CN107881557B - 氮化物晶体衬底的制造方法及氮化物晶体层叠体 - Google Patents

氮化物晶体衬底的制造方法及氮化物晶体层叠体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及氮化物晶体衬底的制造方法及氮化物晶体层叠体。本发明的课题在于提供一种使晶体膜在集合晶种衬底上生长的技术，本发明的所述技术能够提高在相邻的晶种衬底的抵接部上生长的晶体膜的晶体质量。氮化物晶体衬底的制造方法包括下述工序：第1工序，将由氮化物晶体形成且主面为c面的多个晶种衬底，以相邻的晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置在底板上，由此构成集合晶种衬底；和第2工序，使晶体膜在集合晶种衬底上生长，在第1工序中，以晶种衬底的面内方向位置被位置限制部限制的状态在底板上配置晶种衬底，至少1个晶种衬底以相对于所述底板为非粘接的方式被配置，所述位置限制部对晶种衬底的面内方向位置加以限制。

Description

氮化物晶体衬底的制造方法及氮化物晶体层叠体
技术领域
本发明涉及氮化物晶体衬底的制造方法及氮化物晶体层叠体。
背景技术
在制作发光元件、高速晶体管等半导体器件时，可使用由例如氮化镓晶体等氮化物晶体形成的衬底(以下，称为氮化物晶体衬底)。
作为用于以大直径、大面积形成氮化物晶体衬底的技术，已提出了如下技术：在将由氮化物晶体形成的多个晶种衬底以相邻的晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置而得到的衬底(以下，称为集合晶种衬底)上，以使在相邻的晶种衬底上生长而成的晶体膜一体化的方式、即以可得到在集合晶种衬底的整个面上一体地生长而成的晶体膜的方式，使晶体膜生长(例如专利文献1)。然而，在这样的技术中，在相邻的晶种衬底的抵接部上生长的晶体膜容易产生缺陷，难以提高晶体的质量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-224143号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的一个目的在于提供一种使晶体膜在集合晶种衬底上生长的技术，所述技术能够提高在相邻的晶种衬底的抵接部上生长的晶体膜的晶体质量。
用于解决课题的手段
根据本发明的一种方式，提供一种氮化物晶体衬底的制造方法，所述方法包括下述工序：
第1工序，将由氮化物晶体形成且主面为c面的多个晶种衬底，以相邻的所述晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置在底板上，由此构成集合晶种衬底；和
第2工序，使晶体膜在上述集合晶种衬底上生长，
上述第1工序中，以上述晶种衬底的面内方向位置被位置限制部限制的状态在上述底板上配置上述晶种衬底，至少1个上述晶种衬底以相对于上述底板为非粘接的方式被配置，所述位置限制部对上述晶种衬底的面内方向位置加以限制。
根据本发明的另一方式，可提供一种氮化物晶体层叠体，其具有：
集合晶种衬底，所述集合晶种衬底是通过将多个晶种衬底以相邻的所述晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置而构成的，所述晶种衬底由氮化物晶体形成且主面为c面；和
在上述集合晶种衬底上生长而成的晶体膜，
上述晶体膜以在相邻的上述晶种衬底的抵接部上形成连续的c面的方式生长。
发明的效果
在使晶体膜在集合晶种衬底上生长的技术中，能够提高在相邻的晶种衬底的抵接部上生长的晶体膜的晶体质量。
附图说明
[图1]图1为表示在本发明的第1实施方式中被配置于底板上的集合晶种衬底的概略俯视图。
[图2]图2(a)为表示在第1实施方式中被配置于底板上的集合晶种衬底的概略剖视图，图2(b)为表示在第1实施方式中、在集合晶种衬底上形成了晶体膜的状态的概略剖视图。
[图3]图3(a)及图3(b)分别为表示使膜厚较厚的晶体膜生长并进行切片而得到氮化物晶体衬底的方法的一例及另一例的概略剖视图。
[图4]图4(a)为表示在第1实施方式的第1变形例中被配置于底板上的集合晶种衬底的概略俯视图，图4(b)为表示在第1实施方式的第1变形例中、在集合晶种衬底上形成了晶体膜的状态的概略剖视图。
[图5]图5为表示在第1实施方式的第2变形例中被配置于底板上的集合晶种衬底的概略俯视图。
[图6]图6(a)为表示在第1实施方式的第3变形例中被配置于底板上的集合晶种衬底的概略剖视图，图6(b)为表示在第1实施方式的第3变形例中、在集合晶种衬底上形成了晶体膜的状态的概略剖视图。
[图7]图7(a)为表示在第2实施方式中被配置于底板上的集合晶种衬底的概略剖视图，图7(b)为表示在第2实施方式中、在集合晶种衬底上形成了晶体膜的状态的概略剖视图。
[图8]图8(a)及图8(b)分别为按照第1实施方式使氮化物晶体膜生长的实验中的、载置于底板上的集合晶种衬底的晶体生长前及晶体生长后的照片。
[图9]图9(a)为按照第1实施方式使氮化物晶体膜生长的实验中的、在集合晶种衬底上形成的晶体膜的照片。图9(b)为按照第1实施方式使氮化物晶体膜生长的实验中的、在相邻的晶种衬底的抵接部上生长而成的晶体膜的微分干涉图像。图9(c)为表示按照第1实施方式使氮化物晶体膜生长的实验中的、在相邻的晶种衬底的抵接部上生长而成的晶体膜的X射线摇摆曲线的测定结果的图。
[图10]图10为表示在比较方式中被配置于底板上的集合晶种衬底的概略俯视图。
[图11]图11(a)为表示在比较方式中被配置于底板上的集合晶种衬底的概略剖视图，图11(b)为表示在比较方式中、在集合晶种衬底上形成了晶体膜的状态的概略剖视图。
附图标记说明
100 集合晶种衬底
110、110a、110b、110c、111、112、113 晶种衬底
120 c面
121a、121b c轴方向
130 主面
140 晶体膜
150 氮化物晶体层叠体
160 氮化物晶体衬底
200 底板
201 载置面
202 (底板的)表层
210 位置限制部
211 固定用构件
212 固定用晶种衬底
213 倾斜支撑用构件
220 粘接剂
230 间隔物
具体实施方式
＜本发明的第1实施方式＞
对本发明的第1实施方式涉及的氮化物晶体衬底的制造方法进行说明。
首先，参照图1及图2(a)，对通过将多个晶种衬底110排列配置在底板200上从而构成集合晶种衬底100的工序进行说明。
图1为表示配置在底板200上的集合晶种衬底100的概略俯视图。集合晶种衬底100是如下构成的：将由氮化物晶体形成且主面为c面的多个晶种衬底110，以相邻的晶种衬底110的侧面相互抵接的方式排列配置在底板200上。
作为氮化物晶体，此处以氮化镓(GaN)晶体为例进行说明。但是，氮化物晶体不限于GaN晶体，例如，也可以是氮化铝(AlN)晶体、氮化铝镓(AlGaN)晶体、氮化铟(InN)晶体、氮化铟镓(InGaN)晶体、氮化铝铟镓(AlInGaN)晶体等氮化物晶体，即由AlxInyGa1-x-yN(0≤x+y≤1)的组成式表示的第III族氮化物半导体的晶体。
所谓衬底的主面为c面、即(0001)面，是指主面的法线方向与c轴方向所成的角度为±1°以内。
所谓“抵接”，是指以尽可能不产生间隙的方式使构件的面彼此接近且相对，而并非是指构件的面彼此完全接触、即完全没有间隙地接触的程度。所谓“接近”，是指相对的部分的最大间隙于室温(例如25℃)优选为100μm以下、更优选为50μm以下。
在通过位置限制部210(其限制晶种衬底110的(底板200的载置面201中的)面内方向位置)而限制了晶种衬底110的面内方向位置的状态下，将晶种衬底110配置在底板200上。另外，至少1个晶种衬底110以相对于底板200为非粘接的方式配置。需要说明的是，有时将晶种衬底110“以相对于底板200为非粘接的方式配置”简称为“以非粘接方式配置”。
在第1实施方式中，作为位置限制部210，可使用以与集合晶种衬底100的外周端面抵接的方式被配置在底板200上、且被粘接在底板200的表层上的固定用构件211。另外，随着使用与晶种衬底110分别地准备的固定用构件211作为位置限制部210，构成集合晶种衬底100的全部晶种衬底110以非粘接方式被配置。
作为固定用构件211的材料，优选使用与晶种衬底110为相同组成的氮化物晶体。这是因为，通过在后述的晶体膜140的生长时、与在晶种衬底110上生长同样地使晶体膜140在固定用构件211上生长，从而可抑制在晶种衬底110上生长而成的晶体膜140承受不必要的应力的情况。需要说明的是，固定用构件211的形状、大小没有特别限制。
作为构成底板200的材料，优选使用下述材料：具有可耐受后述的晶体膜140的生长工序中的成膜温度、成膜气氛的耐热性、耐腐蚀性，而且具有与构成晶种衬底110、晶体膜140的氮化物晶体为同等程度或比其小的线膨胀系数。此处所谓氮化物晶体的线膨胀系数，是指与晶种衬底110的c面平行的方向、即a轴方向上的线膨胀系数。例如，GaN晶体的a轴方向上的线膨胀系数为5.59×10-6/K。通过如上所述地选择底板200的构成材料的线膨胀系数，从而可抑制在晶体膜140的生长工序中进行升温时、在相邻的晶种衬底110间形成的间隙扩大的情况。
作为构成底板200的材料，进一步优选为在后述的晶体膜140的生长时等时候可通过使表层剥离而使得所粘接的固定用构件211从底板200脱落(被分离)的材料。
作为具有这样的特性、适于构成底板200的材料，例如，可举出各向异性石墨(热解石墨(PG)等)、各向异性氮化硼(热解氮化硼(PBN)等)、云母等。需要说明的是，也可并非由如上所述的热解石墨等材料形成底板200的整体(全部厚度)，例如，也可利用下述复合材料构成底板200，所述复合材料是在由各向同性石墨等形成的平板基材上被覆热解石墨等而构成载置面201从而得到的。
作为将固定用构件211粘接于底板200的粘接剂220，优选使用由下述材料构成的粘接剂，所述材料具有可耐受后述的晶体膜140的生长工序中的成膜温度、成膜气氛的耐热性、耐腐蚀性，而且具有与构成晶种衬底110、晶体膜140的氮化物晶体相近的线膨胀系数。
作为这样的粘接剂220，例如，可使用以氧化锆、二氧化硅等为主成分的加热固化型的粘接剂，更具体而言，例如，可举出东亚合成株式会社的ARON CERAMIC(注册商标)C剂、E剂。需要说明的是，通过使用加热固化型的粘接剂，从而具有下述优点：在粘接剂的干燥完成之前，可对已粘接的构件的位置进行微调；等等。
在图1所示的例子中，集合晶种衬底100由将正六边形的晶种衬底110被填充在平面上而成的结构切成以规定的晶种衬底110(111)的中心为中心的圆形而得到的图案构成。此外，该图案成为如下构成的图案：在沿作为集合晶种衬底100的外周缘的圆周而排列的晶种衬底110中，每隔1个地配置有扇状的晶种衬底110(112)。
优选地，各晶种衬底110的、画出正六边形的边(即圆弧部以外的直线的边)的端面以将M面的解理面配置在主面侧的方式构成，或者以将a面的解理面配置在主面侧的方式构成。为了在组合后构成集合晶种衬底100，例如可利用从与主面相反的背面侧进行的激光切割(laser scribe)及解理，从市售的圆形的氮化物晶体衬底切割而准备各晶种衬底110。需要说明的是，对于画出圆弧部的端面而言，可利用基于激光照射的全切而切出，也可利用激光切割及解理而切出。
通过使集合晶种衬底100构成为圆形，从而具有下述优点：例如在使集合晶种衬底100如后文所述地在晶体生长装置内旋转而进行气相外延时，与集合晶种衬底100为例如矩形、蜂窝形等非圆形的情况相比，能够提高集合晶种衬底100的周向的原料气体供给等生长条件的均匀性。
图1所示的例子中，各固定用构件211以与各扇状的晶种衬底112的外周端面抵接的方式而被配置。由此，各扇状的晶种衬底112即使以非粘接方式被配置，其向朝向集合晶种衬底100的外周外侧的方向(外周侧方向)的移动也会被限制，成为面内方向位置被限制的状态。
在沿集合晶种衬底100的外周缘排列的晶种衬底110中，夹在最相邻的(最接近的)2个扇状的晶种衬底112之间的晶种衬底110(113)不与固定用构件211抵接，但由于被两侧相邻的扇状的晶种衬底112卡定，因而即使以非粘接方式被配置，其向外周侧方向的移动也会被限制，成为面内方向位置被限制的状态。
此外，被沿集合晶种衬底100的外周缘排列的晶种衬底112及113包围的晶种衬底111由于被晶种衬底112及113卡定，因而即使以非粘接方式被配置，其向外周侧方向的移动也会被限制，成为面内方向位置被限制的状态。
像这样，通过固定用构件211，从而即使以非粘接方式配置构成集合晶种衬底100的全部晶种衬底110，也能将所述全部晶种衬底110以面内方向位置被限制的状态配置在底板200上。
通过限制被配置在集合晶种衬底100外周端部的扇状的晶种衬底112的面内方向位置，从而能限制其他晶种衬底110的面内方向位置。以限制扇状的晶种衬底112的面内方向位置的方式配置固定用构件211时，能减少固定用构件211的配置位置、即粘接部的位置，因而优选。
图2(a)为表示配置在底板200上的集合晶种衬底100的概略剖视图。集合晶种衬底100中的晶种衬底110的平面配置例如如图1所示。需要说明的是，为了避免图示复杂并使得容易进行说明，图2(a)中的晶种衬底110和固定用构件211的位置关系与图1不同。
在现有技术中，得到具有不翘曲而完全为平面状的c面的氮化物晶体是困难的，晶种衬底110的c面120具有相对于主面130向下方(底板200侧)突出的凸状翘曲。由此导致，在相邻的晶种衬底110、例如晶种衬底110a、110b中，晶种衬底110a抵接晶种衬底110b的边缘部的c轴方向121a、与晶种衬底110b抵接晶种衬底110a的边缘部的c轴方向121b形成了与翘曲的大小相应的规定角度而发生偏离。关于晶种衬底110a、110b以外的其他相邻的晶种衬底110彼此，也同样存在c轴方向的偏离。
接下来，进一步参照图2(b)，对使晶体膜(氮化物晶体膜)140在集合晶种衬底100上生长的工序进行说明。
图2(b)为表示在集合晶种衬底100上形成了晶体膜140的状态的概略剖视图。
将如图2(a)所示的那样被配置在底板200上的集合晶种衬底100搬入到晶体生长装置内，在基座(susceptor)上以水平的姿态保持。作为晶体生长装置，例如，可使用氢化物气相外延(HVPE)装置。将集合晶种衬底100升温至成膜温度、例如1000℃至1100℃左右，供给例如氯化镓(GaCl)气体及氨(NH3)气作为原料气体，由此使晶体膜140在集合晶种衬底100上生长。需要说明的是，为了提高晶体膜140的膜厚均匀性，优选在使基座旋转的状态下使晶体膜140生长。
集合晶种衬底100从图2(a)所示的状态被升温。升温时，各晶种衬底110发生热膨胀，集合晶种衬底100向外周侧方向热膨胀。然而，虽然相邻的晶种衬底110以侧面相互抵接的方式被配置，但侧面实际上并非完全的平面，在侧面彼此之间(尽管有接触部)存在一定程度的间隙。升温时的热膨胀为使该间隙变窄的程度的膨胀，集合晶种衬底100向外周侧方向的热膨胀不会过度进行，不至于发生被集合晶种衬底100挤压而导致固定用构件211相对于底板200的粘接脱落的情况。即，即使进行升温也可维持通过固定用构件211限制晶种衬底110的面内方向位置的状态。
像这样，通过使用固定用构件211，从而可抑制由于在将集合晶种衬底100搬入到晶体生长装置内时产生的冲击、在使集合晶种衬底100旋转时产生的振动等而导致的各晶种衬底110在面内方向上的偏离，可在相邻的晶种衬底110适当地抵接的状态下开始晶体膜140的生长。
由于各晶种衬底110以相对于底板200为非粘接的方式被配置，因此，允许主面130向倾斜的方向(倾斜方向)移动(也能允许向厚度方向移动)。因此，对于相邻的晶种衬底110、例如晶种衬底110a、110b而言，为了减少它们的c轴方向121a、121b的偏离，至少一方(本例中为晶种衬底110a)可自发地沿倾斜方向移动。通过使晶种衬底110a自发地沿倾斜方向移动，从而使得相邻的晶种衬底110a、110b的c轴方向121a、121b一致，即，能以将晶种衬底110a的c面120与晶种衬底110b的c面120配置在同一球面上的方式，使晶体膜140在晶种衬底110a、110b上生长。需要说明的是，图2(b)等中，为了容易图示，将倾斜角度夸大而进行显示。
由此，能以在相邻的晶种衬底110a、110b的抵接部上、在从晶种衬底110a上至晶种衬底110b上的全部范围内形成连续的c面的方式使晶体膜140生长，可抑制在晶体膜140的表面上形成凹凸(后述的比较方式中的V槽)。
关于晶种衬底110a、110b以外的其他相邻的晶种衬底110彼此，也能使晶体膜140按照同样的方式生长，可得到在集合晶种衬底100的整个面上一体地生长而成的晶体膜140。
在图2(a)和图2(b)所示的例子中，夹着被配置在集合晶种衬底100的中心处的晶种衬底110b，而在集合晶种衬底100的外周侧对称地配置有晶种衬底110a和晶种衬底110c。因此，成为以晶种衬底110b为中心、晶种衬底110a与晶种衬底110c对称地沿倾斜方向移动的例子。晶种衬底110a、110c分别以晶种衬底110a、110c的外周侧部分相对于中心侧部分升高的方式向倾斜方向移动。
通过减小构成集合晶种衬底100的各个晶种衬底110的c面的曲率半径的偏差，从而对于全部的相邻的晶种衬底110而言，能以形成连续的c面的方式使晶体膜140生长。
为了将晶种衬底110的向倾斜方向的移动抑制为低水平，另外，为了提高形成的晶体膜140的平坦性(减小翘曲)，构成集合晶种衬底100的晶种衬底110的平均的c面曲率半径越大越好。即，构成集合晶种衬底100的晶种衬底110优选为低翘曲度衬底。构成集合晶种衬底100的晶种衬底110的平均的c面曲率半径例如优选为10m以上，更优选为20m以上。
如以上的说明所述，通过使用固定用构件211(位置限制部210)，从而能在限制了晶种衬底110的面内方向位置的状态下开始晶体膜140的生长。即，能在相邻的晶种衬底110适当地抵接而抑制了位置偏离的状态下开始晶体膜140的生长。
而且，通过以非粘接方式配置晶种衬底110而允许向倾斜方向的移动，从而能以在相邻的晶种衬底110的抵接部上形成连续的c面、且凹凸(V槽)的形成被抑制的方式使晶体膜140生长。即，不仅遍及集合晶种衬底100的整个面地具有连续的c面，而且具有表面的凹凸(V槽)被抑制这样的高品质，可得到大直径、大面积的晶体膜140。
此处，参照图10～图11(b)，对比较方式的氮化物晶体衬底的制造方法进行说明。
图10及图11(a)分别为表示被配置在底板400上的集合晶种衬底300的概略俯视图及概略剖视图。图11(b)为表示在集合晶种衬底300上形成了晶体膜340的状态的概略剖视图。
与第1实施方式的区别点在于，全部的晶种衬底310均通过粘接剂420被粘接在底板400上。因此，全部的晶种衬底310的面内方向位置被限制，并且向倾斜方向的移动被限制。
因此，在比较方式中，如图11(b)所示的那样，在晶体膜340生长时，晶种衬底310无法向倾斜方向移动，晶体膜340将在相邻的晶种衬底310、例如晶种衬底310a、310b的c轴方向321a、321b保持偏离的状态下生长。结果，生长成c面在相邻的晶种衬底310的抵接部上不连续的晶体膜340，在晶体膜340的表面上形成V槽(凹凸)。
再次参照图1～图2(b)，进一步对第1实施方式进行说明。
如上文所述，通过遍及相邻的晶种衬底110地使晶体膜140生长，从而可得到在集合晶种衬底100的整个面上一体地生长而成的晶体膜140。即，介由晶体膜140，相邻的晶种衬底110(集合晶种衬底100)被一体地接合。因此，在晶体膜140的生长开始后，相邻的晶种衬底110的位置偏离不会再发生，不再需要通过固定用构件211对面内方向位置进行限制。
通过在固定用构件211上也形成晶体膜140，从而使得固定用构件211与固定用构件211所抵接的晶种衬底110、例如晶种衬底110a粘合。因此，伴随着晶体膜140在晶种衬底110a上的生长，晶种衬底110a向倾斜方向移动时，产生将固定用构件211向上方(底板200的相反侧)举起的力。然后，通过该力的作用，介由粘接剂220而粘接有固定用构件211的底板200的表层202发生剥离(成为牺牲层)，使得固定用构件211从底板200脱落(被分离)。需要说明的是，将介由粘接剂220被粘接于底板200的表层202上的构件通过表层202的剥离而从底板200脱落的情况称为该构件的“粘接脱落”。
如上所述地使固定用构件211从底板200脱落时，限制晶种衬底110的面内方向位置的功能丧失，但由于在晶体膜140的生长开始之后即可以不限制面内方向位置，因此不会特别地产生问题。另外，通过形成在晶体膜140的生长开始后能使固定用构件211从底板200脱落的构成，从而固定用构件211所抵接的晶种衬底110的向倾斜方向的移动不易被阻碍，容易得到高品质的晶体膜140。为了使晶种衬底110的向倾斜方向的移动不易被阻碍，优选固定用构件211的配置位置、即粘接部的位置少。
对于为了使固定用构件211从底板200脱落而需要的力、即为了将表层202剥离而需要的力而言，剥离的表层202越大，即配置有粘接剂220的面积(粘接面积)越大，则所述力将变得越大。因此，通过调节粘接剂220的粘接面积，从而可适当地调节固定用构件211从底板200脱落的容易性，以使得在晶体膜140的生长开始时，固定用构件211被粘接于底板200(维持晶种衬底110的面内方向位置被固定用构件211限制的状态)，而在晶体膜140的生长开始后，固定用构件211能从底板200脱落。
需要说明的是，在晶种衬底110的翘曲非常小的情况下，固定用构件211的粘接也可能不在晶体膜140生长时向上方脱离。这种情况下，在晶体膜140的生长后的降温时，集合晶种衬底100及晶体膜140的层叠体(氮化物晶体层叠体)150发生热收缩时，固定用构件211朝着中心侧而向一侧移动，从而也可能使得表层202发生剥离、固定用构件211的粘接脱落。另外，也有即使晶体膜140的生长后的降温结束、固定用构件211的粘接仍未脱落的情况。这种情况下，通过将层叠体150与固定用构件211一同从底板200剥离，从而能使固定用构件211的粘接脱落(即，能使层叠体150从底板200脱落而独立)。
通过在遍及集合晶种衬底100的整个面而形成的晶体膜140上进一步使晶体膜生长，从而可得到所期望的厚度的晶体膜140。将达到了具有能使已被一体地接合的集合晶种衬底100、即层叠体150独立的(能独立地供于洗涤等处理的)强度的厚度的晶体膜140称为接合用薄膜141。接合用薄膜141的厚度例如为350μm以上。
通过将已生长至所期望的厚度的膜厚较厚的晶体膜140切片，可得到氮化物晶体衬底。以下，进一步参照图3(a)及图3(b)，举例说明得到氮化物晶体衬底的一些方法。
图3(a)为表示第一种方法的概略剖视图。从图2(b)所示的状态，直接使用相同的晶体生长装置(例如HVPE装置)，使晶体膜140更厚地生长，并将已成为厚膜的晶体膜140切片，由此可得到氮化物晶体衬底160。
图3(b)为表示第二种方法的概略剖视图。如图2(b)所示的那样使晶体膜140(接合用薄膜141)生长之后，将底板200、和集合晶种衬底100与接合用薄膜141的层叠体150从晶体生长装置中搬出。有时将集合晶种衬底100与接合用薄膜141的层叠体150称为晶体生长用衬底151。
从晶体生长装置中搬出的时间点的晶体生长用衬底151在外周粘合有固定用构件211。将固定用构件211从晶体生长用衬底151取下，进行必要的洗涤处理等，然后，将晶体生长用衬底151搬入到其他晶体生长装置、例如基于氨热法(ammonothermal method)的晶体生长装置中，使晶体膜在接合用薄膜141上进一步生长，将已成为厚膜的晶体膜140切片，由此可得到氮化物晶体衬底160。
＜第1实施方式的第1变形例＞
接下来，参照图4(a)及图4(b)，对基于第1实施方式的第1变形例的氮化物晶体衬底的制造方法进行说明。
图4(a)为表示配置在底板200上的集合晶种衬底100的概略俯视图。图4(b)为表示在集合晶种衬底100上形成了晶体膜140的状态的概略剖视图。
在上述的第1实施方式中，对使用与晶种衬底110分别地准备的固定用构件211作为位置限制部210、构成集合晶种衬底100的全部晶种衬底110以非粘接方式被配置的例子进行了说明。
在第1变形例中，作为位置限制部210，使用被粘接于底板200的表层202上的固定用晶种衬底212，其是被配置在集合晶种衬底100的外周端部的晶种衬底110。另外，随着使用固定用晶种衬底212作为位置限制部210，构成集合晶种衬底100的晶种衬底110中的除固定用晶种衬底212之外的其他晶种衬底110以非粘接方式被配置。
作为固定用晶种衬底212，优选使用在沿作为集合晶种衬底100的外周缘的圆周而排列的晶种衬底110中、每隔1个地配置的扇状的晶种衬底112。
通过以粘接方式配置扇状的晶种衬底112、即以面内方向位置被限制的状态进行配置，从而其他晶种衬底110(113、111)即使以非粘接方式被配置，也会如上述的第1实施方式中所说明的那样成为面内方向位置被限制的状态。
固定用晶种衬底212作为粘接于底板200的位置限制部210而被构成，但另一方面，由于构成了集合晶种衬底100的一部分，因此，优选在晶体膜140的生长时粘接脱落(底板200的表层202剥离)、并向倾斜方向移动。
通过调节将固定用晶种衬底212粘接于底板200的粘接剂220的粘接面积，从而可适当地调节固定用晶种衬底212从底板200脱落的容易性，以使得在晶体膜140的生长开始时，固定用晶种衬底212被粘接于底板200(维持其他晶种衬底110的面内方向位置被固定用晶种衬底212限制的状态)，而伴随着晶体膜140的生长开始，固定用晶种衬底212可从底板200脱落。需要说明的是，作为粘接剂220，可使用与上述的第1实施方式同样的粘接剂。
通过使用固定用晶种衬底212即晶种衬底110作为位置限制部210，从而无需为了位置限制部210而准备与晶种衬底110不同的构件。
使用扇状的晶种衬底112作为固定用晶种衬底212时，能够减少为了限制以非粘接方式配置的其他晶种衬底110的面内方向位置而需要的固定用晶种衬底212的配置位置、即粘接部的位置，因而优选。为了使固定用晶种衬底212的向倾斜方向的移动不易被阻碍，优选固定用晶种衬底212的配置位置、即粘接部的位置少。
通过第1变形例，也与上述的第1实施方式同样，可在通过固定用晶种衬底212(位置限制部210)而限制了晶种衬底110的面内方向位置的状态下开始晶体膜140的生长。
而且，除固定用晶种衬底212之外的其他晶种衬底110以非粘接方式被配置，固定用晶种衬底212随着晶体膜140的生长开始而发生粘接脱落，从而允许了向倾斜方向的移动，由此，能以在相邻的晶种衬底110的抵接部上形成连续的c面且凹凸(V槽)的形成被抑制的方式使晶体膜140生长。
＜第1实施方式的第2变形例＞
接下来，参照图5，对基于第1实施方式的第2变形例的氮化物晶体衬底的制造方法进行说明。
图5为表示被配置在底板200上的、基于第2变形例的集合晶种衬底100的概略俯视图。
图5所示的例子是集合晶种衬底100的图案的另一例。即，图5示出了其他的将正六边形的晶种衬底110被填充在平面上而成的结构切成以规定的晶种衬底110(111)的中心为中心的圆形而得到的图案的例子，所述图案构成如下：在沿作为集合晶种衬底100的外周缘的圆周而排列的晶种衬底110中，每隔1个地配置有扇状的晶种衬底110(112)。需要说明的是，此处所谓“扇状”，是指用圆弧状的曲线将画出中心角的2边连接而得到的形状，也包括画出中心角的2边的长度不相等的形状。
如上所述，集合晶种衬底100的图案不限于图1所示的图案，例如，可以是图5所示的第2变形例这样的图案。例如，在应用于第1实施方式的情况下，可以以与第2变形例的图案中的扇状的晶种衬底112抵接的方式配置固定用构件211。另外，例如，在应用于第1实施方式的第1变形例的情况下，可将第2变形例的图案中的扇状的晶种衬底112用作固定用晶种衬底212。
＜第1实施方式的第3变形例＞
接下来，参照图6(a)及图6(b)，对基于第1实施方式的第3变形例的氮化物晶体衬底的制造方法进行说明。
图6(a)为表示配置在底板200上的集合晶种衬底100的概略剖视图。图6(b)为表示在集合晶种衬底100上形成了晶体膜140的状态的概略剖视图。
如上所述，通过允许晶种衬底110向倾斜方向移动，从而能以降低相邻的晶种衬底110的c轴方向的偏离的方式使晶体膜140生长。在上述的第1实施方式中，如图2(b)所示的那样，晶种衬底110a等的外周侧部分以相对于高度不变的中心侧部分升起的方式产生了向倾斜方向的移动。即，向倾斜方向的移动成为仅向上方的移动。
第3变形例是在向倾斜方向移动的晶种衬底110的下方设置使向倾斜方向的移动容易进行的间隔物(spacer)230的变形例。以下详细进行说明。
如图6(a)及图6(b)所示的那样，间隔物230以介在于底板200与晶种衬底110之间的方式被设置在底板200上，晶种衬底110以非粘接方式被配置在间隔物230上。在集合晶种衬底100被构成于底板200上的时间点，配置在间隔物230上的晶种衬底110a等以(向倾斜方向移动之前的)水平的姿态而被配置。
在就向倾斜方向的移动而言倾斜最大的方向、即将集合晶种衬底100的中心侧与外周侧连结的方向上，间隔物230构成为宽度比向倾斜方向移动的晶种衬底110a等更窄的构件。关于间隔物230的宽度、高度、平面形状、在面内的配置位置、朝向等，可根据在其上配置的晶种衬底110a等的倾斜后的姿态相应地适当调节。
通过使间隔物230构成为上述那样的宽度窄的构件，从而可使得配置在其上的晶种衬底110a等以下述方式向倾斜方向移动：中心侧部分向下方陷落从而使外周侧部分升起的方式。即，作为向倾斜方向的移动，将能够采用利用了重力的向下方的移动，与不存在间隔物230地在底板200上配置晶种衬底110a等的情况相比，能使得晶体膜140生长时的晶种衬底110a等向倾斜方向的自发移动容易发生。
＜本发明的第2实施方式＞
接下来，参照图7(a)及图7(b)，对第2实施方式的氮化物晶体衬底的制造方法进行说明。
图7(a)为表示配置在底板200上的集合晶种衬底100的概略剖视图。图7(b)为表示在集合晶种衬底100上形成了晶体膜140的状态的概略剖视图。
在第1实施方式及其第1变形例和第3变形例中说明的例子中，在集合晶种衬底100被构成于底板200上的时间点，各晶种衬底110以水平的姿态被配置。即，相邻的晶种衬底110以c轴方向彼此的偏离大的状态被配置。
另一方面，在晶体膜140生长后，通过使各晶种衬底110(根据需要)向倾斜方向移动，从而使得各晶种衬底110的c面被配置在同一球面上。
第2实施方式是下述实施方式：通过以预先接近晶体膜140生长后的、各晶种衬底110的c面被配置在同一球面上的状态的方式构成集合晶种衬底100，从而可以使晶种衬底110向倾斜方向的自发移动少。以下详细进行说明。
如图7(a)及图7(b)所示的那样，第2实施方式中的底板200的载置面201具有向下方突出的凸状的球面状曲面。通过使载置面201的曲面的曲率半径为与晶种衬底110的c面的曲率半径相近的值，从而在将各晶种衬底110配置在底板200上时，能以接近各晶种衬底110的c面被配置在同一球面上的状态的方式构成集合晶种衬底100。即，能够使得晶体膜140生长时的晶种衬底110向倾斜方向的自发移动少即可实现目的。
将第2实施方式中的底板200的从假想的水平面203向上方突出而构成了载置面201的部分称为倾斜支撑用构件213。第2实施方式中的底板200可理解为下述结构：在构成水平面203以下的部分的基台构件204上设置有倾斜支撑用构件213。
倾斜支撑用构件213用以越靠外周侧越高的方式进行倾斜的姿态支撑被配置在集合晶种衬底100的(至少)外周端部的晶种衬底110a等。倾斜支撑用构件213不仅如上所述具有形成接近于将各晶种衬底110的c面配置在同一球面上的状态的作用，而且如以下说明的那样，还具有作为位置限制部210的作用，伴随着使用倾斜支撑用构件213作为位置限制部210，从而构成集合晶种衬底100的全部晶种衬底110以相对于底板200为非粘接的方式被配置。
由于倾斜支撑用构件213用以越靠外周侧越高的方式进行倾斜的姿态支撑被配置在集合晶种衬底100的(至少)外周端部的晶种衬底110a等，因此，以倾斜的姿态被配置的晶种衬底110a等通过重力的作用而承受沿载置面201向集合晶种衬底100的中心侧牵引的力。由此，即使以倾斜的姿态被配置的晶种衬底110a等、和与晶种衬底110a等直接或间接地抵接而被配置在中心侧的其他晶种衬底110以非粘接方式被配置，它们向外周侧方向的移动也会被限制，成为面内方向位置被限制的状态。如上所述，倾斜支撑用构件213也作为位置限制部210发挥作用。
在第2实施方式中，倾斜支撑用构件213、即载置晶种衬底110的底板200自身成为位置限制部210。由此，不再需要为了构成位置限制部210而使用在第1实施方式及其第1变形例中说明的那样的粘接剂220。
另外，通过不使用粘接剂220，从而也可以不进行使底板200的表层202剥离而使位置限制部210的粘接脱落的操作。因此，第2实施方式中，构成底板200的材料的选择自由度提高。作为构成第2实施方式中的底板200的材料，例如，可使用烧结碳化硅(SiC)、涂有SiC的石墨、热解石墨等。作为用于形成底板200的载置面201的加工，可适当使用已知的机械加工等。
需要说明的是，图7(a)及图7(b)中，作为倾斜支撑用构件213，例示了球面状的曲面，但倾斜支撑用构件213也可由其他形状构成。例如，也可以形成阶梯状的面，而不是曲面。另外，例如，可利用第1实施方式的第3变形例中说明的间隔物230作为倾斜支撑用构件213。即，可在间隔物230上以预先倾斜的姿态配置晶种衬底110。
需要说明的是，第1实施方式中，对直到通过将膜厚较厚的晶体膜140切片而得到氮化物晶体衬底的工序为止的操作进行了说明，在第1实施方式的第1变形例、第3变形例、及第2实施方式中，也与第1实施方式同样，通过使晶体膜140生长成所期望的厚度的厚膜，并对膜厚较厚的晶体膜140进行切片，从而可得到氮化物晶体衬底。
需要说明的是，在第1实施方式的第2变形例中，对将第2变形例的集合晶种衬底100的图案应用于第1实施方式或其第1变形例的情况进行了说明，但第2变形例的集合晶种衬底100的图案也可应用于第1实施方式的第3变形例、第2实施方式。
需要说明的是，上述的实施方式及变形例中说明的氮化物晶体衬底的制造方法也可理解为氮化物晶体膜的制造方法。
以上，以实施方式及变形例对本发明进行了说明，但本发明不受它们的限制。例如，可进行各种变更、改良、组合等，这对本领域技术人员来说是不言而喻的。
实施例
以下，参照图8(a)～图9(c)，对按照第1实施方式使氮化物晶体膜生长的实验进行说明。
图8(a)及图8(b)分别为载置于底板上的集合晶种衬底的晶体生长前及晶体生长后的照片。使用由GaN形成且c面的曲率半径为20m的低翘曲度晶种衬底，构成直径为125mm的圆形的集合晶种衬底。作为底板，使用载置面由热解石墨构成的底板。以与配置在集合晶种衬底的外周端部的各个扇状晶种衬底抵接的方式，配置由GaN残料形成的固定用构件。使用ARON CERAMIC C剂将固定用构件粘接在底板上。利用HVPE装置，于1050℃进行3小时的生长，形成厚度为1mm的GaN晶体膜。
图9(a)为在晶体膜的生长后、从底板取下并将固定用构件取下后的集合晶种衬底的照片，即，为在集合晶种衬底上形成的晶体膜的照片。可知得到的晶体膜的表面在整个面范围内平坦性高，形成为镜面状。
图9(b)为在相邻的晶种衬底的抵接部上生长而成的晶体膜的微分干涉图像。由图9(b)的微分干涉图像可知，抵接部上的晶体膜是以高的平坦性(呈镜面状)形成的。
图9(c)为表示在相邻的晶种衬底的抵接部上生长而成的晶体膜的X射线摇摆曲线的测定结果的图。可知在相邻的晶种衬底的抵接部上，在从一方的晶种衬底上至另一方的晶种衬底上的整个范围内，峰角度连续地发生变化。即，可知晶体膜以形成连续的c面的方式在相邻的晶种衬底的抵接部上生长。
综上所述可知，通过本实验，可得到下述的大直径、大面积的晶体膜，所述晶体膜不仅具有在集合晶种衬底的整个面范围内连续的c面，而且具有表面的凹凸被抑制这样的高品质。
＜本发明的优选方案＞
以下，附记本发明的优选方案。
(附记1)
氮化物晶体衬底的制造方法(氮化物晶体膜的制造方法)，所述方法包括下述工序：
第1工序，将由氮化物晶体形成且主面为c面的多个晶种衬底，以相邻的所述晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置在底板上，由此构成集合晶种衬底；和
第2工序，使晶体膜在上述集合晶种衬底上生长，
上述第1工序中，以上述晶种衬底的面内方向位置被位置限制部限制的状态在上述底板上配置上述晶种衬底，至少1个上述晶种衬底以相对于上述底板为非粘接的方式被配置，所述位置限制部对上述晶种衬底的面内方向位置加以限制。
(附记2)
如附记1所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
使用固定用构件作为上述位置限制部，所述固定用构件以与上述集合晶种衬底的外周端面抵接的方式被配置在上述底板上、并被粘接于上述底板的表层，
构成上述底板的材料是可通过使上述表层剥离而将粘接的上述固定用构件从上述底板分离的材料。
(附记3)
如附记2所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
上述固定用构件包括第1固定用构件和第2固定用构件，所述第1固定用构件与被配置在上述集合晶种衬底的外周端部的第1晶种衬底抵接，所述第2固定用构件与被配置在上述集合晶种衬底的外周端部的第2晶种衬底抵接，
上述第1晶种衬底和上述第2晶种衬底是以在上述第1晶种衬底与上述第2晶种衬底之间夹有上述固定用构件不抵接的晶种衬底的方式、沿上述集合晶种衬底的外周缘而配置的，
该上述固定用构件不抵接的晶种衬底通过被第1晶种衬底和第2晶种衬底卡定从而被限制了向上述外周侧方向的移动，所述第1晶种衬底被上述第1固定用构件限制了向上述集合晶种衬底的外周侧方向的移动，所述第2晶种衬底被上述第2固定用构件限制了向上述集合晶种衬底的外周侧方向的移动。
(附记4)
如附记3所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
上述第1工序中，上述集合晶种衬底由将正六边形的晶种衬底被填充在平面上而成的结构切成以规定的正六边形的晶种衬底的中心为中心的圆形而得到的图案构成，
上述图案是在沿作为上述集合晶种衬底的外周缘的圆周而排列的晶种衬底中每隔1个地配置有扇状的晶种衬底的图案，
上述第1晶种衬底和上述第2晶种衬底由上述扇状的晶种衬底构成。
(附记5)
如附记1所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
使用被粘接在上述底板的表层的固定用晶种衬底作为上述位置限制部，所述固定用晶种衬底是被配置在上述集合晶种衬底的外周端部的晶种衬底，
构成上述底板的材料是可通过使上述表层剥离而将粘接的上述固定用晶种衬底从上述底板分离的材料。
(附记6)
如附记5所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
上述固定用晶种衬底包括第1固定用晶种衬底和第2固定用晶种衬底，
上述第1固定用晶种衬底和上述第2固定用晶种衬底是以在上述第1固定用晶种衬底与上述第2固定用晶种衬底之间夹有相对于上述底板以非粘接方式配置的晶种衬底的方式、沿上述集合晶种衬底的外周缘而配置的，
该以非粘接方式配置的晶种衬底通过被上述第1固定用晶种衬底和上述第2固定用晶种衬底卡定从而被限制了向上述集合晶种衬底的外周侧方向的移动。
(附记7)
如附记6所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
上述第1工序中，上述集合晶种衬底由将正六边形的晶种衬底被填充在平面上而成的结构切成以某个正六边形的晶种衬底的中心为中心的圆形而得到的图案构成，
上述图案是在沿作为上述集合晶种衬底的外周缘的圆周而排列的晶种衬底中每隔1个地配置有扇状的晶种衬底的图案，
上述第1固定用晶种衬底和上述第2固定用晶种衬底由上述扇状的晶种衬底构成。
(附记8)
如附记1～7中任一项所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
在上述底板上设置有间隔物，所述间隔物介在于上述底板与上述晶种衬底之间，上述晶种衬底以非粘接方式被配置在所述间隔物上，
与以不隔有上述间隔物的方式将上述晶种衬底配置在上述底板上的情况相比，上述间隔物使得在上述第2工序中容易使上述晶种衬底向倾斜的方向移动。
(附记9)
如附记1～8中任一项所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
使用倾斜支撑用构件作为上述位置限制部，所述倾斜支撑用构件用以越靠外周侧越高的方式进行倾斜的姿态支撑被配置在上述集合晶种衬底的外周端部的晶种衬底。
(附记10)
如附记1～9中任一项所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
上述多个晶种衬底分别为上述c面的曲率半径为20m以上的低翘曲度衬底。
(附记11)
氮化物晶体层叠体，其具有：
集合晶种衬底，所述集合晶种衬底是通过将多个晶种衬底以相邻的所述晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置而构成的，所述晶种衬底由氮化物晶体形成且主面为c面；和
在上述集合晶种衬底上生长而成的晶体膜，
上述晶体膜以在相邻的上述晶种衬底的抵接部上形成连续的c面的方式生长。

Claims (6)

1.氮化物晶体衬底的制造方法，所述方法包括下述工序：
第1工序，将由氮化物晶体形成且主面为c面的多个晶种衬底，以水平的姿态、且相邻的所述晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置在底板上，由此构成集合晶种衬底；和
第2工序，使晶体膜在所述集合晶种衬底上以在相邻的所述晶种衬底的抵接部上形成连续的c面的方式生长，
所述第1工序中，以所述晶种衬底的面内方向位置被位置限制部限制的状态在所述底板上配置所述晶种衬底，至少1个所述晶种衬底以相对于所述底板为非粘接的方式被配置，所述位置限制部对所述晶种衬底的面内方向位置加以限制，
使用固定用构件作为所述位置限制部，所述固定用构件以与所述集合晶种衬底的外周端面抵接的方式被配置在所述底板上、并被粘接于所述底板的表层，
构成所述底板的材料是可通过在所述第2工序使所述表层剥离而将粘接的所述固定用构件从所述底板分离的材料，
所述固定用构件包括第1固定用构件和第2固定用构件，所述第1固定用构件与被配置在所述集合晶种衬底的外周端部的第1晶种衬底抵接，所述第2固定用构件与被配置在所述集合晶种衬底的外周端部的第2晶种衬底抵接，
所述第1晶种衬底和所述第2晶种衬底是以在所述第1晶种衬底与所述第2晶种衬底之间夹有所述固定用构件不抵接的晶种衬底的方式、沿所述集合晶种衬底的外周缘而配置的，
该所述固定用构件不抵接的晶种衬底通过被第1晶种衬底和第2晶种衬底卡定从而被限制了向所述外周侧方向的移动，所述第1晶种衬底被所述第1固定用构件限制了向所述集合晶种衬底的外周侧方向的移动，所述第2晶种衬底被所述第2固定用构件限制了向所述集合晶种衬底的外周侧方向的移动。
2.如权利要求1所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
所述第1工序中，所述集合晶种衬底由将正六边形的晶种衬底被填充在平面上而成的结构切成以规定的正六边形的晶种衬底的中心为中心的圆形而得到的图案构成，
所述图案是在沿作为所述集合晶种衬底的外周缘的圆周而排列的晶种衬底中每隔1个地配置有扇状的晶种衬底的图案，
所述第1晶种衬底和所述第2晶种衬底由所述扇状的晶种衬底构成。
3.氮化物晶体衬底的制造方法，所述方法包括下述工序：
第1工序，将由氮化物晶体形成且主面为c面的多个晶种衬底，以水平的姿态、且相邻的所述晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置在底板上，由此构成集合晶种衬底；和
第2工序，使晶体膜在所述集合晶种衬底上以在相邻的所述晶种衬底的抵接部上形成连续的c面的方式生长，
所述第1工序中，以所述晶种衬底的面内方向位置被位置限制部限制的状态在所述底板上配置所述晶种衬底，至少1个所述晶种衬底以相对于所述底板为非粘接的方式被配置，所述位置限制部对所述晶种衬底的面内方向位置加以限制，
使用被粘接在所述底板的表层的固定用晶种衬底作为所述位置限制部，所述固定用晶种衬底是被配置在所述集合晶种衬底的外周端部的晶种衬底，
构成所述底板的材料是可通过在所述第2工序使所述表层剥离而将粘接的所述固定用晶种衬底从所述底板分离的材料，
所述固定用晶种衬底包括第1固定用晶种衬底和第2固定用晶种衬底，
所述第1固定用晶种衬底和所述第2固定用晶种衬底是以在所述第1固定用晶种衬底与所述第2固定用晶种衬底之间夹有相对于所述底板以非粘接方式配置的晶种衬底的方式、沿所述集合晶种衬底的外周缘而配置的，
该以非粘接方式配置的晶种衬底通过被所述第1固定用晶种衬底和所述第2固定用晶种衬底卡定从而被限制了向所述集合晶种衬底的外周侧方向的移动。
4.如权利要求3所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
所述第1工序中，所述集合晶种衬底由将正六边形的晶种衬底被填充在平面上而成的结构切成以某个正六边形的晶种衬底的中心为中心的圆形而得到的图案构成，
所述图案是在沿作为所述集合晶种衬底的外周缘的圆周而排列的晶种衬底中每隔1个地配置有扇状的晶种衬底的图案，
所述第1固定用晶种衬底和所述第2固定用晶种衬底由所述扇状的晶种衬底构成。
5.氮化物晶体衬底的制造方法，所述方法包括下述工序：
第1工序，将由氮化物晶体形成且主面为c面的多个晶种衬底，以水平的姿态、且相邻的所述晶种衬底的侧面相互抵接的方式排列配置在底板上，由此构成集合晶种衬底；和
第2工序，使晶体膜在所述集合晶种衬底上以在相邻的所述晶种衬底的抵接部上形成连续的c面的方式生长，
所述第1工序中，以所述晶种衬底的面内方向位置被位置限制部限制的状态在所述底板上配置所述晶种衬底，至少1个所述晶种衬底以相对于所述底板为非粘接的方式被配置，所述位置限制部对所述晶种衬底的面内方向位置加以限制，
在所述底板上设置有间隔物，所述间隔物介在于所述底板与所述晶种衬底之间，所述晶种衬底以非粘接方式被配置在所述间隔物上，
与以不隔有所述间隔物的方式将所述晶种衬底配置在所述底板上的情况相比，所述间隔物使得在所述第2工序中容易使所述晶种衬底向倾斜的方向移动。
6.如权利要求1～5中任一项所述的氮化物晶体衬底的制造方法，其中，
所述多个晶种衬底分别为所述c面的曲率半径为20m以上的低翘曲度衬底。
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