JP2019052057A - 複合基板、ｉｉｉ族窒化物結晶付複合基板、およびｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】割れを発生させることなく反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を製造できる複合基板、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】複合基板１０は、第１基板１１と第２基板１２とを含み、第１基板１１と第２基板１２とはそれぞれの主面で接合され、第２基板１２の線熱膨張係数は、第１基板１１の線熱膨張係数に比べて低い。ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０は、複合基板１０と、複合基板１０の第１基板１１上に配置されたＩＩＩ族窒化物結晶２１とを含む。ＩＩＩ族窒化物結晶２１の製造方法は、複合基板１０を準備する工程と、複合基板１０の第１基板１１上にＩＩＩ族窒化物結晶２１を形成する工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合基板、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板、およびＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法に関する。

窒化ガリウム基板などのＩＩＩ族窒化物基板は、発光デバイスおよび電子デバイスに好適に用いられる。窒化ガリウム基板などのＩＩＩ族窒化物基板は、赤崎勇，ＩＩＩ族窒化物半導体，培風館，１９９９年１２月８日，ｐｐ１１４−１１６（非特許文献１）などに記載のように、一般的には、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法などの気相法でサファイア基板上に窒化ガリウム結晶などのＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることに得られる。

ここで、特開２０１５−９８４１１号公報は、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることが可能な成長面を有する下地基板を準備する工程と、下地基板を基板ホルダに固定する工程と、固定された下地基板の成長面上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、を含み、基板ホルダに固定する工程において、下地基板を成長面側が凸になるように反らせた状態で固定する窒化物半導体基板の製造方法を開示する。

特開２０１５−９８４１１号公報

赤崎勇，ＩＩＩ族窒化物半導体，培風館，１９９９年１２月８日，ｐｐ１１４−１１６

しかしながら、赤崎勇，ＩＩＩ族窒化物半導体，培風館，１９９９年１２月８日，ｐｐ１１４−１１６（非特許文献１）に記載の方法では、サファイア基板とＩＩＩ族窒化物結晶との線熱膨張係数の差（サファイア基板の線熱膨張係数は、窒化物ガリウム層の線熱膨張係数に比べて約２×１０^-6℃^-1大きく、窒化アルミニウム層の線熱膨張係数に比べて約３×１０^-6℃^-1大きく、窒化インジウム層の線熱膨張係数に比べて約３×１０^-6℃^-1大きい）があるため、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長後に高温から室温（たとえば２５℃）に降温した後に、サファイア基板から分離されたＩＩＩ族窒化物結晶は、上記線熱膨張係数の差に基づく熱応力により、ＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長面側（サファイア基板側と反対側）に凹の反りが発生するという問題点がある。

また、上記の大きな反りを有するＩＩＩ族窒化物結晶の主面を研磨により平坦化したＩＩＩ族窒化物基板は、その主面内のオフ角のばらつきが大きくなる。このため、そのＩＩＩ族窒化物基板上に成長させるＩＩＩ族窒化物結晶膜への不純物原子の取り込み量の主面内のばらつきが大きくなり、発光デバイスにおいては発光波長のばらつきが大きくなり、電子デバイスにおけるキャリア濃度のばらつきが大きくなるという問題点がある。

これに対して、特開２０１５−９８４１１号公報に開示の窒化物半導体基板の製造方法は、下地基板を成長面側に凸になるように反らせた状態で下地基板の成長面側に窒化物半導体層を成長させるため、得られるＩＩＩ族窒化物層の成長面側に凹の反りを抑制できるが、基板ホルダにより下地基板を機械的かつ強制的に反らせているため、下地基板上に成長させられたＩＩＩ族窒化物半導体層の端部が多結晶化して、下地基板からＩＩＩ族窒化物半導体層を分離する際に、ＩＩＩ族窒化物層が割れるという問題点がある。

本開示は、上記問題点を解決するため、割れを発生させることなく反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を製造できる複合基板、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様にかかる複合基板は、第１基板と第２基板とを含み、前記第１基板と前記第２基板とはそれぞれの主面で接合され、前記第２基板の線熱膨張係数は、前記第１基板の線熱膨張係数に比べて低い。

本開示の一態様にかかるＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板は、前記複合基板と、前記複合基板の前記第１基板上に配置されたＩＩＩ族窒化物結晶とを含む。

本開示の一態様にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、第１基板と第２基板とを含み、前記第１基板と前記第２基板とはそれぞれの主面で接合され、前記第２基板の線熱膨張係数が前記第１基板の線熱膨張係数に比べて低い複合基板を準備する工程と、前記複合基板の前記第１基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を形成する工程とを含む。

本開示によれば、割れを発生させることなく反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を製造できる複合基板、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供できる。

図１は、本態様にかかる複合基板の一例を示す概略断面図である。 図２は、本態様にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を示す概略断面図である。 図３は、本態様にかかるＩＩＩ族窒化物結晶上に形成されるＩＩＩ族窒化物膜の一例を示す概略平面図である。

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

［１］本開示の一実施形態にかかる複合基板は、第１基板と第２基板とを含み、第１基板と第２基板とはそれぞれの主面で接合され、第２基板の線熱膨張係数は、第１基板の線熱膨張係数に比べて低い。本実施形態の複合基板は、第２基板の線熱膨張係数が第１基板の線熱膨張係数に比べて低いことから、第１基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度において第１基板側に凸に反るため、割れを発生させることなく反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。

［２］上記の複合基板において、第１基板をサファイア基板とすることができる。かかる複合基板は、反りが小さいＩＩＩ族窒化物結晶を、割れを発生させることなく製造することができる。

［３］本開示の一実施形態にかかるＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板は、上記の複合基板と、複合基板の第１基板上に配置されたＩＩＩ族窒化物結晶とを含む。本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板は、結晶成長温度において第１基板側に凸に反った複合基板の第１基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させて得られるため、割れを発生させることなく反りが小さいＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。

［４］本開示の一実施形態にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、第１基板と第２基板とを含み、第１基板と第２基板とはそれぞれの主面で接合され、第２基板の線熱膨張係数が第１基板の線熱膨張係数に比べて低い複合基板を準備する工程と、複合基板の第１基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を形成する工程とを含む。本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、複合基板の第２基板の線熱膨張係数が第１基板の線熱膨張係数に比べて低いことから、第１基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度において第１基板側に凸に反るため、割れを発生させることなく反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施形態についてさらに詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。以下においては、図面を参照しながら説明するが、本明細書および図面において同一または対応する要素に同一の符号を付すものとし、それらについて同じ説明は繰り返さない。また、図面の形状および寸法は、実際の形状および寸法を表すものではなく、分かりやすくするために基板および結晶の長さ方向に比べて厚さ方向を強調して大きく描いている。

本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。さらに、本明細書において、化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。

≪複合基板≫
図１を参照して、本実施形態にかかる複合基板１０は、第１基板１１と第２基板１２とを含み、第１基板１１と第２基板１２とはそれぞれの主面で接合され、第２基板１２の線熱膨張係数は、第１基板１１の線熱膨張係数に比べて低い。本実施形態の複合基板１０は、第２基板１２の線熱膨張係数が第１基板１１の線熱膨張係数に比べて低いため、第１基板１１上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度（１０００〜１２００℃程度）において第１基板１１側に凸に反る。このため、複合基板１０の第１基板１１上に、ＩＩＩ族窒化物結晶は結晶成長面側に凸に反った状態で成長する。ＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長時の上記反りは、第１基板からＩＩＩ族窒化物結晶を分離する際に発生する反りと反対方向の反りである。このため、本実施形態の複合基板１０は、反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を、割れを発生させることなく製造することができる。

ここで、反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶とは、たとえば、直径４インチで厚さ５００μｍのＩＩＩ族窒化物結晶については、反りは１００μｍ以下が好ましく、反りは５０μｍ以下がより好ましく、反りは３０μｍ以下がさらに好ましく、反りは１０μｍ以下が特に好ましい。

＜第１基板＞
第１基板１１は、特に制限はないが、第１基板１１上に結晶品質の高いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる観点から、サファイア基板（線熱膨張係数：７．７×１０^-6℃^-1）が好ましい。第１基板１１の厚さｔ₁は、特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長時にウエハトレーに収まる観点から、１００μｍ以上８００μｍ以下が好ましい。

＜第２基板＞
第２基板１２は、第１基板に比べて線膨張係数が低いものであれば特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度（結晶成長温度）における複合基板１０の反りの大きさを制御しやすい観点から、第１基板をサファイア基板とするとき、Ｓｉ（ケイ素）基板（線熱膨張係数：３．４×１０^-6℃^-1）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）基板（線熱膨張係数：３．１×１０^-6℃^-1）などとすることが好ましい。第２基板１２の厚さｔ₂は、特に制限はないが、結晶成長温度における複合基板１０の反りの大きさを制御する観点から、第１基板１１の線熱膨張係数α₁および厚さｔ₁ならびに第２基板１２の線熱膨張係数α₂に応じて調節することが好ましい。

＜第１基板と第２基板との接合＞
第１基板１１と第２基板１２とは、それぞれの主面で接合されている。接合形態は、第１基板１１と第２基板１２とを何も介在させずに接合する直接接合（図１を参照）であっても、第１基板と第２基板とを中間層を介在させて接合する間接接合（図示せず）であってもよい。

＜第１基板の線熱膨張係数と第２基板の線熱膨張係数＞
ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度（結晶成長温度）において複合基板１０を第１基板１１側に凸に反らせる観点から、第２基板１２の線熱膨張係数α₂は第１基板１１の線熱膨張係数α₁に比べて低い。第２基板１２の線熱膨張係数α₂と第１基板１１の線熱膨張係数α₁との差｜α₁−α₂｜は、特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度（結晶成長温度）における複合基板１０の反りの大きさを好適な範囲に制御する観点から、１×１０^-5℃^-1以下が好ましく、５×１０^-6℃^-1以下がより好ましい。

＜第１基板の厚さに対する第２基板の厚さの比＞
ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度（結晶成長温度）において複合基板１０を第１基板１１側に凸に反らせる観点から、第１基板１１の厚さｔ₁に対する第２基板１２の厚さｔ₂の比ｔ₂／ｔ₁は、第１基板１１の線熱膨張係数α₁と第２基板１２の線熱膨張係数α₂に応じて調節することが好ましい。第１基板１１としてのサファイア基板と第２基板１２としてのＳｉ基板を含む複合基板の場合、第１基板１１の厚さｔ₁に対する第２基板１２の厚さｔ₂の比ｔ₂／ｔ₁は、０．００７５以上０．０７６以下が好ましく、０．０１５以上０．０４６以下がより好ましく、０．０２２以上０．０３８以下がさらに好ましい。

≪ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板≫
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０は、上記実施形態の複合基板１０と、複合基板１０の第１基板１１上に配置されたＩＩＩ族窒化物結晶２１とを含む。本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板は、結晶成長温度において第１基板側に凸に反った複合基板の第１基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させて得られるため、割れを発生させることなく反りが小さいＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。

ＩＩＩ族窒化物結晶２１は、特に制限はなく、ＧａＮ（窒化ガリウム）結晶、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）結晶、ＩｎＮ（窒化インジウム）結晶の他、Ａｌ_1-xＧａ_xＮ結晶（０＜ｘ＜１）、Ｉｎ_1-yＧａ_yＮ結晶（０＜ｙ＜１）およびＡｌ_1-zＩｎ_zＮ結晶（０＜ｚ＜１）などが挙げられる。

≪ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法≫
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶２１の製造方法は、第１基板１１と第２基板１２とを含み、第１基板１１と第２基板１２とはそれぞれの主面で接合され、第２基板１２の線熱膨張係数が第１基板１１の線熱膨張係数に比べて低い複合基板１０を準備する工程（図２（Ａ））と、複合基板１０の第１基板１１上にＩＩＩ族窒化物結晶２１を形成する工程（図２（Ｂ）〜（Ｄ））とを含む。本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、複合基板の第２基板の線熱膨張係数が第１基板の線熱膨張係数に比べて低いことから、第１基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度において第１基板側に凸に反るため、反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を割れを発生させることなく製造することができる。

＜複合基板を準備する工程＞
図２（Ａ）を参照して、複合基板１０を準備する工程は、第１基板１１と第２基板１２とをそれぞれの主面で接合することにより行う。接合形態は、第１基板１１と第２基板１２とを何も介在させずに接合する直接接合（図２（Ａ））であっても、第１基板と第２基板とを中間層を介在させて接合する間接接合（図示せず）であってもよい。接合方法は、特に制限はなく、接合後に高温の結晶成長温度でも接合強度を維持できる観点から、接合面を洗浄しそのまま貼り合わせた後６００℃〜１２００℃程度に昇温して接合する直接接合法、接合面を洗浄しプラズマやイオンなどで活性化させた後に室温（たとえば２５℃）〜４００℃程度の低温で接合する表面活性化法などが好ましく用いられる。

＜ＩＩＩ族窒化物結晶を形成する工程＞
図２（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶２１を形成する工程は、特に制限はないが、反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を割れを発生させることなく製造する観点から、複合基板１０をＩＩＩ族窒化物結晶の成長温度まで昇温して複合基板１０の第１基板１１上にＩＩＩ族窒化物結晶２１を成長させてＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０を形成するサブ工程（図２（Ｂ））と、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０を室温（たとえば２５℃）まで冷却するサブ工程（図２（Ｃ））と、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０の第１基板１１からＩＩＩ族窒化物結晶２１を分離するサブ工程（図２（Ｄ））を含むことが好ましい。

（ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板を形成するサブ工程）
図２（Ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０を形成するサブ工程において、複合基板１０をＩＩＩ族窒化物結晶の成長温度まで昇温すると、複合基板１０の第１基板１１の線熱膨張係数に比べて第２基板１２の線熱膨張係数が低いため、複合基板１０は第１基板１１側に凸に反る。第１基板１１側に凸に反った複合基板１０の第１基板１１上にＩＩＩ族窒化物結晶２１を成長させると、結晶成長面側（第１基板１１側と反対側）が凸に反ったＩＩＩ族窒化物結晶２１を含みＩＩＩ族窒化物結晶２１側が凸に反ったＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０が形成される。ここで、第１基板１１側に凸に反った複合基板１０の第１基板１１上に成長させられたＩＩＩ族窒化物結晶２１は、結晶成長面側に凸に反っているが、端部においても多結晶化は発生せず、中央部から端部まで全体に亘って結晶品質の高い単結晶が得られる。これは、複合基板１０の第１基板１１側に凸の反りは、互いに接合された第１基板と第２基板との線熱膨張係数の差により発生する基板全体に亘る均一な応力に由来するものと考えられる。

ＩＩＩ族窒化物結晶２１を成長させる方法は、特に制限はないが、結晶品質の高いＩＩＩ族窒化物結晶２１を成長させる観点から、気相法によるエピタキシャル成長方法が好ましく、たとえばＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法などが好ましく、さらに結晶成長速度が高い観点からＨＶＰＥ法がより好ましい。

＜ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板を室温まで冷却するサブ工程＞
図２（Ｂ）および（Ｃ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板を室温まで冷却するサブ工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０をＩＩＩ族窒化物結晶の成長温度から室温（たとえば２５℃）まで冷却すると、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長温度における図２（Ｂ）に示すようなＩＩＩ族窒化物結晶２１側に凸の反りが、図２（Ｃ）に示すように解消される。

＜ＩＩＩ族窒化物結晶を分離するサブ工程＞
図２（Ｄ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶２１を分離するサブ工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０の第１基板１１からＩＩＩ族窒化物結晶２１を分離することにより、反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶２１が割れを発生することなく得られる。これは、以下の理由によるものと考えられる。分離されるＩＩＩ族窒化物結晶２１は、第１基板１１側に凸に反った複合基板１０の第１基板１１上に成長されたものであるため、結晶成長面側（第１基板１１側と反対側）が凸に反っている。かかるＩＩＩ族窒化物結晶２１の反りは、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０の第１基板１１から分離される際に通常発生する結晶成長面側に凹の反りと反対方向の反りである。すなわち、結晶成長の際に付加された反りと第１基板から分離される際に付加される反りとが相殺されて、反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶が割れを発生することなく得られる。

ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０の第１基板１１からＩＩＩ族窒化物結晶２１を分離する方法は、特に制限はなく、切断による方法、切削または研削による方法、エッチングによる方法など従来方法が好適に適用できる。

なお、上記においては、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板を室温まで冷却するサブ工程とＩＩＩ族窒化物結晶を分離するサブ工程とを分けて説明したが、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板の冷却条件を調節して、熱応力を発生させることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０を室温まで冷却するとともに、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板２０の第１基板１１からＩＩＩ族窒化物結晶２１を分離することもできる。

＜実施例１＞
１．複合基板の作製
直径４インチ（１０１．６ｍｍ）で厚さ７００μｍのサファイア基板（線熱膨張係数：７．７×１０^-6℃^-1）と、直径４インチで厚さ１００μｍのＳｉ（ケイ素）基板（線熱膨張係数：３．４×１０^-6℃^-1）とを、室温（２５℃）で表面活性化法により接合させた後、両面を研削および研磨することにより、第１基板としての直径４インチで厚さ６６０μｍのサファイア基板と第２基板としての直径４インチで厚さ５μｍのＳｉ基板とが接合された直径４インチの複合基板を作製した。得られた複合基板の反りをコーニングトロペル社製ウエハ表面形状測定装置により測定した。結果を表１にまとめた。

２．ＩＩＩ族窒化物結晶の作製
上記で得られた直径４インチの複合基板の第１基板上に、ＨＶＰＥ法により、結晶成長温度１０００℃および結晶成長圧力１気圧（１０１．３ｋＰａ）の条件で、ＩＩＩ族窒化物結晶として厚さ３ｍｍのＧａＮ（窒化ガリウム）結晶を成長させることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板を作製した。ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板を結晶成長温度から室温（２５℃）まで冷却することにより、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板の第１基板からＩＩＩ族窒化物結晶であるＧａＮ結晶を分離させて、直径４インチで厚さ３ｍｍのＧａＮ結晶を作製した。得られたＧａＮ結晶には、多結晶化は見られず、割れも発生しなかった。得られたＧａＮ結晶の反りをコーニングトロペル社製ウエハ表面形状測定装置により測定した。結果を表１にまとめた。

＜実施例２＞
第２基板を直径４インチで厚さ１０μｍのＳｉ基板としたこと以外は、実施例１と同様にして、複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶であるＧａＮ結晶を作製した。得られたＧａＮ結晶には、多結晶化は見られず、割れも発生しなかった。得られた複合基板およびＧａＮ結晶のそれぞれの反りを実施例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。

＜実施例３＞
第２基板を直径４インチで厚さ１５μｍのＳｉ基板としたこと以外は、実施例１と同様にして、複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶であるＧａＮ結晶を作製した。得られたＧａＮ結晶には、多結晶化は見られず、割れも発生しなかった。得られた複合基板およびＧａＮ結晶のそれぞれの反りを実施例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。

＜実施例４＞
第２基板を直径４インチで厚さ２０μｍのＳｉ基板としたこと以外は、実施例１と同様にして、複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶であるＧａＮ結晶を作製した。得られたＧａＮ結晶には、多結晶化は見られず、割れも発生しなかった。得られた複合基板およびＧａＮ結晶のそれぞれの反りを実施例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。

＜実施例５＞
第２基板を直径４インチで厚さ２５μｍのＳｉ基板としたこと以外は、実施例１と同様にして、複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶であるＧａＮ結晶を作製した。得られたＧａＮ結晶には、多結晶化は見られず、割れも発生しなかった。得られた複合基板およびＧａＮ結晶のそれぞれの反りを実施例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。

＜実施例６＞
第２基板を直径４インチで厚さ３０μｍのＳｉ基板としたこと以外は、実施例１と同様にして、複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶であるＧａＮ結晶を作製した。得られたＧａＮ結晶には、多結晶化は見られず、割れも発生しなかった。得られた複合基板およびＧａＮ結晶のそれぞれの反りを実施例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。

＜実施例７＞
第２基板を直径４インチで厚さ５０μｍのＳｉ基板としたこと以外は、実施例１と同様にして、複合基板およびＩＩＩ族窒化物結晶であるＧａＮ結晶を作製した。得られたＧａＮ結晶には、多結晶化は見られず、割れも発生しなかった。得られた複合基板およびＧａＮ結晶のそれぞれの反りを実施例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。

＜比較例１＞
複合基板に替えて直径４インチで厚さ６６０μｍのサファイア基板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、ＩＩＩ族窒化物結晶であるＧａＮ結晶を作製した。得られたＧａＮ結晶には、多結晶化は見られなかったが、サファイア基板からの分離の際に部分的な割れが発生した。得られたＧａＮ結晶の反りを実施例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。

表１を参照して、第１基板と第２基板とを含み、第１基板と第２基板とはそれぞれの主面で接合され、第２基板の線熱膨張係数は、第１基板の線熱膨張係数に比べて低い複合基板を用いて、反りの小さいＩＩＩ族窒化物結晶を割れを発生させることなく製造することができた。具体的には、直径４インチで厚さ３ｍｍのＩＩＩ族窒化物結晶について、実施例１〜７においては反りが１００μｍ以下、実施例２〜６においては反りが５０μｍ以下、実施例３〜５においては反りが３０μｍ以下、実施例４においては反りが１０μｍ以下の小さい反りが実現できた。

また、第１基板としてのサファイア基板と第２基板としてのＳｉ基板を含む複合基板の場合、第１基板の厚さに対する第２基板１２の厚さの比は、０．００７５以上０．０７６以下が好ましく、０．０１５以上０．０４６以下がより好ましく、０．０２２以上０．０３８以下がさらに好ましかった。

＜実施例８＞
実施例４で得られたＩＩＩ族窒化物結晶である直径４インチで厚さ５００μｍのＧａＮ結晶の両面を研磨したＧａＮ結晶基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、結晶成長温度９００℃および結晶成長圧力１気圧（１０１．３ｋＰａ）の条件で、ＩＩＩ族窒化物結晶膜である直径４インチで厚さ１μｍのＧａＮ（窒化ガリウム）結晶膜を成長させた。図３を参照して、得られたＧａＮ結晶膜（ＩＩＩ族窒化物結晶膜３１）において、中心から円周への方向に延び、かつ、隣接する直線とのなす角が４５°である８直線のそれぞれの直線Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄，Ｌ₅，Ｌ₆，Ｌ₇，Ｌ₈の中心点Ｐ₀、中心から２０ｍｍの点（以下、中間部点Ｐ₁ともいう）、および中心から４０ｍｍの点（以下、外周部点Ｐ₂ともいう）の３つの点における不純物原子濃度として酸素濃度をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により測定し、上記の中心点Ｐ₀、中間部点Ｐ₁、および外周部点Ｐ₂における酸素濃度の平均値を算出し、中心点Ｐ₀における酸素濃度の平均値に対する中心点Ｐ₀における酸素濃度の平均値、中間部点Ｐ₁における酸素濃度の平均値、および外周部点Ｐ₂における酸素濃度の平均値の比を算出した。結果を表２にまとめた。

＜比較例２＞
比較例１で得られたＩＩＩ族窒化物結晶である直径４インチで厚さ５００μｍのＧａＮ結晶の両面を研磨したＧａＮ結晶基板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、ＩＩＩ族窒化物結晶膜であるＧａＮ結晶膜を成長させた。得られたＧａＮ結晶膜について、実施例１と同様にして、中心点における酸素濃度の平均値に対する中心点における酸素濃度の平均値、中間部点における酸素濃度の平均値、および外周部点における酸素濃度の平均値の比を算出した。結果を表２にまとめた。

表２を参照して、比較例２に示すように、サファイア基板を用いて作製されたＧａＮ結晶基板上に成長されたＧａＮ結晶膜では、中心点における酸素濃度の平均値に対して、中間部点における酸素濃度の平均値は１．０４、外周部点における酸素濃度の平均値は１．１０と、１．００〜１．１０の範囲にばらついた。これに対して、実施例８に示すように、複合基板を用いて作製されたＧａＮ結晶基板上に成長されたＧａＮ結晶膜では、中心点における酸素濃度の平均値に対して、中間部点における酸素濃度の平均値は１．０２、外周部点における酸素濃度の平均値は１．０５と、１．００〜１．０５の範囲にばらつきが小さくなった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 複合基板
１１ 第１基板
１２ 第２基板
２０ ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板
２１ ＩＩＩ族窒化物結晶
３１ ＩＩＩ族窒化物結晶膜
Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄，Ｌ₅，Ｌ₆，Ｌ₇，Ｌ₈ 直線
Ｐ₀ 中心点
Ｐ₁ 中間部点
Ｐ₂ 外周部点

Claims (4)

1. 第１基板と第２基板とを含み、
   前記第１基板と前記第２基板とはそれぞれの主面で接合され、
   前記第２基板の線熱膨張係数は、前記第１基板の線熱膨張係数に比べて低い、複合基板。
2. 前記第１基板はサファイア基板である、請求項１に記載の複合基板。
3. 請求項１または請求項２に記載の複合基板と、前記複合基板の前記第１基板上に配置されたＩＩＩ族窒化物結晶とを含む、ＩＩＩ族窒化物結晶付複合基板。
4. 第１基板と第２基板とを含み、前記第１基板と前記第２基板とはそれぞれの主面で接合され、前記第２基板の線熱膨張係数が前記第１基板の線熱膨張係数に比べて低い複合基板を準備する工程と、
   前記複合基板の前記第１基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を形成する工程とを含む、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。

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