JP2014534941A - 特定の結晶学的特徴を有するｉｉｉ−ｖ族基板材料および作成方法 - Google Patents

特定の結晶学的特徴を有するｉｉｉ−ｖ族基板材料および作成方法 Download PDF

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Abstract

基板は、第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含み上面を有する本体を含み、本体が上面と結晶学的基準面の間で定義されるオフカット角を含み、本体がさらに約０．６?以下のオフカット角変動を含む。

Description

以下は、半導体基板の形成方法、詳細には、基板を成形する方法およびそのような基板から形成される改良装置を対象とする。
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）および窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）などの三元化合物、さらに四元化合物（ＡｌＧａＩｎＮ）などの第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含む半導体系化合物は、直接バンドギャップ半導体である。そのような材料は短波長発光の大きな可能性を有すると認識されてきており、そのため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、紫外線検出器、および高温電子機器の製造での使用に適している。
しかしながら、そのような半導体材料の開発は、そのような材料の工程、詳細には、オプトエレクトロニクスにおいて短波長発光の製造に必要な材料の高品質な単結晶形の形成、を取り巻く困難性によって阻まれてきた。ＧａＮは自然発生の化合物として見ることができず、そのため、ブール様シリコン、ガリウムヒ素、またはサファイアから融解し取り出すことができない。というのは、常圧でのその理論的融解温度がその解離温度を超えるためである。別の方法として、業界はエピタキシャル成長工程の使用によるバルクＧａＮ結晶の形成に取り組んできた。しかしながら、依然として、適切な低欠陥密度バルクＧａＮ材料の形成、および結晶性湾曲を含む他の結晶形態的相違点の存在を含む、エピタキシャルアプローチに関する問題が残っている。
拡張欠陥（貫通転位、積層欠陥、および逆位相境界）の存在は、著しく劣化した性能の原因となり、結果として装置の動作寿命の短縮をもたらす。具体的には、転位は非放射中心としてふるまい、そのため、これらの材料からなる発光ダイオードおよびレーザダイオードの発光効率が低下する。さらに、結晶配向などの他の要因が、ＧａＮ材料に形成した装置の性能に悪影響を及湾曲しうる。
添付図面を参照することにより、本開示はよりよく理解され、その多くの特徴および利点は当業者に明らかとなりうる。
図１は、実施形態による電子装置の形成に用いる半導体基板材料の形成方法を提供するフローチャートである。 図２Ａは、実施形態による半導体基板の形成中に形成される層の断面図である。 図２Ｂは、実施形態による凹状曲率を有する本体を含む半導体基板から形成された独立した基板の断面図である。 図２Ｃは、実施形態による凸状曲率を有する本体を含む半導体基板から形成された独立した基板の断面図である。 図３Ａは、一実施形態による成形工程の断面図である。 図３Ｂは、一実施形態による成形工程の断面図である。 図３Ｃは、一実施形態による成形工程の断面図である。 図４Ａは、一実施形態による成形工程の断面図である。 図４Ｂは、一実施形態による成形工程の断面図である。 図４Ｃは、一実施形態による成形工程の断面図である。 図５Ａは、本明細書の実施形態による特定の結晶特徴により特徴づけられる本体を有する独立した基板の断面図である。 図５Ｂは、本明細書の実施形態による特定の結晶特徴により特徴づけられる本体を有する独立した基板の断面図である。 図６Ａは、それぞれ従来の特徴および例示的特徴を有する基板本体の断面図である。 図６Ｂは、それぞれ従来の特徴および例示的特徴を有する基板本体の断面図である。
異なる図面における同じ参照記号の使用は、同様のまたは同一の要素を示す。
以下は、一般に、基板材料、特に電子装置の製造に用いることができる半導体材料からなる基板を対象とする。より詳細には、本明細書の実施形態の基板は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）の形成に用いてもよい。実施形態の基板は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含みうる。当然のことながら、第ＩＩＩ−Ｖ族材料という表現は、元素周期表のＩＩＩ族の少なくとも１つの元素および元素周期表のＶ族の少なくとも１つの元素を有する化合物を含む。
図１は、実施形態による、その上に電子装置を形成するのに適した半導体材料を含む半導体基板の形成方法を図示するフローチャートである。図示のように、工程は、テンプレート基板ともいわれる基板の提供によりステップ１０１で開始されうる。テンプレート基板は、その上に形成される複数の層を支持するのに適した構造であり、その上の複数の層の形成のためのヘテロエピタキシャル支持構造として機能しうる。
一実施形態において、テンプレート基板は無機材料でありうる。いくつかの適切な無機材料は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、オキシ炭化物、オキシホウ化物、オキシ窒化物、およびそれらの混合物を含みうる。場合によっては、テンプレート基板はアルミナを含みえ、より詳細には、単結晶アルミナ（すなわち、サファイア）を含んでもよい。一実施形態では、本質的にサファイアからなる基板を利用する。
工程は、基板を覆うバッファ層の形成によりステップ１０３で続きうる。一時的に図２Ａを見ると、半導体基板２００が実施形態に従い図示されている。特に、半導体基板２００は基板２０１（すなわち、テンプレート基板）および基板２０１を覆うバッファ層２０３を含みうる。とりわけ、バッファ層２０３は基板２０１の上部表面の大部分を覆い、より詳細には、バッファ層２０３は基板２０１の上部表面の大部分と直接的に接触しうる。
バッファ層２０３の形成は堆積工程を含むことができる。例えば、基板を反応チャンバに入れ、反応チャンバ内を適切な環境とした後、バッファ層を基板上に堆積することができる。一実施形態によると、適切な堆積技術は化学蒸着を含みうる。１つの特定の例において、堆積工程は有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）を含みうる。
バッファ層２０３は複数の薄膜から形成されてもよい。例えば、図２Ａに図示されるように、バッファ層２０３は、薄膜２０４および薄膜２０６を含みうる。一実施形態において、薄膜の少なくとも１つは結晶性材料を含みうる。より特定の例において、基板２０１の表面に直接的に接触する薄膜２０４はシリコンを含みえ、本質的にシリコンからなってもよい。本明細書中に記載されるように、薄膜２０４は、基板２０１と、薄膜２０４を覆う半導体層間の分離を促進しうる。
図２Ａに図示されるように、薄膜２０６は薄膜２０４を覆い、より詳細には、薄膜２０４と直接的に接触しうる。薄膜２０６は、その上に形成される後続の層のエピタキシャル形成のための適切な結晶学的特徴を有しうる。特に、一実施形態において、薄膜２０４は半導体材料を含みうる。適切な半導体材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を含みうる。１つの特定の例において、薄膜２０６は窒化物材料を含みうる。他の例において、薄膜２０６はガリウム、アルミニウム、インジウム、およびそれらの組み合わせを含みうる。さらに、１つの特定の実施形態において、薄膜２０６は窒化アルミニウムを含みえ、より詳細には、薄膜２０６は本質的に窒化アルミニウムからなりうる。
例示的構造において、バッファ層２０３は、薄膜２０４がシリコンを含み、基板２０１の主表面と直接的に接触するように形成されうる。さらに、薄膜２０６は、薄膜２０４の表面と直接的に接触し、第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含みうる。
ステップ１０３におけるバッファ層の形成後、工程は、バッファ層２０３を覆うベース層の形成によりステップ１０５で続きうる。簡潔に図２Ａを参照すると、半導体基板２００はバッファ層２０３を覆うベース層２０５を含みうる。とりわけ、ベース層２０５はバッファ層２０３の表面を覆うように形成されえ、より詳細には、ベース層がバッファ層２０３の薄膜２０６と直接的に接触しうる。
本明細書における実施形態による半導体基板の形成は、必ずしも、マスクを作製することなく、又は溝切り若しくは粗面化により基板の表面を改質することなく、又はエッチング技法を利用することなく、達成される場合があることも理解されるであろう。
実施形態によると、バッファ層２０３を適切に形成するにあたり、基板２０１およびバッファ層２０３を反応チャンバ内に配置し、エピタキシャル成長工程を実施してもよい。ベース層２０５は、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）のようなエピタキシャル成長工程を通して形成されうる。１つの特定の例において、ベース層２０５は第ＩＩＩ−Ｖ族材料からなりうる。いくつかの適切な第ＩＩＩ−Ｖ族材料は、窒化物材料を含みうる。さらに、ベース層２０５はガリウムを含んでもよい。特定の例において、ベース層２０５は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含んでもよく、より詳細には、本質的に窒化ガリウムからなってもよい。
ベース層２０５を形成する特定の方法が用いられてもよい。例えば、ベース層２０５のエピタキシャル成長は様々な成長モードで行うことができ、ベース層２０５の下方領域２０８は第１のモードで成長し、ベース層２０５の上方領域２１０は第１のモードとは異なる第２のモードで成長しうる。例えば、一実施形態において、ベース層２０５の下方領域２０８が３次元（３Ｄ）成長モードで形成されてもよいように、ベース層２０５は３Ｄ成長モードで成長したエピタキシャル層として初めに形成されうる。３Ｄ成長モードは、複数の結晶学的方向に沿ったベース層２０５材料の同時成長を含みうる。３Ｄ成長工程は、バッファ層２０３上の島状の特徴の自発的形成を含みうる。自発的に形成された島状の特徴はバッファ層２０３上に不規則に配置され、複数のファセットおよび谷を間に有する様々なメーサを定義している。
あるいは、または加えて、ベース層２０５は２次元（２Ｄ）エピタキシャル成長モードを用いて形成されうる。２Ｄ成長モードは、１つの結晶面における材料の優先的成長および他の結晶学的方向に沿った結晶材料の限定成長を特徴とする。例えば、一実施形態において、ＧａＮを含むベース層２０５の２Ｄ成長モードでの形成は、ｃ−面（０００１）におけるＧａＮの優先的成長を含む。
前述の通り、ベース層２０５は３Ｄおよび２Ｄ成長モードの組み合わせを用いて形成されうる。例えば、ベース層２０５の下方領域２０８を３Ｄ成長モードで初めに形成してもよく、そのモードでは、島機構がバッファ層２０３上に不連続な材料層として自然発生的に形成され、ランダムに配列される。しかしながら、３Ｄモード成長が続くと、層は連続的となりファセット面および実質的に不均一な厚みを示す。３Ｄ成長モードに続いて、成長パラメータを２Ｄ成長モードに変更するように変えることができ、沿面成長が進み、厚みの均一性が高まる。このように、ベース層２０５の上方領域２１０は２Ｄ成長モードを介して形成されうる。３Ｄと２Ｄ成長モードの組み合わせは、ベース層２０５の転位密度の減少およびベース層２０５上の内部歪みの変化（例えば、上昇）を促進しうる。
当然のことながら、ベース層２０５の形成は、成長モードにおいて複数の変更を含みうる。例えば、一実施形態において、ベース層は初期３Ｄ成長モード、続いて２Ｄ成長モード、さらに３Ｄ成長モードでの成長により形成されうる。
成長モード間の切り替えは、成長温度、成長速度、気相反応物および非反応物材料の圧力、反応雰囲気中の反応物および非反応物材料の比率、成長チャンバ圧力、およびそれらの組み合わせを含む特定の成長パラメータの修正によって完了してもよい。本明細書での反応物材料という表現は、アンモニアなどの窒素含有材料などの反応物材料を含む。他の反応物材料は、例えば塩化ガリウムなどの金属ハロゲン化物成分を含むハロゲン化物相成分を含みうる。非反応物材料は、例えば希ガス、不活性ガスなどを含むある種のガスを含みうる。特定の例において、非反応物材料は、窒素および／または水素のようなガスを含みうる。
特定の工程に対し、３Ｄと２Ｄ成長モード間の変更を促進するために成長温度を変更することができる。一実施形態において、成長温度の変更は３Ｄから２Ｄ成長モードに変更するための成長温度の上昇を含みうる。例えば、３Ｄから２Ｄ成長モードへの変更において、温度を少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約３５℃、または、さらに少なくとも約４０℃などの少なくとも約５℃で変更してもよい。さらに他の実施形態において、３Ｄから２Ｄ成長モードへの変更において、成長温度を約９０℃以下、約８０℃以下、約７０℃以下、または、さらに約６０℃以下などの約１００℃以下で変更することができる。当然のことながら、成長温度における変更は、上記の最小および最大値のいずれかの間の範囲内でありうる。
実施形態において、ベース層２０５の形成工程は、少なくとも毎時５０ミクロン（ミクロン／時）の成長速度で行うことができる。他の実施形態において、ベース層２０５の形成速度は、少なくとも約毎時７５ミクロン、少なくとも約毎時１００ミクロン、少なくとも約毎時１５０ミクロン、少なくとも約毎時２００ミクロン、または、さらに少なくとも約毎時２５０ミクロンなど、より大きくありうる。他の実施形態において、ベース層２０５の形成工程は、毎時７５０ミクロン以下、毎時５００ミクロン以下、または、さらに約毎時３００ミクロン以下などの約毎時１ｍｍ以下の速度で行うことができる。当然のことながら、ベース層の形成工程は、上記の最小および最大値のいずれかを越えない範囲内の速度で構成されうる。
特定の工程に対し、３Ｄと２Ｄ成長モード間の変更を促進するために成長速度を変更することができる。例えば、３Ｄから２Ｄ成長モードへの変更において、成長速度を下げることができる。とりわけ、３Ｄから２Ｄ成長への変更は、少なくとも約毎時５ミクロン（すなわち、ミクロン／時）による成長速度の変化を含みうる。さらに他の実施形態において、３Ｄから２Ｄ成長モードへの変更において、成長速度を約毎時２００ミクロン以下で変更することができる。当然のことながら、成長速度における変更は、上記の最小および最大値のいずれかの間の範囲内でありうる。当然のことながら、３Ｄから２Ｄ成長モードへ変更する際、成長速度における変更は成長速度の減少でありうる。
他の実施形態によると、３Ｄから２Ｄ成長モードへの変更工程は、少なくとも２のファクターによる成長速度の変更により生じてもよい。例えば、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードへの変更において、成長速度は少なくとも２のファクターにより減少することができる。他の実施形態において、成長速度は少なくとも約３、少なくとも約４、または、さらに少なくとも約５のファクターにより減少することができる。特定の例において、成長速度の減少は、約８のファクター以下、約７のファクター以下、または、約６のファクター以下である。
当然のことながら、成長モードの変更において、上記に特定されたファクターの１つまたはそれ以上を変更することができる。例えば、成長速度を保ったまま成長温度を変更することができる。あるいは、成長温度を維持したまま成長速度を変更することができる。そしてさらに、他の実施形態において、成長モードの変更を完了するために成長速度と成長温度の両方を変更してもよい。
ベース層２０５を適切に形成した後、ベース層２０５の平均厚さは、それ自身を支持するため、および特定の形成後成型工程の後、その上の電子装置の形成のために適切な基板表面を与えるため十分に厚くてもよい。例えば、ベース層２０５の平均厚さは、約４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、または、さらに約１．５ｍｍ以下など、約５ｍｍ以下でありうる。さらに、当然のことながら、ベース層２０５は、少なくとも０．２ｍｍ、少なくとも０．５ｍｍ、少なくとも０．８ｍｍ、または、さらに少なくとも１ｍｍなど、少なくとも約０．１ｍｍの平均厚さを有するように形成されうる。当然のことながら、ベース層２０５は、例えば０．１ｍｍから約５ｍｍの間の範囲内を含む、上記の最小および最大値のいずれかの範囲内の平均厚さを有しうる。
ベース層２０５は、特定の転位密度を有するように形成されうる。ベース層２０５の転位密度は形成中のベース層の上面で測定することができる。転位密度を測定する適切な方法は、室温で操作されるカソードルミネッセンス顕微鏡および電子ビーム１０ｋｅＶ、スポットサイズ７０でのモノクロメータなしの多色光検出、機械は日本電子株式会社から市販されているＳＥＭ ＪＳＭ−５５１０、の使用を含む。約１０８ｃｍ−２の転位密度測定に対し、倍率は４０００Ｘ、面積は概して７００μｍ２である。約１０６ｃｍ−２の転位密度測定に対し、倍率は概して５００〜１０００Ｘ、面積は概して０．１ｍｍ２である。
一実施形態によると、ベース層２０５は、ベース層２０５の上面での測定で約１×１０８転位／ｃｍ２以下の転位密度を有しうる。他の実施形態において、ベース層２０５の転位密度は、約１×１０７転位／ｃｍ２以下、約６×１０６転位／ｃｍ２以下、または、さらに約１×１０６転位／ｃｍ２以下など、より小さくありうる。さらに、ベース層２０５は、少なくとも２×１０５転位／ｃｍ２、少なくとも３×１０５転位／ｃｍ２、または、さらに少なくとも５×１０５転位／ｃｍ２など、少なくとも約１×１０５転位／ｃｍ２の転位密度を有してもよい。当然のことながら、ベース層は、上記の最小および最大値のいずれかを越えない範囲内の転位密度を有しうる。
例えば、ベース層２０５を含む半導体層の形成工程の間、基板２０１はベース層２０５から分離されてもよい。分離は、バッファ層２０３の部分、詳細には、バッファ層２０３内の薄膜の解離により促進することができる。実施形態において、バッファ層２０３はシリコンのような薄膜を含みえ、連続成長工程の間利用される高温で薄膜が熱的に解離される。熱解離は、基板２０１と複数の半導体層の間の分離を促進する。したがって、成長工程の完了において、ベース層２０５は完全に基板２０１から除かれうる。
基板２０１をベース層２０５から分離した後、独立した基板は、ベース層２０５の材料から形成される。独立した基板は、曲率または湾曲（bow）を有してもよい本体２４０を有しうる。特定の例において、本体２４０は、Ｇａ面を表す上面２４４およびＮ面を表す後面２４６を有しえ、図２Ｂに図示される本体のように、本体２４０は後面２４６の曲率に基づき凹状曲率を有しうる。他の例において、本体２４０は、Ｇａ面を表す上面２４４およびＮ面を表す後面２４６を有しえ、図２Ｃに図示される本体のように、本体２４０は後面２４６の曲率に基づき凸状曲率を有しうる。
一実施形態によると、成形は、本体の物理学的湾曲および本体の結晶学的湾曲の変化を含む。成形は、本体の上面２４４と結晶学的基準面の間の結晶方位の特定の面（例えば、オフカット角変動）が修正されるよう本体の物理学的曲率を変更する工程を含みうる。例えば、成形は、本体の湾曲を減少させる方法で、本体に力を加えることを含みうる。力は本体を圧縮または偏向するために用いられうる。１つの特定の態様において、成形工程は本体へ軸力を加えることを含みうる。軸力は、本体の直径を定義する軸平面に実質的に垂直な方向において本体に加えられうる。さらに、場合によっては、軸力は、上面により定義される面に実質的に垂直な方向において本体に加えられうる。
一実施形態によると、本体を偏向および平らにするために用いられる軸力は、本体の直径、本体の厚み、本体の物理学的湾曲の程度、およびそれらの組み合わせに依存しうる。一実施形態によると、加えられる軸力は少なくとも約１０Ｎ、少なくとも約１５Ｎ、少なくとも約２０Ｎ、または、さらに少なくとも約２５Ｎなどの少なくとも約５Ｎでありうる。他の例において、軸力は約９００Ｎ以下、約８５０Ｎ以下、または、さらに約８００Ｎ以下などの約１０００Ｎ以下でありうる。当然のことながら、成形の間に用いられる軸力は、上記で特定した最小および最大値のいずれかを含む範囲内でありうる。
特定の例において、成形の間に本体に加えられる力は、本体の中心部または周辺部に優先的に局在した軸力でありうる。優先的に力を加えることは、本体の１つの場所、部分、または領域に、本体の他の領域より大きな力を加えることを含む。より詳細には、本体の部分に優先的に力を加えることは、本体の曲率に基づきうる。すなわち、一実施形態において、軸力は、凹状曲率を有する本体の中心部において優先的に本体に加えられうる。あるいは、軸力は、凸状曲率を含む本体において、本体の周辺部に優先的に加えられてもよい。
一実施形態において、本体に加えられる力の大半が半径の半分以下により定義される本体の表面上の領域内となるように、軸力は本体の中心部に優先的に加えられてもよい。より特定の例において、中心部で加えられる力は、本体に加えられる力全体の少なくとも約６０％、力全体の少なくとも約７０％、力全体の少なくとも約８０％、力全体の少なくとも約９０％、または本体に加えられる力の本質的に全てでありうる。
他の実施形態において、成形は、本体の周辺部において本体に優先的に力を加えることを含みうる。ここで、周辺部は、上面と側面（すなわち、本体の全半径での外周）の間において半径の半分の外周から本体の端部まで延びる表面上の環状の領域により定義される。周辺部で加えられる力は、力の大半、本体に加えられる力全体の少なくとも約６０％、力全体の少なくとも約７０％、力全体の少なくとも約８０％、力全体の少なくとも約９０％、または本体に加えられる力の本質的に全てでありうる。
成形工程は、さらに本体の平らな位置への結合を含む。１つの特定の実施形態において、本体の平らな位置への結合は、本体が平らな位置につくまで本体の湾曲が変化し、その後結合により平らな位置に維持しうるように、加力と併せて用いられうる。１つの特定の実施形態において、結合は、本体に力を加え本体の物理学的湾曲および結晶学的湾曲を変化させると同時に、本体の成形プラテンへの付着を含みうる。
さらに、本体の平らな位置での結合は結合剤を含みうる。例えば、結合は、結合剤を用いた本体の成形プラテンへの接着を含みうる。結合剤は平らな位置で本体を一時的に保持するよう用いられうる。例えば、本体に力を加えると同時に、結合剤は本体を成形プラテンへ着脱可能に結合させるよう用いられうる。
結合は有機材料を含みうる。例えば、適切な有機材料は、ポリマーまたはワックス材料を含む天然または合成有機物を含みうる。
一実施形態によると、成形は加熱を含みうる。例えば、成形は、物理学的湾曲および結晶学的湾曲の変化を促進するための本体の加熱を含みうる。さらに、成形は、結合剤の使用を促進するための加熱を含みうる。一実施形態において、結合剤は、例えば、固体状態から液体状態への変化を含む結合剤における相変化を促進するのに十分な温度まで加熱されうる。さらに、より特定の実施形態において、例えば、液体状態から固体状態への結合剤の固化を含む結合剤における第二の相変化を促進するために、成形は本体および結合剤の冷却をさらに含んでもよく、それにより、平らな位置において、詳細には成形プラテンに対し、本体の結合及び維持を促進することができる。
一実施形態によると、成形は、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、または、さらに少なくとも約９０℃などの少なくとも約４０℃の温度での加熱を含みうる。さらに、他の例において、成形は、約２００℃以下、または約１００℃以下などの約３００℃以下の温度での加熱を含みうる。
あるいは、成形工程は本体の圧縮を含みうる。例えば、本体は、本体の上面と結合した上部プラテンと本体の後面と結合した下部プラテンとの間で圧縮されうる。圧縮の間、本体は上部プラテンおよび／または下部プラテンに結合剤を介して接着していてもよい。すなわち、結合剤は上面と上部プラテン、後面と下部プラテンの間の界面に塗布されうる。当然のことながら、結合剤は、プラテンと本体間の着脱可能な結合を促進する材料でありうる。本体の特徴および特性は、結合剤の使用により必ずしも変わるわけではない。
特定の例において、成形工程は本体の物理学的湾曲（ｈ）を少なくとも１０％減少させうる。湾曲は差：ｚＣ−０．２５×（ｚＳ＋ｚＮ＋ｚＥ＋ｚＷ）として測定され、式中、ｚＣは独立した基板の本体の中心に位置する点の高さであり、記号ｚＳ、ｚＮ、ｚＥ、およびｚＷは２インチ基板の中心点から２４ｍｍに位置し、中心点のまわりを規則的に９０°の間隔をあけた４つの点の高さを表す。高さはその中心において本体の表面に本質的に垂直なｚ軸に沿って測定される。湾曲の値（ｈ）は基板の直径（ｄ）と比較して非常に小さくありえ、垂直方向は基板が置かれた測定具の基準面に垂直でありうる。様々な直径の基板に対し、湾曲を測定するのに用いられる中心から離れた４つの点は、本体の中心からの半径の大きさの少なくとも約９０％、好ましくは９５％と等しく離れて位置しうる。例えば、環上の４つの点は、４インチの直径を有する基板本体上で４８ｍｍに位置する。湾曲（ｈ）、基板本体の直径（ｄ）および物理学的曲率半径（ρ）の間の関係はρ＝ｄ２／８ｈで定義されうる。
湾曲の減少は式Δ湾曲＝［（ｈ１−ｈ２）／ｈ１］により測定されえ、式中、ｈ１は成形前の本体の湾曲、ｈ２は成形後のウェハの湾曲である。他の実施形態において、本体の初期の湾曲に応じて湾曲の減少は、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％、または、さらに少なくとも約９５％など、より大きくありうる。
図３Ａ〜３Ｃは、一実施形態による成形工程の断面図である。図３Ａに図示されるように、本明細書中に記載の方法により形成された独立した基板の形をした本体３４０は、上面３４４、上面３４４に対向する後面３４６、および上面３４４と後面３４６をつなぐ側面３４８を有しうる。本体３４０は、後面３４６により定義される凸状曲率を有しうる。さらに、本体は図示の通り物理学的曲率、および内部結晶構造の曲率を有しうる。
本体３４０は、ワックスなどの結合剤３５３の層を含みうる成形プラテン３５１上に配置されうる。特定の実施形態によると、結合剤３５３および成形プラテン３５１を結合剤が液相でありうる温度まで加熱されえ、結合剤が液体であるうちに本体３４０がプラテン上の結合剤に配置される。
図３Ｂに図示されるように、アプリケータ３６１により、本体３４０、詳細には上面３４４に軸力を加えることができる。アプリケータ３６１は優先的に力、詳細には図示する方向３８０における軸力、を本体３４０の周辺領域３７０で加えることができる。特定の例において、アプリケータ３６１は、本体に対する適切な配置のため伸び縮み可能で軸力３８０を本体の所望の領域内に加えるように調節できる環状の物体でありうる。
軸力は、本体３４０を偏向させ、本体の物理学的湾曲および本体３４０の結晶性湾曲を変化させ、図３Ｃに図示されるような平らな状態となるよう加えられうる。本体３４０を図３Ｃに図示されるような平らな状態に成形するにあたり、結合剤３５３が相を液体から固体に変えるように成形プラテン３５１および結合剤３５３が冷却されうる。それにより、本体３４０の成形プラテン３５１への保持および本体３４０の平らな状態の維持が促進される。
特に、後面３４６がＩＩＩ族窒化物材料（例えば、ＧａＮ）のＮ面となるように成形工程を行いうる。エピタキシャル工程による初期の本体形成において、後面３４６により定義されるＮ面が、成形工程が本体に戻すことを目的とした所望の結晶配向を含むことから、成形工程のため、Ｎ面は成形プラテン３５１に結合した面であり基準面として使用されうる。
図４Ａ〜４Ｃは、他の実施形態による成形工程の断面図である。特に、図４Ａに図示されるように、本体４４０は、本明細書中に記載の方法により形成され、上面４４４、上面４４４に対向する後面４４６、および上面４４４と後面４４６をつなぐ側面４４８を有する、独立した基板でありうる。本体４４０は、後面４４６により定義される凹状曲率を有しうる。さらに、本体４４０は図示の通り物理学的曲率、および内部結晶構造の曲率を有しうる。
本体４４０は、ワックスなどの結合剤４５３の層を含みうる成形プラテン４５１上に配置されうる。特定の実施形態によると、結合剤４５３および成形プラテン４５１を結合剤４５３が液相でありうる温度まで加熱されえ、結合剤４５３が液体であるうちに本体４４０が成形プラテン４５１上の結合剤４５３に配置される。本体４４０を成形する工程は、アプリケータ４６１により、本体４４０、詳細には上面４４４に軸力４８０を加えることができ、アプリケータ４６１は優先的に軸力を本体４４０の中心領域４７０で加えることができることを除いては、図３Ａ〜３Ｃとともに本明細書中に記載のものと本質的に同等でありうる。
軸力は、本体４４０を偏向させ、本体４４０の物理学的湾曲および本体４４０の結晶性湾曲を変化させ、図４Ｃに図示されるような平らな状態となるよう加えられうる。本体４４０を平らな状態に成形するにあたり、結合剤４５３が相を液体から固体に変えるように成形プラテン４５１および結合剤４５３が冷却されうる。それにより、本体４４０の成形プラテン４５１への保持および本体４４０の平らな状態の維持が促進される。
特に、後面４４６がＩＩＩ族窒化物材料（例えば、ＧａＮ）のＮ面となるように図４Ａ〜４Ｃに図示される成形工程を行いうる。エピタキシャル工程による初期の本体形成において、後面４４６により定義されるＮ面が、成形工程が本体に戻すことを目的とした所望の結晶配向を含むことから、成形工程のため、Ｎ面は成形プラテン４５１に結合した面であり基準面として使用されうる。
当然のことながら、本明細書中に記載のように本体の成形後、本体は仕上げ工程を受けうる。適切な幾何学的特性を有する独立した基板本体を形成するため、仕上げは、例えば、研削、ラップ仕上げ、研磨などを含む適切な材料除去工程を含みうる。１つの特定の実施形態において、仕上げ工程は、本体が２つの仕上げ面（例えば、ラッピングヘッド、研削ヘッド、研磨ヘッドなど）の間に配置される両面工程を含みうる。両面仕上げ工程はさらに、軸方向の圧縮荷重下で仕上げ面の間で本体を圧縮してもよい。
図５Ａは、実施形態により形成された本体の断面図を含む。特に、図５Ａは、上面５４４、上面５４４に対向する後面５４６、および上面５４４と後面５４６をつなぐ側面５４８を有する独立した基板でありうる本体５４０を含む。本体５４０は、後面５４６により定義される凹状曲率を有しうる。さらに、図示のように、本体５４０は、内部結晶構造５８５が本体５４０の曲率に対して曲がった結晶性湾曲を有しうる。
しかしながら、本明細書の実施形態による成形工程を実施した後、本体は図５Ｂに図示されるように結晶構造を有しうる。特に、基板の物理学的湾曲は減少してきており、基板の結晶性湾曲もまた減少してきている。したがって、本体の５４０の面５４４および５４６にわたる特定の結晶特性の変動（例えば、オフカット角変動）が修正されてきている。とりわけ、独立した基板本体は本明細書中に記載するように、特定の幾何学的および結晶学的特徴を有しうる。
例えば、一実施形態において、本体は、ウェハの中心で上面５４４と結晶材料中の結晶学的基準面５８５の間の角として測定された特定のオフカット角（α）を有しうる。本明細書に記載の特定のパラメータを参照しやすいように、図６Ａは、従来の方法により形成された従来の基板本体の断面図であり、図６Ｂは、本明細書の実施形態により形成された基板本体の断面図である。図示されるように、図６Ａの従来の本体は重要な結晶性湾曲および皆無かそれに近い物理学的湾曲を示す。結晶性湾曲の証拠は、０．６°のオフカット角変動（２β）に対してウェハの直径にわたり−０．３°から＋０．３°まで変化するオフカット角分散（β）において最も明らかである。一方、図６Ｂに図示されるように、本明細書の実施形態により形成された基板本体は、皆無かそれに近い物理学的湾曲、結晶学的湾曲、またはオフカット角変動を示す。
一実施形態によると、本体は、約１．５°以下、約１°以下、約０．８°以下、または、さらに約０．６°以下などの約２°以下のオフカット角（α）を有しうる。さらに、オフカット角（α）は少なくとも約０．０５°、少なくとも約０．１°、少なくとも約０．２°、少なくとも約０．３°、または、さらに少なくとも約０．６°などの少なくとも約０．０１°でありうる。オフカット角は、上記の最小および最大値のいずれかを含む範囲内でありうる。
当然のことながら、オフカット角方向はまた、精密に制御されてもよい。例えば、オフカット角方向は、ｍ面［１−１００］、ａ面［１１−２０］、それらの組み合わせ、または他の方向に向かって意図的に動かしてもよい。他の実施形態において、本体はＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社の装置Ｘ’Ｐｅｒｔ Ｐｒｏを用いたＸ線回折法により測定される特定のオフカット角変動（２β）を示しうる。ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社の装置Ｘ’Ｐｅｒｔ Ｐｒｏを使用し、オフカット角（α）は、中心点および９０°間隔の、基板本体の中心から２２ｍｍ（半径の大きさの９５％）離れた４点を用いてＸ線回折により求められうる。直径に沿ったオフカット角変動（２β）はソフトウェアＸ’Ｐｅｒｔ Ｅｐｉｔａｘｙ ｖ． ４．２を用いたＸ線分析に基づき計算する。一般に、計算は、４つのωスキャン（ロッキングカーブと呼ぶこともある）の使用に基づいており、ψ＝９０°の間隔をとる。Ｙ縦座標上のω値およびＸ横座標上のψ値のグラフを表示する。４つのω０の値（４つのωスキャンに相当する４つの最大ピーク）をそれらのψ値（例えば、０°、９０°、１８０°、２７０°）に従いプロットする。そして少なくともこれら４つの点を含むグラフをシヌソイド関数にフィットさせる。関数は、式：ω＝Ａ＋α＊ｃｏｓ（Ｐｉ＊（ψ−Ｃ）／１８０）、式中、“Ａ”は定数（別に測定したω０の平均値）、“α”はオフカット値（角度）、“Ｃ”はオフカット角の相対方向を特定するψ角度である、を有する。当然のことながら、ωスキャン分析の間、検出器は静止しており、サンプルはω軸のまわりを回転する。
オフカット角変動（２β）は約０．５°以下（＋／−０．２５°）、約０．４°以下、約０．３°以下、約０．２°以下、約０．１６°以下、約０．１４°以下、または、さらに約０．１°以下、約０．０８°以下、または、さらに約０．０６°以下などの約０．６°以下（＋または−０．３°のβ）でありうる。さらに、ウェハにわたるオフカット角変動は少なくとも約０．００５°、または少なくとも約０．００８°でありうる。オフカット角変動は、上記の最小および最大値のいずれかを含む範囲内でありうる。
本体は第ＩＩＩ−Ｖ族材料、詳細には窒化物含有材料、より詳細にはガリウム含有材料を含みうる。場合によっては、本体は、ドーパント材料を含まない、本質的に窒化ガリウムからなりうる独立した窒化ガリウム基板でありうる。
本体５４０は、少なくとも約１０ミクロンの、上面５４４と後面５４６間の平均厚さを有するように形成されうる。他の例において、本体５４０の平均厚さは、少なくとも約２０ミクロン、少なくとも約３０ミクロン、少なくとも約４０ミクロン、または、さらに少なくとも約５０ミクロンなど、より大きくてもよい。さらに、本体５４０の平均厚さは、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約８００ミクロン以下、または、さらに約５００ミクロン以下、約３００ミクロン以下、約２００ミクロン以下、または、さらに約１００ミクロン以下などの約３ｍｍ以下でもよい。当然のことながら、本体５４０は、上記の最小および最大値のいずれかの間の範囲内の平均厚さを有しうる。
一実施形態によると、結晶学的基準面はａ面、ｍ面、またはｃ面でありうる。より詳細には、結晶学的基準面はａ面またはｍ面の方に傾いているｃ面でありうる。当然のことながら、結晶学的基準面は、例えば、これに限定されるものではないが、ｃおよび−ｃ面（０００２）および（０００−２）、ｍ面群｛１−１００｝、ａ面群｛１１−２０｝などの無極性面、または｛１１−２２｝、｛１０−１２｝、｛３０−３１｝、｛２０−２１｝または｛３０−３−１｝などの半極性面を含む様々な特定の面を有しうる。
本実施形態による特定の独立した本体は、特定の物理学的湾曲を有しうる。湾曲は、基板の表面に最も良く適合した最少二乗として定義された面からの表面の最大偏差として測定されうる。すなわち、例えば本体５４０の曲率は、実質上、皆無かそれに近い湾曲を示す著しく低いものでありうる。一実施形態によると、本体５４０は少なくとも約１．５ｍの曲率半径に相当する湾曲を有しうる。他の場合では、本体２８５の湾曲は少なくとも約１．８ｍ、少なくとも約２ｍ、少なくとも約２．５ｍ、少なくとも約３ｍ、少なくとも約５ｍ、少なくとも約１０ｍ、少なくとも約５０ｍ、少なくとも約１００ｍ、または、さらに少なくとも約２００ｍの曲率半径に相当しうる。
さらに、本明細書の実施形態の工程により形成された本体は特定の全厚さ変動（ＴＴＶ）を有しうる。例えば、ＴＴＶは、約２０μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、または、さらに約２μｍ以下などの約５０μｍ以下でありうる。ＴＴＶはシグマテック株式会社の標準的な計測器により測定されうる。さらに、場合によっては、ＴＴＶは、少なくとも約１０μｍ、または少なくとも約１５μｍなどの少なくとも約５μｍでありうる。当然のことながら、本体５４０は、上記の最小および最大値のいずれかの間の範囲内のＴＴＶを有しうる。
一般に、本体５４０は特定の直径を定義する円盤形状を有しうる。例えば、本体の直径は、少なくとも約２インチ（５．１ｃｍ）、少なくとも約３インチ（７．６ｃｍ）、少なくとも約１０ｃｍ（約４インチ）、少なくとも約１５ｃｍ（約６インチ）、少なくとも約２０ｃｍ（約８インチ）、またはさらに少なくとも約３０ｃｍ（約１２インチ）でありうる。
本実施形態の１つの特定の態様において、本体５４０は、１００×１００μｍ２の面積に対し、約１ミクロン以下、約０．１ミクロン以下、約０．０５ミクロン以下、約０．０１ミクロン以下、約０．００１ミクロン（１ｎｍ）以下、または、さらに約０．０００１ミクロン（０．１ｎｍ）以下の上面５４４および／または後面５４６の平均表面粗さ（Ｒａ）を有しうる。
特に、半導体基板２８０の本体２８５は特定の結晶性湾曲を有するように形成されうる。特に、物理学的湾曲が計測学により直接的に測定されうる一方、結晶性湾曲はＸ線回折による結晶性曲率半径の測定によって得られうる。物理学的湾曲および結晶性湾曲は同じであり、そして、たいていは仕上げ工程次第で大きく異なりうる。
結晶性湾曲は、完全に平面の結晶形態からの偏差として、半導体基板の本体内の結晶性材料の曲率として測定される。結晶の測定は、Paul F. Fewsterの著書"X-ray scattering from semiconductors"の章４．３．５で開示されるＸ線回折の以下の方法により、曲率半径ρ＝（ｘ１−ｘ２）／（ω１−ω２）、式中、“ρ”は曲率半径、“ｘ”はサンプル上の位置、および“ω”はこの位置でのωスキャンにおける回折ピークの最大値の角度位置である、を導く式４．１２に基づき行われる。すなわち、例えば、本体２８５の曲率は、実質上、皆無かそれに近い湾曲を示す著しく低いものでありうる。一実施形態によると、本体２８５は約２００ミクロン以下の結晶性湾曲を有しうる。他の例において、湾曲は約１００ミクロン以下、約７５ミクロン以下、約５０ミクロン以下、約２５ミクロン以下、約１０ミクロン以下、または、さらに約２ミクロン以下など、より小さくありうる。曲率半径ρは、ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社の装置Ｘ’Ｐｅｒｔ Ｐｒｏを使用したＸ線回折法により求められうる。２インチの直径のウェハに対し、曲率半径（ρ）は、直径に沿った４０ｍｍの範囲にわたる９ωスキャンピーク位置から求められる。
他の実施形態によると、独立した基板の製造ロットは、本明細書の実施形態の方法を用いて形成されうる。とりわけ、製造ロットは互いに対して連続して形成される、必ずしも基板のより大きなキャッシュから無作為に選ばれるわけではない少なくとも２０の基板を含みえ、それらは同じ工程を用いて形成され同じ幾何学的および結晶特性を有することを目的とした。特定の実施形態に対し、基板のそれぞれが本明細書中に記載のそれらの特性を有する、少なくとも２０の基板の製造ロットが形成されうる。
その上、全体として製造ロットは特定の特性を有しうる。例えば、基板の製造ロットは、約１°以下のオフカット角のロット標準偏差を有しうる。オフカット角のロット標準偏差は、製造ロット中の基板のそれぞれに対する平均オフカット角（α）に基づいた標準偏差でありうる。すなわち、全ての基板に対し、平均オフカット角（α）が計算され、各基板の中心で２０の基板のそれぞれに対し計算された平均オフカット角から標準偏差が計算される。他の実施形態において、製造ロットが約０．０５°以下、約０．０３°以下、約０．０２°以下、約０．０１°以下、約０．００５°以下、または約０．００１°以下のオフカット角のロット標準偏差（ＳＴα）を有する。さらに、場合によっては、オフカット角のロット標準偏差は少なくとも約０．０００１°、または少なくとも約０．０００５°でありうる。当然のことながら、オフカット角のロット標準偏差は、上記の最小および最大値のいずれかの間の範囲内でありうる。
基板の製造ロットはまた、オフカット角変動の標準偏差（ＳＴ２β）を有しうる。製造ロットに対するオフカット角変動の標準偏差（ＳＴ２β）は、製造ロット中の２０の基板のそれぞれに対する平均オフカット角変動（２β）の標準偏差である。すなわち、全ての基板に対し、オフカット角変動（２β）が計算されえ、２０の基板のそれぞれに対する平均オフカット角変動（２β）から、平均オフカット角変動の標準偏差（ＳＴ２β）が製造ロット全体に対して計算されうる。一実施形態において、製造ロットが約０．１°以下、約０．０９°以下、約０．０５°以下、約０．０３°以下、約０．０１°以下、約０．００８°以下、約０．００５°以下、または約０．００１°以下のオフカット角変動のロット標準偏差を有しうる。さらに、場合によっては、製造ロットに対するオフカット角変動の標準偏差は少なくとも約０．０００１°、または少なくとも約０．０００５°でありうる。当然のことながら、製造ロットのオフカット角変動は、上記の最小および最大値のいずれかの間の範囲内でありうる。
インジウム（Ｉｎ）などのある種の半導体材料（例えば、ＧａＮ）への取り込みはオフカット角（α）によって変化しうることが留意されている。実際、オフカット角が大きくなるにつれ、インジウムの取り込み効率が下がりうる。発光ダイオードおよびレーザダイオードの構造（ＬＥＤおよびＬＤ）において、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ合金中のインジウムの組成が発光波長を決定する。業界標準によると、波長変動範囲はウェハにわたり２ｎｍを超えるべきではなく、標準偏差は１ｎｍ未満であるべきである。サファイア基板に関し報告された結果によると、オフカット角における０．５°は青色ＬＥＤの製造を許容しない１０ｎｍのＬＥＤ波長変化を引き起こす。したがって、全ウェハ上において２ｎｍ以内のＬＥＤ発光波長範囲を制御するために、ウェハにわたるオフカット角変動は基板サイズとは無関係で０．６°（＋／−０．３°）未満に制御される。
本明細書の実施形態は最新式からの脱却を表すものである。あるバルクＧａＮ基板を形成してきたが、そのような工程は概して、すぐに仕上げの操作が続く独立したＧａＮ基板の形成を含む。さらに、ＧａＮ基板の物理学的湾曲が認められてきた一方で、基板の結晶性湾曲、詳細には基板の直径にわたるオフカット角変動は効果的に対処されてこなかった。本願は、特定のパラメータを有する成形工程を含む特徴の特定の組み合わせを用いた半導体基板を形成する特定の工程を開示する。形成工程は、これに限定されるものではないが、オフカット角、オフカット角変動、湾曲、結晶性湾曲、ＴＴＶ、厚さ、直径、表面粗さ、結晶配向などを含む特徴の特定の組み合わせを持つ本体を有する独立したＩＩＩ−Ｖ族基板の製造を促進する。さらに、本明細書の実施形態の工程は、例えば、オフカット角偏差およびオフカット角変動のロット標準偏差を含む、改良された寸法および結晶特性を有する基板の製造ロットの形成において有用であると証明されてきた。
多くの異なる態様および実施形態が可能である。それらの態様および実施形態のいくつかは本明細書中に記載されている。この明細書を読めば、当業者はそれらの態様および実施形態が一例にすぎず、本発明の範囲を限定しないことを理解されるであろう。さらに当業者は、アナログ回路を含むいくつかの実施形態をデジタル回路を用いても同じように実施でき、逆もまた同じであることを理解されるだろう。実施形態は、以下に記載の項目の１つまたはそれ以上のいずれかにしたがってもよい。
項１．第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含み上面を有する本体を含み、本体が上面と結晶学的基準面の間で定義されるオフカット角（α）を含み、本体がさらに約０．６°以下のオフカット角変動（２β）を含む、基板。
項２．オフカット角（α）が約２°以下、約１．５°以下、約１°以下、約０．８°以下、約０．６°以下、約０．４°以下、または約０．２°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の基板。
項３．オフカット角（α）が少なくとも約０．１°、少なくとも約０．２°、少なくとも約０．３°、または、さらに少なくとも約０．６°であることを特徴とする、請求項１に記載の基板。
項４．オフカット角変動（２β）が約０．５°以下（＋／−０．２５°）、約０．４°以下、約０．３°以下、約０．２°以下、約０．１６°以下、約０．１４°以下、または、さらに約０．１°以下、約０．０８°以下、または、さらに約０．０６°以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板。
項５．オフカット角変動（２β）が少なくとも約０．００５°、または少なくとも約０．００８°であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板。
項６．本体が窒素を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板。
項７．本体がガリウムを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板。
項８．本体が窒化ガリウムを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板。
項９．本体が本質的に窒化ガリウムからなることを特徴とする、請求項８に記載の基板。
項１０．本体が約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約８００ミクロン以下、約５００ミクロン以下、約４００ミクロン以下、約３００ミクロン以下、約２００ミクロン以下、または、約１００ミクロン以下の平均厚さを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板。
項１１．上面がＧａＮ結晶のＧａ面を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板。
項１２．結晶学的基準面がａ面、ｍ面、ｒ面、ｃ面、および半極性面を含む面からなる群から選ばれる面を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板。
項１３．結晶学的基準面がｃ面であることを特徴とする、請求項１２に記載の基板。
項１４．結晶学的基準面がａ面、ｒ面、ｍ面、およびｃ面を含む面からなる群から選ばれる結晶学的面の方に傾いていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板。
項１５．本体が少なくとも約１．５ｍ、少なくとも約１．８ｍ、少なくとも約２ｍ、少なくとも約２．５ｍ、少なくとも約３ｍ、少なくとも約５ｍ、少なくとも約１０ｍ、少なくとも約５０ｍ、少なくとも約１００ｍ、または、さらに少なくとも約２００ｍの曲率半径を定義する湾曲を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の基板。
項１６．本体が上面に対向する後面を含むことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の基板。
項１７．後面がＧａＮ結晶のＮ面を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の基板。
項１８．本体が約５μｍ以下の平行性を有することを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の基板。
項１９．本体が少なくとも約５．１ｃｍ、少なくとも約７．６ｃｍ、または少なくとも約１０ｃｍの直径を有することを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の基板。
項２０．本体が約１ミクロン以下、約０．１ミクロン以下、約０．０５ミクロン以下、約０．００１ミクロン以下、または、さらに約０．１ｎｍ以下の平均表面粗さを有することを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の基板。
項２１．上面が約１×１０８ｃｍ−２以下、約５×１０７ｃｍ−２以下、約１×１０７ｃｍ−２以下、約５×１０６ｃｍ−２以下、または約１×１０６ｃｍ−２以下の欠陥密度を有することを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の基板。
項２２．少なくとも２０の基板を含む基板の製造ロットであって、ロット中の基板のそれぞれが、第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含み上面を有する本体を含み、本体が上面と結晶学的基準面の間で定義されるオフカット角（α）を含み、本体がさらに約０．６°以下のオフカット角変動（２β）を含む、製造ロット。
項２３．製造ロット中の基板のそれぞれの本体が窒素を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の基板の製造ロット。
項２４．製造ロット中の基板のそれぞれの本体がガリウムを含むことを特徴とする、請求項２２または２３に記載の基板の製造ロット。
項２５．製造ロット中の基板のそれぞれの本体が窒化ガリウムを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の基板の製造ロット。
項２６．製造ロット中の基板のそれぞれの本体の上面がＧａＮ結晶のＧａ面を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の基板の製造ロット。
項２７．結晶学的基準面がｃ面であることを特徴とする、請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項２８．製造ロット中の基板のそれぞれの本体が少なくとも約１．５ｍ、少なくとも約１．８ｍ、少なくとも約２ｍ、少なくとも約２．５ｍ、少なくとも約３ｍ、少なくとも約５ｍ、少なくとも約１０ｍ、少なくとも約５０ｍ、少なくとも約１００ｍ、または、さらに少なくとも約２００ｍの曲率半径を定義する湾曲を有することを特徴とする、請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項２９．製造ロット中の基板のそれぞれの本体が約３μｍ以下の全厚さ変動（ＴＴＶ）を有することを特徴とする、請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項３０．製造ロット中の基板のそれぞれの本体が少なくとも約５．１ｃｍ、または少なくとも約７．６ｃｍの直径を有することを特徴とする、請求項２２〜２９のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項３１．オフカット角変動（２β）が約０．５°以下（＋／−０．２５°）、約０．４°以下、約０．３°以下、約０．２°以下、約０．１６°以下、約０．１４°以下、または、さらに約０．１°以下、約０．０８°以下、または、さらに約０．０６°以下であることを特徴とする、請求項２２〜３０のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項３２．オフカット角変動（２β）が少なくとも約０．００５°、または少なくとも約０．００８°であることを特徴とする、請求項２２〜３１のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項３３．オフカット角（α）が約２°以下、約１．５°以下、約１°以下、約０．８°以下、または約０．６°以下であることを特徴とする、請求項２２〜３２のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項３４．オフカット角（α）が少なくとも約０．１°、少なくとも約０．２°、少なくとも約０．３°、または、さらに少なくとも約０．６°であることを特徴とする、請求項２２〜３３のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項３５．製造ロットが約０．０５°以下、約０．０３°以下、約０．０２°以下、約０．０１°以下、約０．００５°以下、または約０．００１°以下、および少なくとも約０．０００１°、または少なくとも約０．０００５°のオフカット角のロット標準偏差（ＳＴα）を有することを特徴とする、請求項２２〜３４のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項３６．製造ロットがロット中の基板全ての間で約０．１°以下、約０．０９°以下、約０．０５°以下、約０．０３°以下、約０．０１°以下、約０．００８°以下、約０．００５°以下、または約０．００１°以下、および少なくとも約０．０００１°、または少なくとも約０．０００５°のオフカット角変動の標準偏差（ＳＴ２β）を有することを特徴とする、請求項２２〜３５のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
項３７．上面および上面に対向する後面を有し、第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含む本体を提供し、本体の物理学的湾曲および本体の結晶学的湾曲を変化させるように本体を成形する、基板の形成方法。
項３８．成形が本体へ軸力を加えることを含むことを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
項３９．軸力が上面により定義される面に垂直な方向において加えられることを特徴とする、請求項３８に記載の方法。
項４０．軸力がウェハを平らにするのに十分であることを特徴とする、請求項３８または３９に記載の方法。
項４１．軸力が約１０００Ｎ以下であることを特徴とする、請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
項４２．軸力が本体の中心部または周辺部の１つに優先的に加えられることを特徴とする、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の方法。
項４３．軸力が本体の中心部または周辺部の１つに、本体の曲率に応じて優先的に加えられることを特徴とする、請求項３８〜４２のいずれか一項に記載の方法。
項４４．成形がさらに本体の平らな位置への結合を含むことを特徴とする、請求項３７〜４３のいずれか一項に記載の方法。
項４５．結合が、物理学的湾曲および結晶学的湾曲を変化させるように本体に力を加えると同時に、本体の成形プラテンへの付着を含むことを特徴とする、請求項４４に記載の方法。
項４６．結合が結合剤を用いた本体の成形プラテンへの接着を含むことを特徴とする、請求項４４または４５に記載の方法。
項４７．結合剤が有機材料を含むことを特徴とする、請求項４６に記載の方法。
項４８．結合剤がワックスを含むことを特徴とする、請求項４７に記載の方法。
項４９．成形が、結合剤を液相に変化させるのに十分な温度までの本体および結合剤の加熱を含むことを特徴とする、請求項３７〜４８のいずれか一項に記載の方法。
項５０．成形がさらに、結合剤を固相へと固め本体をプラテンに結合するよう加熱した後に本体の冷却を含むことを特徴とする、請求項４９に記載の方法。
項５１．成形が、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、または、少なくとも約９０℃の温度での本体の加熱を含むことを特徴とする、請求項３７〜５０のいずれか一項に記載の方法。
項５２．成形が本体の圧縮を含むことを特徴とする、請求項３７〜５１のいずれか一項に記載の方法。
項５３．本体の圧縮が、上面と結合した上部プラテンと後面と結合した下部プラテンとの間で本体を押し付けることを含むことを特徴とする、請求項３７〜５２のいずれか一項に記載の方法。
項５４．成形が、本体の圧縮中に本体の下部プラテンへの接着を含むことを特徴とする、請求項５３に記載の方法。
項５５．接着が本体の下部プラテンへの着脱可能な結合を含むことを特徴とする、請求項５４に記載の方法。
項５６．接着が本体の後面への接着剤の配置を含むことを特徴とする、請求項５４または５５に記載の方法。
項５７．成形が、式Δ湾曲＝［（ｈ１−ｈ２）／ｈ１］、式中、ｈ１は成形前の本体の湾曲、ｈ２は成形後のウェハの湾曲である、に基づいた、少なくとも約１０％の湾曲の減少を含むことを特徴とする、請求項３７〜５６のいずれか一項に記載の方法。
項５８．成形後、本体が上面と結晶学的基準面の間で定義されるオフカット角を含むことを特徴とする、請求項３７〜５７のいずれか一項に記載の方法。
項５９．成形後、オフカット角（α）が約２°以下、約１．５°以下、約１°以下、約０．８°以下、または約０．６°以下であることを特徴とする、請求項５８に記載の方法。
項６０．成形後、本体が約０．５°以下（＋／−０．２５°）、約０．４°以下、約０．３°以下、約０．２°以下、約０．１６°以下、約０．１４°以下、または、さらに約０．１°以下、約０．０８°以下、または、さらに約０．０６°以下であるオフカット角変動（２β）を有することを特徴とする、請求項５８または５９に記載の方法。
項６１．本体を第ＩＩＩ−Ｖ族材料のエピタキシャル成長を介して形成することをさらに含む、請求項３７〜６０のいずれか一項に記載の方法。
項６２．本体の形成が基板上での第ＩＩＩ−Ｖ族材料のヘテロエピタキシャル成長を含むことを特徴とする、請求項６１に記載の方法。
明確にするため別々の実施形態に照らして本明細中に記載されたある特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供してもよい。反対に、簡潔にするため単一の実施形態に照らして記載された様々な特徴は、別々に、または任意で部分的に組み合わせて提供してもよい。さらに、範囲で述べた値の表現は、その範囲内のそれぞれまたは全ての値を含むものとする。
特定の実施形態に関して、利益、他の利点、および問題の解決策を上に記載してきた。しかしながら、利益、利点、問題の解決策、および何らかの利益、利点、または解決策を生じさせる、またはより明白なものにしうるどのような特徴も、いずれかまたは全ての請求項の重要な、必要な、または本質的な特徴として解釈されない。
上記において、特定の実施形態およびある構成要素の接続についての表現が例示されている。当然のことながら、本明細書中で論じた方法を実行すると分かるように、結合する、または接続する構成要素の表現は、前記構成要素間の直接的接続、あるいは１つ以上の介在する構成要素を介した間接的接続を開示することを意図している。したがって、上述の要旨は例示と考えられ、制限的ではなく、添付された請求項は、本発明の真の範囲内に含まれる全てのそのような変更、強調、および他の実施形態を網羅することを意図している。したがって、法律が許す最大限の範囲で、本発明の範囲は、以下の請求項およびその等価物の許容できる最も広い解釈によって決定され、上述の発明を実施するための形態により制限または限定されるべきものではない。
本開示の要約は、特許法に適合するように提供され、請求項の範囲または意図を解釈または限定するように使用されないであろうという理解の下で提示されている。さらに、上述の発明を実施するための形態においては、本開示を合理化するという目的のために、様々な特徴がグループ化されていても、単一の実施形態において記載されていてもよい。この開示は、クレームされた実施形態が、各請求項において明確に列挙されているよりも多くの特徴を要求するという意図を反映するものとして解釈されない。むしろ、以下の請求項が反映するように、発明の要旨は、開示された実施形態いずれかの全ての特徴に満たないものを対象としてもよい。したがって、以下の請求項は、各請求項がそのままで個別にクレームされた要旨を定義する状態で、発明を実施するための形態に組み込まれている。

Claims (62)

  1. 第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含み上面を有する本体を含み、
    前記本体が前記上面と結晶学的基準面の間で定義されるオフカット角（α）を含み、前記本体がさらに約０．６°以下のオフカット角変動（２β）を含む、基板。
  2. 前記オフカット角（α）が約２°以下、約１．５°以下、約１°以下、約０．８°以下、約０．６°以下、約０．４°以下、または約０．２°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の基板。
  3. 前記オフカット角（α）が少なくとも約０．１°、少なくとも約０．２°、少なくとも約０．３°、または、さらに少なくとも約０．６°であることを特徴とする、請求項１に記載の基板。
  4. 前記オフカット角変動（２β）が約０．５°以下（＋／−０．２５°）、約０．４°以下、約０．３°以下、約０．２°以下、約０．１６°以下、約０．１４°以下、または、さらに約０．１°以下、約０．０８°以下、または、さらに約０．０６°以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板。
  5. 前記オフカット角変動（２β）が少なくとも約０．００５°、または少なくとも約０．００８°であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板。
  6. 前記本体が窒素を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板。
  7. 前記本体がガリウムを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板。
  8. 前記本体が窒化ガリウムを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板。
  9. 前記本体が本質的に窒化ガリウムからなることを特徴とする、請求項８に記載の基板。
  10. 前記本体が約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約８００ミクロン以下、約５００ミクロン以下、約４００ミクロン以下、約３００ミクロン以下、約２００ミクロン以下、または、約１００ミクロン以下の平均厚さを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板。
  11. 前記上面がＧａＮ結晶のＧａ面を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板。
  12. 前記結晶学的基準面がａ面、ｍ面、ｒ面、ｃ面、および半極性面を含む面からなる群から選ばれる面を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板。
  13. 前記結晶学的基準面がｃ面であることを特徴とする、請求項１２に記載の基板。
  14. 前記結晶学的基準面がａ面、ｒ面、ｍ面、およびｃ面を含む面からなる群から選ばれる結晶学的面の方に傾いていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板。
  15. 前記本体が少なくとも約１．５ｍ、少なくとも約１．８ｍ、少なくとも約２ｍ、少なくとも約２．５ｍ、少なくとも約３ｍ、少なくとも約５ｍ、少なくとも約１０ｍ、少なくとも約５０ｍ、少なくとも約１００ｍ、または、さらに少なくとも約２００ｍの曲率半径を定義する湾曲を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の基板。
  16. 前記本体が前記上面に対向する後面を含むことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の基板。
  17. 前記後面がＧａＮ結晶のＮ面を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の基板。
  18. 前記本体が約５μｍ以下の平行性を有することを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の基板。
  19. 前記本体が少なくとも約５．１ｃｍ、少なくとも約７．６ｃｍ、または少なくとも約１０ｃｍの直径を有することを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の基板。
  20. 前記本体が約１ミクロン以下、約０．１ミクロン以下、約０．０５ミクロン以下、約０．００１ミクロン以下、または、さらに約０．１ｎｍ以下の平均表面粗さを有することを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の基板。
  21. 前記上面が約１×１０８ｃｍ−２以下、約５×１０７ｃｍ−２以下、約１×１０７ｃｍ−２以下、約５×１０６ｃｍ−２以下、または約１×１０６ｃｍ−２以下の欠陥密度を有することを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の基板。
  22. 少なくとも２０の基板を含む基板の製造ロットであって、
    前記ロット中の前記基板のそれぞれが、第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含み上面を有する本体を含み、前記本体が前記上面と結晶学的基準面の間で定義されるオフカット角（α）を含み、前記本体がさらに約０．６°以下のオフカット角変動（２β）を含む、製造ロット。
  23. 前記製造ロット中の前記基板のそれぞれの前記本体が窒素を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の基板の製造ロット。
  24. 前記製造ロット中の前記基板のそれぞれの前記本体がガリウムを含むことを特徴とする、請求項２２または２３に記載の基板の製造ロット。
  25. 前記製造ロット中の前記基板のそれぞれの前記本体が窒化ガリウムを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の基板の製造ロット。
  26. 前記製造ロット中の前記基板のそれぞれの前記本体の前記上面がＧａＮ結晶のＧａ面を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の基板の製造ロット。
  27. 前記結晶学的基準面がｃ面であることを特徴とする、請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  28. 前記製造ロット中の前記基板のそれぞれの前記本体が少なくとも約１．５ｍ、少なくとも約１．８ｍ、少なくとも約２ｍ、少なくとも約２．５ｍ、少なくとも約３ｍ、少なくとも約５ｍ、少なくとも約１０ｍ、少なくとも約５０ｍ、少なくとも約１００ｍ、または、さらに少なくとも約２００ｍの曲率半径を定義する湾曲を有することを特徴とする、請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  29. 前記製造ロット中の前記基板のそれぞれの前記本体が約３μｍ以下の全厚さ変動（ＴＴＶ）を有することを特徴とする、請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  30. 前記製造ロット中の前記基板のそれぞれの前記本体が少なくとも約５．１ｃｍ、または少なくとも約７．６ｃｍの直径を有することを特徴とする、請求項２２〜２９のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  31. 前記オフカット角変動（２β）が約０．５°以下（＋／−０．２５°）、約０．４°以下、約０．３°以下、約０．２°以下、約０．１６°以下、約０．１４°以下、または、さらに約０．１°以下、約０．０８°以下、または、さらに約０．０６°以下であることを特徴とする、請求項２２〜３０のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  32. 前記オフカット角変動（２β）が少なくとも約０．００５°、または少なくとも約０．００８°であることを特徴とする、請求項２２〜３１のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  33. 前記オフカット角（α）が約２°以下、約１．５°以下、約１°以下、約０．８°以下、または約０．６°以下であることを特徴とする、請求項２２〜３２のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  34. 前記オフカット角（α）が少なくとも約０．１°、少なくとも約０．２°、少なくとも約０．３°、または、さらに少なくとも約０．６°であることを特徴とする、請求項２２〜３３のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  35. 前記製造ロットが約０．０５°以下、約０．０３°以下、約０．０２°以下、約０．０１°以下、約０．００５°以下、または約０．００１°以下、および少なくとも約０．０００１°、または少なくとも約０．０００５°のオフカット角のロット標準偏差（ＳＴα）を有することを特徴とする、請求項２２〜３４のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  36. 前記製造ロットが前記ロット中の前記基板全ての間で約０．１°以下、約０．０９°以下、約０．０５°以下、約０．０３°以下、約０．０１°以下、約０．００８°以下、約０．００５°以下、または約０．００１°以下、および少なくとも約０．０００１°、または少なくとも約０．０００５°のオフカット角変動の標準偏差（ＳＴ２β）を有することを特徴とする、請求項２２〜３５のいずれか一項に記載の基板の製造ロット。
  37. 上面および前記上面に対向する後面を有し、第ＩＩＩ−Ｖ族材料を含む本体を提供し、
    前記本体の物理学的湾曲および前記本体の結晶学的湾曲を変化させるように前記本体を成形する、基板の形成方法。
  38. 成形が前記本体へ軸力を加えることを含むことを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
  39. 前記軸力が前記上面により定義される面に垂直な方向において加えられることを特徴とする、請求項３８に記載の方法。
  40. 前記軸力がウェハを平らにするのに十分であることを特徴とする、請求項３８または３９に記載の方法。
  41. 前記軸力が約１０００Ｎ以下であることを特徴とする、請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
  42. 前記軸力が前記本体の中心部または周辺部の１つに優先的に加えられることを特徴とする、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の方法。
  43. 前記軸力が前記本体の中心部または周辺部の１つに、前記本体の曲率に応じて優先的に加えられることを特徴とする、請求項３８〜４２のいずれか一項に記載の方法。
  44. 成形がさらに前記本体の平らな位置への結合を含むことを特徴とする、請求項３７〜４３のいずれか一項に記載の方法。
  45. 結合が、前記物理学的湾曲および結晶学的湾曲を変化させるように前記本体に力を加えると同時に、前記本体の成形プラテンへの付着を含むことを特徴とする、請求項４４に記載の方法。
  46. 結合が結合剤を用いた前記本体の成形プラテンへの接着を含むことを特徴とする、請求項４４または４５に記載の方法。
  47. 前記結合剤が有機材料を含むことを特徴とする、請求項４６に記載の方法。
  48. 前記結合剤がワックスを含むことを特徴とする、請求項４７に記載の方法。
  49. 成形が、前記結合剤を液相に変化させるのに十分な温度までの前記本体および結合剤の加熱を含むことを特徴とする、請求項３７〜４８のいずれか一項に記載の方法。
  50. 成形がさらに、前記結合剤を固相へと固め前記本体を前記プラテンに結合するよう加熱した後に前記本体の冷却を含むことを特徴とする、請求項４９に記載の方法。
  51. 成形が、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、または、少なくとも約９０℃の温度での前記本体の加熱を含むことを特徴とする、請求項３７〜５０のいずれか一項に記載の方法。
  52. 成形が前記本体の圧縮を含むことを特徴とする、請求項３７〜５１のいずれか一項に記載の方法。
  53. 前記本体の圧縮が、上面と結合した上部プラテンと前記後面と結合した下部プラテンとの間で前記本体を押し付けることを含むことを特徴とする、請求項３７〜５２のいずれか一項に記載の方法。
  54. 成形が、前記本体の圧縮中に前記本体の下部プラテンへの接着を含むことを特徴とする、請求項５３に記載の方法。
  55. 接着が前記本体の前記下部プラテンへの着脱可能な結合を含むことを特徴とする、請求項５４に記載の方法。
  56. 接着が前記本体の前記後面への接着剤の配置を含むことを特徴とする、請求項５４または５５に記載の方法。
  57. 成形が、式Δ湾曲＝［（ｈ１−ｈ２）／ｈ１］、式中、ｈ１は成形前の前記本体の湾曲、ｈ２は成形後の前記ウェハの湾曲である、に基づいた、少なくとも約１０％の前記湾曲の減少を含むことを特徴とする、請求項３７〜５６のいずれか一項に記載の方法。
  58. 成形後、前記本体が前記上面と結晶学的基準面の間で定義されるオフカット角を含むことを特徴とする、請求項３７〜５７のいずれか一項に記載の方法。
  59. 成形後、前記オフカット角（α）が約２°以下、約１．５°以下、約１°以下、約０．８°以下、または約０．６°以下であることを特徴とする、請求項５８に記載の方法。
  60. 成形後、前記本体が約０．５°以下（＋／−０．２５°）、約０．４°以下、約０．３°以下、約０．２°以下、約０．１６°以下、約０．１４°以下、または、さらに約０．１°以下、約０．０８°以下、または、さらに約０．０６°以下であるオフカット角変動（２β）を有することを特徴とする、請求項５８または５９に記載の方法。
  61. 前記本体を前記第ＩＩＩ−Ｖ族材料のエピタキシャル成長を介して形成することをさらに含む、請求項３７〜６０のいずれか一項に記載の方法。
  62. 前記本体の形成が基板上での第ＩＩＩ−Ｖ族材料のヘテロエピタキシャル成長を含むことを特徴とする、請求項６１に記載の方法。
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