JPWO2011108706A1 - 単結晶基板、単結晶基板の製造方法、多層膜付き単結晶基板の製造方法および素子製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の単結晶基板は、基板の厚み方向において2等分して得られる第1領域および第2領域からなる2つの領域のうち、どちらか一方の領域内に熱変性層が設けられ、かつ、熱変性層が設けられている領域の面側が凸を成すように反っていることを特徴とする。
i)複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ii)複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
iii)同心円状、
iv)基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
v)基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
vi)ストライプ形状、ならびに、
vii)らせん形状
から選択される少なくともいずれか1つのパターン形状で設けられていることが好ましい。
基板の厚み方向において2等分して得られる第1領域および第2領域からなる2つの領域のうち、上記どちらか一方の領域内に熱変性層を形成する熱変性層形成工程を少なくとも経て、
上記熱変性層が設けられている領域の面側が凸を成すように反った単結晶基板を製造することを特徴とする。
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜350nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー
<照射条件B>
・レーザ波長:350nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー
2つ以上の層を有する多層膜を形成する多層膜形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする。
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜350nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー
<照射条件B>
・レーザ波長:350nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー
i)複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ii)複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
iii)同心円状、
iv)基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
v)基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
vi)ストライプ形状、ならびに、
vii)らせん形状
から選択される少なくともいずれか1つのパターン形状を描くように形成されることを特徴とすることが好ましい。
2つ以上の層を有する多層膜を形成する多層膜形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造し、
さらに、当該多層膜付き単結晶基板の上記多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか1つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、上記素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することを特徴とする。
10B レーザ処理後単結晶基板
10C 研磨後基板
10D 第1領域
10U 第2領域
10R レーザ照射装置30が配置された側の領域(第1領域10Dとなりうる領域)
12 非成膜面
12A 研磨後の非成膜面
20、20A、20B、20C、20D 熱変性層
28、28A、28B、28C、28D 熱変性層
30 レーザ照射装置
30A、30B、30C 多層膜付き単結晶基板
40 多層膜
42 素子部分
50 レーザ処理後サファイア基板
52 成膜面
54 非成膜面
60 低温バッファ層
62 n−GaN層
64 GaN系層
64A InGaN系活性層
64B GaN系障壁層
64C AlGaN系障壁層
70 多層膜
80 研磨盤
90 分割予定ライン
100 素子
本実施形態の単結晶基板(以下、必要に応じて単に「基板」と云う)は、基板の厚み方向において2等分して得られる第1領域および第2領域からなる2つの領域のうち、上記どちらか一方の領域内に熱変性層が設けられ、かつ、上記熱変性層が設けられる領域の面側が凸を成すように反っていることを特徴とする。また、本実施形態の単結晶基板を用いた本実施形態の多層膜付き単結晶基板の製造方法は、本実施形態の単結晶基板の第2領域側の面に、2つ以上の層を有する多層膜を形成する多層膜形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする。前記熱変性層を設ける領域は、前記第1領域または第2領域のどちらかとする。
なお、レーザの照射は、熱変性層が形成できるのであれば、如何様な照射条件で実施してもよいが、一般には、短い時間幅の中にエネルギーを集中させることが出来るため、高いピーク出力が得ることができるという点で、断続的にレーザ光を出すパルスレーザを用いて、下記1)および2)に示す範囲内で実施することが好ましい。
1)レーザ波長:200nm〜5000nm
2)パルス幅:フェムト秒オーダー〜ナノ秒オーダー(1fs〜1000ns)
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜350nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー(1ns〜1000ns)。なお、より好ましくは、10ns〜15ns。
<照射条件B>
・レーザ波長:350nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー(1fs〜1000ps)。なお、より好ましくは、200fs〜800fs。
・繰り返し周波数:50kHz〜500kHz
・レーザパワー:0.05W〜0.8W
・レーザのスポットサイズ:0.5μm〜4.0μm(より好ましくは2μm前後)
・試料ステージの走査速度:100mm/s〜1000mm/s
・パルス幅:50ns〜200ns
・繰り返し周波数:10kHz〜500kHz
・照射エネルギー:3μJ〜12μJ
・レーザのスポットサイズ:0.5μm〜4.0μm
・試料ステージの走査速度:50mm/s〜1000mm/s(より好ましくは100mm/s〜1000mm/s)
・パルス幅:30ns〜80ns
・繰り返し周波数:10kHz〜500kHz
・照射エネルギー:8μJ〜20μJ
・レーザのスポットサイズ:0.5μm〜4.0μm
・試料ステージの走査速度:50mm/s〜1000mm/s(より好ましくは100mm/s〜1000mm/s)
・パルス幅:200fs〜800fs
・繰り返し周波数:10kHz〜500kHz
・照射エネルギー:3μJ〜6μJ
・レーザのスポットサイズ:0.5μm〜4.0μm
・試料ステージの走査速度:50mm/s〜1000mm/s(より好ましくは100mm/s〜1000mm/s)
次に、熱変性層形成工程の具体例を図面を用いて説明する。図1および図2は本実施形態の単結晶基板の製造方法の一例を示す模式説明図であり、具体的には、熱変性層形成工程の一例を説明する模式説明図である。ここで、図1の上段は、熱変性層形成工程の実施前での単結晶基板を示す模式断面図であり、図1の下段は、熱変性層形成工程を実施した後の単結晶基板を示す模式断面図である。また、図2は熱変性層形成工程を実施している最中の状態、すなわち、単結晶基板の一方の面(第1領域側の面)からレーザを照射している状態を示す模式断面図である。
次に、反りを有する本実施形態のレーザ処理後単結晶基板10Bに対して、多層膜を成膜した後に得られる多層膜付き単結晶基板の反りの状態の一例を、従来の反りの無い略平坦なレーザ処理前単結晶基板10Aに対して、多層膜を成膜した後に得られる多層膜付き単結晶基板の反りの状態と対比しながら説明する。図3は、従来の反りの無い略平坦な単結晶基板に対して多層膜を成膜した後に得られた多層膜付き単結晶基板の反りの状態の一例を示す模式断面図であり、図4は、本実施形態の単結晶基板に対して多層膜を成膜した後に得られた多層膜付き単結晶基板の反りの状態の一例を示す模式断面図である。なお、図3および図4中、図1、図2中に示すものと同様の機能・構造を有するものについては、同一の符号を付してある。また、図3および図4中、多層膜を構成する各層については記載を省略してある。
が存在する多層膜付き単結晶基板30A は、第2領域10Uの面側に凸状の反りを有している。
図3および図4に例示したように、第1領域10D内に熱変性層20を設けたレーザ処理後単結晶基板10Bを用いて多層膜40を成膜すれば、多層膜付き単結晶基板30Bの反りを矯正できる。しかしながら、熱変性層20が、レーザ処理後単結晶基板10Bの厚み方向や平面方向に対して、偏った位置に設けられたり、不規則に配置されたり、非対称的に配置されたりすると、多層膜40に起因して発生する反りを矯正することが困難となったり、あるいは、多層膜付き単結晶基板30Bの形状が歪んでしまう場合がある。
i)複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状
ii)複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状
iii)同心円状
iv)基板の中心点に対して略点対称に形成された形状
v)基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状
vi)ストライプ形状
vii)らせん形状
i)複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状
ii)複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状
iii)同心円状
iv)基板の中心点に対して略点対称に形成された形状
v)基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状
vi)ストライプ形状
vii)らせん形状
の反りをより均一に矯正でき、形状の歪みもより小さくできる観点からは、i)〜iv)に示されるパターン形状がより好ましい。
一方、図1の下段に示すようにレーザ処理後単結晶基板10Bは、第1領域10D側の面に凸を成すように反っているのであればその曲率は特に限定されるものではないが、曲率の上限値は200km−1以下であることが好ましく、150km−1以下であることがより好ましく、60km−1以下であることがさらに好ましい。この場合、多層膜40を成膜して得られる多層膜付き単結晶基板30Bの反りを抑制して、より平坦な状態とすることが容易となる。
レーザ処理後単結晶基板10Bの作製に用いられるレーザ処理前単結晶基板10Aを構成する材質としては、レーザ照射により熱変性層20、28の形成が可能な公知の単結晶材料であればいずれも利用できるが、たとえば、サファイア、窒化物半導体、Si、GaAs、水晶、SiCなどが挙げられる。なお、本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、単結晶材料からなる単結晶基板を利用するものである。しかしながら、このような基板の代わりに、多結晶材料からなる基板(たとえば石英基板)や、非晶質材料からなる基板(たとえばガラス基板)を用いても、多層膜に起因する反りの発生が矯正された平坦な多層膜付き基板を得ることもできる。
本願明細書において「多層膜」とは、2つ以上の層を有するものである。これに加えて、この多層膜を構成する各層が基板の平面方向に対して同一の膜厚を有する連続した層から構成された最表層の膜を貫通する段差を持たない膜を意味する。多層膜40の層構成、ならびに、多層膜40を構成する各層の膜厚、材料および結晶性/非結晶性は、本実施形態の単結晶基板10Bを用いて作製された多層膜付き単結晶基板30B、30Cを更に後加工することにより作製される素子の種類や、素子を製造する際に適用する製造プロセスに応じて適宜選択される。
Beam Epitaxy)などの気相成膜法を利用することがより好ましい。なお、レーザ処理後単結晶基板10Bの多層膜40が成膜される側の面は、鏡面状態(表面粗さRaで1nm以下程度)であることが特に好ましい。多層膜40が形成される面を鏡面状態とするためには、たとえば、鏡面研磨を実施することができる。
次に、多層膜40を成膜する場合の具体例として、レーザ処理後単結晶基板10Bとしてレーザ照射により熱変性層20、28を形成したサファイア基板(レーザ処理後サファイア基板)を用い、このレーザ処理後サファイア基板の片面に、エピタキシャル成長により窒化物半導体層を複数層積層して多層膜40を形成する場合を図面を用いて説明する。図6は、多層膜形成工程の一例を示す模式説明図であり、具体的には、サファイア基板上に窒化物半導体層等を積層することで多層膜を形成するプロセスを示した図である。ここで、図6(a)は成膜開始前の状態を示す図であり、図6(b)は低温バッファ層を形成した後の状態を示す図であり、図6(c)はn−GaN層を形成した後の状態を示す図であり、図6(d)は多重量子井戸構造を有するInGaN系活性層を形成した後の状態を示す図である。なお、図中、多層膜成膜中および多層膜成膜後のレーザ処理後サファイア基板の反りの有無や反りの程度、熱変性層20、第1領域10Dおよび第2領域10Uについては記載を省略してある。
においては、基板の曲率半径をR、曲率1/Rを有する基板の反り量X、基板の直径を近似的にDとして示した。これらの値の関係性として、三平方の定理を用いることで,(1/R)2=((1/R)−X)2+(D/2)2と示すことができる。この式から、基板の直径が50mmの場合は、0.322×曲率(km−1)、基板の直径が100mmの場合は、1.250×曲率(km−1)として反り量(um)を求めることができる。
の(d)GaN系障壁層64B(64)を形成するプロセスでは、基板の反り挙動を抑えるために、成膜中のサファイア基板の曲率はできるだけ0に近づけることが望ましいといえる。
図6(d)に一例を示したような多層膜付き単結晶基板30B、30Cに対しては、さらに各種の後工程を実施することにより素子を作製することができる。この場合、後工程において、多層膜40に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか1つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することができる。ここで、多層膜40の層構成は、最終的に作製する素子の種類に応じて適宜選択される。また、素子の製造に際して、後工程として、素子部分形成工程以外に、研磨工程、分割予定ライン形成工程および分割工程をこの順に実施してもよい。
(1)多層膜付き単結晶基板の多層膜をパターニングして個々の素子部分を形成する素子部分形成工程
(2)素子部分が片面に形成された素子部分付き単結晶基板の素子部分が形成されていない面を、少なくとも、多層膜成膜後熱変性層形成工程において形成された第1の熱変性層が除去されるまで研磨する研磨工程
(3)研磨工程において研磨された面側から、個々の素子部分の境界ラインに沿って、レーザを照射することで分割予定ラインを形成する分割予定ライン形成工程
(4)分割予定ライン形成工程において形成された分割予定ラインに沿って外力を加えることで、素子部分付きの単結晶基板を素子部分単位で分割する分割工程
ここで、(3)分割予定ライン形成工程、および、(4)分割工程を実施する場合、特許文献3に記載の技術を利用することができる。
(評価用サンプルの作製)
何らの前処理もなされていない従来のサファイア基板(レーザ処理前サファイア基板)に対してレーザ照射処理することによりレーザ処理後サファイア基板50を作製した。次に、レーザ処理前サファイア基板およびレーザ処理後サファイア基板50に対して、図6に示すように多層膜70を成膜した。この際、多層膜成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜予定面側から見た反りの方向、および、多層膜成膜後における反り量および成膜面側から見た反りの方向を評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
レーザ処理前サファイア基板としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板(直径:4インチ(100mm)、厚み:650μm)を用いた。なお、このサファイア基板は、両面が鏡面研磨されたものである。
まず、平坦な試料ステージ上に、真空吸着によりレーザ処理前サファイア基板を固定した。この状態で、レーザ処理前サファイア基板の試料ステージが配置された面側と反対の面(非成膜面54)側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで熱変性層20を形成し、レーザ処理後サファイア基板50を得た。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がレーザ処理前サファイア基板のオリフラと一致するように、試料ステージ上にレーザ処理前サファイア基板を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、レーザ処理前サファイア基板の平面方向に対して格子状パターンとなるように熱変性層20を形成した。ここで、試料ステージの走査速度を変えることにより格子状パターンのライン間ピッチを変化させたサンプルを作製した。
・レーザ波長:1045nm
・パルス幅:500×10−15sec
・繰り返し周波数:100kHz
・スポットサイズ:1.6〜3.5μm
・レーザパワー: 0.3W
・試料ステージ走査速度: 400mm/s(ライン間のピッチに応じて左記範囲内で適宜選択)
レーザ処理前およびレーザ処理後の2種類のサファイア基板に、図6に示すように3層構成の多層膜70を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す(1)〜(5)の順にプロセスを実施した。
(1)サーマルクリーニング
サファイア基板をMOCVD装置内に配置した後、成膜面のサーマルクリーニングを、基板温度 1100℃にて約 120秒間実施した。
(2)低温バッファ層60の形成
成膜時の基板温度を 530℃とし、成膜レート 0.16nm/sにて膜厚が 30nmとなるまで低温バッファ層60(Ga(ガリウム)、N(窒素))を形成した。
(3)n−GaN層62の形成
成膜時の基板温度を 1050℃とし、成膜レート 2000nm/sにて膜厚が 3500nmとなるまでn−GaN層62を形成した。
(4)InGaN系活性層64A(64)の形成
成膜時の基板温度を750℃とし、成膜レート 10nm/sにて、膜厚が408nmとなるまでInGaN系活性層64A(64)を形成した。
(5)クールダウン
片面に低温バッファ層60、n−GaN層62およびInGaN系活性層64A(64)をこの順に形成したサファイア基板を常温近傍まで冷却した。
−反り量および反りの方向の評価−
表3に、多層膜成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜予定面側から見た反りの方向、および、多層膜成膜後における反り量および成膜面側から見た反りの方向について評価した結果を示す。なお、サンプル1、サンプル2および比較例は、各々、図7に示すスペクトルC、BおよびAに対応する。
(評価用サンプルの作製)
評価用サンプルとして図6(d)に示すものと同様のサファイア基板50の片面に3層構成の多層膜70が形成されたものを以下の手順で作製した。まず、サファイア基板50の成膜面52側からのレーザ照射により格子状パターンで熱変性層28を形成し、次に、成膜面52に多層膜70を形成した。その後、非成膜面54側からのレーザ照射により格子状パターンで熱変性層20を形成して得られた多層膜付きサファイア基板を作製した。この際、多層膜成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向と、多層膜成膜後におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面側から見た反りの方向と、多層膜成膜後におけるレーザ照射時のライン間のピッチに対するレーザ照射前後での反り量変化の関係と、多層膜成膜中におけるサファイア基板の曲率の最大値と最小値との差とについて評価した。以下に、テスト条件および評価結果の詳細を説明する。
サファイア基板50としては、オリフラ面付きの円形状のサファイア基板(直径:2インチ(50.8mm)、厚み:430μm)を用いた。なお、このサファイア基板50は、片面が鏡面研磨されたものであり、多層膜70はこの鏡面研磨された面を成膜面52として形成される。また、何らの成膜処理やレーザ照射処理を行わない状態でのこのサファイア基板50の反り量は、±10μmの範囲内である。
熱変性層28の形成は、平坦な試料ステージ上に、成膜面52が上面となるようにサファイア基板50を配置し、真空吸着によりサファイア基板50を固定した状態で、成膜面52側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで実施した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板50のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板50を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板50の平面方向に対して格子状パターンとなるように第1の熱変性層28を形成した。ここで、ライン間ピッチは、試料ステージの走査速度を変えることで変化させた。
・レーザ波長:1045nm
・パルス幅:500fs
・繰り返し周波数:100kHz
・スポットサイズ:1.6〜3.5μm
・レーザパワー:0.3W
・試料ステージ走査速度:400mm/s(ライン間のピッチに応じて左記範囲内で適宜選択)
熱変性層28が形成されたサファイア基板50の成膜面52には、3層構成の多層膜70を形成した。なお、具体的な成膜条件は以下の通りであり、以下に示す(1)〜(5)の順にプロセスを実施した。
(1)サーマルクリーニング
サファイア基板50をMOCVD装置内に配置した後、成膜面52のサーマルクリーニングを、基板温度1100℃にて約120秒間実施した。
(2)低温バッファ層60の形成
成膜時の基板温度を530℃とし、成膜レート0.16nm/sにて膜厚が30nmとなるまで低温バッファ層60を形成した。
(3)n−GaN層62の形成
成膜時の基板温度を1050℃とし、成膜レート2000nm/sにて膜厚が3500nmとなるまでn−GaN層62を形成した。
(4)AlGaN系障壁層64C(GaN系層64)の形成
成膜時の基板温度を1150℃とし、成膜レート0.2nm/sにて、膜厚が30nmとなるまでAlGaN系障壁層64C(64)を形成した。
(5)クールダウン
片面に低温バッファ層60、n−GaN層62およびAlGaN系障壁層64C(64)をこの順に形成したサファイア基板50を常温近傍まで冷却した。
−反り量および反りの方向の評価−
表4に、多層膜成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜面52側から見た反りの方向と、多層膜成膜中における反り量及び成膜面側から見た反り方向、多層膜成膜後の反り量および成膜面側から見た反りの方向について評価した結果を示す。また、図12に、多層膜成膜中における単結晶基板の反り挙動の変化を示す。ここで、図12中、符号(a)〜(e)で示される区間は、各々、上記(1)〜(5)に示す多層膜の成膜プロセスに対応する。
表5に示されているように、何らの前処理もなされていない従来のサファイア基板(レーザ処理前サファイア基板)3つ(サンプル1〜3)に対し、1枚のサファイア基板のみに多層膜成膜前に第1領域内にレーザ照射処理を施して熱変性層20を設けることにより、サンプル3のレーザ処理後サファイア基板を作製した。次に、サンプル1または2のレーザ処理前サファイア基板およびサンプル3のレーザ処理後サファイア基板に対して、多層膜を成膜した。
−反り量および反りの方向の評価−
表5に、AlN膜の成膜前におけるレーザ照射前後での反り量および成膜予定面側から見た反りの方向、および、AlN膜成膜後における反り量および成膜面側から見た反りの方向について評価した結果を、サンプル3(エピ前加工基板+AlNと)して示す。さらに比較例として、従来のサファイア基板(レーザ処理前サファイア基板)にLT−GaN膜を形成したサンプル1(STD+LT−GaN)と、AlN膜を形成したサンプル2(STD+AlN)もそれぞれ示す。
は、第2領域10Uの面側に凸状の反りを有している。
レーザ処理後単結晶基板10Bの作製に用いられるレーザ処理前単結晶基板10Aを構成する材質としては、レーザ照射により熱変性層20、28の形成が可能な公知の単結晶材料であればいずれも利用できるが、たとえば、サファイア、窒化物半導体、Si、GaAs、水晶、SiCなどが挙げられる。なお、本実施形態の多層膜付き単結晶基板は、単結晶材料からなる単結晶基板を利用するものである。しかしながら、このような基板の代わりに、多結晶材料からなる基板(たとえば石英基板)や、非晶質材料からなる基板(たとえばガラス基板)を用いても、多層膜に起因する反りが矯正された平坦な多層膜付き基板を得ることもできる。
(1)多層膜付き単結晶基板の多層膜をパターニングして個々の素子部分を形成する素子部分形成工程
(2)素子部分が片面に形成された素子部分付き単結晶基板の素子部分が形成されていない面を、少なくとも、熱変性層形成工程において形成された熱変性層が除去されるまで研磨する研磨工程
(3)研磨工程において研磨された面側から、個々の素子部分の境界ラインに沿って、レーザを照射することで分割予定ラインを形成する分割予定ライン形成工程
(4)分割予定ライン形成工程において形成された分割予定ラインに沿って外力を加えることで、素子部分付きの単結晶基板を素子部分単位で分割する分割工程
ここで、(3)分割予定ライン形成工程、および、(4)分割工程を実施する場合、特許文献3に記載の技術を利用することができる。
熱変性層28の形成は、平坦な試料ステージ上に、成膜面52が上面となるようにサファイア基板50を配置し、真空吸着によりサファイア基板50を固定した状態で、成膜面52側から、以下の照射条件にてレーザ照射を行うことで実施した。なお、レーザ照射に際しては、試料ステージの縦方向の走査方向がサファイア基板50のオリフラと一致するように、試料ステージ上にサファイア基板50を固定した。そして、レーザ照射装置に対して、試料ステージを縦方向および横方向に走査し、サファイア基板50の平面方向に対して格子状パターンとなるように熱変性層28を形成した。ここで、ライン間ピッチは、試料ステージの走査速度を変えることで変化させた。
・レーザ波長:1045nm
・パルス幅:500fs
・繰り返し周波数:100kHz
・スポットサイズ:1.6〜3.5μm
・レーザパワー:0.3W
・試料ステージ走査速度:400mm/s(ライン間のピッチに応じて左記範囲内で適宜選択)
Claims (40)
- 基板の厚み方向において2等分して得られる第1領域および第2領域からなる2つの領域のうち、上記どちらか一方の領域内に熱変性層が設けられ、かつ、上記熱変性層が設けられている領域の面側が凸を成すように反っていることを特徴とする単結晶基板。
- 前記熱変性層が設けられている領域が、前記第1領域であることを特徴とする請求項1に記載の単結晶基板。
- 前記熱変性層が設けられている領域が、前記第2領域であることを特徴とする請求項1に記載の単結晶基板。
- 請求項1または2のいずれか1つに記載の単結晶基板において、
前記基板の厚み方向の相対位置を、前記第1領域側の面を0%と仮定し、前記第2領域側の面を100%として仮定した際に、
前記熱変性層が、基板の厚み方向の5%以上50%未満の範囲内に設けられていることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項1または3のいずれか1つに記載の単結晶基板において、
前記基板の厚み方向の相対位置を、前記第1領域側の面を0%と仮定し、前記第2領域側の面を100%として仮定した際に、
前記熱変性層が、基板の厚み方向の50%を超え95%以下の範囲内に設けられていることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の単結晶基板において、
前記熱変性層が、レーザ照射により形成されたことを特徴とする単結晶基板。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の単結晶基板において、
前記熱変性層が、基板の両面と平行に設けられていることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の単結晶基板において、
前記熱変性層が、基板の平面方向に対して、
i)複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ii)複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
iii)同心円状、
iv)前記基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
v)前記基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
vi)ストライプ形状、ならびに、
vii)らせん形状
から選択される少なくともいずれか1つのパターン形状で設けられていることを特徴とすることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項8に記載の単結晶基板において、
前記複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項9に記載の単結晶基板において、
前記格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、50μm〜2000μmの範囲内であることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項1〜10のいずれか1つに記載の単結晶基板において、
前記基板の曲率が200km−1以下の範囲内であることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項1〜11のいずれか1つに記載の単結晶基板において、
前記基板の材質がサファイアであることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項1〜12のいずれか1つに記載の単結晶基板において、
前記基板の直径が50mm以上300mm以下であることを特徴とする単結晶基板。 - 請求項1〜13のいずれか1つに記載の単結晶基板において、
前記基板の厚みが0.05mm以上5.0mm以下であることを特徴とする単結晶基板。 - レーザ照射処理前の単結晶基板の一方の面側から、レーザを照射することにより、
基板の厚み方向において2等分して得られる第1領域および第2領域からなる2つの領域のうち、上記どちらか一方の領域内に熱変性層を形成する熱変性層形成工程を少なくとも経て、
上記熱変性層が設けられている領域の面側が凸を成すように反った単結晶基板を製造することを特徴とする単結晶基板の製造方法。 - 前記熱変性層が設けられている領域が、前記第1領域であることを特徴とする請求項15に記載の単結晶基板の製造方法。
- 前記単結晶基板への前記レーザの照射が、前記単結晶基板の前記第1領域側の面から行われることを特徴とする請求項16に記載の単結晶基板の製造方法。
- 前記熱変性層が設けられている領域が、前記第2領域であることを特徴とする請求項15に記載の単結晶基板の製造方法。
- 前記単結晶基板への前記レーザの照射が、前記単結晶基板の前記第2領域側の面から行われることを特徴とする請求項18に記載の単結晶基板の製造方法。
- 請求項15〜19のいずれか1つに記載の単結晶基板の製造方法において、
前記レーザの照射が、下記A〜Bに示す少なくともいずれか1つに記載の照射条件を満たすように実施されることを特徴とする単結晶基板の製造方法。
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜350nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー
<照射条件B>
・レーザ波長:350nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー - 基板の厚み方向において2等分して得られる第1領域および第2領域からなる2つの領域のうち、上記どちらか一方の領域内に熱変性層が設けられ、かつ、上記熱変性層が設けられている領域の面側が凸を成すように反っている単結晶基板の、上記第2領域側の面に、
2つ以上の層を有する多層膜を形成する多層膜形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造することを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 前記熱変性層が設けられている領域が、前記第1領域であることを特徴とする請求項21に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法。
- 請求項21または22のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記基板の厚み方向の相対位置を、前記第1領域側の面を0%と仮定し、前記第2領域側の面を100%とし仮定した際に、
前記熱変性層が、前記基板の厚み方向の5%以上50%未満の範囲内に位置するように形成されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 前記熱変性層が設けられている領域が、前記第2領域であることを特徴とする請求項21に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法。
- 請求項21または24のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記基板の厚み方向の相対位置を、前記第1領域側の面を0%と仮定し、前記第2領域側の面を100%とし仮定した際に、
前記熱変性層が、前記基板の厚み方向の50%を超え95%以下の範囲内に位置するように形成されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項21〜23のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の一方の面側から、レーザを照射することにより、
前記基板の厚み方向において2等分して得られる前記第1領域および前記第2領域からなる2つの領域のうち、前記第1領域内に前記熱変性層を形成する熱変性層形成工程を少なくとも経ることで、前記第1領域の面側が凸を成すように反った前記単結晶基板を作製し、
その後に、当該単結晶基板に対して前記多層膜形成工程を実施することを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 前記単結晶基板への前記レーザの照射が、前記単結晶基板の前記第1領域側の面から行われることを特徴とする請求項26に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法。
- 請求項21、24、25のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記単結晶基板の一方の面側から、レーザを照射することにより、
基板の厚み方向において2等分して得られる前記第1領域および前記第2領域からなる2つの領域のうち、前記第2領域内に熱変性層を形成する熱変性層形成工程を少なくとも経ることで、上記第2領域の面側が凸を成すように反った前記単結晶基板を作製し、
その後に、当該単結晶基板に対して前記多層膜形成工程を実施することを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 前記単結晶基板への前記レーザの照射が、前記単結晶基板の前記第2領域側の面から行われることを特徴とする請求項28に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法。
- 請求項26〜29のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記レーザの照射が、下記A〜Bに示す少なくともいずれか1つに記載の照射条件を満たすように実施されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。
<照射条件A>
・レーザ波長:200nm〜350nm
・パルス幅:ナノ秒オーダー
<照射条件B>
・レーザ波長:350nm〜2000nm
・パルス幅:フェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー - 請求項21〜30のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記熱変性層が、前記多層膜と平行となるように形成されることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項21〜31のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記熱変性層が、基板の平面方向に対して、
i)複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状、
ii)複数個の同一形状および同一サイズの円または楕円を規則的に配置した形状、
iii)同心円状、
iv)前記基板の中心点に対して略点対称に形成された形状、
v)前記基板の中心点を通じる直線に対して略線対称に形成された形状、
vi)ストライプ形状、ならびに、
vii)らせん形状
から選択される少なくともいずれか1つのパターン形状を描くように形成されることを特徴とすることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項32に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記複数個の同一形状および同一サイズの多角形を規則的に配置した形状が、格子形状であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項33に記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記格子形状を成すパターンを構成するラインのピッチが、50μm〜2000μmの範囲内であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項21〜34のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記熱変性層が設けられ、前記多層膜が形成される前の前記単結晶基板の曲率が200km−1以下の範囲内であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項21〜35のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記基板の材質が、サファイアであることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項21〜36のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記基板の直径が50mm以上300mm以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項21〜37のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記基板の厚みが0.05mm以上5.0mm以下であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 請求項21〜38のいずれか1つに記載の多層膜付き単結晶基板の製造方法において、
前記多層膜を構成する少なくともいずれか1層が、窒化物半導体結晶層であることを特徴とする多層膜付き単結晶基板の製造方法。 - 単結晶基板の厚み方向において2等分して得られる第1領域および第2領域からなる2つの領域のうち、上記どちらか一方の領域内に熱変性層が設けられ、かつ、上記熱変性層が設けられている領域の面側が凸を成すように反っている単結晶基板の、上記第2領域側の面に、
2つ以上の層を有する多層膜を形成する多層膜形成工程を、少なくとも経ることにより、多層膜付き単結晶基板を製造し、
さらに、当該多層膜付き単結晶基板の上記多層膜に対して、少なくともパターニング処理を施すことにより、発光素子、光発電素子、半導体素子から選択されるいずれか1つの素子として機能する素子部分を作製する素子部分形成工程を少なくとも経て、上記素子部分と当該素子部分に略対応するサイズを有する単結晶基板とを含む素子を製造することを特徴とする素子製造方法。
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