JP2003165798A - Method for producing gallium nitride single crystal substrate, free standing substrate for epitaxial growth of gallium nitride single crystal, and device element formed on the same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a large-sized gallium nitride single crystal substrate which is free from cracks or warps, and also to provide a method for producing the same. <P>SOLUTION: A single crystal sapphire substrate 3 is laminated on a substrate 5 so as to form a sapphire composite substrate 10 and a gallium nitride single crystal 1 is epitaxially grown on the sapphire surface of the sapphire composite substrate 10, thus forming a multi-layer substrate having the gallium nitride single crystal. A standing substrate 15 composed of the gallium nitride single crystal is obtained by removing the substrate 5 or the substrate 5 and the sapphire single crystal substrate 3 from the multi-layer substrate having the gallium nitride single crystal. A device element is formed on the standing substrate 15 composed of the gallium nitride single crystal. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】本発明は、窒化ガリウム単結晶基板の製造
方法、窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成長自立基
板、及びその上に形成したデバイス素子等に関する。The present invention relates to a method for producing a gallium nitride single crystal substrate, a gallium nitride single crystal epitaxial growth free-standing substrate, a device element formed thereon, and the like.

【０００２】[0002]

【従来の技術及び発明が解決すべき課題】窒化ガリウム
（GaN）、窒化インジウムガリウム（InGaN）、窒化ガリ
ウムアルミニウム（GaAlN）等のGaN系化合物半導体は、
青色発光ダイオード（LED）やレーザーダイオード（L
D）用材料として、脚光を浴びている。さらにGaN系化合
物半導体は、光素子以外にも良好な耐熱性や耐環境性の
特徴を活かした電子デバイス用素子に使用する試みがな
されている。2. Description of the Related Art GaN-based compound semiconductors such as gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN), and gallium aluminum nitride (GaAlN) are
Blue light emitting diode (LED) and laser diode (L
It is in the spotlight as a material for D). In addition to optical devices, GaN-based compound semiconductors have been attempted to be used in electronic device devices that take advantage of their excellent heat resistance and environment resistance.

【０００３】ところがGaN系化合物半導体はバルク結晶
成長が難しいために、実用に耐えるサイズのGaN基板は
未だ得られていない。現在広く実用化されているGaN成
長用の基板はサファイアであり、単結晶サファイア基板
の上に有機金属気相成長法（MOCVD法）等でGaNをエピタ
キシャル成長させる方法が一般に使用されている。However, it is difficult to grow a bulk crystal of a GaN-based compound semiconductor, so that a GaN substrate having a practical size has not yet been obtained. A substrate for GaN growth that has been widely put into practical use at present is sapphire, and a method of epitaxially growing GaN on a single crystal sapphire substrate by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) is generally used.

【０００４】サファイア基板はGaNと格子定数が異なる
ため、サファイア基板上に直接GaNを成長させたのでは
単結晶膜を得ることができない。このため、サファイア
基板上に低温で成長させたAlNやGaNのバッファ層により
格子の歪みを緩和させてから、その上にGaNを成長させ
る方法が提案されている（特公平5-73252号）。しかし
この低温成長バッファ層を使用したGaNの成長でも、サ
ファイア基板とGaNとの線膨張係数の差のために、エピ
タキシャル成長後の基板に反りが発生し、最悪の場合に
は基板が割れるという問題もある。さらにエピタキシャ
ル成長後の基板に反りがあると、フォトリソグラフィ法
における微細パターン形成の際の露光具合がウェハ面内
で不均一になるという問題も生じる。従って、反りのな
いGaNエピ基板の成長法が望まれているが、いまだ満足
な方法は開発されていない。Since the sapphire substrate has a different lattice constant from that of GaN, a single crystal film cannot be obtained by growing GaN directly on the sapphire substrate. Therefore, a method has been proposed in which a lattice strain is relaxed by a buffer layer of AlN or GaN grown at a low temperature on a sapphire substrate and then GaN is grown thereon (Japanese Patent Publication No. 73252/1993). However, even in the growth of GaN using this low temperature growth buffer layer, the difference in the linear expansion coefficient between the sapphire substrate and GaN causes the substrate to warp after epitaxial growth, and in the worst case, the substrate may crack. is there. Further, if the substrate after the epitaxial growth has a warp, there arises a problem that the exposure condition at the time of forming a fine pattern in the photolithography method becomes non-uniform within the wafer surface. Therefore, a method for growing a GaN epitaxial substrate without warpage is desired, but a satisfactory method has not been developed yet.

【０００５】サファイア基板上に厚く成長したGaNのエ
ピタキシャル成長基板から、サファイア基板をエッチン
グや研磨により除去し、GaNの自立基板を得る試みもな
されている。GaNの自立基板ができれば、サファイア基
板とGaNエピタキシャル層との格子定数の差や線膨張係
数の差に起因する諸問題は解決される。しかしサファイ
ア基板を除去する過程で、サファイアとGaNの線膨張係
数の差に起因する内部歪みが開放されるので、GaN自立
基板の反りが増大し、最悪の場合には基板が割れてしま
うという問題がある。そのためこの方法はまだ実用化に
到っていない。例えばJapanese Journal of Applied Ph
ysics Vol. 38（1999）Pt. 2，No. 3A，pp. L217〜219
には、サファイア基板上にHVPE（Halide Vapor Phase E
pitaxy）法によりGaNを厚く成長させ、その後レーザー
パルスを照射して、GaN層だけを剥離する方法が報告さ
れているが、この方法を追試すると、剥離の過程でGaN
基板にクラックが入りやすいために、大型のGaN基板を
再現性良く得ることができないことが分かった。Attempts have also been made to obtain a free-standing GaN substrate by removing the sapphire substrate by etching or polishing from the GaN epitaxial growth substrate grown thick on the sapphire substrate. If a freestanding GaN substrate is created, various problems due to the difference in lattice constant and the difference in linear expansion coefficient between the sapphire substrate and the GaN epitaxial layer can be solved. However, in the process of removing the sapphire substrate, the internal strain due to the difference in the linear expansion coefficient between sapphire and GaN is released, which increases the warpage of the GaN free-standing substrate, and in the worst case, the substrate may crack. There is. Therefore, this method has not yet been put to practical use. For example, Japanese Journal of Applied Ph
ysics Vol. 38 (1999) Pt. 2, No. 3A, pp. L217-219
HVPE (Halide Vapor Phase E) on a sapphire substrate
It has been reported that GaN is grown thick by the (pitaxy) method and then a laser pulse is irradiated to exfoliate only the GaN layer.
It was found that a large GaN substrate cannot be obtained with good reproducibility because the substrate easily cracks.

【０００６】もう一つの問題は、サファイア基板は熱伝
導性が良くないことである。サファイアは、熱伝導率が
42 W/m・Kしかなく、GaNの130 W/m・Kに比べて非常に熱
を伝えにくい。このためGaN素子で発生する熱をサファ
イア基板側から放射することができず、特に大電流を流
す必要のある素子の場合には、素子が過熱してGaN素子
の性能を十分に引き出すことができない。Another problem is that the sapphire substrate has poor thermal conductivity. Sapphire has a thermal conductivity
It has only 42 W / mK, which is much harder to transfer heat than 130 W / mK of GaN. For this reason, the heat generated in the GaN element cannot be radiated from the sapphire substrate side, and especially in the case of an element that needs to flow a large current, the element overheats and the performance of the GaN element cannot be fully brought out. .

【０００７】従って本発明の目的は、クラックや反りの
ない大型の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法、及びそ
の方法により得られた窒化ガリウム単結晶のエピタキシ
ャル成長自立基板を提供することである。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a large-sized gallium nitride single crystal substrate free from cracks and warpage, and an epitaxial growth free-standing substrate for a gallium nitride single crystal obtained by the method.

【０００８】本発明のもう１つの目的は、放熱特性のよ
い窒化ガリウム系デバイスを提供することである。Another object of the present invention is to provide a gallium nitride based device having good heat dissipation characteristics.

【０００９】本発明のさらにもう１つの目的は、クラッ
クや反りのない大型の窒化ガリウム単結晶複合基板の製
造方法、及びサファイア複合基板を提供することであ
る。Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a large-sized gallium nitride single crystal composite substrate without cracks or warpage, and a sapphire composite substrate.

【００１０】本発明のさらにもう１つの目的は、かかる
窒化ガリウム単結晶複合基板からなるデバイス素子を提
供することである。Yet another object of the present invention is to provide a device element comprising such a gallium nitride single crystal composite substrate.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の通り、サファイア
基板上にバッファ層を介して単結晶GaNを成長させる技
術はすでに確立しているが、基板の反りの問題が残って
いる。サファイア基板はGaNと線膨張係数が異なるた
め、GaNの成長後の冷却過程で基板は大きく反ってしま
う。As described above, a technique for growing single crystal GaN on a sapphire substrate via a buffer layer has already been established, but the problem of substrate warpage remains. Since the sapphire substrate has a coefficient of linear expansion different from that of GaN, the substrate largely warps during the cooling process after the growth of GaN.

【００１２】サファイア基板上でGaNのエピタキシャル
成長を行っても基板に反りを生じさせないようにするに
は、サファイア基板をGaNエピタキシャル層の厚さに対
して十分に薄くすれば良いことが分かった。しかし現在
市販されているサファイア基板の厚さは300〜400μmも
あり、これを100μm以下に薄くすると、ハンドリング時
に容易に割れてしまうという問題がある。そこでサファ
イア基板を別の基体に貼りつけた上で、これを研磨等に
より薄くし、GaN成長用の基板に使用すれば、サファイ
アとGaNとの線膨張係数の差により基板が反る問題を解
消できることに想到した。本発明はかかる発見に基づき
完成したものである。It has been found that the sapphire substrate should be made sufficiently thin with respect to the thickness of the GaN epitaxial layer in order to prevent the substrate from warping even when GaN is epitaxially grown on the sapphire substrate. However, the sapphire substrate currently on the market has a thickness of 300 to 400 μm, and if it is thinned to 100 μm or less, there is a problem that it easily cracks during handling. Therefore, if the sapphire substrate is attached to another substrate, thinned by polishing, etc. and used as a substrate for GaN growth, the problem of the substrate warping due to the difference in the linear expansion coefficient between sapphire and GaN is solved. I thought about what I could do. The present invention has been completed based on these findings.

【００１３】すなわち、本発明の窒化ガリウム単結晶基
板の製造方法は、基体に単結晶サファイア基板を貼り付
けてサファイア複合基板を作製し、前記サファイア複合
基板のサファイア面上に窒化ガリウム単結晶をエピタキ
シャル成長させることを特徴とする。That is, according to the method for producing a gallium nitride single crystal substrate of the present invention, a single crystal sapphire substrate is attached to a substrate to produce a sapphire composite substrate, and a gallium nitride single crystal is epitaxially grown on the sapphire surface of the sapphire composite substrate. It is characterized by

【００１４】基体と単結晶サファイア基板とを、金属層
又は金属酸化物の層を介して貼り合わせるのが好まし
い。これは、両者の接合強度を確保した上で、接合面の
平坦性を確保するためである。It is preferable that the base and the single crystal sapphire substrate are bonded together via a metal layer or a metal oxide layer. This is to ensure the flatness of the joint surface after securing the joint strength between the two.

【００１５】窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成長
はMOCVD法又はHVPE法により行うのが好ましい。また窒
化ガリウム単結晶をその成長温度よりも低い温度で成長
させることにより、サファイア基板上にバッファ層を形
成した後で、窒化ガリウム単結晶をMOCVD法によりエピ
タキシャル成長させ、バッファ層の上に窒化ガリウム単
結晶を積層させても良い。Epitaxial growth of gallium nitride single crystal is preferably carried out by MOCVD or HVPE. Also, by growing the gallium nitride single crystal at a temperature lower than the growth temperature, a buffer layer is formed on the sapphire substrate, and then the gallium nitride single crystal is epitaxially grown by the MOCVD method to form the gallium nitride single crystal on the buffer layer. Crystals may be stacked.

【００１６】本発明の窒化ガリウム単結晶のエピタキシ
ャル成長方法は、まずMOCVD法により窒化ガリウムをエ
ピタキシャル成長させ、次いで窒化ガリウム単結晶上に
HVPE法により窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長
させることを特徴とする。この方法はGaNの厚膜エピタ
キシャル層を得るのに有効である。この場合、MOCVD法
により下地層用の窒化ガリウムを成長させ、窒化ガリウ
ム下地層の上に開口部を有する選択成長用のマスクを積
層するかパターニング加工を施し、次いでマスク又はパ
ターニングを介して窒化ガリウム下地層の上に窒化ガリ
ウム結晶を成長させることができる。マスクの積層又は
パターニング加工の後における、窒化ガリウム単結晶の
エピタキシャル成長の一部又は全部を、HVPE法により行
うのが好ましい。これにより、いずれも転位密度の低い
GaNエピタキシャル層を得ることができる。The gallium nitride single crystal epitaxial growth method of the present invention is as follows: First, gallium nitride is epitaxially grown by MOCVD, and then on the gallium nitride single crystal.
The gallium nitride single crystal is epitaxially grown by the HVPE method. This method is effective for obtaining a thick GaN epitaxial layer. In this case, gallium nitride for the underlayer is grown by the MOCVD method, a mask for selective growth having an opening is laminated on the gallium nitride underlayer, or patterned, and then gallium nitride is masked or patterned. A gallium nitride crystal can be grown on the underlayer. It is preferable that part or all of the epitaxial growth of the gallium nitride single crystal after the mask stacking or patterning is performed by the HVPE method. This results in low dislocation density
A GaN epitaxial layer can be obtained.

【００１７】上記方法により得られた窒化ガリウム単結
晶層を有する多層基板から基体又は基体と単結晶サファ
イア基板を除去することにより、エピタキシャル成長窒
化ガリウム単結晶からなる自立基板を得ることができ
る。この窒化ガリウム単結晶の自立基板上にデバイス構
造を有する素子を形成することができる。By removing the base body or the base body and the single crystal sapphire substrate from the multilayer substrate having the gallium nitride single crystal layer obtained by the above method, a self-standing substrate made of an epitaxially grown gallium nitride single crystal can be obtained. An element having a device structure can be formed on this free-standing gallium nitride single crystal substrate.

【００１８】本発明のさらに別の好ましい態様において
は、上記窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成長自立
基板を、サファイア複合基板に使用したのと異なる材質
の基体（第二の基体）上に貼り付けた後で、窒化ガリウ
ム面上にさらに窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成
長させて、窒化ガリウム複合基板を得る。この場合、第
二の基体は、窒化ガリウムよりも大きな熱伝導率を有す
る材質からなるのが好ましく、具体的には、窒化アルミ
ニウム、炭化珪素又は金属からなるのが好ましい。In still another preferred embodiment of the present invention, the gallium nitride single crystal epitaxial growth free-standing substrate is attached onto a substrate (second substrate) made of a material different from that used for the sapphire composite substrate. A gallium nitride single crystal is further epitaxially grown on the gallium nitride surface to obtain a gallium nitride composite substrate. In this case, the second substrate is preferably made of a material having a thermal conductivity higher than that of gallium nitride, specifically, aluminum nitride, silicon carbide or metal.

【００１９】さらに第二の基体と窒化ガリウム単結晶の
エピタキシャル成長自立基板とを金属層を介して貼り合
わすのが好ましい。基体とGaN自立基板との貼り合わせ
を金属層を介して行うのは、GaN素子を作製した場合、
素子での発熱を効率よく基体に伝え、放熱することがで
きるようにするためである。Further, it is preferable that the second base body and the epitaxial growth free-standing substrate of gallium nitride single crystal are bonded together via a metal layer. Bonding the base body and the GaN self-supporting substrate via the metal layer means that when a GaN element is manufactured,
This is so that the heat generated by the element can be efficiently transmitted to the base body and radiated.

【００２０】本発明はまた、それぞれ上記要件を満たす
基体上に単結晶サファイア基板を貼り付けたサファイア
複合基板を提供する。貼り付けた単結晶サファイア基板
の表面粗さはTTV（Total Thickness Variation）で５μ
m以下であるのが好ましい。この表面粗さの要件を満た
す理由は、単結晶サファイア基板の表面上に成長するGa
Nの結晶性を乱さないためである。The present invention also provides a sapphire composite substrate in which a single crystal sapphire substrate is attached on a substrate that satisfies the above requirements. The surface roughness of the attached single crystal sapphire substrate is 5μ in TTV (Total Thickness Variation).
It is preferably m or less. The reason for satisfying this surface roughness requirement is that the Ga grown on the surface of the single crystal sapphire substrate is
This is because it does not disturb the crystallinity of N.

【００２１】本発明はまた、かかる方法により得られた
窒化ガリウム単結晶基板や窒化ガリウム単結晶複合基板
上に形成されたデバイス素子を提供する。The present invention also provides a device element formed on the gallium nitride single crystal substrate or gallium nitride single crystal composite substrate obtained by such a method.

【００２２】[0022]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【００２３】[1] サファイア複合基板 (A) 基体 GaNのエピタキシャル成長後に熱歪みによる反りが生じ
るのを防止するためにサファイア基板に貼り合わせる基
体は、GaNと近い線膨張係数を有する材質からなるのが
好ましい。具体的には、基体の線膨張係数は4.5〜7.3×
10^-6 K^-1の範囲内であるのが好ましい。基体の線膨張係
数がこの範囲を外れると、GaNがエピタキシャル成長し
た後の多層基板は反ってしまい、その後の加工が難しく
なる。しかし線膨張係数が近くない材質からなる基体で
あっても、金属等の層を介して基体に貼り付ければ、介
在層が歪み緩和層として働き、エピタキシャル成長する
GaN層の厚さが十分に厚ければ、基板の反りを低減する
ことが可能である。[1] Sapphire Composite Substrate (A) Substrate Substrate bonded to the sapphire substrate in order to prevent warpage due to thermal strain after epitaxial growth of GaN is made of a material having a linear expansion coefficient similar to that of GaN. preferable. Specifically, the linear expansion coefficient of the substrate is 4.5 to 7.3 ×
It is preferably in the range of 10 ^-6 K ^-1 . If the coefficient of linear expansion of the substrate deviates from this range, the multilayer substrate after epitaxial growth of GaN will warp, making subsequent processing difficult. However, even if the substrate is made of a material whose coefficient of linear expansion is not close, if it is attached to the substrate via a layer such as a metal, the intervening layer functions as a strain relaxation layer and grows epitaxially.
If the GaN layer is thick enough, the warpage of the substrate can be reduced.

【００２４】基体は多結晶又は非晶質であるのが好まし
い。これは、基体の熱歪みに異方性を持たせないためで
ある。熱歪みに異方性を有する単結晶材料を基体に使用
すると、基体に貼り付けたサファイア基板上にGaNがエ
ピタキシャル成長したとき、サファイア基板とGaN単結
晶との線膨張係数の差や線膨張係数の異方性に起因する
歪みが増長したり、基体自体の線膨張係数の異方性に起
因して多層基板に反りが生じるおそれがある。また一般
的に多結晶や非晶質の材料は、同じ材質の単結晶材に比
べて製造が容易であり、安価に入手できるという利点も
有する。The substrate is preferably polycrystalline or amorphous. This is because the thermal strain of the substrate does not have anisotropy. When a single crystal material having anisotropy in thermal strain is used for the substrate, when GaN is epitaxially grown on the sapphire substrate attached to the substrate, the difference in the linear expansion coefficient between the sapphire substrate and the GaN single crystal and the linear expansion coefficient The strain due to anisotropy may increase, or the multilayer substrate may warp due to the anisotropy of the linear expansion coefficient of the substrate itself. Further, generally, a polycrystalline or amorphous material has an advantage that it is easier to manufacture and can be obtained at a lower cost than a single crystal material of the same material.

【００２５】貼り付ける単結晶サファイア基板の表面粗
さはTTV（Total Thickness Variation）で５μm以下で
あるのが好ましい。この表面粗さの要件は、単結晶サフ
ァイア基板の表面上に成長するGaNの結晶性を乱さない
ために必要である。サファイア基板表面のTTVが５μmを
超えると、その上に成長するGaNの表面に六角錐状のモ
ルフォロジーが現れ、エピタキシャル成長GaN単結晶上
にデバイス構造を形成するのが困難になる。The surface roughness of the single crystal sapphire substrate to be attached is preferably 5 μm or less in TTV (Total Thickness Variation). This surface roughness requirement is necessary so as not to disturb the crystallinity of GaN grown on the surface of the single crystal sapphire substrate. When the TTV on the surface of the sapphire substrate exceeds 5 μm, a hexagonal pyramidal morphology appears on the surface of GaN grown thereon, making it difficult to form a device structure on an epitaxially grown GaN single crystal.

【００２６】上記範囲の線膨張係数を有し、多結晶や非
晶質とすることができ、かつ加工も容易であるという理
由で、基体用の材料としては、半導体、グラファイト、
カーボン、金属、セラミックス及びガラスから選ばれた
ものが好ましい。これらの材料の中でも、GaNの成長雰
囲気である1000℃近傍のアンモニア雰囲気に耐える材料
がより好ましい。As the material for the substrate, semiconductors, graphite, and the like can be used because they have a coefficient of linear expansion within the above range, can be made into a polycrystal or amorphous, and are easily processed.
Those selected from carbon, metal, ceramics and glass are preferable. Among these materials, a material that can withstand an ammonia atmosphere near 1000 ° C., which is a growth atmosphere of GaN, is more preferable.

【００２７】基体に使用可能な半導体としては、シリコ
ン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、燐化ガリウム等が挙
げられる。カーボンとしては、ガラス状（グラッシー）
カーボン、層状（パイロリティック）カーボン等が挙げ
られる。金属としては、ハフニウム、クロム、ジルコニ
ウム、イリジウム、モリブデン、ニオブ等の高融点金属
及びそれらの合金が挙げられる。セラミックスとして
は、サファイア、ランガサイト、ジルコニア、アルミ
ナ、ルチル、石英等の金属酸化物、窒化アルミニウム、
窒化ホウ素、窒化珪素、窒化チタン等の金属窒化物等が
挙げられる。GaNの成長雰囲気では劣化する前記の半導
体のような材料でも、その表面にSiO₂やSiC等の保護膜
を付けることにより、基体として使用可能になる。Examples of semiconductors that can be used for the substrate include silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide and the like. As carbon, glassy (glassy)
Examples thereof include carbon and layered (pyrrolytic) carbon. Examples of the metal include refractory metals such as hafnium, chromium, zirconium, iridium, molybdenum, and niobium, and alloys thereof. Ceramics include metal oxides such as sapphire, langasite, zirconia, alumina, rutile, quartz, aluminum nitride,
Examples thereof include metal nitrides such as boron nitride, silicon nitride and titanium nitride. Even a material such as the above-mentioned semiconductor which deteriorates in the growth atmosphere of GaN can be used as a substrate by attaching a protective film such as SiO ₂ or SiC to the surface thereof.

【００２８】基体／サファイア基板の複合基板の強度を
確保する上で、基体の厚さは150μm以上であるのが好ま
しい。一般に基体にサファイア基板を貼り付けてなる複
合基板の強度は、サファイア基板の厚さ及び基体の厚さ
と強度、接着層の厚さと強度の組み合わせによって決ま
る。基体として使用できる材料のうち最も高強度のもの
を選んだ場合でも、150μm以下の厚さのサファイア基板
を貼り合わせたサファイア複合基板を搬送、洗浄、乾燥
する際に破損を防止する上で、基体の厚さは最低でも15
0μmであるのが好ましい。In order to secure the strength of the composite substrate / sapphire substrate, the thickness of the substrate is preferably 150 μm or more. Generally, the strength of a composite substrate in which a sapphire substrate is attached to a base is determined by the combination of the thickness of the sapphire substrate, the thickness and strength of the base, and the thickness and strength of the adhesive layer. Even if the strongest material that can be used as the substrate is selected, it is necessary to prevent damage when transporting, cleaning, or drying a sapphire composite substrate to which a sapphire substrate with a thickness of 150 μm or less is attached. Has a thickness of at least 15
It is preferably 0 μm.

【００２９】(B) 単結晶サファイア基板(B) Single crystal sapphire substrate

【００３０】貼り付ける単結晶サファイア基板の表面は
Ｃ面±５°以内の面又はＡ面±５°以内の面であるのが
好ましい。貼りつけるサファイア基板の面方位をＣ面±
５°以内の面（Ｃ面又はＣ面から５°以内で傾いた面）
又はＡ面±５°以内の面（Ａ面又はＡ面から５°以内で
傾いた面）のいずれかにするのは、単結晶サファイア基
板の上におけるGaNのエピタキシャル成長を、結晶性の
良いエピタキシャル層が得られるＣ面成長とするためで
ある。The surface of the single crystal sapphire substrate to be bonded is preferably a plane within ± 5 ° of the C plane or a plane within ± 5 ° of the A plane. The plane orientation of the sapphire substrate to be attached is C plane ±
Surface within 5 ° (C surface or surface inclined within 5 ° from C surface)
Or a plane within ± 5 ° of the A-plane (A-plane or a plane inclined within 5 ° from the A-plane) is used for epitaxial growth of GaN on a single crystal sapphire substrate by using an epitaxial layer with good crystallinity. This is because the C-plane growth is obtained.

【００３１】GaNのＣ面成長エピタキシャル層を得るた
めには、上記の通りサファイア基板の表面は基本的にＣ
面又はＡ面が好ましいが、別の面を有するサファイア基
板を貼りつけることも可能である。またサファイア基板
の代わりに、その上にGaNの成長が可能なSiやGaAs等の
半導体結晶基板、あるいはLiGaO₂やNdGaO₃等のサファイ
ア以外の酸化物結晶基板を貼りつけることも可能であ
る。In order to obtain a C-plane growth epitaxial layer of GaN, the surface of the sapphire substrate is basically C as described above.
The surface or the surface A is preferable, but a sapphire substrate having another surface can be attached. Instead of the sapphire substrate, a semiconductor crystal substrate such as Si or GaAs on which GaN can be grown or an oxide crystal substrate other than sapphire such as LiGaO ₂ or NdGaO ₃ can be attached.

【００３２】貼り付ける単結晶サファイア基板の厚さは
150μm以下であるのが好ましい。これは、単結晶サファ
イア基板の厚さが150μm以下であると、GaNが成長した
後の線膨張係数の差に起因する反りが実質的になくなる
（実用レベルで無視し得る程度になる）からである。The thickness of the single crystal sapphire substrate to be attached is
It is preferably 150 μm or less. This is because when the thickness of the single crystal sapphire substrate is 150 μm or less, the warp caused by the difference in the linear expansion coefficient after GaN growth is substantially eliminated (it becomes negligible at a practical level). is there.

【００３３】一般にGaNのエピタキシャル成長後に得ら
れる多層基板の反りをなくすには、サファイア基板の厚
さはGaNのエピタキシャル成長が可能な範囲内であれば
薄い程良い。反りをなくすのに必要なサファイア基板の
厚さは、その上に成長するGaN層の厚さと、貼り付けら
れる基体の厚さ及び線膨張係数、接着層の材質と厚さ等
の組み合わせによって決まるため、一概には規定できな
いが、実用的な見地からサファイア基板上に成長するGa
Nエピタキシャル層の厚さが500μmを超えることはない
ので、基体に依存せず反りをなくすのに必要なサファイ
ア基板の厚さは最大150μmである。150μmより厚いサフ
ァイア基板を使用すると、エピタキシャル成長後に多層
基板が反っていなくても、基体を除去するとGaNエピタ
キシャル層が反り、最悪の場合には割れに到る。Generally, in order to eliminate warpage of the multilayer substrate obtained after the epitaxial growth of GaN, the thickness of the sapphire substrate should be as thin as possible within the range in which the epitaxial growth of GaN is possible. The thickness of the sapphire substrate required to eliminate warpage is determined by the combination of the thickness of the GaN layer grown on it, the thickness and linear expansion coefficient of the substrate to be attached, the material and thickness of the adhesive layer, etc. , Which cannot be specified unconditionally, but from the practical point of view, Ga grown on sapphire substrate
Since the thickness of the N-epitaxial layer does not exceed 500 μm, the maximum thickness of the sapphire substrate required to eliminate the warp is 150 μm regardless of the substrate. When a sapphire substrate thicker than 150 μm is used, even if the multilayer substrate is not warped after epitaxial growth, the GaN epitaxial layer warps when the substrate is removed, and in the worst case, cracking occurs.

【００３４】(C) 接合方法 基体とサファイア基板との貼り合わせは下記の条件を満
たす必要がある。 貼付け後のサファイア基板の加工に耐える接合強度を
有すること。 ボイドや異物等の介在物がなく、接合面が平坦である
こと。 GaNの成長温度及び雰囲気でも接合強度を保持できる
こと。 剥離が容易なこと。(C) Bonding Method The bonding of the substrate and the sapphire substrate must satisfy the following conditions. It must have sufficient bonding strength to withstand the processing of the sapphire substrate after attachment. There should be no inclusions such as voids or foreign substances, and the joint surface should be flat. Bonding strength can be maintained even in GaN growth temperature and atmosphere. Easy to peel off.

【００３５】特にの条件は重要である。接合面が平坦
でないと、サファイア基板を貼りつけた後、表面を加工
する場合に、表面の平坦性を出すのが困難である。また
異物等が介在すると、GaNのエピタキシャル成長のため
に基体／サファイア基板の複合基板を加熱する際に、サ
ファイア基板の剥離やサファイア複合基板の変形が起こ
る。の条件は、GaNの自立基板を作製する場合に満た
すのが望ましい条件である。The particular conditions are important. If the bonding surface is not flat, it is difficult to obtain the flatness of the surface when processing the surface after attaching the sapphire substrate. Further, if foreign matter or the like is present, when the composite substrate / sapphire substrate is heated for the epitaxial growth of GaN, the sapphire substrate is peeled off or the sapphire composite substrate is deformed. The condition (1) is a condition that is desirable to be satisfied when manufacturing a GaN free-standing substrate.

【００３６】これらの条件を全て満足する接合層として
利用できるものは金属及び金属酸化物である。これらの
接合層を基体及びサファイア基板の接合面に蒸着法やス
パッタ法で形成するか、適当なバインダーに混ぜて接合
面に塗布する。接合面を合わせて加熱（必要に応じて加
圧しながら加熱）することにより、基体とサファイア基
板とを十分な強度で接合することができる。Metals and metal oxides can be used as the bonding layer that satisfies all of these conditions. These bonding layers are formed on the bonding surfaces of the substrate and the sapphire substrate by the vapor deposition method or the sputtering method, or mixed with an appropriate binder and applied to the bonding surfaces. The base and the sapphire substrate can be bonded to each other with sufficient strength by heating the bonding surfaces together (heating while applying pressure as necessary).

【００３７】基体とサファイア基板の接合に使用できる
接着剤としては種々のものがあるが、なかでも金属、金
属酸化物系ソルダー、その他の耐熱接着剤が好ましい。
金属としては、例えばチタン、アルミニウム、ニッケ
ル、タングステン、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム
等の金属及びその合金等が挙げられる。また金属酸化物
としては、Al₂O₃-CaO系、Al₂O₃-CaO-MgO系、Al₂O₃-CaO-
MgO-B₂O₃系、Al₂O₃-CaO-MgO-SiO₂系、Al₂O₃-Y₂O₃系、Zr
O₂-Y₂O₃系、ZrO₂-CaO系、Al₂O₃-MgO系、Al₂O ₃-SiO₂系等
の酸化物ソルダーが挙げられる。金属と上記金属酸化物
との混合物からなるソルダーも使用可能である。さらに
耐熱接着剤として、珪酸アルカリ系、燐酸塩系、シリカ
ゾル系等の無機バインダーと硬化剤及び／又は充填剤と
の組み合わせからなるものが挙げられる。Can be used to bond a substrate and a sapphire substrate
There are various types of adhesives, among which metal and gold are used.
A metal oxide type solder and other heat resistant adhesives are preferable.
Examples of metals include titanium, aluminum, nickel
Ru, tungsten, molybdenum, niobium, zirconium
And the like, and alloys thereof. Also metal oxide
As Al₂O₃-CaO system, Al₂O₃-CaO-MgO system, Al₂O₃-CaO-
MgO-B₂O₃System, Al₂O₃-CaO-MgO-SiO₂System, Al₂O₃-Y₂O₃System, Zr
O₂-Y₂O₃System, ZrO₂-CaO system, Al₂O₃-MgO system, Al₂O ₃-SiO₂System etc.
Oxide solder of. Metals and the above metal oxides
It is also possible to use a solder consisting of a mixture with. further
As heat resistant adhesive, alkali silicate type, phosphate type, silica
Inorganic binder such as sol and curing agent and / or filler
The combination of

【００３８】基体とサファイア基板の接合方法として
は、塗布法や蒸着法の他に、スプレー法、スパッタ法や
分子線エピタキシー（MBE）法等も使用可能である。ま
た金属箔を基体とサファイア基板との間に挟み込み、加
熱（場合によっては圧接）することにより接着する方法
も有効である。また基体の材質によっては、基体表面を
酸化させたり水を介したりしてサファイア基板を貼りつ
けることも可能である。なお接合法全般については、例
えば、「セラミックス接合・接着技術集成」（高塩治男
著、（株）アイピーシー）等を参照されたい。As a method for joining the substrate and the sapphire substrate, a spray method, a sputtering method, a molecular beam epitaxy (MBE) method and the like can be used in addition to the coating method and the vapor deposition method. It is also effective to sandwich the metal foil between the base and the sapphire substrate and heat (or press-contact in some cases) to bond them. Depending on the material of the base, it is also possible to attach the sapphire substrate by oxidizing the surface of the base or through water. For the overall joining method, refer to, for example, "Ceramics Joining / Adhesion Technology Collection" (written by Haruo Takashio, IPC Co., Ltd.).

【００３９】基体とサファイア基板との界面には全面的
に均一に接着剤が介在しているのが望ましいが、部分的
に接着剤を介して貼り付けておくことも可能である。こ
の場合、サファイア基板の研磨後に表面平坦性が得られ
にくいが、基体の除去（剥がし）作業は容易になる。It is desirable that the adhesive is evenly distributed over the entire surface of the substrate and the sapphire substrate, but it is also possible to partially attach the adhesive through the adhesive. In this case, it is difficult to obtain the surface flatness after polishing the sapphire substrate, but the removal (peeling) operation of the substrate becomes easy.

【００４０】(D) 後加工 単結晶サファイア基板を基体に貼り付けた後、必要に応
じて研磨により単結晶サファイア基板の厚さを150μm以
下に低減するのが好ましい。これは、サファイア基板の
加工時に、サファイア基板が割れるのを防止するためで
あり、かつ貼り合わせにより生じた基体と基板との平行
度のずれを修正し、GaNのエピタキシャル成長が基板面
内で均一に行われるようにするためである。(D) Post-processing After the single crystal sapphire substrate is attached to the substrate, it is preferable to reduce the thickness of the single crystal sapphire substrate to 150 μm or less by polishing if necessary. This is to prevent the sapphire substrate from cracking during the processing of the sapphire substrate, and corrects the parallelism shift between the substrate and the substrate caused by the bonding, so that the epitaxial growth of GaN can be made uniform within the substrate surface. This is to be done.

【００４１】[2] エピタキシャル成長窒化ガリウム単結
晶層を有する多層基板 窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成長は有機金属気
相成長法（MOCVD法）又はハライド気相エピタキシー法
（HVPE法）により行うのが好ましい。MOCVD法では結晶
性のよいGaN層を形成することができ、またHVPE法では
結晶成長速度が速いので、効率良くGaN層を成長させる
ことができる。なおMOCVD法及びHVPE法自体は公知であ
るので、それらの実施条件は適宜設定することができ
る。[2] Multilayer Substrate Having Epitaxial Growth Gallium Nitride Single Crystal Layer The gallium nitride single crystal is preferably epitaxially grown by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) or a halide vapor phase epitaxy method (HVPE method). The MOCVD method can form a GaN layer with good crystallinity, and the HVPE method has a high crystal growth rate, so that the GaN layer can be efficiently grown. Since the MOCVD method and the HVPE method itself are known, their implementation conditions can be set as appropriate.

【００４２】窒化ガリウム単結晶をその成長温度よりも
低い温度で成長させることにより、サファイア基板上に
バッファ層を形成した後で、窒化ガリウム単結晶をMOCV
D法によりエピタキシャル成長させ、バッファ層の上に
窒化ガリウム単結晶を積層させても良い。After the buffer layer was formed on the sapphire substrate by growing the gallium nitride single crystal at a temperature lower than its growth temperature, the gallium nitride single crystal was subjected to MOCV.
The gallium nitride single crystal may be laminated on the buffer layer by epitaxial growth by the D method.

【００４３】また、まず単結晶サファイア基板上にMOCV
D法により窒化ガリウムをエピタキシャル成長させて窒
化ガリウムの下地層を形成し、次いでその上にHVPE法に
より窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長させるこ
ともできる。この方法はGaNの厚膜エピタキシャル層を
得るのに有効である。MOCVD法では結晶性のよいGaN層が
成長するので、下地層となるGaN層ができ、次いでHVPE
法では結晶成長速度が速いので、効率良くGaN層を成長
させることができる。MOCVD法とHVPE法の組合せによ
り、厚膜の窒化ガリウム単結晶層を形成することができ
る。First, MOCV was formed on a single crystal sapphire substrate.
It is also possible to epitaxially grow gallium nitride by the D method to form an underlying layer of gallium nitride, and then epitaxially grow a gallium nitride single crystal thereon by the HVPE method. This method is effective for obtaining a thick GaN epitaxial layer. The MOCVD method grows a GaN layer with good crystallinity, so a GaN layer that serves as an underlayer is formed, and then HVPE
Since the crystal growth rate is high in the method, the GaN layer can be efficiently grown. A thick gallium nitride single crystal layer can be formed by a combination of the MOCVD method and the HVPE method.

【００４４】変更例として、MOCVD法により下地層用の
窒化ガリウムを成長させ、窒化ガリウム下地層の上に開
口部を有する選択成長用のマスクを積層するかパターニ
ング加工を施し、次いでマスク又はパターニングを介し
て窒化ガリウム下地層の上に窒化ガリウム結晶を成長さ
せることができる。マスクの積層又はパターニング加工
の後に、窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成長の一
部又は全部をHVPE法により行うのが好ましい。これによ
り、いずれも転位密度の低いGaNエピタキシャル層を得
ることができる。As a modified example, gallium nitride for an underlayer is grown by MOCVD, a mask for selective growth having an opening is laminated or patterned on the gallium nitride underlayer, and then mask or patterning is performed. Through this, a gallium nitride crystal can be grown on the gallium nitride underlayer. After the mask lamination or patterning process, it is preferable that part or all of the epitaxial growth of the gallium nitride single crystal is performed by the HVPE method. This makes it possible to obtain a GaN epitaxial layer having a low dislocation density.

【００４５】GaN単結晶層を有する多層基板は、基体あ
るいは基体とサファイア基板を残したまま、デバイス素
子用基板として使用することができる。また後述するよ
うに、基体（又は基体及びサファイア基板）を除去し
て、GaN単結晶のみ（又はサファイア基板を有するGaN単
結晶）をデバイス素子用基板として使用することもでき
る。The multi-layer substrate having the GaN single crystal layer can be used as a device element substrate while leaving the substrate or the substrate and the sapphire substrate. Further, as will be described later, the base body (or the base body and the sapphire substrate) can be removed and only the GaN single crystal (or the GaN single crystal having the sapphire substrate) can be used as the device element substrate.

【００４６】[3] 自立基板 サファイア基板上にGaN単結晶層を厚くエピタキシャル
成長させた場合、基体又は基体とサファイア基板を除去
して、GaN単結晶の自立基板を得ることができる。本発
明の方法によれば、エピタキシャル成長GaN単結晶層を
有する多層基板内に歪みが蓄積されないため、基体側を
研磨して多層基板を薄くしても、研磨の進行につれて多
層基板が反ったり割れたりすることがなく、反りのない
GaN単結晶の自立基板が得られる。貼り合わせに使用し
た介在物だけを、エッチング等で選択的に除去し、基体
及びサファイア基板からGaN単結晶層を剥がすことも可
能である。得られた窒化ガリウム単結晶のエピタキシャ
ル成長自立基板の上にデバイス構造を有する素子を形成
することができる。[3] Self-standing substrate When a GaN single crystal layer is grown thick on a sapphire substrate, the substrate or the substrate and the sapphire substrate can be removed to obtain a GaN single crystal free-standing substrate. According to the method of the present invention, since strain is not accumulated in the multilayer substrate having the epitaxially grown GaN single crystal layer, even if the multilayer substrate is polished by polishing the substrate side, the multilayer substrate may warp or crack as the polishing progresses. No warp
A free-standing substrate of GaN single crystal can be obtained. It is also possible to selectively remove only the inclusions used for bonding by etching or the like to peel off the GaN single crystal layer from the substrate and the sapphire substrate. An element having a device structure can be formed on the obtained gallium nitride single crystal epitaxial growth free-standing substrate.

【００４７】[4] 窒化ガリウム複合基板 窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成長自立基板は、
サファイア複合基板に使用したのと異なる材質の基体
（第二の基体）上に貼り付けた後で、窒化ガリウム面上
にさらに窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長させ
ることにより、基体／窒化ガリウム単結晶からなる窒化
ガリウム複合基板を得ることができる。第二の基体とし
て、GaN単結晶よりも熱伝導率の高い基体を使用するこ
とにより、放熱特性が向上した窒化ガリウム複合基板か
らなる素子を得ることができる。この基体の貼り替え
は、反りのないGaN単結晶の自立基板が得られたことに
より初めて可能になった。[4] Gallium Nitride Composite Substrate Epitaxial growth of gallium nitride single crystal
The substrate / gallium nitride single crystal is formed by epitaxially growing a gallium nitride single crystal on the gallium nitride surface after being adhered on a substrate (second substrate) of a material different from that used for the sapphire composite substrate. A gallium nitride composite substrate can be obtained. By using a substrate having a higher thermal conductivity than the GaN single crystal as the second substrate, it is possible to obtain an element made of a gallium nitride composite substrate having improved heat dissipation characteristics. This replacement of the substrate was possible only when a free-standing GaN single crystal free-standing substrate was obtained.

【００４８】第二の基体は、窒化ガリウムよりも大きな
熱伝導率を有する材質からなるのが好ましく、具体的に
は、窒化アルミニウム、炭化珪素又は金属から選ばれた
材質からなるのが好ましい。第二の基体の材質を、窒化
アルミニウム（AlN）又は炭化珪素（SiC）又は金属から
選ばれた材質とするのは、その熱伝導率がGaNの130W/m
・Kに比べて、AlNで〜200 W/m・K、SiCで490 W/m・K、
金属で、例えばアルミニウムの場合は248 W/m・K、銅の
場合は398 W/m・K（以上すべて300 Kでの値）と大き
く、GaN素子を作製した場合に、素子の熱を効率よく放
熱できるからである。The second substrate is preferably made of a material having a thermal conductivity higher than that of gallium nitride, specifically, a material selected from aluminum nitride, silicon carbide or metal. The material of the second base is a material selected from aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and metal because its thermal conductivity is 130 W / m of GaN.
・ Compared to K, ~ 200 W / m ・ K for AlN, 490 W / m ・ K for SiC,
It is a large metal such as 248 W / mK for aluminum and 398 W / mK for copper (all values above 300 K). This is because it can dissipate heat well.

【００４９】第二の基体と窒化ガリウム単結晶のエピタ
キシャル成長自立基板との貼り合わせは金属層を介して
行うのが好ましい。金属層としては、インジウム、アル
ミニウム、金等が好ましい。金属層の介在により、GaN
単結晶素子を作製した場合に、素子での発熱を効率よく
基体に伝え、放熱することができる。It is preferable that the second substrate and the gallium nitride single crystal epitaxial growth free-standing substrate are bonded to each other via a metal layer. The metal layer is preferably indium, aluminum, gold or the like. GaN due to the interposition of the metal layer
When a single crystal element is manufactured, the heat generated in the element can be efficiently transmitted to the base and radiated.

【００５０】[0050]

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。The present invention will be described in more detail by the following examples, but the present invention is not limited thereto.

【００５１】実施例１ 図１に示すように、直径50 mm及び厚さ300μmの円形ジ
ルコンセラミックス（ZrO₂・SiO₂）基体５（線膨張係
数：5.5×10^-6 K^-1）の片面に鏡面研磨仕上げを施し、
研磨面上に金属チタンを0.1μmの厚さに蒸着した。また
直径50 mm及び厚さ200μmのサファイアＣ面基板３（線
膨張係数：7.3×10^-6 K^-1）の片面に鏡面研磨仕上げを
施し、研磨面上に金属アルミニウムを0.1μmの厚さに蒸
着した。 Example 1 As shown in FIG. 1, one side of a circular zircon ceramic (ZrO ₂ .SiO ₂ ) substrate 5 (coefficient of linear expansion: 5.5 × 10 ^-6 K ^-1 ) having a diameter of 50 mm and a thickness of 300 μm was used. I give a mirror-polished finish,
Metal titanium was vapor-deposited to a thickness of 0.1 μm on the polished surface. Also, one side of a sapphire C-plane substrate 3 (coefficient of linear expansion: 7.3 × 10 ^-6 K ^-1 ) with a diameter of 50 mm and a thickness of 200 μm is mirror-polished on one side, and metallic aluminum is formed to a thickness of 0.1 μm on the polished surface. It was vapor-deposited.

【００５２】上記ジルコンセラミックス基体５と上記サ
ファイア基板３との金属蒸着面同士を密着させ、20 kg/
cm²の荷重を加えた状態で、アルゴンガス雰囲気の炉内
で1050℃で30分間加熱保持した後、冷却した。この処理
によりジルコンセラミックス基体５とサファイア基板３
は強固に貼り付いた。接合された金属蒸着層は接着層４
を形成した。The metal vapor-deposited surfaces of the zircon ceramic substrate 5 and the sapphire substrate 3 are brought into close contact with each other, and 20 kg /
With a load of cm ² applied, it was heated and held at 1050 ° C. for 30 minutes in a furnace in an argon gas atmosphere, and then cooled. By this treatment, the zircon ceramic substrate 5 and the sapphire substrate 3
Stuck firmly. The bonded metal deposition layer is the adhesive layer 4
Was formed.

【００５３】得られたジルコンセラミックス基体／サフ
ァイア基板の複合基板10を、研磨用セラミックス定盤に
サファイア基板が表面になるようにワックスを用いて貼
り付け、ダイアモンド研削機を使用してサファイア基板
３を約30μmの厚さになるまで研削した後、ダイアモン
ド研磨砥粒を使用して粗研磨及び鏡面研磨仕上げを施し
た。鏡面研磨後のサファイア複合基板10のうちサファイ
ア基板３の厚さは15μm±0.1μmであった。The obtained zircon ceramic substrate / sapphire substrate composite substrate 10 was attached to a polishing ceramic surface plate with wax so that the sapphire substrate was on the surface, and the sapphire substrate 3 was attached using a diamond grinder. After grinding to a thickness of about 30 μm, rough polishing and mirror surface polishing were performed using diamond polishing abrasive grains. The thickness of the sapphire substrate 3 of the sapphire composite substrate 10 after mirror polishing was 15 μm ± 0.1 μm.

【００５４】実施例２ 実施例１で作製したサファイア複合基板10のサファイア
面上にMOCVD法によりGaN単結晶を2μmの厚さにエピタキ
シャル成長させた。使用した装置は横型常圧MOCVD炉で
あり、原料ガスとしてアンモニアガスとトリメチルガリ
ウムを使用し、またキャリアガスとして水素と窒素の混
合ガスを使用した。エピタキシャル成長法の手順は下記
の通りである。まずサファイア複合基板を水素雰囲気中
で1100℃に加熱し、表面の酸化物等をクリーニングした
後、サファイア複合基板の温度を550℃に下げてGaNを20
nmの厚さにエピタキシャル成長させ、バッファ層２を
形成した。さらに複合基板10の温度を1050℃に上げて、
GaNを2μmの厚さにエピタキシャル成長させた。１はそ
のエピタキシャル成長したGaN単結晶層を示す。図２は
得られた多層基板20の断面構造を概略的に示す。 Example 2 A GaN single crystal was epitaxially grown to a thickness of 2 μm on the sapphire surface of the sapphire composite substrate 10 manufactured in Example 1 by the MOCVD method. The apparatus used was a horizontal atmospheric pressure MOCVD furnace, and ammonia gas and trimethylgallium were used as raw material gases, and a mixed gas of hydrogen and nitrogen was used as a carrier gas. The procedure of the epitaxial growth method is as follows. First, the sapphire composite substrate is heated to 1100 ° C in a hydrogen atmosphere to clean oxides on the surface, and then the temperature of the sapphire composite substrate is lowered to 550 ° C to reduce the GaN
The buffer layer 2 was formed by epitaxial growth to a thickness of nm. Furthermore, the temperature of the composite substrate 10 is raised to 1050 ° C,
GaN was epitaxially grown to a thickness of 2 μm. Reference numeral 1 indicates the epitaxially grown GaN single crystal layer. FIG. 2 schematically shows the cross-sectional structure of the obtained multilayer substrate 20.

【００５５】エピタキシャル成長したGaN単結晶層１を
有する多層基板20は平坦できれいな鏡面を呈した。この
多層基板20のGaN単結晶層１表面のＸ線回折測定を行っ
たところ、GaN層１は単結晶であり、六方晶の（0001）
面を呈していることが確認された。またロッキングカー
ブの半値幅は250 secであり、良好な結晶性を有するこ
とが確認された。エピタキシャル成長GaN単結晶層１を
有する多層基板20を平坦面に置いてその反りを測定した
ところ、多層基板20の中央部と周辺部の高さの差は平均
で3.5μmであり、良好な平坦性を示した。The multilayer substrate 20 having the epitaxially grown GaN single crystal layer 1 exhibited a flat and clean mirror surface. When the X-ray diffraction measurement was performed on the surface of the GaN single crystal layer 1 of this multilayer substrate 20, the GaN layer 1 was a single crystal and had a hexagonal (0001)
It was confirmed that it was a face. Further, the half-width of the rocking curve was 250 sec, which confirmed that the rocking curve had good crystallinity. When the multilayer substrate 20 having the epitaxially grown GaN single crystal layer 1 was placed on a flat surface and its warpage was measured, the difference in height between the central portion and the peripheral portion of the multilayer substrate 20 was 3.5 μm on average, and good flatness was obtained. showed that.

【００５６】実施例３ 実施例２でMOCVD法により形成したエピタキシャル成長
したGaN単結晶層の上にHVPE法によりGaN単結晶を300μm
の厚さにエピタキシャル成長させた。使用した装置は横
型常圧HVPE炉であり、原料ガスとしてアンモニアガス及
び金属GaとHClガスを850℃で反応させて得たGaClを使用
し、またキャリアガスとして水素ガスを使用した。エピ
タキシャル成長温度は1050℃であり、成長速度は80μm/
hであった。 Example 3 A GaN single crystal of 300 μm was formed on the epitaxially grown GaN single crystal layer formed by the MOCVD method in Example 2 by the HVPE method.
Epitaxially grown to a thickness of. The apparatus used was a horizontal atmospheric HVPE furnace, using ammonia gas and GaCl obtained by reacting metallic Ga and HCl gas at 850 ° C. as a source gas, and hydrogen gas as a carrier gas. Epitaxial growth temperature is 1050 ℃, growth rate is 80μm /
It was h.

【００５７】得られたエピタキシャル成長GaN単結晶層
を有する多層基板は、GaN単結晶層表面に六角錐状のモ
ルフォロジーが観察されたものの、比較的平坦な面を呈
した。またこの多層基板を平坦面に置いてその反りを測
定したところ、多層基板の中央部と周辺部の高さの差は
平均で12μmであり、厚膜のエピタキシャル成長GaN単結
晶層を有する多層基板としては良好な平坦性を示した。The obtained multilayer substrate having the epitaxially grown GaN single crystal layer exhibited a relatively flat surface, although hexagonal pyramidal morphology was observed on the surface of the GaN single crystal layer. When this multi-layer substrate was placed on a flat surface and its warpage was measured, the difference in height between the central portion and the peripheral portion of the multi-layer substrate was 12 μm on average, and as a multi-layer substrate having a thick film epitaxially grown GaN single crystal layer. Showed good flatness.

【００５８】実施例４ 実施例３で作製したエピタキシャル成長GaN単結晶層を
有する多層基板をフッ酸：過酸化水素水：水＝1：1：4
のエッチング液に一晩浸漬したところ、基体と金属介在
層が侵食され、薄いサファイア基板の付いた厚膜のGaN
エピタキシャル層だけが残った。 Example 4 The multilayer substrate having the epitaxially grown GaN single crystal layer produced in Example 3 was treated with hydrofluoric acid: hydrogen peroxide solution: water = 1: 1: 4.
After being immersed overnight in the etching solution of, the substrate and the metal intervening layer were eroded, resulting in thick GaN with a thin sapphire substrate.
Only the epitaxial layer remained.

【００５９】得られたサファイア基板／GaNエピタキシ
ャル層からなる多層基板をサファイア基板が表面になる
ようにワックスでセラミックス定盤に貼り付け、サファ
イア基板を研磨により除去した。これにより、エピタキ
シャル成長GaN単結晶のみからなる直径50 mm及び厚さ約
300μmの自立基板を得た。この自立基板は無色透明で、
クラックが全くなかった。自立基板を平坦面に置いてそ
の反りを測定したところ、自立基板の中央部と周辺部の
高さの平均値の差は９μmであり、良好な平坦性を示し
た。The resulting sapphire substrate / GaN epitaxial layer multilayer substrate was attached to a ceramic surface plate with wax so that the sapphire substrate was on the surface, and the sapphire substrate was removed by polishing. As a result, a diameter of 50 mm and a thickness of only epitaxially grown GaN single crystal
A 300 μm free-standing substrate was obtained. This free-standing substrate is colorless and transparent,
There were no cracks. When the free-standing substrate was placed on a flat surface and its warpage was measured, the difference in average height between the central portion and the peripheral portion of the free-standing substrate was 9 μm, showing good flatness.

【００６０】実施例５ 実施例２で作製したエピタキシャル成長GaN単結晶層を
有する多層基板上にSiO ₂膜を形成し、これにフォトリソ
グラフィにより開口部幅３μm及びマスク幅７μmのスト
ライプ状マスクを形成した。ストライプの長手方向は、
GaNエピタキシャル成長層の＜11−20＞方向と平行にな
るようにした。マスクを形成した基板上にHVPE法により
GaN単結晶を300μmの厚さにエピタキシャル成長させ
た。使用した成長装置は横型常圧HVPE炉であり、原料ガ
スとしてアンモニアガス及び金属GaとHClガスを850℃で
反応させて得たGaClを使用し、キャリアガスとして水素
ガスを使用した。エピタキシャル成長温度は1050℃であ
り、成長速度は80μm/hであった。[0060]Example 5 The epitaxially grown GaN single crystal layer produced in Example 2 was
On a multi-layered substrate with SiO ₂A film is formed and photolithography is applied to this.
Stroke of 3μm opening width and 7μm mask width
A lip mask was formed. The longitudinal direction of the stripe is
Parallel to the <11-20> direction of the GaN epitaxial growth layer.
It was to so. HVPE method on the masked substrate
Epitaxially grow a GaN single crystal to a thickness of 300 μm.
It was The growth equipment used was a horizontal atmospheric pressure HVPE furnace, and
Ammonia gas and metallic Ga and HCl gas at 850 ° C
GaCl obtained by the reaction is used, and hydrogen is used as a carrier gas.
Gas was used. Epitaxial growth temperature is 1050 ℃
The growth rate was 80 μm / h.

【００６１】得られたエピタキシャル成長GaN単結晶層
を有する多層基板は、GaN単結晶層表面に六角錐状の弱
いモルフォロジが観察されたものの、比較的平坦な面を
呈した。この多層基板を平坦面に置いてその反りを測定
したところ、多層基板の中央部と周辺部の高さの平均値
の差は７μmであり、良好な平坦性を示した。The obtained multilayer substrate having the epitaxially grown GaN single crystal layer exhibited a relatively flat surface, although a weak hexagonal pyramidal morphology was observed on the surface of the GaN single crystal layer. When this multilayer substrate was placed on a flat surface and its warpage was measured, the difference in average height between the central portion and the peripheral portion of the multilayer substrate was 7 μm, indicating good flatness.

【００６２】実施例６ 直径100 mm及び厚さ500μmのグラファイト円板（線膨張
係数：5.6×10^-6 K^-1）の両面を±1μmの平坦度に研磨
し、グラファイト基体を作製した。また直径100 mm及び
厚さ300±0.1μmのサファイアＡ面基板の片面を鏡面研
磨し、サファイア基板を作製した。 Example 6 Both sides of a graphite disk (coefficient of linear expansion: 5.6 × 10 ^-6 K ^-1 ) having a diameter of 100 mm and a thickness of 500 μm were polished to a flatness of ± 1 μm to prepare a graphite substrate. Further, one surface of a sapphire A-side substrate having a diameter of 100 mm and a thickness of 300 ± 0.1 μm was mirror-polished to prepare a sapphire substrate.

【００６３】グラファイト基体の一方の面とサファイア
基板の鏡面研磨面側とに、珪酸を主成分とする市販の無
機耐熱接着剤（耐熱温度〜1500℃）をそれぞれ薄く塗布
し、塗布面同士を貼り合わせて、万力で挟んで圧着した
まま６時間乾燥させた。これに350℃で２時間の熱処理
を施したところ、グラファイト基体とサファイア基板は
強固に貼り付いた。A commercially available inorganic heat-resistant adhesive containing silicic acid as a main component (heat-resistant temperature up to 1500 ° C.) is thinly applied to one surface of the graphite substrate and the mirror-polished surface side of the sapphire substrate, and the applied surfaces are adhered to each other. Together, they were sandwiched with a vise and pressed and dried for 6 hours. When this was heat-treated at 350 ° C. for 2 hours, the graphite substrate and the sapphire substrate were firmly attached.

【００６４】得られたグラファイト基体／サファイア基
板の複合基板を、研磨用のセラミックス定盤にサファイ
ア基板が表面になるようにワックスを用いて貼り付け、
ダイアモンド研削機を使用してサファイア基板を約50μ
mの厚さになるまで研削した後、ダイアモンド研磨砥粒
を使用して粗研磨及び鏡面研磨仕上げを施した。グラフ
ァイト基体に貼着されたサファイア基板の厚さは15μm
±0.2μmであった。The obtained composite substrate of graphite substrate / sapphire substrate was attached to a ceramics surface plate for polishing with a wax so that the sapphire substrate was on the surface,
About 50μ of sapphire substrate using a diamond grinder
After grinding to a thickness of m, rough polishing and mirror polishing finish were performed using diamond polishing abrasive grains. The thickness of the sapphire substrate attached to the graphite substrate is 15 μm
It was ± 0.2 μm.

【００６５】実施例７ 実施例６で作製した複合基板のサファイア面上にMOCVD
法によりGaN単結晶を1μmの厚さにエピタキシャル成長
させた。使用した装置は横型常圧MOCVD炉であり、原料
ガスとしてアンモニアガスとトリメチルガリウムを使用
し、キャリアガスとして水素と窒素の混合ガスを使用し
た。エピタキシャル成長法の手順は下記の通りである。
まず複合基板を水素雰囲気中で1100℃に加熱し、表面の
酸化物等をクリーニングした後、複合基板の温度を550
℃に下げてGaNを20 nmの厚さにエピタキシャル成長さ
せ、バッファ層を形成した。さらに複合基板の温度を10
50℃に上げて、GaN単結晶を２μmの厚さにエピタキシャ
ル成長させた。 Example 7 MOCVD was performed on the sapphire surface of the composite substrate prepared in Example 6.
A GaN single crystal was epitaxially grown to a thickness of 1 μm by the method. The apparatus used was a horizontal atmospheric pressure MOCVD furnace, using ammonia gas and trimethylgallium as the source gas, and a mixed gas of hydrogen and nitrogen as the carrier gas. The procedure of the epitaxial growth method is as follows.
First, the composite substrate is heated to 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere to clean oxides on the surface, and then the composite substrate temperature is set to 550.
The temperature was lowered to ℃ and GaN was epitaxially grown to a thickness of 20 nm to form a buffer layer. Furthermore, the temperature of the composite substrate is set to 10
The temperature was raised to 50 ° C. and a GaN single crystal was epitaxially grown to a thickness of 2 μm.

【００６６】エピタキシャル成長したGaN層を有する多
層基板は平坦できれいな鏡面を呈した。このエピタキシ
ャル成長GaN層の表面のＸ線回折測定を行ったところ、G
aN層は単結晶であり、六方晶の（0001）面を呈している
ことが確認された。またロッキングカーブの半値幅は26
0 secであり、良好な結晶性を有することが確認され
た。この多層基板を平坦面に置いてその反りを測定した
ところ、多層基板の中央部と周辺部の高さの差は平均で
８μmであり、良好な平坦性を示した。The multilayer substrate having the epitaxially grown GaN layer exhibited a flat and clean mirror surface. An X-ray diffraction measurement of the surface of this epitaxially grown GaN layer showed that G
It was confirmed that the aN layer was a single crystal and had a hexagonal (0001) plane. The rocking curve half-width is 26
It was 0 sec, and it was confirmed to have good crystallinity. When this multi-layer substrate was placed on a flat surface and its warpage was measured, the difference in height between the central portion and the peripheral portion of the multi-layer substrate was 8 μm on average, indicating good flatness.

【００６７】実施例８ 実施例７で作製した多層基板のGaN単結晶層上にHVPE法
によりGaN単結晶を350μmの厚さにエピタキシャル成長
させた。使用した装置は横型常圧HVPE炉であり、原料ガ
スとしてアンモニアガス及び金属GaとHClガスを850℃で
反応させて得たGaClを使用し、キャリアガスとして水素
ガスを使用した。成長温度は1050℃であり、成長速度は
80μm/hであった。 Example 8 A GaN single crystal was epitaxially grown to a thickness of 350 μm on the GaN single crystal layer of the multilayer substrate produced in Example 7 by the HVPE method. The apparatus used was a horizontal atmospheric HVPE furnace, using ammonia gas and GaCl obtained by reacting metallic Ga and HCl gas at 850 ° C. as a source gas, and hydrogen gas as a carrier gas. The growth temperature is 1050 ℃, and the growth rate is
It was 80 μm / h.

【００６８】得られたエピタキシャル成長GaN単結晶層
を有する多層基板は表面に六角錐状のモルフォロジが観
察されたものの、比較的平坦な面を呈した。この多層基
板を平坦面に置いてその反りを測定したところ、多層基
板の中央部と周辺部の高さ差は平均で９μmであり、厚
膜のエピタキシャル成長GaN単結晶層を有する多層基板
としては良好な平坦性を示した。A hexagonal pyramidal morphology was observed on the surface of the obtained multilayer substrate having the epitaxially grown GaN single crystal layer, but it exhibited a relatively flat surface. When this multi-layer substrate was placed on a flat surface and its warpage was measured, the height difference between the central portion and the peripheral portion of the multi-layer substrate was 9 μm on average, which was good for a multi-layer substrate having a thick film epitaxially grown GaN single crystal layer. It showed excellent flatness.

【００６９】実施例９ 実施例８で作製したエピタキシャル成長GaN単結晶層を
有する多層基板を、研磨用セラミックス定盤にグラファ
イト基体が表面になるようにワックスを用いて貼り付
け、研削機を用いてグラファイト基体及びサファイア基
板を研削により除去した。その後、サファイア基板を除
去した側のGaN単結晶の表面を鏡面研磨仕上げした。こ
うして、直径100 mm及び厚さ330μmのGaN単結晶の自立
基板を得た。このGaN単結晶の自立基板は無色透明で、
クラックや反りがなかった。 Example 9 The multilayer substrate having the epitaxially grown GaN single crystal layer manufactured in Example 8 was attached to a polishing ceramics surface plate with wax so that the graphite substrate was on the surface, and the graphite was formed using a grinder. The substrate and sapphire substrate were removed by grinding. Then, the surface of the GaN single crystal from which the sapphire substrate was removed was mirror-polished. Thus, a GaN single crystal free-standing substrate having a diameter of 100 mm and a thickness of 330 μm was obtained. This GaN single crystal free-standing substrate is colorless and transparent,
There was no crack or warp.

【００７０】実施例10 直径50 mm及び厚さ300μmの円形焼結AlN基体（線膨張係
数：4.5×10^-6 K^-1）の片面に鏡面研磨仕上げを施し、
研磨面上に金属ニッケルを0.1μmの厚さに蒸着した。ま
た直径50 mm及び厚さ200μmの円形サファイア基板（Ｃ
面0.5°オフ、線膨張係数：7.3×10^-6 K^-1）の片面に鏡
面研磨仕上げを施し、研磨面上に金属チタンを0.1μmの
厚さに蒸着した。 Example 10 A circular sintered AlN substrate having a diameter of 50 mm and a thickness of 300 μm (coefficient of linear expansion: 4.5 × 10 ⁻⁶ K ⁻¹ ) was mirror-polished on one side,
Metallic nickel was vapor-deposited to a thickness of 0.1 μm on the polished surface. A circular sapphire substrate (C 50 mm in diameter and 200 μm thick) (C
One surface (surface 0.5 ° off, linear expansion coefficient: 7.3 × 10 ^-6 K ^-1 ) was mirror-polished, and metallic titanium was vapor-deposited to a thickness of 0.1 μm on the polished surface.

【００７１】上記AlN基体とサファイア基板の金属蒸着
面同士を密着させ、25 kg/cm²の荷重を加えた状態で、
アルゴンガス雰囲気に保った炉内で1050℃に30分間加熱
保持した後、冷却した。その結果、AlN基体とサファイ
ア基板は、強固に貼り付いた。With the metal vapor deposition surfaces of the AlN substrate and the sapphire substrate being in close contact with each other and applying a load of 25 kg / cm ² ,
After heating and holding at 1050 ° C. for 30 minutes in a furnace kept in an argon gas atmosphere, it was cooled. As a result, the AlN substrate and the sapphire substrate were firmly attached.

【００７２】得られたAlN基体／サファイア基板の複合
基板を、研磨用セラミックス定盤にサファイア基板が表
面になるようにワックスを用いて貼り付け、ダイアモン
ド研削機を使用してサファイア基板の厚さが約15μmに
なるまで研削した後、ダイアモンド研磨砥粒を使用して
粗研磨及び鏡面研磨仕上げを施した。AlN基体に貼着さ
れたサファイア基板の厚さは５μm±0.1μmであった。The obtained composite substrate of AlN substrate / sapphire substrate was attached to a polishing ceramic surface plate with wax so that the sapphire substrate was on the surface, and the thickness of the sapphire substrate was adjusted using a diamond grinder. After grinding to about 15 μm, rough polishing and mirror polishing finish were performed using diamond polishing abrasive grains. The sapphire substrate attached to the AlN substrate had a thickness of 5 μm ± 0.1 μm.

【００７３】実施例11 実施例10で作製した複合基板のサファイア面上にMOCVD
法によりGaN単結晶を２μmの厚さにエピタキシャル成長
させた。使用した装置は横型常圧MOCVD炉であり、原料
ガスとしてアンモニアガスとトリメチルガリウムを使用
し、またキャリアガスとして水素と窒素の混合ガスを使
用した。エピタキシャル成長法の手順は下記の通りであ
る。まず複合基板を水素雰囲気中で1100℃に加熱し、表
面の酸化物等をクリーニングした後、基板温度を550℃
に下げてGaNを20 nmの厚さにエピタキシャル成長させ、
バッファ層を形成した。さらに複合基板温度を1050℃に
上げて、GaNを２μmの厚さにエピタキシャル成長させ
た。 Example 11 MOCVD was performed on the sapphire surface of the composite substrate prepared in Example 10.
A GaN single crystal was epitaxially grown to a thickness of 2 μm by the method. The apparatus used was a horizontal atmospheric pressure MOCVD furnace, and ammonia gas and trimethylgallium were used as raw material gases, and a mixed gas of hydrogen and nitrogen was used as a carrier gas. The procedure of the epitaxial growth method is as follows. First, the composite substrate is heated to 1100 ° C in a hydrogen atmosphere to clean the surface oxides, and then the substrate temperature is set to 550 ° C.
And epitaxially grow GaN to a thickness of 20 nm.
A buffer layer was formed. Further, the temperature of the composite substrate was raised to 1050 ° C., and GaN was epitaxially grown to a thickness of 2 μm.

【００７４】得られたエピタキシャル成長GaN層を有す
る多層基板は平坦できれいな鏡面を呈した。GaN層表面
のＸ線回折測定を行ったところ、GaN層は単結晶であ
り、六方晶の（0001）面を呈していることが確認され
た。またロッキングカーブの半値幅は、240 secであ
り、良好な結晶性を有することが確認された。この多層
基板を平坦面に置いてその反りを測定したところ、多層
基板の中央部と周辺部の高さの差は平均で2.5μmであ
り、良好な平坦性を示した。The obtained multilayer substrate having the epitaxially grown GaN layer exhibited a flat and clean mirror surface. When the X-ray diffraction measurement of the GaN layer surface was performed, it was confirmed that the GaN layer was a single crystal and had a hexagonal (0001) plane. Further, the half-width of the rocking curve was 240 sec, which confirmed that the rocking curve had good crystallinity. When this multi-layer substrate was placed on a flat surface and its warpage was measured, the difference in height between the central portion and the peripheral portion of the multi-layer substrate was 2.5 μm on average, indicating good flatness.

【００７５】実施例12 直径50 mm及び厚さ300μmのハフニウム多結晶基体（線
膨張係数：6.0×10^-6 K ^-1）と、直径50 mm及び厚さ200
μmのサファイアＣ面基板（線膨張係数：7.3×10 ^-6
K^-1）とを、CaO-Al₂O₃-MgO-SiO₂系ソルダーを使用して
接着した。接着条件は、窒素ガス雰囲気で1500℃及び10
分間であった。[0075]Example 12 Hafnium polycrystalline substrate with 50 mm diameter and 300 μm thickness (wire
Expansion coefficient: 6.0 × 10^-6 K ^-1) With a diameter of 50 mm and a thickness of 200
μm sapphire C-plane substrate (coefficient of linear expansion: 7.3 × 10 ^-6 
K^-1) And CaO-Al₂O₃-MgO-SiO₂Using system solder
Glued Adhesive conditions are 1500 ℃ and 10 in nitrogen gas atmosphere.
It was a minute.

【００７６】得られたハフニウム多結晶基体／サファイ
ア基板の複合基板を、研磨用のセラミックス定盤にサフ
ァイア基板が表面になるようにワックスを用いて貼り付
け、ダイアモンド研削機を使用してサファイア基板の厚
さが約15μmになるまで研削した後、ダイアモンド研磨
砥粒を使用して粗研磨及び鏡面研磨仕上げを施した。ハ
フニウム基体に貼着されたサファイア基板の厚さは５μ
m±0.1μmであった。The obtained hafnium polycrystal substrate / sapphire substrate composite substrate was attached to a ceramics surface plate for polishing with wax so that the sapphire substrate was on the surface, and a diamond grinding machine was used to form the sapphire substrate. After grinding to a thickness of about 15 μm, rough polishing and mirror surface polishing were performed using diamond polishing abrasive grains. The thickness of the sapphire substrate attached to the hafnium substrate is 5μ
It was m ± 0.1 μm.

【００７７】実施例13 実施例12で作製した複合基板のサファイア面上にMOCVD
法によりGaN単結晶を２μmの厚さにエピタキシャル成長
させた。使用した装置は横型常圧MOCVD炉であり、原料
ガスとしてアンモニアガスとトリメチルガリウムを使用
し、キャリアガスとして水素と窒素の混合ガスを使用し
た。エピタキシャル成長法の手順は下記の通りである。
まず複合基板を水素雰囲気中で1100℃に加熱し、表面の
酸化物等をクリーニングした後、基板温度を550℃に下
げてGaNを20 nmの厚さにエピタキシャル成長させ、バッ
ファ層を形成した。さらに基板温度を1050℃に上げて、
GaNを２μmの厚さにエピタキシャル成長させた。 Example 13 MOCVD was performed on the sapphire surface of the composite substrate prepared in Example 12.
A GaN single crystal was epitaxially grown to a thickness of 2 μm by the method. The apparatus used was a horizontal atmospheric pressure MOCVD furnace, using ammonia gas and trimethylgallium as the source gas, and a mixed gas of hydrogen and nitrogen as the carrier gas. The procedure of the epitaxial growth method is as follows.
First, the composite substrate was heated to 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere to clean the surface oxides and the like, and then the substrate temperature was lowered to 550 ° C. to epitaxially grow GaN to a thickness of 20 nm to form a buffer layer. Further increase the substrate temperature to 1050 ℃,
GaN was epitaxially grown to a thickness of 2 μm.

【００７８】得られたエピタキシャル成長GaN層を有す
る多層基板は平坦できれいな鏡面を呈した。このGaN層
の表面のＸ線回折測定を行ったところ、GaN層は単結晶
であり、六方晶の（0001）面を呈していることが確認さ
れた。ロッキングカーブの半値幅は260 secであり、良
好な結晶性を有することが確認された。この多層基板を
平坦面に置いてその反りを測定したところ、多層基板の
中央部と周辺部の高さの差は平均で3.0μmであり、良好
な平坦性を示した。The obtained multilayer substrate having the epitaxially grown GaN layer exhibited a flat and clean mirror surface. When the X-ray diffraction measurement of the surface of this GaN layer was performed, it was confirmed that the GaN layer was a single crystal and had a hexagonal (0001) plane. The full width at half maximum of the rocking curve was 260 sec, and it was confirmed that the rocking curve had good crystallinity. When this multi-layer substrate was placed on a flat surface and its warpage was measured, the difference in height between the central portion and the peripheral portion of the multi-layer substrate was 3.0 μm on average, indicating good flatness.

【００７９】実施例14 実施例２と同様の方法で作製した多層基板の厚さ５μm
のエピタキシャル成長GaN単結晶層の表面にニッケルを
0.1μmの厚さに蒸着し、多層基板のニッケル蒸着面を直
径50 mm及び厚さ200μmの銅板に密着させ、20 kg/cm²の
荷重を加えた状態で、アルゴンガス雰囲気に保った炉内
で1050℃に30分間加熱保持した後、冷却した。その結
果、エピタキシャル成長GaN単結晶層を有する多層基板
と銅板は強固に貼り付いた。 Example 14 Multilayer substrate manufactured by the same method as in Example 2 had a thickness of 5 μm.
On the surface of the epitaxially grown GaN single crystal layer of
Evaporated to a thickness of 0.1 μm, the nickel vapor-deposited surface of the multilayer substrate was brought into close contact with a copper plate with a diameter of 50 mm and a thickness of 200 μm, and a load of 20 kg / cm ² was applied, and the furnace was kept in an argon gas atmosphere After heating and holding at 1050 ° C. for 30 minutes, it was cooled. As a result, the multilayer substrate having the epitaxially grown GaN single crystal layer and the copper plate were firmly attached.

【００８０】得られた多層基板／銅板の複合基板を、研
磨用のセラミックス定盤にジルコンセラミックス基体が
表面になるようにワックスを用いて貼り付け、ダイアモ
ンド研削機を使用してジルコンセラミックス基板及びサ
ファイア基板を研削により除去した。次いで研削により
現れたGaN単結晶面に、鏡面研磨仕上げを施した。こう
して熱伝導率の良い銅板上に熱伝導率の良いニッケル−
銅合金層を介してエピタキシャル成長GaN単結晶層が貼
り付いた多層基板を得た。The obtained multilayer substrate / copper plate composite substrate was attached to a ceramics surface plate for polishing with wax so that the zircon ceramics substrate was on the surface, and a diamond grinding machine was used to form the zircon ceramics substrate and sapphire. The substrate was removed by grinding. Next, the GaN single crystal surface that appeared by grinding was mirror-polished. In this way, nickel with good thermal conductivity is deposited on the copper plate with good thermal conductivity.
A multilayer substrate was obtained in which an epitaxially grown GaN single crystal layer was attached via a copper alloy layer.

【００８１】実施例15 実施例４で作製したGaN単結晶の自立基板を、インジウ
ムを介して直径50 mm及び厚さ330μmの円形AlN焼結基板
に接着した。こうして熱伝導率の良いAlN基板上に熱伝
導率の良いインジウム層を介してGaN単結晶層が貼り付
いたGaN複合基板を得た。 Example 15 The freestanding GaN single crystal substrate prepared in Example 4 was bonded to a circular AlN sintered substrate having a diameter of 50 mm and a thickness of 330 μm via indium. Thus, a GaN composite substrate was obtained in which the GaN single crystal layer was attached to the AlN substrate having good thermal conductivity via the indium layer having good thermal conductivity.

【００８２】実施例16 実施例５と同様にHVPE法によりGaN単結晶をエピタキシ
ャル成長させる際に、炉内にSiH₂Cl₂を導入し、n型のGa
Nを成長させた。さらに実施例４と同様の方法でこの多
層基板からGaN単結晶層だけを分離し、n型GaN単結晶の
自立基板を作製した。 Example 16 In the same manner as in Example 5, when epitaxially growing a GaN single crystal by the HVPE method, SiH ₂ Cl ₂ was introduced into the furnace and n-type Ga was introduced.
Grow N. Further, only the GaN single crystal layer was separated from this multilayer substrate by the same method as in Example 4 to produce an n-type GaN single crystal free-standing substrate.

【００８３】実施例17 図３に示すように、実施例16で得られたn型窒化ガリウ
ム単結晶の自立基板15上にSiドープ（n＝5×10¹⁷ c
m^-3）GaNからなるバッファ層14（厚さ２μm）、Siドー
プ（n=5×10¹⁷ cm^-3）Al_0.07Ga_0.93Nからなるクラッド
層13（厚さ1.0μm）、Siドープ（n＝1×10¹⁷ cm^-3）GaN
からなるSCH（Separate Confinement Heterostructur
e）層12（厚さ0.1μm）、Siドープ又はアンドープIn_0.2
Ga_0.8N／In_0.05Ga_0.95Nからなる多重量子井戸層11（厚
さ30Å／50Å×3）、Mgドープ（p＝2×10 ¹⁹ cm^-3）Al
_0.2Ga_0.8Nからなるオーバーフロー防止層10（厚さ0.02
μm）、Mg（p＝2×10¹⁹ cm^-3）ドープGaNからなる光閉
じ込め層９（厚さ0.1μm）、Mgドープ（p＝2×10¹⁹ cm
^-3）Al_0.07Ga_0.93Nからなるクラッド層８（厚さ0.5μ
m）、及びMgドープ（p＝2×10¹⁹ cm^-3）GaNからなるコ
ンタクト層７（厚さ0.05μm）を順次形成し、レーザー
ダイオード（LD）を作製した。[0083]Example 17 As shown in FIG. 3, n-type gallium nitride obtained in Example 16
Si-doped (n = 5 × 10¹⁷ c
m^-3) GaN buffer layer 14 (thickness 2 μm), Si
(N = 5 × 10¹⁷ cm^-3) Al_0.07Ga_0.93Clad consisting of N
Layer 13 (thickness 1.0 μm), Si-doped (n = 1 × 10¹⁷ cm^-3) GaN
SCH (Separate Confinement Heterostructur)
e) Layer 12 (thickness 0.1 μm), Si-doped or undoped In_0.2
Ga_0.8N / In_0.05Ga_0.95Multiple quantum well layer 11 (thickness
30Å / 50Å × 3), Mg-doped (p = 2 × 10 ¹⁹ cm^-3) Al
_0.2Ga_0.8Overflow prevention layer 10 consisting of N (thickness 0.02
μm), Mg (p = 2 × 10¹⁹ cm^-3) Optical closure of doped GaN
Containment layer 9 (thickness 0.1 μm), Mg-doped (p = 2 × 10¹⁹ cm
^-3) Al_0.07Ga_0.93Clad layer 8 consisting of N (thickness 0.5μ
m) and Mg-doped (p = 2 × 10¹⁹ cm^-3) GaN
Contact layer 7 (thickness 0.05 μm) is formed in sequence and laser
A diode (LD) was produced.

【００８４】その後、p側にドライエッチングにより幅
４μm及び高さ0.4μmのリッジ構造を作製し、電流狭窄
を行なった。さらにリッジの上部にNi／Au電極を形成
し、p型オーミック電極６とした。裏面のGaN自立基板15
側にはTi／Al電極を全面に形成し、n型オーミック電極1
6とした。さらに両端面にTiO₂／SiO₂からなる高反射コ
ーティング膜を施した。素子長は500μmとした。After that, a ridge structure having a width of 4 μm and a height of 0.4 μm was formed on the p side by dry etching, and current confinement was performed. Further, a Ni / Au electrode was formed on the ridge to form a p-type ohmic electrode 6. Backside GaN freestanding substrate 15
On the side, a Ti / Al electrode is formed on the entire surface, and n-type ohmic electrode 1
It was set to 6. Furthermore, a highly reflective coating film made of TiO ₂ / SiO ₂ was applied to both end faces. The element length was 500 μm.

【００８５】このLD素子に通電すると、しきい値電流密
度4.5 kA／cm²、しきい値電圧5.4 Vで、室温で連続発振
した。結晶欠陥が低減されているため、素子の寿命は25
℃、30 mW駆動時において5000時間と良好であった。さ
らに本発明の自立基板を使用することにより基板の反り
が低減されているため、プロセス時の歩留まりが大幅に
改善され、85％以上の素子で良好な特性が得られた。When this LD element was energized, it continuously oscillated at room temperature with a threshold current density of 4.5 kA / cm ² and a threshold voltage of 5.4 V. Since crystal defects are reduced, the device life is 25
It was good at 5000 hours at ℃ and 30 mW drive. Further, since the warp of the substrate is reduced by using the self-supporting substrate of the present invention, the yield at the time of processing is significantly improved, and good characteristics are obtained with 85% or more of the elements.

【００８６】以上実施例により本発明を詳細に説明した
が、本発明はそれらに限定されず、本発明の技術的思想
の範囲内で種々の変更を施すことができる。例えばサフ
ァイア基板上にGaN単結晶をエピタキシャル成長させる
例について記載してきたが、本発明はこれに限定され
ず、第III族元素の窒化物の単結晶に対しても適用する
ことができる。例えばGaN以外にもAlNやInN及びこれら
の混晶や、GaNAs等のGaNを含む混晶化合物半導体もエピ
タキシャル成長させることができる。Although the present invention has been described in detail with reference to the examples above, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, although an example in which a GaN single crystal is epitaxially grown on a sapphire substrate has been described, the present invention is not limited to this and can be applied to a single crystal of a group III element nitride. For example, in addition to GaN, AlN, InN, a mixed crystal thereof, and a mixed crystal compound semiconductor containing GaN such as GNAs can be epitaxially grown.

【００８７】[0087]

【発明の効果】上記構成を有する本発明は以下の効果を
発揮する。 (1) 反りのないエピタキシャル成長GaN単結晶層を有す
る多層基板を容易に得ることが可能である。 (2) 基板の除去が容易に行えるため、クラックや傷のな
いGaN単結晶の自立基板を容易に得ることができる。 (3) 基板の除去が容易に行えるため、大口径で形の整っ
たGaN単結晶の自立基板を容易に得ることができる。 (4) サファイア基板が薄いため、GaNとの格子定数差や
熱膨張係数差に起因する歪みが少なく、欠陥密度が低
く、結晶品質の良いGaN単結晶エピタキシャル成長基板
又はGaN単結晶の自立基板を得ることができる。 (5) 欠陥密度が低く、結晶品質の良いGaN単結晶の自立
基板上に発光素子を作製することにより、高出力かつ長
寿命な発光素子を得ることができる。 (6) GaN層を熱伝導性の良い基体に貼り替えて使用する
ことにより、放熱特性の良い素子を得ることができる。The present invention having the above construction exhibits the following effects. (1) It is possible to easily obtain a multilayer substrate having a warp-free epitaxially grown GaN single crystal layer. (2) Since the substrate can be easily removed, it is possible to easily obtain a free-standing GaN single crystal substrate without cracks or scratches. (3) Since the substrate can be easily removed, it is possible to easily obtain a self-standing substrate of a GaN single crystal having a large diameter and a regular shape. (4) Since the sapphire substrate is thin, the strain caused by the difference in the lattice constant and the thermal expansion coefficient with GaN is small, the defect density is low, and the GaN single crystal epitaxial growth substrate or the GaN single crystal free-standing substrate with good crystal quality is obtained. be able to. (5) By manufacturing a light emitting device on a freestanding substrate of GaN single crystal having a low defect density and good crystal quality, a light emitting device with high output and long life can be obtained. (6) By replacing the GaN layer with a substrate having good thermal conductivity and using it, an element having excellent heat dissipation characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本発明のサファイア複合基板の一例を示す概
略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a sapphire composite substrate of the present invention.

【図２】 図１のサファイア複合基板上に窒化ガリウム
単結晶層がエピタキシャル成長した多層基板の一例を示
す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of a multilayer substrate in which a gallium nitride single crystal layer is epitaxially grown on the sapphire composite substrate of FIG.

【図３】 本発明の窒化ガリウム単結晶自立基板上に形
成した発光素子の断面構造を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a light emitting device formed on a gallium nitride single crystal free-standing substrate of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaN単結晶層 2 低温成長バッファ層 3 単結晶サファイア基板 4 接着層 5 基体 6 p型電極 7 p-GaNからなるコンタクト層 8 p-Al_0.07Ga_0.93Nからなるクラッド層 9 p-GaNからなる光閉じ込め層 10 p-Al_0.2Ga_0.8Nからなるオーバーフロー防止層 11 MQW（InGaN／InGaN）×3 12 n-GaNからなるSCH層 13 n-Al_0.07Ga_0.93Nからなるクラッド層 14 n-GaNからなるバッファ層 15 n-GaN自立基板 16 n型電極1 GaN single crystal layer 2 Low temperature growth buffer layer 3 Single crystal sapphire substrate 4 Adhesive layer 5 Base 6 p-type electrode 7 p-GaN contact layer 8 p-Al _0.07 Ga _0.93 N clad layer 9 p-GaN Optical confinement layer 10 p-Al _0.2 Ga _0.8 N overflow prevention layer 11 MQW (InGaN / InGaN) × 3 12 n-GaN SCH layer 13 n-Al _0.07 Ga _0.93 N clad layer 14 n-GaN Buffer layer 15 n-GaN free-standing substrate 16 n-type electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA03 BE15 DB05 DB08 ED05 ED06 EF02 FJ03 HA02 HA12 TA04 TB04 TB05 TK11 5F073 AA45 AA51 AA74 CB02 CB05 DA05 DA07 EA28    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4G077 AA02 AA03 BE15 DB05 DB08                       ED05 ED06 EF02 FJ03 HA02                       HA12 TA04 TB04 TB05 TK11                 5F073 AA45 AA51 AA74 CB02 CB05                       DA05 DA07 EA28

Claims (34)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 基体に単結晶サファイア基板を貼り付け
てサファイア複合基板を作製し、前記サファイア複合基
板のサファイア面上に窒化ガリウム単結晶をエピタキシ
ャル成長させることを特徴とする窒化ガリウム単結晶基
板の製造方法。1. A method for producing a gallium nitride single crystal substrate, wherein a single crystal sapphire substrate is attached to a substrate to produce a sapphire composite substrate, and a gallium nitride single crystal is epitaxially grown on the sapphire surface of the sapphire composite substrate. Method. 【請求項２】 請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基
板の製造方法において、貼り付けた単結晶サファイア基
板の表面がＣ面±５°以内の面又はＡ面±５°以内の面
であることを特徴とする方法。2. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the surface of the attached single crystal sapphire substrate is a plane within ± 5 ° of a C plane or a plane within ± 5 ° of an A plane. A method characterized by the following. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の窒化ガリウム単
結晶基板の製造方法において、貼り付けた前記単結晶サ
ファイア基板の厚さが150μm以下であることを特徴とす
る方法。3. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the single crystal sapphire substrate attached has a thickness of 150 μm or less. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、前記基体の厚さ
が150μm以上であることを特徴とする方法。4. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the substrate has a thickness of 150 μm or more. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、前記基体は4.5
〜7.3×10^-6 K^-1の線膨張係数を有する材料からなるこ
とを特徴とする方法。5. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the base is 4.5
~ 7.3 × 10 ^-6 K ^-1 A method characterized by comprising a material having a linear expansion coefficient. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、前記基体が多結
晶又は非晶質の材料からなることを特徴とする方法。6. The method for producing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the base is made of a polycrystalline or amorphous material. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、前記基体は半導
体、グラファイト、カーボン、金属、セラミックス及び
ガラスからなる群から選ばれた材料からなることを特徴
とする方法。7. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the base is made of a material selected from the group consisting of semiconductors, graphite, carbon, metals, ceramics and glass. A method characterized by the following. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、前記基体と前記
単結晶サファイア基板とを金属層又は金属酸化物層を介
して貼り合わせることを特徴とする方法。8. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the base body and the single crystal sapphire substrate are bonded together via a metal layer or a metal oxide layer. How to characterize. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、前記単結晶サフ
ァイア基板を前記基体に貼り付けた後、研磨により前記
単結晶サファイア基板の厚さを150μm以下に低減するこ
とを特徴とする方法。9. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein after the single crystal sapphire substrate is attached to the base, the thickness of the single crystal sapphire substrate is polished. Is reduced to 150 μm or less. 【請求項10】 請求項１〜９のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、窒化ガリウム単
結晶のエピタキシャル成長をMOCVD法により行うことを
特徴とする方法。10. The method for producing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the gallium nitride single crystal is epitaxially grown by a MOCVD method. 【請求項11】 請求項１〜10いずれかに記載の窒化ガリ
ウム単結晶基板の製造方法において、窒化ガリウム単結
晶をその成長温度よりも低い温度で成長させることによ
りバッファ層を形成した後で、窒化ガリウム単結晶をMO
CVD法によりエピタキシャル成長させ、前記バッファ層
の上に前記窒化ガリウム単結晶を積層させることを特徴
とする方法。11. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, after forming a buffer layer by growing the gallium nitride single crystal at a temperature lower than its growth temperature, MO gallium nitride single crystal
A method comprising epitaxially growing by a CVD method and stacking the gallium nitride single crystal on the buffer layer. 【請求項12】 請求項１〜９のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、窒化ガリウム単
結晶のエピタキシャル成長をHVPE法により行うことを特
徴とする方法。12. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the gallium nitride single crystal is epitaxially grown by an HVPE method. 【請求項13】 請求項１〜９のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶基板の製造方法において、まずMOCVD法に
より窒化ガリウム結晶を成長させ、次いで前記窒化ガリ
ウム結晶上にHVPE法により窒化ガリウム結晶を成長させ
ることにより、窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成
長を行うことを特徴とする方法。13. The method for producing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein a gallium nitride crystal is first grown by a MOCVD method, and then a gallium nitride crystal is grown on the gallium nitride crystal by an HVPE method. A method of growing gallium nitride single crystal by epitaxial growth. 【請求項14】 請求項１〜９に記載の窒化ガリウム単結
晶基板の製造方法において、まずMOCVD法により窒化ガ
リウム結晶を成長させ、成長した窒化ガリウム結晶上に
開口部を有する選択成長用のマスクを積層し、次いで前
記マスクを介して前記窒化ガリウム結晶上に窒化ガリウ
ム結晶を成長させることにより、窒化ガリウム単結晶の
エピタキシャル成長を行うことを特徴とする方法。14. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein a gallium nitride crystal is first grown by a MOCVD method, and a mask for selective growth having an opening on the grown gallium nitride crystal. And then growing a gallium nitride crystal on the gallium nitride crystal through the mask to epitaxially grow a gallium nitride single crystal. 【請求項15】 請求項14に記載の窒化ガリウム単結晶基
板の製造方法において、マスク積層後の、窒化ガリウム
単結晶のエピタキシャル成長の一部又は全部をHVPE法に
より行うことを特徴とする方法。15. The method for producing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 14, wherein a part or all of the epitaxial growth of the gallium nitride single crystal after mask lamination is performed by the HVPE method. 【請求項16】 請求項1〜９の窒化ガリウム単結晶基板
の製造方法において、まずMOCVD法により窒化ガリウム
結晶を成長させ、成長した窒化ガリウム結晶に選択成長
用のパターニング加工を施し、次いでパターニング加工
した窒化ガリウム結晶上に窒化ガリウム結晶を成長させ
ることにより、窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成
長を行うことを特徴とする方法。16. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein a gallium nitride crystal is first grown by a MOCVD method, the grown gallium nitride crystal is subjected to patterning processing for selective growth, and then the patterning processing is performed. A method for epitaxially growing a gallium nitride single crystal by growing a gallium nitride crystal on the obtained gallium nitride crystal. 【請求項17】 請求項16に記載の窒化ガリウム単結晶基
板の製造方法において、パターニング加工後の、窒化ガ
リウム単結晶のエピタキシャル成長の一部又は全部をHV
PE法により行うことを特徴とする方法。17. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal substrate according to claim 16, wherein a part or all of the epitaxial growth of the gallium nitride single crystal after patterning is performed by HV.
A method characterized by being carried out by the PE method. 【請求項18】 請求項１〜17のいずれかに記載の方法に
より得られた窒化ガリウム単結晶基板から前記基体又は
前記基体と前記単結晶サファイア基板を除去してなる窒
化ガリウム単結晶のエピタキシャル成長自立基板。18. A free-standing epitaxial growth of gallium nitride single crystal obtained by removing the substrate or the substrate and the single crystal sapphire substrate from the gallium nitride single crystal substrate obtained by the method according to claim 1. substrate. 【請求項19】 請求項18に記載の窒化ガリウム単結晶の
エピタキシャル成長自立基板上に形成されたデバイス構
造を有する素子。19. An element having a device structure formed on the epitaxially grown free-standing substrate of the gallium nitride single crystal according to claim 18. 【請求項20】 請求項18に記載の窒化ガリウム単結晶の
エピタキシャル成長自立基板を、請求項1で使用した基
体とは異なる材質の基体上に貼り付けて複合基板とし、
前記複合基板の窒化ガリウム面上に窒化ガリウム単結晶
をエピタキシャル成長させることを特徴とする窒化ガリ
ウム単結晶複合基板の製造方法。20. A gallium nitride single crystal epitaxial growth free-standing substrate according to claim 18 is stuck on a substrate made of a material different from the substrate used in claim 1 to form a composite substrate,
A method for producing a gallium nitride single crystal composite substrate, which comprises epitaxially growing a gallium nitride single crystal on a gallium nitride surface of the composite substrate. 【請求項21】 請求項20に記載の窒化ガリウム単結晶複
合基板の製造方法において、窒化ガリウム単結晶のエピ
タキシャル成長自立基板を貼りつける基体が、窒化ガリ
ウム単結晶よりも大きな熱伝導率を有する材料からなる
ことを特徴とする方法。21. The method for manufacturing a gallium nitride single crystal composite substrate according to claim 20, wherein the substrate to which the gallium nitride single crystal epitaxial growth free-standing substrate is attached is made of a material having a thermal conductivity higher than that of the gallium nitride single crystal. A method characterized by becoming. 【請求項22】 請求項21に記載の窒化ガリウム単結晶複
合基板の製造方法において、窒化ガリウム単結晶のエピ
タキシャル成長自立基板を貼りつける基体が、窒化アル
ミニウム、炭化珪素又は金属から選ばれた材質からなる
ことを特徴とする方法。22. The method for producing a gallium nitride single crystal composite substrate according to claim 21, wherein the substrate to which the gallium nitride single crystal epitaxial growth free-standing substrate is attached is made of a material selected from aluminum nitride, silicon carbide or a metal. A method characterized by the following. 【請求項23】 請求項20〜22のいずれかに記載の窒化ガ
リウム単結晶複合基板の製造方法において、前記基体と
窒化ガリウム単結晶のエピタキシャル成長自立基板を、
金属層を介して貼り合わすことを特徴とする方法。23. The method for producing a gallium nitride single crystal composite substrate according to claim 20, wherein the substrate and the gallium nitride single crystal epitaxial growth free-standing substrate are:
A method comprising laminating with a metal layer. 【請求項24】 請求項20〜23のいずれかに記載の方法に
より得られた窒化ガリウム単結晶複合基板。24. A gallium nitride single crystal composite substrate obtained by the method according to claim 20. 【請求項25】 請求項20〜23のいずれかに記載の方法に
より得られた窒化ガリウム単結晶複合基板上に形成され
たデバイス構造を有する素子。25. An element having a device structure formed on the gallium nitride single crystal composite substrate obtained by the method according to claim 20. 【請求項26】 基体上に単結晶サファイア基板を貼り付
けたサファイア複合基板。26. A sapphire composite substrate in which a single crystal sapphire substrate is attached on a base. 【請求項27】 請求項26に記載のサファイア複合基板に
おいて、貼り付けた単結晶サファイア基板の表面がＣ面
±５°以内の面又はＡ面±５°以内の面であることを特
徴とするサファイア複合基板。27. The sapphire composite substrate according to claim 26, wherein the surface of the attached single crystal sapphire substrate is a plane within ± 5 ° of a C plane or a plane within ± 5 ° of an A plane. Sapphire composite substrate. 【請求項28】 請求項26又は27に記載のサファイア複合
基板において、貼り付けた単結晶サファイア基板の厚さ
が150μm以下であることを特徴とするサファイア複合基
板。28. The sapphire composite substrate according to claim 26, wherein the single crystal sapphire substrate attached has a thickness of 150 μm or less. 【請求項29】 請求項26〜28のいずれかに記載のサファ
イア複合基板において、前記基体の厚さが150μm以上で
あることを特徴とするサファイア複合基板。29. The sapphire composite substrate according to claim 26, wherein the base has a thickness of 150 μm or more. 【請求項30】 請求項26〜29のいずれかに記載のサファ
イア複合基板において、前記基体は4.5〜7.3×10^-6 K^-1
の線膨張係数を有する材料からなることを特徴とするサ
ファイア複合基板。30. The sapphire composite substrate according to claim 26, wherein the substrate is 4.5 to 7.3 × 10 ⁻⁶ K ^−1.
A sapphire composite substrate made of a material having a linear expansion coefficient of. 【請求項31】 請求項26〜30のいずれかに記載のサファ
イア複合基板において、貼り付けた単結晶サファイア基
板の表面粗さがTTVで５μm以下であることを特徴とする
サファイア複合基板。31. The sapphire composite substrate according to claim 26, wherein the single crystal sapphire substrate attached has a surface roughness of 5 μm or less in terms of TTV. 【請求項32】 請求項26〜31のいずれかに記載のサファ
イア複合基板において、前記基体が多結晶又は非晶質の
材料からなることを特徴とするサファイア複合基板。32. The sapphire composite substrate according to claim 26, wherein the base is made of a polycrystalline or amorphous material. 【請求項33】 請求項26〜32のいずれかに記載のサファ
イア複合基板において、前記基体が半導体、グラファイ
ト、カーボン、金属、セラミックス及びガラスからなる
群から選ばれた材料からなることを特徴とするサファイ
ア複合基板。33. The sapphire composite substrate according to claim 26, wherein the base is made of a material selected from the group consisting of semiconductor, graphite, carbon, metal, ceramics and glass. Sapphire composite substrate. 【請求項34】 請求項26〜33のいずれかに記載のサファ
イア複合基板において、基体と単結晶サファイア基板は
金属層又は金属酸化物層を介して貼り合わされているこ
とを特徴とするサファイア複合基板。34. The sapphire composite substrate according to claim 26, wherein the base and the single crystal sapphire substrate are bonded together via a metal layer or a metal oxide layer. .