CN107230611A - Iii族氮化物结晶制造方法以及ramo4基板 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于，在III族氮化物的制造中将RAMO4基板容易地再利用。解决方法为一种III族氮化物结晶制造方法，其具有：准备RAMO4基板的工序，所述RAMO4基板包含通式RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素)，在侧部具有切口；在所述RAMO4基板上使III族氮化物结晶生长的工序；和以上述切口为起点使所述RAMO4基板劈开的工序。

Description

III族氮化物结晶制造方法以及RAMO4基板
技术领域
本发明涉及III族氮化物结晶制造方法以及RAMO4基板。
背景技术
作为通式RAMO4所表示的基板(通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素)的一例，已知ScAlMgO4基板。ScAlMgO4基板被用作GaN等氮化物半导体的生长基板(例如，参照专利文献1。)。图11为示出专利文献1中记载的以往的ScAlMgO4基板制造方法的工序的图。在S201工序的单晶形成中，形成ScAlMgO4的块体材料。在S202工序的生长基板制作中通过将块体材料劈开从而形成基板。在S203的GaN形成中，在上述基板上形成GaN层。在S204工序的生长基板除去中，作为生长基板的ScAlMgO4基板通过使用缓冲氢氟酸等进行蚀刻从而被除去，或者将ScAlMgO4基板的一部分劈开后，进一步通过蚀刻、研磨除去生长基板。通过进行这些工序，最终形成GaN基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-178448号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，专利文献1中，在制造GaN基板时，在S204工序中通过蚀刻、研磨除去RAMO4基板。另外，在通过将RAMO4基板的一部分劈开从而除去的情况下，使除去的RAMO4基板暂时溶解后再次形成单晶体，由此进行再利用。然而，近年来，考虑到GaN基板制作的成本和制造效率等，要求将除去的RAMO4基板容易地再利用。也就是说，本发明的目的在于，提供在制造III族氮化物时，提高作为生长基板的RAMO4基板的使用效率的方法。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明提供一种III族氮化物结晶制造方法，其具有：准备RAMO4基板的工序，所述RAMO4基板包含通式RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素)，且在侧部具有切口；在所述RAMO4基板上使III族氮化物结晶生长的工序；和以上述切口为起点使所述RAMO4基板劈开的工序。
另外，本发明提供一种RAMO4基板，在包含通式RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素)的RAMO4基板中，在侧部具有切口。
发明效果
根据本发明，能够提供将RAMO4基板容易地再利用而制造III族氮化物的方法和RAMO4基板。
附图说明
图1为本发明的实施方式1中的III族氮化物基板的制造工序的图。
图2的图2A为表示本发明的实施方式1中的ScAlMgO4铸锭的外形加工后的形状的立体图，图2B、图2C为表示本发明的实施方式1中的ScAlMgO4铸锭的切口的形状的侧视图，图2D为本发明的实施方式1中的ScAlMgO4铸锭的俯视图。
图3的图3A、图3B示出本发明的实施方式1中的劈开中使用的刃的形状。
图4为以往的仅通过劈开形成的外延生长面的平面度测定结果的图。
图5的图5A为本发明的实施方式1中的劈开后的带切口的ScAlMgO4基板的俯视图和侧视图，图5B为实施方式1中的在ScAlMgO4基板上形成了GaN层的侧视图，图5C为实施方式1中的将ScAlMgO4基板除去时的侧视图，图5D为实施方式1中形成的GaN基板的侧视图。
图6为本发明的实施方式1中的粗凹凸形成工序后的平面度测定结果的图。
图7为本发明的实施方式1中的微小凹凸形成工序后的平面度测定结果的图。
图8为本发明的实施方式1中的微小凹凸形成工序后的AFM测定结果的图。
图9为本发明的实施方式2中的III族氮化物基板的制造工序的图。
图10的图10A为实施方式2中的在ScAlMgO4基板上形成了GaN层的侧视图，图10B为实施方式2中的形成有器件的基板的侧视图。
图11为以往的ScAlMgO4基板的制造工序的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式参照图1～图10进行说明。实施方式中，将III族氮化物设为GaN，将RAMO4基板设为ScAlMgO4进行说明。
(实施方式1)
图5示出本发明的实施方式1涉及的制造III族氮化物的方法的各工序。本方法为III族氮化物结晶制造方法，包括：准备包含ScAlMgO4单晶且在侧部具有切口2b的ScAlMgO4基板10的工序(图5A)、在ScAlMgO4基板10上使III族氮化物结晶4生长的工序(图5B)、和以切口2b为起点使ScAlMgO4基板10劈开的工序(图5C)。
图5A的上图为俯视ScAlMgO4基板10的主面的图，下图为ScAlMgO4基板10的厚度方向的侧视图，特别是将ScAlMgO4基板10的侧部的一部分放大的图。ScAlMgO4基板10的主面为ScAlMgO4单晶的劈开面，切口2b与劈开面大致平行地配置在ScAlMgO4基板10的侧部。图5B的工序中，以ScAlMgO4基板10为种基板在其主面上使III族氮化物结晶生长。其后，ScAlMgO4基板10以切口2b为起点，容易地分离成形成有III族氮化物结晶的一侧10b、和未形成III族氮化物结晶的一侧10a。因此，能够容易地将未形成III族氮化物结晶的一侧10a再利用。例如，可以将未形成III族氮化物结晶的一侧10a再利用，在其主面上使III族氮化物结晶生长。
接着，对包括制造ScAlMgO4基板10的方法的III族氮化物结晶制造方法的详细内容进行说明。说明时，作为III族氮化物例示出GaN(氮化镓)。
本方法的详细内容如图1所示，包括：生成单晶ScAlMgO4的ScAlMgO4铸锭准备工序；对单晶ScAlMgO4铸锭的外形进行加工，准备在侧部具有多个切口2a、2b的圆筒状的ScAlMgO4铸锭1的ScAlMgO4铸锭外形加工工序；将铸锭1加工成基板状，准备在侧部具有切口2b的ScAlMgO4基板10的ScAlMgO4基板准备工序；将ScAlMgO4基板10的与外延生长面对应的面(主面)的凹凸除去的凹凸除去工序；在ScAlMgO4基板10的主面上使GaN层4生长的GaN结晶生长工序；以切口2b为起点将ScAlMgO4基板除去的ScAlMgO4除去工序；对GaN基板4a的主面进行外延就绪(epi-ready)面化加工的GaN基板加工工序。以下，对各工序的详细内容进行说明。
在ScAlMgO4铸锭准备工序中，例如，准备使用高频感应加热型切克劳斯基(Czochralski)炉制造的单晶ScAlMgO4铸锭。作为铸锭的制造方法的一例，对生成直径50mm的铸锭的方法进行说明。首先，作为起始原料将纯度为4N(99.99％)的Sc2O3、Al2O3和MgO按照规定的摩尔比配合。然后，向直径100mm的铱制的坩埚中投入该起始原料3400g。接着，将投入了原料的坩埚投入高频感应加热型切克劳斯基炉(培育炉)中，使该炉内成为真空。其后，向炉内导入氮，在炉内成为大气压的时刻开始坩埚的加热。然后，用12小时缓缓加热直到到达ScAlMgO4的熔点为止使材料熔融。接着，将沿(0001)方位切出的ScAlMgO4单晶用作晶种，使该晶种降下至接近坩埚内的熔液。然后，使晶种一边以一定的旋转速度旋转一边缓缓降下，使晶种的前端接触熔液并缓缓降低温度，同时以提拉速度0.5mm/h的速度使晶种上升(沿0001轴方向提拉)，进行结晶生长。由此，可以得到直径50mm、直筒部的长度50mm的单晶铸锭。
在ScAlMgO4铸锭外形加工工序中，将被提拉的铸锭加工成圆柱状，进一步对圆柱的侧部进行切口加工。首先，使用带锯、基于内周刃、外周刃的切片机、单线锯等将铸锭的两端部(顶部和尾部)切断。被提拉的ScAlMgO4铸锭未形成规整的圆形，因此进行利用基于金刚石砂轮等的外周研削加工、基于研磨布的研磨，进行圆柱化。将圆柱化后的ScAlMgO4铸锭1的立体图示于图2A。
在此，对ScAlMgO4单晶进行说明。ScAlMgO4单晶呈岩盐型结构(111)面的ScO2层、与六方晶(0001)面的AlMgO2层交替地层叠的结构。六方晶(0001)面的2层与纤锌矿型结构相比是平面的，与面内的键相比，上下层间的键达到0.03nm之长，键合力弱。因此，ScAlMgO4单晶可以以(0001)面劈开。利用该特性，在ScAlMgO4基板准备工序中，将圆柱化后的ScAlMgO4铸锭1基板化为确定的厚度。该情况下，由于需要用于劈开的起点，因此在ScAlMgO4铸锭外形加工工序中在铸锭的侧部形成切口2a、2b。对于起点的形成方法利用图2B、2C进行说明。
如图2B、图2C所示，在ScAlMgO4基板准备工序中，将最终的ScAlMgO4基板的厚度设为t1的情况下，以t1间隔形成作为起点的切口2a。进一步，为了形成带切口2b的基板，在从t1的起点开始沿同方向离开t2的位置设置切口。切口2a是从铸锭开始基板化时的劈开的起点，切口2b是将ScAlMgO4基板再利用时的劈开的起点。例如以t1＝500μm、t2＝100μm形成。
接着对切口的形成方法进行说明。图2B为通过切割、激光加工形成的切口形状。在进行切割加工的情况下，例如使直径100mm、磨石粒径30μm、粒度#600的刀片以1800min-1旋转进行加工。在激光加工的情况下，若脉冲幅度为纳秒的YAG激光，则能够使用例如波长400nm以下、脉冲幅度100nsec以下的激光。另外，若脉冲幅度为1nsec以下的超短脉冲激光，则能够使用红外线或可见光的激光。通过切割、激光加工形成的切口如图2B所示，宏观来看，切口的前端部呈锐利的形状。另一方面，图2C为用线锯加工时的切口形状。通过线锯，对每1个部位形成切口的情况下使用单线锯，同时对多处进行加工时使用多线锯。使用的线的线径越细，越能形成宽度窄的切口形状。对于线锯，可以使用例如芯径80μm、电沉积了磨粒尺寸8～16μm的金刚石的固定磨粒线。使用多线锯形成切口的情况下，首先以t1的间距形成多个切口2a后，将铸锭或线位置仅挪开t2的距离而形成切口2b。用线锯形成的切口如图2C所示，宏观来看，切口的前端呈R形状。
图2D为从圆形面(上面)观察ScAlMgO4铸锭1的图。图2D所示的切口的深度d、圆周方向的宽度w优选设为d为0.1mm以上且5mm以下、w为0.1mm以上且15mm以下。例如ScAlMgO4铸锭1为2英寸(直径50mm)的圆柱的情况下，若切口的深度d为0.1mm，则圆周方向的宽度w几何学地确定为4.46mm。另外，ScAlMgO4铸锭1为4英寸(直径100mm)的圆柱的情况下，若切口的深度d为0.1mm，则圆周方向的宽度w为6.32mm。ScAlMgO4铸锭1不是圆柱的情况下，根据形状分别决定切口的深度d和宽度w。若切口的深度d过深，则基板的有效面积减小，因此设为以基板的有效面积能够容许的范围。以基板的有效面积能够容许的范围(切口的深度d)具体来说为5mm以下。若为圆柱，则如前所述若深度确定则宽度也几何学地确定。因此，w为15mm以下。
将ScAlMgO4铸锭1实际地劈开的情况下，将图3所示的刃3的形状抵在切口2a、2b进行劈开。因此，切口的形状优选为刃尖尖锐地进入的形状，如图2B所示，切口的前端部(铸锭1的内部侧的前端部)优选为锐利的形状。
还可以想到在同一面内多处设置切口2b，但若在位置对准不充分的状态下从多个部位劈开，则在劈开面产生高低差。因此，在同一面内多处设置切口的情况下，需要原子水平的位置对准，实质上困难，因此在同一面内设置1个部位即可。
接着，对ScAlMgO4基板准备工序进行说明。本工序中，为了得到具有切口的ScAlMgO4基板10，将图3所示的刃3抵在切口2a，沿劈开方向施加力从而进行劈开，从圆柱状的铸锭1得到厚度t1的ScAlMgO4基板10。刃3的材质为钢制。将刃3的代表性的形状示于图3A、图3B。如图3A所示，刃3可以为单刃，如图3B所示，也可以为双刃。刃3的刃尖的角度(图3A中θ1、图3B中θ2所示的角度)优选为30°以下。刃3的形状不限于图3A和图3B所示的形状，例如双刃的情况下，图3B中θ2所示的角度可以从刃尖的中心开始非对称，角度也可以带有多段。
将劈开ScAlMgO4块体材料时的劈开面(ScAlMgO4基板的外延生长面)的平面度测定数据示于图4。该数据是以在φ40mm的ScAlMgO4基板的同一平面内正交的XY轴使用激光反射式测长机(三鹰光器制NH-3MA)获取的数据。图4中，如箭头所示，在将块体材料劈开的劈开面，存在500nm以上的凹凸部。ScAlMgO4基板中，由于劈开时的劈开方向的剥离力有偏差，因而不发生同一原子层处的劈开，其结果认为产生包含500nm以上的高低差的凹凸部。若高度500nm以上的高低差部分在外延生长面存在，则在基板上使结晶进行外延生长时产生问题。对于在基板的外延生长面存在高度500nm以上的高低差时的弊害进行说明。若在存在高度500nm以上的高低差的外延生长面制作GaN等的结晶，则在高度500nm以上的高低差部分成为不同的晶体取向。例如，若在外延生长面上利用MOCVD(Metal-Organic ChemicalVapor Deposition)法形成用于LED发光层的InGaN层，则铟的组成在高低差部分和平坦部发生变化。而且若铟的组成发生变化，则作为LED元件的发光波长和亮度发生变化。其结果是，作为LED元件产生发光不均，发生亮度降低。
不容易除去通过劈开产生的500nm以上的凹凸。特别是ScAlMgO4基板的劈开面的加工难度在于，即使想要除去通过劈开产生的凹凸，若平坦面在整体中所占的比例大，则对平坦面进行加工时，加工负荷也容易集中在一部分区域(凹凸)，不在表面，而在更加深入表面的内部发生劈开导致的破裂。因此考虑通过除去破裂部分而形成新的凹凸。另外，在平坦面的比例高的情况下，仅仅施加在内部不劈开那样的载荷的话，基本不能除去劈开工序中产生的凹凸。
因此，鉴于ScAlMgO4材料的特征，发现了以下详述的加工方法(粗凹凸形成工序和微小凹凸形成工序)。这是本发明的凹凸除去工序。具体来说，在ScAlMgO4基板的成为外延生长面的区域整面形成一定高度的凹凸形状(粗凹凸形成工序)。接着，通过阶段性地减小加压力，从而减小加压力的偏差的绝对量而防止在内部的劈开，并且缓缓减小在整面形成的一定高度的凹凸形状(微小凹凸形成工序)。即，将ScAlMgO4单晶体以切口2a为起点在劈开面劈开，准备图5A的上图所示的ScAlMgO4基板10。然后，至少进行：在ScAlMgO4基板10的主面上形成高度500nm以上的凹凸的粗凹凸形成工序；对高度500nm以上的凹凸进行研磨，形成高度低于500nm的凹凸的微小凹凸形成工序。
在粗凹凸形成工序中，按照连续地表面粗糙度为500nm以下的区域(以下，也称“平坦部”)的面积均为1mm2以下的方式，使凹凸形状分布于成为外延生长面的区域的整面。这是由于，在粗凹凸形成工序中若形成大于1mm2的平坦部，则在微小凹凸形成工序中，由于加工负荷的集中而在内部劈开，产生大于500nm的凹凸。另外，在粗凹凸形成工序中形成的多个凹凸的凸部的高度之差优选落在±0.5μm以下的范围内。通过在整面形成高度的偏差落入该范围内那样的均匀高度的凹凸，能够通过微小凹凸形成工序缓缓降低凹凸的高度，能够在面内形成均匀的平坦部。
具体来说，在粗凹凸形成工序中，使用第1磨粒形成高度500nm以上的凹凸，在微小凹凸形成工序中，使用硬度低于上述第1磨粒的第2磨粒形成高度低于500nm的凹凸。
更详细而言，在对一定高度的凹凸形状进行加工的凹凸形成工序中，进行使用了磨粒尺寸大的金刚石固定磨粒的研削加工。作为磨粒使用尺寸#300以上#20000以下(优选为#600)的金刚石磨粒。通过使用该范围的尺寸的金刚石磨粒的加工，可以使加工面的凹凸的高度之差落在±5μm以下的范围内。另外，凹凸形成工序中的加工条件优选设为：磨石转速500min-1以上且50000min-1以下(优选为1800min-1)、ScAlMgO4基板转速10min-1以上且300min-1以下(优选为100min-1)、加工速度0.01μm/秒以上且1μm/秒以下(优选为0.3μm/秒)、加工除去量1μm以上且300μm以下(优选为20μm)。图6中示出使用#600的金刚石磨粒，以磨石转速1800min-1、ScAlMgO4基板转速100min-1、加工速度0.3μm/秒、加工除去量20μm进行加工的结果。图6为利用与前述同样的方法测定加工面的X方向的平坦度的结果。如图6所示，在成为外延生长面的区域不产生1mm2以上的平坦部(凹凸的高度为500nm以下的区域连续1mm2以上的部位)，能够形成规则的凹凸形状。
接着，对将粗凹凸形成工序中形成的凹凸缓缓除去的微小凹凸形成工序进行说明。在微小凹凸形成工序中，将上述高度500nm以上的凹凸除去，并且通过阶段性地减弱了加压力的研磨而形成高度低于500nm的凹凸。在微小凹凸形成工序中，优选：使用以胶态二氧化硅为主成分的浆料作为磨粒，转速10min-1以上且1000min-1以下(优选为60min-1)、浆料供给量0.02ml/分钟以上且2ml/分钟以下(优选为0.5ml/分钟)、研磨垫为无纺布垫。浆料供给量根据基板面积而改变量。具体来说，基板面积越大越优选增加浆料供给量。凹凸多的情况下，加工力容易选择性地集中在凸部。因此，加压量优选在微小凹凸形成工序的初期设为10000Pa以上且20000Pa以下的范围，随着凸部变得平坦而设为5000Pa以上且小于10000Pa，最终设为1000Pa以上且5000Pa以下的范围。通过像这样阶段性地降低加压力，从而能够不发生内部的劈开地从成为外延生长面的区域除去高度500nm以上的凹凸。
在微小凹凸形成工序中，最初将加压力设为15000Pa进行3分钟研磨加工，接着将加压力降至8000Pa进行5分钟研磨加工，最后将加压力降至1000Pa进行10分钟研磨加工，将结果示于图7。图7是利用与前述同样的方法测定加工后的外延生长面的X方向的平坦度的表面形状测定结果。另外，图8中示出对于外延生长面的10μm见方的范围通过AFM(原子力显微镜)进行测定的表面形状测定结果。如图8所示，在10μm见方的范围内没有高度500nm以上的凹凸，表示最大高度的Rmax为6.42nm，如此连高度50nm以上的凹凸也没有观察到。需要说明的是Rq为0.179nm。由进一步详细地进行形状分析的图8可知100μm2的微小的区域中表面粗糙度Ra为0.139nm，能够形成没有50nm以上的凹凸的极平滑面。在此，所得到的外延生长面的表面粗糙度Ra为0.08nm以上且0.5nm以下。需要说明的是表面粗糙度Ra利用BRUKER公司的Dimension Icon，依照ISO13565-1进行测定。通过以上来准备具有外延就绪面的ScAlMgO4基板10。
接着，对GaN结晶生长工序进行说明。GaN单晶生长法有：使V族和III族的原料气反应进行合成的气相生长法、和使用溶液或熔液的液相生长法。作为气相生长法，可以利用HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法、OVPE(Oxide Vapor Phase Epitaxy)法。作为液相生长法，可以利用Na助熔剂(Sodium Flux)法等。
HVPE法是使用GaCl作为III族源的方法。具体来说，在石英管炉内的原料气生成部使金属Ga与HCl气体反应生成GaCl气体。若提高此时的反应效率，则HCl的几乎100％反应而生成GaCl气体。GaCl气体向设置有种基板(ScAlMgO4基板10)的生长部传输。然后，GaCl气体在1000～1100℃左右与NH3气体反应，由此生成GaN。HVPE法的特征是GaN能够高速生长，能够形成数百nm～数mm的GaN自支撑基板。本发明中，将ScAlMgO4基板10作为种基板，能够如图5B所示在ScAlMgO4基板10上形成GaN层4。
对作为GaN层4的另一形成方法的OVPE法进行说明。OVPE法将Ga2O用作Ga源。该方法中，使Ga2O气体产生，在生长部使Ga2O气体与NH3反应从而使GaN结晶生长。该方法中，副产物为氢、水蒸气，因此不会堵塞排气***，原理上能够长时间连续生长。
需要说明的是，基于HVPE法、OVPE法的装置若为从横向流过气体的类型的装置，则优选按照使切口2b位于气流的下游侧的方式设置ScAlMgO4基板10。
此外，作为GaN层4形成的另一方法，有Na助熔剂法。Na助熔剂法中，通过向高温的Ga-Na熔液中熔解氮从而产生过饱和状态，使GaN生长。将种基板(ScAlMgO4基板10)以及设置有Ga和Na的坩埚放入不锈钢管中，施加3～4MPa的氮压并利用加热器加热到800～900℃。通过向被加热的Ga-Na熔液中熔解氮从而GaN结晶在ScAlMgO4基板10上生长。Na助熔剂法的特征是，生长速度比HVPE法慢，但可以得到位错密度小、缺陷少的高品质的GaN结晶。
接着，对ScAlMgO4除去工序进行说明。像以往那样，对于种基板使用蓝宝石基板的情况下，由于蓝宝石基板与GaN层的热膨胀差的差异导致的伸缩，在上述GaN结晶生长工艺的降温阶段，蓝宝石基板与GaN基板分离。但是，ScAlMgO4与GaN的热膨胀系数接近，因此在本发明中，即使GaN结晶生长工艺结束，ScAlMgO4基板10与GaN层4也不分离。因此，需要分离工艺。
GaN结晶生长工序中生成的GaN层4由于外周形状成为不规则的形状，因此进行使外周成为圆形的圆筒加工。例如，圆形加工使用旋转磨石进行研削。接着，为了将ScAlMgO4基板的一部分(图5中，10a所示的部分)除去，将形成的切口2b刃3(图3A或图3B中所示的刃3)抵在ScAlMgO4基板10的侧部。然后，以切口2b为起点，沿ScAlMgO4基板10的劈开方向施加力，从而如图5B所示，将ScAlMgO4基板10分离为包含GaN层4的ScAlMgO4基板10b与ScAlMgO4基板10a。分离的ScAlMgO4基板10a可以通过进行凹凸除去工序中说明的工艺，从而再次作为种基板再生。
接着，对GaN基板加工工序进行说明。本工序中，对GaN层4的作为外延生长面的Ga面20和存在ScAlMgO4的N面21进行研削、研磨，精加工成能够外延生长的GaN自支撑基板4a。研削通过使用固定磨粒的磨削(grinding)、使用游离磨粒的磨光(lapping)来进行。Ga面20的研磨可以为：在减小游离磨粒的磨光之后，通过CMP(Chemical Mechanical Ploishing)将作为结晶的损伤的加工变质层除去的方法。另一方面，N面21通过研削将ScAlMgO4基板10b除去，通过研磨精加工成N面21。由此，如图5D所示，形成能够外延生长的GaN自支撑基板4a。
本发明中，关于ScAlMgO4除去工序中分离的ScAlMgO4基板10a，通过再次进行凹凸除去工序，能够将ScAlMgO4基板10a用作种基板。也就是说，能够再次使用再生的ScAlMgO4基板10a形成GaN自支撑基板。因此，能够高效地使用ScAlMgO4，能够提高材料成品率。需要说明的是，ScAlMgO4基板10的切口2b不必须为一个部位，根据种基板的再生次数，在具有切口的ScAlMgO4基板准备工序中，能够沿基板的厚度方向形成多处。
(实施方式2)
图9中示出本发明的实施方式2涉及的制造III族氮化物的方法的各工序。本发明的实施方式2涉及的制造方法包括：生成单晶ScAlMgO4的ScAlMgO4铸锭准备工序；由单晶ScAlMgO4生成圆筒的铸锭，进一步在铸锭的侧部设置切口的ScAlMgO4铸锭外形加工工序；将铸锭加工成基板状，准备具有切口的ScAlMgO4基板的ScAlMgO4基板准备工序；将ScAlMgO4基板的与外延生长面对应的面的凹凸除去的凹凸除去工序；在ScAlMgO4基板上使III族氮化物结晶(例如，GaN结晶)外延生长的III族氮化物结晶生长工序；形成器件的器件形成工序。在上述器件形成工序中，包括以切口为起点除去ScAlMgO4的ScAlMgO4除去。
与实施方式1的区别在于，在ScAlMgO4基板上进行III族氮化物结晶的外延生长，进一步形成器件。需要说明的是，到凹凸除去工序为止与实施方式1同样，因此对III族氮化物结晶生长工序以后进行说明。但是，在凹凸除去工序中，在实施方式1中外延生长面仅在ScAlMgO4基板的一侧的面(表侧)形成即可，但在实施方式2中，可以在ScAlMgO4基板的两面形成外延生长面。该情况下，能够在两面进行GaN等III族氮化物结晶(III族氮化物半导体)的外延生长。另外，通过利用上述的加工技术，例如在本基板的外延生长面形成LED发光层的情况下，不会产生前述那样的组成的变化和由其导致的LED元件的发光不均、亮度降低的问题。进一步，通过凹凸除去工序，通过使ScAlMgO4基板的外延生长面的凹凸的高度为50nm以下，从而例如在外延生长面形成LED发光层后的电极形成时，因凹凸引起的形成不良(高低差部的蚀刻残留等)被抑制。因此，使用本基板制造的LED等器件的制造成品率提高。
在实施方式2的结晶生长工序中，若在ScAlMgO4基板10的外延生长面利用例如MOCVD法进行III族氮化物的气相生长，则形成图10A所示的III族氮化物结晶层5。若在ScAlMgO4基板上利用例如MOCVD法进行III族氮化物的气相生长，则III族氮化物的原料使作为外延生长面的劈开面的(0001)面移动(迁移)。并且，若有稳定的位置则在该位置停止而外延生长下去。
在III族氮化物结晶层形成工序中，例如能够形成包含n型氮化物半导体层、活性层、p型氮化物半导体层的层叠体的III族氮化物结晶层5(LED器件的发光层)。作为n型氮化物半导体层，可以为例如由n型的AluGavInwN(其中，u+v+w＝1、u≥0、v≥0、w≥0。)半导体形成的层。作为n型掺杂剂，可以使用例如硅(Si)。作为n型掺杂剂，除了Si以外可以使用例如氧(O)等。作为活性层，可以为例如：包含厚度为3nm～20nm左右的Ga1-xInxN阱层(其中，0＜x＜1。)、与厚度为5nm～30nm左右的GaN阻挡层交替地层叠的GaInN/GaN的具有多重量子阱(MQW)结构的层(阱层)。LED器件射出的光的波长由构成活性层的氮化物半导体的带隙的大小、具体来说阱层的半导体组成即Ga1-xInxN半导体中的In的组成x来决定。p型氮化物半导体层可以为例如：由p型的AlsGatN(其中，s+t＝1、s≥0、t≥0。)半导体形成的层。作为p型掺杂剂，可以使用例如镁(Mg)。p型掺杂剂中，除了Mg以外可以使用例如锌(Zn)、铍(Be)等。
接着，对器件形成工序进行说明。在器件形成工序中，将III族氮化物结晶生长工序中层叠的III族氮化物结晶层5通过光刻法和干式蚀刻法等加工成所期望的形状。例如，形成p型氮化物半导体层、活性层、n型氮化物半导体的一部分被除去的凹部6，以使电极能够形成。然后，形成与n型氮化物半导体层电连接的n侧电极8、和与p型氮化物半导体层电连接的p侧电极7。n侧电极8由例如包含钛(Ti)层和铂(Pt)层的层叠结构(Ti/Pt)等形成。此外，可以使用包含钛(Ti)层和铝(Al)层的层叠结构(Ti/Al)。p侧电极7由例如包含钯(Pd)层和铂(Pt)层的层叠结构(Pd/Pt)等形成。此外，可以使用银(Ag)层。
接着，将III族氮化物结晶层5的与结晶生长面相反侧形成的ScAlMgO4l0a除去。具体来说，将刃抵在形成于ScAlMgO4基板10的侧部的切口2b，以切口2b为起点，沿ScAlMgO4基板10的劈开方向施加力，从而将ScAlMgO4基板10分离为图10B所示的包含由III族氮化物结晶层5和电极等构成的器件结构的ScAlMgO4基板10b、以及ScAlMgO4基板10a。分离的ScAlMgO4基板10a通过进行实施方式1中说明的凹凸除去工序，能够再次作为种基板再生。因此，在本实施方式中，也能够高效地使用ScAlMgO4，提高材料成品率。需要说明的是，ScAlMgO4基板10的切口2b不必须为一个部位，根据ScAlMgO4基板10的再生次数，可以沿ScAlMgO4基板10的厚度方向形成多处。也就是说，在ScAlMgO4基板准备工序中，通过在多处形成切口，能够多次利用ScAlMgO4基板10。需要说明的是，ScAlMgO4基板10a的再生时，按照ScAlMgO4基板10a成为规定的厚度的方式进行研磨。进一步，在凹凸除去工序的微小凹凸形成工序中，通过形成微细的凹凸结构，能够提高光提取的效率。
(其它)
需要说明的是，上述的实施方式1和2中，对于包含通式RAMO4所表示的单晶体的基板之中由ScAlMgO4的单晶体得到的基板进行了说明，但本发明不限于此。具体来说，本发明的以ScAlMgO4为代表的基板由通式RAMO4所表示的大致单一结晶材料构成。上述通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素系元素(原子序号67-71)中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、Cd中的一个或多个二价元素。需要说明的是，大致单一结晶材料是指，构成外延生长面的RAMO4包含90at％以上、且关注于任意的结晶轴时，在外延生长面的任何部分其方向都相同那样的结晶质固体。但是，结晶轴的方向局部地改变的结晶、包含局部的晶格缺陷的结晶也被当做单晶。需要说明的是，O为氧。但是如上所述，期望R为Sc、A为Al、M为Mg。
另外，对于在上述包含单晶体的基板上进行结晶生长的III族氮化物而言，也不限于GaN、n型氮化物半导体层、活性层、p型氮化物半导体层等。作为构成III族氮化物的III族元素金属，最好为镓(Ga)，例如作为III族元素金属的其他例子，可以举出铝(Al)、铟(In)、铊(Tl)等，在III族氮化物中可以将该III族元素金属仅使用1种也可以并用2种以上。例如，作为III族元素金属，可以使用选自铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)中的至少一个。该情况下，制造的III族氮化物结晶的组成由AlsGatIn{1-(s+t)}N(其中，0≤s≤1、0≤t≤1、s+t≤1)表示，在实施方式1中，将GaN作为III族氮化物为宜。需要说明的是，作为使用2种以上的III族元素金属制造的三元系以上的氮化物结晶，例如，可以举出GaxIn1-xN(0＜x＜1)的结晶。
产业上的可利用性
在向基板上进行MOCVC气相生长时使LED发光层生长而制造LED元件时，通过利用本发明涉及的基板，能够提高种基板材料的材料效率，并防止作为LED元件产生发光不均、亮度的降低。
符号说明
1 铸锭
2a、2b 切口
3 刃
4 GaN层
5 III族氮化物结晶层
6 凹部
7 p侧电极
8 n侧电极
10、10a、10b ScAlMgO4基板
20 Ga面(外延生长面)
21 N面

Claims (11)

1.一种III族氮化物结晶制造方法，其具有：
准备RAMO4基板的工序，所述RAMO4基板包含通式RAMO4所表示的单晶体，且在侧部具有切口，通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素；
在所述RAMO4基板上使III族氮化物结晶生长的工序；和
以所述切口为起点使所述RAMO4基板劈开的工序。
2.如权利要求1所述的III族氮化物结晶制造方法，其还包括：
将以所述切口为起点劈开的所述RAMO4基板再利用，在所述RAMO4基板上重新使III族氮化物结晶生长的工序。
3.如权利要求1所述的III族氮化物结晶制造方法，其中，
所述切口在所述RAMO4基板的厚度方向设有多个。
4.如权利要求1所述的III族氮化物结晶制造方法，其中，
所述RAMO4基板为ScAlMgO4基板。
5.如权利要求1所述的III族氮化物结晶制造方法，其中，
所述III族氮化物结晶为GaN。
6.一种RAMO4基板，其中，
在包含通式RAMO4所表示的单晶体的RAMO4基板中，在侧部具有切口，通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素。
7.如权利要求6所述的RAMO4基板，其中，
所述切口在所述RAMO4基板的厚度方向设有多个。
8.如权利要求6所述的RAMO4基板，其在表面上还具备III族氮化物结晶。
9.如权利要求6所述的RAMO4基板，其中，
所述单晶体为ScAlMgO4。
10.如权利要求6所述的RAMO4基板，其中，
所述III族氮化物结晶为GaN。
11.如权利要求6所述的RAMO4基板，其中，
所述切口的深度为0.1mm以上且5mm以下，圆周方向的宽度为0.1mm以上且15mm以下。
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