的( 原子面被去除5 μ m的深度。同样，衬底的背侧表面(N原子面一侧)也经受反应离子蚀刻(RIE)。使用氯(Cl) 气作为所用的蚀刻气体。通过该蚀刻步骤，衬底的N原子面被去除5 μ m的深度。样品C的机械-化学抛光步骤使用如下构造的抛光装置对衬底的前侧表面(( 原子面)进行机械-化学抛光。 也就是说，所用的抛光装置包括设置在台面上的平台表面以及安装在平台表面上的抛光夹 具。在该抛光装置中，GaN衬底被放置在平台表面和抛光夹具之间，并且通过旋转平台表面 和抛光夹具进行抛光。平台表面是具有中心点和半径r的盘形板。平台表面以圆周速度ν 逆时针地旋转。冷却器连接到平台表面，用于冷却平台表面。通过使用冷却器，平台表面的 温度可以被控制成与室温(例如，20°C) —样高。在这种情况下，可以防止平台表面在抛光 期间的发热和变形。电机连接到抛光夹具，用于旋转和摆动抛光夹具。电机设置在台面上。抛光夹具 沿着与平台表面的旋转方向相同的方向旋转，例如，逆时针旋转。滴落装置(分配器)设置 在台面上，以将抛光液体滴落在平台表面上。滴落装置具有滴落喷嘴。从滴落喷嘴中滴落 抛光液体或润滑剂。抛光液体是浆体的形式。抛光夹具包括附着有衬底的盘形板和环绕盘形板的环形驱动环。在该板上，砝码 和支撑杆按照从平台表面侧开始的次序进行设置。该板由陶瓷制成。衬底采用诸如蜡的粘 合剂附着于该板上。用砝码从板侧将衬底压到平台表面上。驱动环的下表面(面对平台表 面的表面)具有以径向方式形成的凹槽。抛光夹具被设置成使得衬底表面接触平台表面。通过使用抛光装置执行第一抛光步骤、清洁步骤和第二抛光步骤，衬底表面被机 械-化学抛光。
在第一抛光步骤中采用的抛光条件如下抛光液体的滴落量为5cc/分钟；抛光材 料的最大粒径为Iym或更小；平台表面的直径(Φ)为450mm;平台表面的材料为锡；驱动 环的旋转速度为30rpm ；驱动环的摆动速率为10次/分钟；驱动环的摆动冲程为30mm ；砝 码的荷重为1.96X10Va^)0g/Cm2)并且抛光时间为60分钟。应该注意，作为抛光液体，使 用的是通过多晶金刚石的抛光材料与润滑剂(乙二醇)混合获得的浆体。在浆体中，磨粒 的浓度为10克拉/升。在清洁步骤中，使用擦拭器和超纯水去除平台表面上的外来物质。然后，在第二 抛光步骤中，使用其中嵌入抛光材料的平台表面对衬底表面进行抛光。具体来讲，预先向 抛光材料施压，使之嵌入由锡制成的平台表面的表面中(装料)。在该装料过程中，将没有 附着有衬底的抛光夹具压向平台表面，同时向平台表面的表面提供(例如)包括单晶金刚 石磨粒(最大粒径位Iym或更小)和润滑剂的抛光液体。然后，旋转平台表面和抛光夹 具。用于该装料步骤的具体条件如下抛光液体的滴落量为5CC/分钟；驱动环的旋转速 度为60rpm ；驱动环的摆动速率为10次/分钟；驱动环的摆动冲程为30mm ；砝码的荷重为 1.96X 104Pa(200g/cm2)并且装料时间为60分钟。作为填料步骤的结果，抛光材料被嵌入 平台表面。通过抛光衬底，同时向这种平台表面馈送润滑剂，执行第二抛光步骤(机械-化学 抛光步骤)。具体采用的抛光条件如下润滑剂的滴落量为5cc/分钟；平台表面的圆周速 度ν为^m/分钟；砝码的荷重为1. 96X 104Pa(200g/cm2)并且抛光时间为60分钟。样品D的磨削步骤在该磨削步骤中，使用切入型(in-feed type)磨削器。使用#600的金刚石玻璃 化磨轮来作为磨轮。磨削器的操作条件如下磨轮的旋转速度为IOOOrpm，并且在向磨轮提 供可溶于水的切割液体的同时磨削样品D。在这种情形下，样品D以400rpm的旋转速度旋 转，并且在样品D的馈送速度为0. 5 μ m/sec的条件下执行磨削。样品D的抛光步骤在抛光步骤中，通过使用在制作样品A-C的衬底的过程中所用的抛光装置来执行 第一抛光步骤、清洁步骤和第二抛光步骤，从而对衬底表面进行机械-化学抛光。第一抛光步骤中采用的抛光条件如下抛光液体的滴落量为5cc/分钟；抛光材料 的最大粒径为Iym或更小；平台表面的直径(Φ)为450mm;平台表面的材料为锡；驱动环 的旋转速度为30rpm ；驱动环的摆动速率为10次/分钟；驱动环的摆动冲程为30mm ；砝码 的荷重为1.96X 104f^^200g/cm2)并且抛光时间为60分钟。作为抛光液体，使用的是通过 多晶金刚石的抛光材料与润滑剂(乙二醇)混合而获得的浆体。在浆体中，磨粒的浓度为 10克拉/升。在清洁步骤中，使用擦拭器和超纯水去除平台表面上的外来物质。然后，在第二 抛光步骤中，使用其中嵌入抛光材料的平台表面对衬底表面进行抛光。具体来讲，预先向 抛光材料施压，使之嵌入由锡制成的平台表面的表面中(装料)。在该装料过程中，将没有 附着有衬底的抛光夹具压向平台表面，同时向平台表面的表面提供(例如)包括单晶金刚 石磨粒(最大粒径位Iym或更小)和润滑剂的抛光液体。然后，旋转平台表面和抛光夹 具。用于该装料步骤的具体条件如下抛光液体的滴落量为5CC/分钟；驱动环的旋转速 度为60rpm ；驱动环的摆动速率为10次/分钟；驱动环的摆动冲程为30mm ；砝码的荷重为1.96X 104Pa(200g/cm2)并且装料时间为60分钟。作为填料步骤的结果，抛光材料被嵌入
平台表面。通过抛光衬底同时向这种平台表面提供润滑剂，执行第二抛光步骤(机械-化学 抛光步骤)。具体采用的抛光条件如下润滑剂的滴落量为5cc/分钟；平台表面的圆周速 度ν为^m/分钟；砝码的荷重为1. 96X 104Pa(200g/cm2)并且抛光时间为60分钟。通过执行上述步骤，针对样品A-D中的每个，制备150个衬底。(测量方法)测量样品的每个衬底的翘曲方向和翘曲量。如参照本专利申请的图9所描述的， 定义当衬底翘曲成在( 原子面突出时翘曲方向为正方向，并且当衬底在( 原子面侧凹陷 时翘曲方向为反方向。同样，如参照图9所描述地定义翘曲量。具体来讲，将每个衬底放置 在平台表面上，使( 原子面面向上，测量翘曲方向和翘曲量。(测量结果)测量结果在图22和图23中示出。图22和图23是示出实例1中的衬底翘曲量的 测量结果的曲线图。图22示出样品A-C的测量结果。图23示出样品D，即，比较例的测量结果。在图22和图23的每个中，水平轴表示翘曲量(单位μ m)，并且垂直轴表示频率 (衬底的数量)。应该注意，水平轴中的“0”对应于翘曲量为零的情况，例如，水平轴中的 “5”对应于翘曲量大于0且不大于5μπι的情况；水平轴中的“10”对应于翘曲量大于5μm 且不大于IOym的情况。在图22和图23的每个中，注释“Ave. ”表示每个样品中翘曲量的平均值。注释 “ σ ”表示每个样品中的翘曲量的测量结果的标准偏差。根据图22和图23，显而易见，证实了在对比例，即，样品D中翘曲量的平均值相对 小，但是存在沿着翘曲的正方向和反方向翘曲的衬底。同时，在本专利申请的发明实例，即， 样品A-C中，没有衬底是沿着翘曲的反方向翘曲的，所有衬底都是沿着翘曲的正方向翘曲 的。另外，可以理解的是，按照样品C、样品B和样品A的次序，翘曲量的平均值和标准偏差 逐渐减小。样品A只经受切片，样品B在切片之后还经受蚀刻，并且样品C除上述步骤之外 还经受抛光。实例2进行以下实验，以证实已经过切片步骤的每个衬底的表面粗糙度与每个磨粒的粒 径之间的关系。(样品)晶锭制备与实例1中制备的GaN晶锭相同的晶锭。GaN 衬底从晶锭中，通过使用如下所述的各种粒径的磨粒来执行切片步骤，从而获得由GaN 制成的衬底。(加工条件)晶锭的切片步骤如同实例1 一样，使用多线状锯装置作为加工装置。用于浆体的磨粒是具有如表1中所示的各种粒径的单晶金刚石磨粒。在切片步骤中，使用矿物油作为用于浆体的润滑剂。在矿物油中，分散单晶金刚 石，以获得浆体。将切割速度(晶锭的馈送速度)设置为2mm/小时。将线的行进速度设置为700m/ 分钟，并且将线的张力设置为40N。将线的直径设置为0.18mm。将通过切片获得的每个衬 底的厚度设置为400 μ m。然后，如表1中所示，使用十种粒径的磨粒执行切片步骤，从而制备出十种样品 E-N。(测量方法)表面粗糙度Ra测量通过切片而获得的每个衬底的表面粗糙度Ra。具体来讲，使用针型表面粗糙 度计，沿着垂直于线状锯行进方向(锯痕延伸方向)的方向测量表面粗糙度。其测量长度 为 IOmm0平均抛光速度另外，测量用于形成样品E-N的每种磨粒的平均抛光速度。具体来讲，使用直径为 380mm且由铸铁制成的平台表面作为抛光板。在向抛光板提供用于在每个样品E-N中进行 切片的浆体的同时，抛光GaN衬底。根据抛光时间和抛光量，确定所利用的每种浆体的平均 抛光速度。用于抛光的条件如下将GaN衬底压向抛光板的荷重为9.8X103I^(100g/Cm2)； 抛光板的旋转速度为60rpm ；抛光时间为1小时；并且测量已抛光的衬底表面中9个点处的 抛光量。然后，相应测量到的衬底抛光量的平均值被当作平均抛光量。如上所述，抛光时间 为1小时，所以平均抛光量对应于平均抛光速度。最大翘曲量为已经过切片步骤的每个衬底测量最大翘曲量。用于测量翘曲量的方法与实例1 中相同。(测量结果)测量结果在表1中示出。[表1]
权利要求
1.一种制造衬底(10、30)的方法，所述方法包括如下步骤 制备由氮化镓形成的晶锭(3)；以及通过对所述晶锭C3)进行切片获得由氮化镓形成的衬底(10、30)， 在获得所述衬底(10、30)的步骤中，通过切片获得的所述衬底(10、30)具有在IOmm的 线上不小于0. 05 μ m且不大于1 μ m的算术平均粗糙度Ra的主表面。
2.根据权利要求1所述的制造衬底(10、30)的方法，其中，在获得所述衬底(10、30)的步骤中获得的所述衬底(10、30)的主表面中，构成( 原子 面的区域和构成N原子面(5)的区域位于同一平面上。
3.根据权利要求1所述的制造衬底(10、30)的方法，其中 在获得所述衬底(10、30)的步骤中，通过切片获得的所述衬底(10、30)具有翘曲成在所述衬底(10、30)的所述主表面上突 出的形状，所述衬底(10、30)的主表面主要由( 原子面的区域构成，并且通过切片获得的所述衬底(10、30)具有大于Ομπι且不大于50μπι的高度的翘曲。
4.根据权利要求1所述的制造衬底(10、30)的方法，其中，在获得所述衬底(10、30)的步骤中，使用线状锯对所述晶锭进行切片。
5.根据权利要求4所述的制造衬底(10、30)的方法，其中，在获得所述衬底(10、30)的步骤中，使用线状锯和平均粒径不小于0.5μπι且不大于 40 μ m的磨粒对所述晶锭(3)进行切片。
6.根据权利要求5所述的制造衬底(10、30)的方法，其中，每个所述磨粒的最宽表面的较长边的长度相对于与该最宽表面的所述较长边相交的 较短边的长度的比率不小于1. 3。
7.根据权利要求6所述的制造衬底(10、30)的方法，其中， 所述比率不小于1. 4且不大于2. 0。
8.根据权利要求1所述的制造衬底(10、30)的方法，其中，在获得所述衬底(10、30)的步骤中，在通过切片获得的所述衬底(10、30)的所述主表 面上，形成有最大深度不大于10 μ m且平均深度不大于5 μ m的受损层(15)。
9.一种制造提供有外延层的衬底O0)的方法，所述方法包括如下步骤 使用根据权利要求8所述的制造衬底(10、30)的方法制备衬底(10、30) 通过气相蚀刻从所述衬底(10、30)的所述主表面去除所述受损层(1 ；以及在已经去除所述受损层(1 的所述衬底(10、30)的所述主表面上，形成由氮化镓基半 导体构成的外延层(9)。
10.一种制造提供有外延层的衬底O0)的方法，所述方法包括如下步骤 使用根据权利要求1所述的制造衬底(10、30)的方法制备衬底(10、30) 从所述衬底(10、30)的所述主表面去除受损层(15)；以及在已经去除所述受损层(1 的所述衬底(10、30)的所述主表面上，形成由氮化镓基半 导体构成的外延层(9)。
11.一种制造提供有外延层的衬底O0)的方法，所述方法包括如下步骤 使用根据权利要求1所述的制造衬底(10、30)的方法制备衬底(10、30)； 抛光所述衬底(10、30)；以及在被如此抛光后的所述衬底(10、30)的所述主表面上，形成由氮化镓基半导体构成的 外延层(9)。
12.一种使用根据权利要求9所述的制造提供有外延层的衬底00)的方法制造的提供 有外延层的衬底00)。
13.一种使用根据权利要求1所述的制造衬底(10、30)的方法制造的衬底(10、30)。
14.一种由氮化镓形成的衬底(10、30)，所述衬底(10、30)具有在IOmm的线上不小于0. 05 μ m且不大于1 μ m的表面粗糙度Ra 的主表面，所述主表面在其上形成有受损层(15)，所述受损层(15)的最大深度不大于10 μ m，所述受损层(15)的平均深度不大于5 μ m。
15.根据权利要求14所述的衬底(10、30)，所述衬底(10、30)具有翘曲成在主要由( 原子面(4)构成的所述主表面上突出的形状，并且所述衬底(10、30)具有大于0 μ m且不大 于50 μ m的高度的翘曲。
16.根据权利要求14所述的衬底(10、30)，其中，在所述衬底(10、30)的所述主表面中，构成( 原子面的区域和构成N原子面(5) 的区域位于同一平面上。
17.根据权利要求14所述的衬底(10、30)，所述衬底(10、30)被用作用于形成发光器 件或电子电路器件的衬底。
18.根据权利要求14所述的衬底(10、30)，其中，在所述主表面中，在与使用线状锯进行切片时所述线状锯伸展的方向相垂直的方向上 测量的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz以及十点平均粗糙度Rzjis中的至少一项在数值上 大于在沿着所述线状锯伸展的方向上测量的相应项。
全文摘要
本发明提供了一种以低成本形成并且具有受控的板形的衬底、通过在衬底上形成外延层而获得的提供有外延层的衬底及其制造方法。根据本发明的制造衬底的方法包括如下步骤晶锭生长步骤(S110)，其用作制备由氮化镓(GaN)形成的晶锭的步骤；以及切片步骤(S120)，其用作通过对所述晶锭进行切片而获得由氮化镓形成的衬底的步骤。在切片步骤(S120)中，通过所述切片而获得的所述衬底具有在10mm的线上不小于0.05μm且不大于1μm的算术平均粗糙度Ra的主表面。
文档编号C30B29/38GK102149857SQ20098013511
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月4日 优先权日2008年9月8日
发明者松本直树 申请人:住友电气工业株式会社