特開 2022-16374 単結晶基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022016374

(43)【公開日】2022-01-21

(54)【発明の名称】単結晶基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/38 20060101AFI20220114BHJP

   C30B 33/00 20060101ALI20220114BHJP

   C30B 25/02 20060101ALI20220114BHJP

【ＦＩ】

C30B29/38 D

C30B33/00

C30B25/02

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021113209

(22)【出願日】2021-07-08

(31)【優先権主張番号】10-2020-0084854

(32)【優先日】2020-07-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】512272731

【氏名又は名称】ルミジエヌテック カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イ ヘヨン

(72)【発明者】

【氏名】チェ ヨンジュン

(72)【発明者】

【氏名】オ ヘゴン

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BE15

4G077DB04

4G077DB05

4G077DB08

4G077ED04

4G077EF01

4G077FH08

4G077FJ03

4G077HA12

(57)【要約】

【課題】単結晶層の不良の発生を抑制もしくは防止することのできる単結晶基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態に係る単結晶基板の製造方法は、単結晶成長装置内に装入されたベースの上にシード層を形成する過程と、前記シード層が形成されたベースを前記単結晶成長装置の外に搬出し、前記ベースの下側からシード層に向かってレーザーを照射して、複数の空隙を有する分離層を形成する過程と、前記分離層が形成されたベースを前記単結晶成長装置内に装入して、前記分離層の上に単結晶層を形成する過程と、前記分離層及び単結晶層が形成されたベースを前記単結晶成長装置の外に搬出して、前記単結晶層を前記ベースから分離する分離過程と、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶成長装置内に装入されたベースの上にシード層を形成する過程と、
前記シード層が形成されたベースを前記単結晶成長装置の外に搬出し、前記ベースの下側からシード層に向かってレーザーを照射して、複数の空隙を有する分離層を形成する過程と、
前記分離層が形成されたベースを前記単結晶成長装置内に装入して、前記分離層の上に単結晶層を形成する過程と、
前記分離層及び単結晶層が形成されたベースを前記単結晶成長装置の外に搬出して、前記単結晶層を前記ベースから分離する分離過程と、
を含む単結晶基板の製造方法。

【請求項2】

前記分離層を形成するに当たって、前記空隙は、前記ベースと分離層との間の界面に形成される請求項１に記載の単結晶基板の製造方法。

【請求項3】

前記ベースの下側からシード層に向かってレーザーを照射する過程は、
前記シード層の延在方向にレーザーを不連続的に照射する過程を含む請求項１に記載の単結晶基板の製造方法。

【請求項4】

前記シード層の延在方向にレーザーを不連続的に照射する過程は、
開口部と閉鎖部とが交互に複数設けられたマスクを設ける過程と、
前記シード層の反対側に前記ベースと向かい合うように前記マスクを位置させる過程と、
前記マスク及びベースを通過するようにレーザーを放射する過程と、
を含む請求項３に記載の単結晶基板の製造方法。

【請求項5】

前記マスクを設けるに当たって、前記開口部の長さと閉鎖部の長さとの比が２：１～１：５になるように設ける請求項４に記載の単結晶基板の製造方法。

【請求項6】

前記マスクを設けるに当たって、前記開口部の長さが１μｍ～１００μｍになるように設ける請求項５に記載の単結晶基板の製造方法。

【請求項7】

前記シード層の延在方向にレーザーを不連続的に照射する過程は、
前記シード層が形成されたベースを水平移動させる過程と、
水平移動させられる前記ベースに形成された前記シード層の反対側から前記ベースに向かってレーザーを照射し、照射を中止する動作を交互に複数回繰り返し行う過程と、
を含む請求項３に記載の単結晶基板の製造方法。

【請求項8】

前記分離過程は、前記分離層が前記ベースから単結晶層の積層方向に分かれる過程を含む請求項１に記載の単結晶基板の製造方法。

【請求項9】

前記シード層及び単結晶層は、ＧａＮ層を備える請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の単結晶基板の製造方法。

【請求項10】

前記シード層を形成するに当たって、２μｍ～３０μｍの厚さに形成する請求項８に記載の単結晶基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、単結晶基板の製造方法に係り、さらに詳しくは、単結晶層の不良の発生を抑制もしくは防止することのできる単結晶基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板は、サファイア基板の上にＧａＮ単結晶層を成長させた後、ＧａＮ単結晶層をサファイア基板から分離する過程を経て製造される。ここで、通常、サファイア基板から分離されたＧａＮ単結晶層をＧａＮ単結晶基板と称する。

【0003】

ＧａＮ単結晶層をサファイア基板から分離する方法として、冷却過程を経て自然に分離する方法が挙げられる。冷却過程を経て自然に分離する方法は、サファイア基板とＧａＮ単結晶層との間に複数の空隙（Ｖｏｉｄ）を有する弱層（ｗｅａｋ ｌａｙｅｒ）を形成し、前記弱層を用いて分離する方法である。すなわち、サファイア基板の上に、複数の空隙を有する弱層及びＧａＮ単結晶層を積層した後、冷却させると、サファイア基板とＧａＮ単結晶層との間の熱膨張係数の差により、弱層に応力が生じる。このとき、弱層がサファイア基板からＧａＮ単結晶層の積層方向に分離または分かれ、このため、ＧａＮ単結晶層がサファイア基板から分離される。

【0004】

一方、複数の空隙（Ｖｏｉｄ）を有する弱層を設けるに当たって、従来には、サファイア基板の上に薄膜を形成した後、化学的なエッチング法で前記薄膜の一部を除去するなどして設けていた。また、別の方法として、サファイア基板の上に第１の薄膜を形成した後、前記第１の薄膜の上に選択的に第２の薄膜を形成する方法が挙げられる。これらの方法は、弱層の厚さ方向の中心に空隙が位置するように設ける方法である。このため、ＧａＮ単結晶層が形成されるべき弱層の上部の表面が空隙により平らに形成できない。

【0005】

また、平らではない弱層の上にＧａＮを成長させる場合、結晶性が悪く、これにより、不良な品質の基板が製造される虞がある。このため、平らではない弱層の上部の表面を平坦化させる工程、例えば、エピタキシャル横成長（ＥＬＧ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）工程をさらに行う。ところが、弱層を形成した後に、平坦化工程が伴われることに起因して工程が複雑になり、しかも、工程時間が長引いてしまうという不都合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】大韓民国登録特許ＫＲ１３７９２９０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、ベースから単結晶層を分離して単結晶基板を製造するに当たって、単結晶層の不良の発生を抑制もしくは防止することのできる単結晶基板の製造方法を提供する。

【0008】

また、本発明は、ベースから単結晶層を分離して単結晶基板を製造するに当たって、製造時間を短縮することのできる単結晶基板の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の実施形態に係る基板の製造方法は、単結晶成長装置内に装入されたベースの上にシード層を形成する過程と、前記シード層が形成されたベースを前記単結晶成長装置の外に搬出し、前記ベースの下側からシード層に向かってレーザーを照射して、複数の空隙を有する分離層を形成する過程と、前記分離層が形成されたベースを前記単結晶成長装置内に装入して、前記分離層の上に単結晶層を形成する過程と、前記分離層及び単結晶層が形成されたベースを前記単結晶成長装置の外に搬出して、前記単結晶層を前記ベースから分離する分離過程と、を含む。

【0010】

前記分離層を形成するに当たって、前記空隙は、前記ベースと分離層との間の界面に形成されてもよい。

【0011】

前記ベースの下側からシード層に向かってレーザーを照射する過程は、前記シード層の延在方向にレーザーを不連続的に照射する過程を含んでいてもよい。

【0012】

前記シード層の延在方向にレーザーを不連続的に照射する過程は、開口部と閉鎖部とが交互に複数設けられたマスクを設ける過程と、前記シード層の反対側に前記ベースと向かい合うように前記マスクを位置させる過程と、前記マスク及びベースを通過するようにレーザーを放射する過程と、を含んでいてもよい。

【0013】

前記マスクを設けるに当たって、前記開口部の長さと閉鎖部の長さとの比が２：１～１：５になるように設けてもよい。

【0014】

前記マスクを設けるに当たって、前記開口部の長さが１μｍ～１００μｍになるように設けてもよい。

【0015】

前記シード層の延在方向にレーザーを不連続的に照射する過程は、前記シード層が形成されたベースを水平移動させる過程と、水平移動させられる前記ベースに形成された前記シード層の反対側から前記ベースに向かってレーザーを照射し、照射を中止する動作を交互に複数回繰り返し行う過程と、を含んでいてもよい。

【0016】

前記分離過程は、前記分離層が前記ベースから単結晶層の積層方向に分かれる過程を含んでいてもよい。

【0017】

前記シード層及び単結晶層は、ＧａＮ層を備えていてもよい。

【0018】

前記シード層を形成するに当たって、２μｍ～３０μｍの厚さに形成してもよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明の実施形態に係る単結晶基板の製造方法によれば、ベースの下側からシード層に向かってレーザーを照射して、ベースと分離層との間の界面に空隙を形成する。このため、たとえ分離層に空隙が形成されるとしても、単結晶層が成長される分離層の表面が平らに形成されることが可能になる。

【0020】

したがって、平らな分離層の表面の上に単結晶層を成長させることができて、結晶性に優れており、しかも、欠陥の発生が抑えられた単結晶基板を用意することができる。すなわち、平らな分離層の表面を平坦化させる平坦化工程を省略しながも、結晶性に優れており、しかも、欠陥の発生が抑えられた単結晶基板を用意することができる。

【0021】

また、空隙が単結晶層から遠くに位置するようにベースと分離層との間の界面に形成されることから、分離に際して単結晶層に加えられる応力またはストレスを抑制または極力抑えることができる。したがって、単結晶層に加えられる応力を減らすことができて、応力による単結晶層の不良の発生を抑制もしくは防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に係る単結晶基板の製造方法を示す手順図である。

【図2】本発明の実施形態に係る単結晶基板の製造方法を順次に示す概念図である。

【図3】本発明の実施形態に係るマスクを説明するための図である。

【図4】本発明の実施形態に係る方法により空隙が形成された分離層の一部を撮影した写真である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。本発明の実施形態について説明するために、図面は誇張されていてもよく、図中、同じ符号は、同じ構成要素を指し示す。

【0024】

本発明は、ベースから単結晶層を分離して単結晶基板を製造するに当たって、単結晶層の不良の発生を抑制もしくは防止することのできる単結晶基板の製造方法に関する。また、本発明は、単結晶基板を製造する時間を短縮することのできる単結晶基板の製造方法に関する。

【0025】

以下、図１から図３に基づいて、本発明の実施形態に係る単結晶基板の製造方法について説明する。

【0026】

図１は、本発明の実施形態に係る単結晶基板の製造方法を示す手順図である。図２は、本発明の実施形態に係る単結晶基板の製造方法を順次に示す概念図である。図３は、本発明の実施形態に係るマスクを説明するための図である。

【0027】

図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態に係る単結晶基板４００の製造方法は、用意されたベース１０の上に複数の空隙Ｖを有する分離層３０を形成する過程（Ｓ１００）と、分離層３０の上に単結晶層４０を形成する過程（Ｓ２００）と、単結晶層４０が形成されたベース１０を冷却させてベース１０から単結晶層４０を分離する過程（Ｓ３００）及び単結晶層４０の表面を加工する過程（Ｓ４００）を含む。

【0028】

ここで、通常、ベース１０から分離された単結晶層４０または表面加工が完了した単結晶層４０を単結晶基板４００と称する。

【0029】

図２を参照すると、ベース１０は、その一方の面に薄膜が形成可能な所定の面積を有する板（ｐｌａｔｅ）状のものであってもよい。また、ベース１０としては、レーザー光（以下、レーザーと称する。）が透過可能な材質の基板が使用可能である。具体例を挙げると、ベース１０としては、３６２ｎｍ以下の波長のレーザーが透過可能な基板が使用可能である。さらに具体的な例を挙げると、固体レーザーのうち、３５５ｎｍの波長のレーザー及び２６６ｎｍのレーザー、３０８ｎｍの波長のＸｅＣｌエキシマーレーザー、２４８ｎｍの波長のＫｒＦエキシマーレーザー、１９３ｎｍの波長のＡｒＦエキシマーレーザーのうちのいずれか一つが透過可能な基板が用いられることが好ましく、例えば、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板が使用可能である。ここで、サファイア基板は、サファイアウェーハ（ｓａｐｐｈｉｒｅ ｗａｆｅｒ）であってもよい。

【0030】

ベース１０が設けられると、前記ベース１０の上に分離層３０を形成する（Ｓ１００）。このために、まず、図２の（ａ）に示すように、ベース１０の上にシード層２０を形成する（Ｓ１１０）。シード層２０は、後続して形成される単結晶層４０と同じ材料から形成されてもよく、ＧａＮ層から形成されてもよい。このようなシード層２０は、数μｍ～数十μｍの厚さに形成されてもよく、２μｍ～３０μｍの厚さに形成されることがより好ましく、５μｍ～２０μｍの厚さに形成されることがさらに好ましい。

【0031】

一方、シード層２０の厚さが２μｍ未満である場合、空隙Ｖの形成のためにシード層２０にレーザーを照射する後続過程において、シード層２０がベース１０から分離、すなわち、剥離される（ｐｅｅｌ ｏｆｆ）虞がある。また、シード層２０の厚さが３０μｍを超える場合、後続して、空隙Ｖの形成のためにシード層２０にレーザーが照射されると、シード層２０に大きな応力が加えられてしまう。この場合、空隙Ｖが形成されたシード層２０、すなわち、分離層３０の上に単結晶層４０を成長させるとき、単結晶層４０の成長の最中に分離層３０から単結晶層４０の少なくとも一部が剥げ落ちるなどの成長不良が生じる虞がある。

【0032】

このようなシード層２０は、単結晶成長装置においてベース１０の上にＧａＮ層を成長させて形成してもよい。また、単結晶成長装置は、例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ；Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）でＧａＮ層を成長させる装置であってもよい。ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）でＧａＮ層のシード層２０を形成する方法について簡略に説明すると、下記の通りである。

【0033】

まず、ベース１０を単結晶成長装置の反応空間、すなわち、炉（ｆｕｒｎａｃｅ）の内部に装入し、炉内にＧａソース原料とＨＣｌガスを供給する。すると、Ｇａソース原料とＨＣｌガスとの反応によりＧａＣｌガスが形成される。この後、ＮＨ_３ガスを供給すると、ＧａＣｌとＮＨ_３との反応によりＧａＮ層が形成される。

【0034】

反応式１）
Ｇａ ＋ ＨＣｌ（ｇ） → ＧａＣｌ（ｇ） ＋ １／２Ｈ_２（ｇ）

【0035】

反応式２）
ＧａＣｌ（ｇ） ＋ ＮＨ_３ → ＧａＮ（ｓ） ＋ ＨＣｌ（ｇ） ＋ Ｈ_２（ｇ）

【0036】

このとき、炉内の温度を９５０℃～１０５０℃に調節することが好ましい。

【0037】

一方、炉内の温度が９５０℃未満である場合、シード層２０の結晶性が低下するという不都合が生じる虞がある。また、結晶性の低いシード層２０にレーザーを照射して形成された分離層３０の上に単結晶層４０を形成すると、単結晶層４０に欠陥が生じる虞がある。逆に、炉内の温度が１０５０℃を超えると、シード層２０の成長速度が遅いため、前記シード層２０に加えられる応力が大きくなってしまう。このため、ベース１０の上にシード層２０が成長される最中に、シード層２０がベース１０から分離、すなわち、剥離される（ｐｅｅｌ ｏｆｆ）虞がある。

【0038】

シード層２０を形成する方法は、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）に何ら限定されるものではなく、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）など様々な方法でシード層２０を形成することができる。

【0039】

ベース１０の上にシード層２０が形成されると、シード層２０にレーザー（Ｌａｓｅｒ）を照射して分離層３０を形成する（Ｓ１２０）。すなわち、シード層２０に分離層３０を形成する。このために、まず、シード層２０が形成されたベース１０を単結晶成長装置の外に搬出する。

【0040】

そして、シード層２０にレーザーを照射する。このために、例えば、シード層２０が形成されたベース１０をレーザーを照射するレーザー照射装置と向かい合うステージに支持する。また、図２の（ｂ）に示すように、複数の穴（以下、開口部ＯＡと称する。）を有するマスク（ｍａｓｋ）Ｍをベース１０の下側に位置させる。このため、マスクＭの開口部ＯＡを通過したレーザーは、ベース１０を透過した後、シード層２０に照射される。このとき、ＧａＮのエネルギーバンドギャップが３．４２５ｅＶであり、吸収波長が３６２ｎｍであるため、３６２ｎｍ以下の波長を有するレーザーを用いることが好ましい。このため、シード層に照射されるレーザーとして、固体レーザーのうち、３５５ｎｍの波長のレーザー（３．５ｅＶ）及び２６６ｎｍのレーザー（４．６８ｅＶ）、３０８ｎｍの波長のＸｅＣｌエキシマーレーザー（４．０４ｅＶ）、２４８ｎｍの波長のＫｒＦエキシマーレーザー（５．０２ｅＶ）、１９３ｎｍの波長のＡｒＦエキシマーレーザー（６．４５ｅＶ）のうちのいずれか一つが用いられることが好ましい。

【0041】

ベース１０の下側から放射されたレーザーは、上述したように、マスクＭに設けられた複数の開口部ＯＡを通過した後、ベース１０を透過してシード層２０に照射される。このように、レーザーが互いに離れて設けられた複数の開口部ＯＡを通過するように照射されることを別の言葉で言い表すと、ベース１０またはシード層２０の延在方向にレーザーを不連続的に照射することであると説明され得る。シード層２０に照射されたレーザーは、前記シード層２０の少なくとも一部を溶融させる。このとき、レーザーは、マスクＭに設けられた複数の開口部ＯＡを通過してシード層２０に照射されるため、シード層２０のうち、マスクＭの複数の開口部ＯＡと向かい合う領域が溶融され得る。すなわち、マスクＭによりシード層２０が選択的にまたは不連続的に溶融され得る。

【0042】

さらに、レーザーによるシード層２０の選択的な溶融によりシード層２０内に複数の空きスペースである複数の空隙（ｖｏｉｄ）Ｖが形成される。すなわち、ＧａＮからなるシード層２０のうち、マスクＭの複数の開口部ＯＡと向かい合う領域がレーザーにより溶融され、この領域に空隙Ｖが形成され得る。すなわち、複数の空隙Ｖが不連続的に形成され得る。また、空隙Ｖは、図２の（ｃ）に示すように、シード層２０内においてベース１０とシード層２０との間の界面に形成される。換言すると、空隙Ｖは、シード層２０とベース１０との間の界面から前記界面とは反対の方向に所定の高さを有するように形成される。そして、このような空隙Ｖは、上述したように、シード層２０とベース１０との間の界面に形成されるため、後続して分離層３０の上に形成される単結晶層４０に比べてベース１０と隣り合うように形成されるものと説明され得る。なお、空隙Ｖが形成されたシード層２０を分離層３００と称するため、空隙Ｖは、ベース１０と分離層３０との間の界面に形成されるものと説明され得る。

【0043】

空隙Ｖは、ベース１０と分離層３０との間の界面に形成されるが、その形状は種々であってもよい。すなわち、照射されるレーザーの強さ、ベース１０が載置されたステージの移動速度、シード層２０の厚さなどに応じて異なってくる。

【0044】

複数の空隙Ｖが形成されたシード層２０、すなわち、分離層３０は、前記分離層３０の上に単結晶層４０を形成した後、冷却させて単結晶層４０をベース１０から分離するとき、分離し易くするために形成される層である。すなわち、分離層３０の上に単結晶層４０を形成した後、これを冷却させるが、単結晶層４０とベース１０との間の熱膨張係数の差により、前記ベース１０と単結晶層４０との間にある分離層３０に応力が加えられる。この応力は、分離層３０を目安として、ベース１０と単結晶層４０の両方向に加えられることができ、このため、分離層３０がベース１０から単結晶層４０の並べ方向または積層方向に分離または引きちぎれる。これにより、単結晶層４０がベース１０から分離され、このように、冷却により分離されることを自然分離と称する。

【0045】

冷却に際して、ベース１０と単結晶層４０との間の熱膨張係数の差による応力により分離層３０がベース１０から単結晶層４０の並べ方向に分かれるようにするためには、前記分離層３０が脆い必要がある。すなわち、熱膨張係数の差による応力により、分離層３０がベース１０から単結晶層４０の並べ方向にまたは上下方向に容易に分かれるように、または分離されるように、または引きちぎれるように脆い必要がある。

【0046】

したがって、実施形態においては、複数の空隙Ｖを有するように分離層３０を形成する。分離層３０に複数の空隙Ｖが形成されると、前記空隙Ｖがないときに比べて、分離層３０を構成する組織間の結合力が弱い。特に、空隙Ｖが形成された位置において組織間の結合力が弱い。このため、分離層３０の上に単結晶層４０を形成した後、冷却を行うと、ベース１０と単結晶層４０との間の熱膨張係数の差による応力により、分離層３０が容易にベース１０から単結晶層４０の積層方向に分離される。これにより、冷却に際して単結晶層４０に加えられる応力を減らすことができ、これによる単結晶層４０の欠陥及びこれによる不良の発生を減らすことができる。

【0047】

さらにまた、ベース１０と分離層３０との間の界面に空隙Ｖが形成されることに伴い、単結晶層４０を形成してから冷却させるときに、単結晶層４０をさらに容易にベース１０から分離することができる。すなわち、冷却により加えられる応力により分離層３０が分かれるとき、ベース１０と分離層３０との間の界面に空隙Ｖが形成される場合、分離層３０の厚さ方向の中心に空隙が形成されているときに比べて、相対的に小さな応力で分離層３０を分離することができる。これは、同じ材料からなる層間の結合力に比べて、異種材料からなる層間の結合力の方が相対的に弱い可能性があり、中でも、異種材料からなる層間の界面または前記界面と隣り合う領域における結合力の方がさらに弱い可能性があるが、実施形態においては、異種材料であるベース１０と分離層３０との間の界面に空隙Ｖを形成することにより、前記ベース１０と分離層との間の界面がより一層応力に弱くなるようにするからであると推察される。このため、単結晶層４０に加えられる応力を減らすことができる。

【0048】

これらに加えて、空隙Ｖを中心として分離層３０が分かれるが、空隙Ｖが単結晶層４０から遠くに位置するようにベース１０と分離層３０との間の界面に形成されるため、分離に際して単結晶層４０に加えられる応力またはストレスを抑制または極力抑えることができる。このように、単結晶層４０に加えられる応力を減らすことができて、応力による単結晶層４０の欠陥の発生を抑制もしくは防止することができる。

【0049】

以下、ベース１０の下側からレーザーを照射する過程に戻って説明する。

【0050】

上述したように、ベース１０の上にシード層２０が形成されると、ベース１０の下側にマスクＭを位置させ、マスクＭの下側からベース１０に向かってレーザーを照射する。レーザーは、マスクＭに設けられた複数の開口部ＯＡを通過してベース１０を透過した後、シード層２０に照射される。このため、シード層２０に複数の空隙Ｖが形成される。

【0051】

マスクＭは、上述したように、レーザーが通過可能な複数の開口部ＯＡを含むように設けられる。換言すると、マスクＭは、図３に示すように、複数の開口部ＯＡ及び開口部ＯＡの間の領域であり、開口されていない領域である閉鎖部ＣＡを含むように設けられる。なお、開口部ＯＡと閉鎖部ＣＡとが交互に位置するように設けられる。

【0052】

実施形態においては、開口部ＯＡと閉鎖部ＣＡとの長さ比である「開口部の長さＬ_ｏ：閉鎖部Ｌ_ｃの長さ」が２：１～１：５になるように設ける。すなわち、開口部ＯＡの長さＬ_ｏは、閉鎖部ＣＡの長さＬ_ｃに比べて小さくても大きくてもよく、それに等しくてもよい。開口部ＯＡの長さＬ_ｏが閉鎖部ＣＡの長さＬ_ｃに比べて小さな場合、開口部ＯＡの長さＬ_ｏは、閉鎖部ＣＡの長さＬ_ｃの０．２以上、且つ、１未満と小さく形成されてもよい。また、開口部ＯＡの長さＬ_ｏが閉鎖部ＣＡの長さＬ_ｃに比べて大きな場合、開口部ＯＡの長さＬ_ｃは、閉鎖部ＣＡの長さＬ_ｃの１倍超え、且つ、２倍以下と大きく形成されてもよい。なお、開口部ＯＡの長さＬ_ｏは、１μｍ～１００μｍに設けられることが好ましい。

【0053】

一方、開口部ＯＡが閉鎖部ＣＡに比べてその長さが小さく形成されるとき、開口部ＯＡの長さＬ_ｏが閉鎖部ＣＡの長さＬ_ｃの０．２未満と小さく形成されるか、あるいは、開口部ＯＡの長さＬ_ｏが１μｍ未満である場合、冷却に際して、分離層３０がベース１０から単結晶層４０の並べ方向に分かれない虞がある。これは、マスクＭの開口部ＯＡの長さまたは面積が小さ過ぎて、分離層３０に形成される空隙Ｖの大きさが過剰に小さく形成されるからであると推察される。すなわち、空隙Ｖの大きさが小さ過ぎて、分離層３０がベース１０と単結晶層４０との間の熱膨張係数の差による応力に強いからであると推察される。

【0054】

逆に、開口部ＯＡが閉鎖部ＣＡに比べてその長さが大きく形成されるとき、開口部ＯＡの長さＬ_ｏが閉鎖部ＣＡの長さＬ_ｃの２倍を超えるように大きいか、あるいは、開口部ＯＡの長さＬ_ｏが１００μｍを超えるように大きな場合、レーザー照射に際してシード層２０がベース１０から剥離される（ｐｅｅｌ ｏｆｆ）虞がある。

【0055】

以上においては、シード層２０が形成されたベース１０の下側にマスクＭを位置させ、マスクＭの下側からレーザーを照射すると説明した。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、レーザーをベース１０の上側から照射してもよい。すなわち、シード層２０が下側を見下ろすようにひっくり返した状態で、レーザー照射装置とベース１０との間にマスクＭを位置させ、マスクＭの上側からレーザーを照射してもよい。

【0056】

また、以上においては、開口部ＯＡと閉鎖部ＣＡを有するマスクＭを用いて、シード層２０の延在方向にレーザーを不連続的に照射して分離層３０を形成することについて説明した。しかしながら、マスクＭを用いずに、シード層２０の延在方向にレーザーを不連続的に照射してもよい。すなわち、シード層２０が形成されたベース１０が載置されたステージを水平移動させつつ、シード層２０に向かってレーザーを照射（または、放射）（ｏｎ）する、あるいは、照射（または、放射）を中止（ｏｆｆ）する動作を交互に複数回繰り返し行うことにより、レーザーを不連続的に照射してもよい。ここで、「レーザーの照射を中止する」とは、レーザーを放射しないことを意味する。

【0057】

ベース１０の上に分離層３０が形成されると、前記分離層３０の上に、図２の（ｄ）に示すように、単結晶層４０を形成する（Ｓ２００）。換言すると、分離層３０をシード（ｓｅｅｄ）として薄膜、すなわち、単結晶を成長させて単結晶層４０を成長させる。このために、分離層３０が形成されたベース１０を単結晶成長装置に装入し、分離層３０の上に単結晶層４０を形成する。このとき、単結晶層４０は、分離層３０またはシード層２０と同じ材料から形成され、例えば、ＧａＮから形成されてもよい。なお、単結晶層４０は、分離層３０に比べて厚く、数百μｍ～数千μｍの厚さに形成されるが、４００μｍ以上の厚さに形成されることが好ましい。より好ましくは、４００μｍ～２０００μｍの厚さに形成される。

【0058】

上述したように、ベース１０の上にシード層２０を形成した後、ベース１０の下側にレーザーを照射することにより、ベース１０とシード層２０との間の界面に空隙Ｖが形成される。このため、ベース１０と接する分離層３０の一方の面の反対面であって、単結晶層４０が成長される分離層３０の他方の面は平らに形成される。このため、分離層３０を形成した後、前記分離層３０の他方の面を平坦化させる工程をさらに行う必要がない。したがって、分離層３０を平坦化させる工程を省略しながらも、結晶性に優れており、しかも、欠陥の発生が抑えられた単結晶層４０を形成することができる。

【0059】

しかしながら、従来の方法のように、化学的なエッチング法でシード層の一部を除去するが、マスクを用いた選択的な成長方法でシード層内に空隙を形成して分離層を設ける場合、前記空隙は、分離層の厚さ方向の中心に位置するようになる。この場合、単結晶層が成長されるべき分離層の他方の面が平らではないため、分離層の他方の面を平坦化させる工程、例えば、エピタキシャル横成長（ＥＬＧ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）工程をさらに行わなければならないという不都合がある。このため、工程が複雑になり、しかも、長引いてしまうという不都合がある。

【0060】

一方、前述したように、単結晶層４０がベース１０から分離されるとき、分離層３０がその厚さ方向に分かれるように分離される。このため、分離層３０の一部は単結晶層４０に付着し、残りはベース１０に付着するように、単結晶層４０がベース１０から分離される。このため、単結晶層４０がベース１０から分離されると、少なくともベース１０と向かい合っていた面であって、分離層３０が付着している単結晶層４０の一方の面を研磨加工する必要がある。このような表面加工が終わると、最終製品である単結晶基板４００が用意される。

【0061】

単結晶層４０の一方の面、すなわち、表面を研磨加工すると、単結晶層４０の厚さが減少するが、安定的な単結晶基板４００を得るためには、その厚さが３５０μｍ以上になる必要がある。ところが、分離層３０の上に形成された単結晶層４０の厚さが４００μｍ未満である場合、表面加工の後に単結晶層４０の厚さが３５０μｍ未満になる虞がある。すなわち、厚さが３５０μｍ未満である不安定な単結晶基板４００が製造される虞がある。したがって、分離層３０の上に単結晶層４０を形成するに当たって、４００μｍ以上の厚さを有するように形成する。

【0062】

単結晶層４０は、シード層２０の形成方法と同様にして形成してもよい。すなわち、分離層３０が形成されたベース１０が装入された反応空間、すなわち、炉にＧａソース原料とＨＣｌガスを供給する。このため、Ｇａソース原料とＨＣｌガスとの反応によりＧａＣｌガスが形成され、後続して供給されたＮＨ_３ガスとＧａＣｌとの反応によりＧａＮからなる単結晶層４０が形成される。

【0063】

単結晶層４０の形成が終わると、ベース１０を単結晶成長装置から搬出する。また、分離層３０及び単結晶層４０が形成されたベース１０を単結晶成長装置から搬出して冷却させるが、常温まで冷却させることが好ましい。

【0064】

分離層３０及び単結晶層４０が形成されたベース１０が冷却させられると、ベース１０と単結晶層４０との間の熱膨張係数の差により分離層３０に応力が加えられる。このとき、応力は、熱膨張係数に差が出る方向、すなわち、ベース１０と単結晶層４０の並べ方向に働く。すなわち、分離層３０を目安として、ベース１０及び単結晶層４０の両方向に応力が加えられる。

【0065】

このため、図２の（ｅ）に示すように、分離層３０の厚さ方向を目安として、ベース１０と隣り合う下部はベース１０側に、残りは単結晶層４０側に分かれるように分離される。このような分離は、分離層３０のうち、複数の空隙Ｖが形成された位置において起こる。すなわち、分離層３０の厚さ方向を目安として、空隙Ｖが形成された領域において、一部がベース１０側に、残りが単結晶層４０側に分かれるように分離される。一つの空隙Ｖを目安として説明し直すと、前記一つの空隙Ｖの高さ方向を目安として、ベース１０に近い下部領域はベース１０側に、残りの領域は単結晶層４０側に分かれるように分離される。

【0066】

この後、単結晶層４０またはベース１０に所定の衝撃を加えると、単結晶層４０がベース１０から完全に分離され得る。いうまでもなく、衝撃を加えなくても、冷却だけで単結晶層４０がベース１０から分離されることもできる。

【0067】

次いで、分離層３０の一部が付着している単結晶層４０の一方の面を研磨加工して（図２の（ｆ）参照）、単結晶層４０から分離層３０を除去する。また、分離層３０が付着している単結晶層４０の一方の面の反対の面もまた研磨加工してもよい。このとき、機械的な研磨法であるグラインディング、ポリッシング法またはスラリーを用いた化学的な反応を用いて研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などで研磨して表面を加工してもよい。

【0068】

このような表面加工により、最終製品である単結晶基板４００が用意される（図２の（ｇ）参照）。

【0069】

図４は、本発明の実施形態に係る方法により空隙が形成された分離層の一部を撮影した写真である。

【0070】

以下、図２及び図４に基づいて、本発明の実施形態に係る単結晶基板の製造方法について一括して説明する。このとき、前述した内容と重複する内容は省略するか、あるいは、簡略に説明する。

【0071】

まず、図２の（ａ）に示すように、ベース１０の上にシード層２０を形成する（Ｓ１１０）。このために、ベース１０を単結晶成長装置内に装入し、ベースの上にシード層２０を形成する。このとき、ベース１０はサファイアウェーハであってもよく、シード層２０は、２μｍ～３０μｍの厚さに形成されたＧａＮ層であってもよい。なお、シード層２０は、９５０℃～１０５０℃の温度で形成されてもよい。

【0072】

この後、シード層２０にレーザーを照射して、複数の空隙Ｖを有する分離層３０を形成する。このために、まず、シード層２０が形成されたベース１０を単結晶成長装置から搬出する。そして、図２の（ｂ）に示すように、ベース１０の下側に複数の開口部ＯＡ及び閉鎖部ＣＡが設けられたマスクＭを位置させ、マスクＭの下側から３６２ｎｍ以下の波長を有するレーザー、より具体的には、３５５ｎｍの波長を有する固体レーザーを放射する。

【0073】

このため、レーザーは、マスクＭに設けられた複数の開口部ＯＡを通過した後、ベース１０を透過してシード層２０に照射される。シード層２０に照射されたレーザーは、前記シード層２０の一部を溶融させる。このとき、レーザーは、マスクＭに設けられた複数の開口部ＯＡを通過してシード層２０に照射されるので、シード層２０のうち、マスクＭの複数の開口部ＯＡと向かい合う領域が溶融され得る。このような溶融により、図２の（ｃ）及び図４に示すように、シード層２０内に空きスペースである複数の空隙Ｖが形成される。また、マスクＭの開口部ＯＡと向かい合う（または、対向する）位置に空隙Ｖが形成されたことが分かる。このような空隙Ｖは、シード層２０内においてベース１０とシード層２０との間の界面またはベース１０と分離層３０との間の界面に形成される。換言すると、空隙Ｖは、分離層３０の上に、後続して形成されるべき単結晶層４０よりもベース１０の方と隣り合うように形成される。

【0074】

ベース１０の上に複数の空隙Ｖが形成された分離層３０が形成されると、分離層３０が形成されたベース１０を単結晶成長装置内に装入して、前記分離層３０の上に、図２の（ｄ）に示すように、単結晶層４０を形成する（Ｓ２００）。このとき、単結晶層４０は、４００μｍ～２０００μｍの厚さに形成されたＧａＮ層であってもよい。なお、単結晶層４０は、９５０℃～１０５０℃の温度で形成されてもよい。

【0075】

次いで、分離層３０及び単結晶層４０が形成されたベース１０を単結晶成長装置から搬出して常温まで冷却させる。このため、ベース１０と単結晶層４０との間の熱膨張係数の差により分離層３０に応力が加えられる。このとき、応力は、ベース１０と単結晶層４０の並べ方向に働く。このため、分離層３０がベース１０から単結晶層４０の並べ方向、すなわち、厚さ方向に分かれるように分離される。すなわち、分離層３０の厚さ方向を目安として、ベース１０と隣り合う下部はベース側に、残りは単結晶層４０側に分かれるように分離される。このとき、分離層３０の厚さ方向を目安として、空隙Ｖが形成された領域において、一部がベース１０側に、残りが単結晶層４０側に分かれるように分離される。

【0076】

そして、単結晶層４０またはベース１０に所定の衝撃を加えると、単結晶層４０がベース１０から完全に分離可能である。いうまでもなく、衝撃を加えなくても、冷却だけで単結晶層がベースから分離されることも可能である（図２の（ｅ）参照）。

【0077】

次いで、図２の（ｆ）に示すように、分離層３０が積層されている単結晶層４０の一方の面を研磨加工して（Ｓ４００）、単結晶層４０から分離層３０を除去する。このとき、単結晶層４０の一方の面だけではなく、前記一方の面とは反対の表面である他方の面もまた加工することがさらに好ましい。このように、単結晶層の表面の加工が完了すると、単結晶基板４００の製造が完了する（図２の（ｇ）参照）。

【0078】

このように、本発明の実施形態に係る単結晶基板４００の製造方法によれば、ベース１０とシード層２０との間の界面に空隙Ｖを形成する。このため、たとえ分離層３０の内部に空隙Ｖが形成されるとしても、単結晶層４０が成長される分離層３０の他方の面が平らに形成可能である。したがって、平らな分離層３０の他方の面の上に単結晶層４０を成長させて、結晶性に優れており、しかも、欠陥の発生が抑えられた単結晶基板４００を用意することができる。なお、分離層３０の他方の面を平坦化させる工程を省略することができて、時間を短縮することができる。

【0079】

因みに、ベース１０と分離層３０との間の界面に空隙Ｖが形成されることに伴い、単結晶層４０を形成してから冷却させるときに、単結晶層４０をさらに容易にベース１０から分離することができる。すなわち、冷却により加えられる応力により分離層３０が分かれるとき、ベース１０と分離層３０との間の界面に空隙Ｖが形成される場合、分離層３０の厚さ方向の中心に空隙が形成されているときに比べて、相対的に小さな応力で分離層３０を分離することができる。このため、単結晶層４０に加えられる応力を減らすことができる。また、空隙Ｖを中心として分離層３０が分かれるが、空隙Ｖが単結晶層４０から遠くに位置するようにベース１０と分離層３０との間の界面に形成されるので、分離に際して単結晶層４０に加えられる応力またはストレスを抑制または極力抑えることができる。したがって、単結晶層４０に加えられる応力を減らすことができて、応力による単結晶層４０のひび割れ（クラック）及び割れなどの不良の発生を抑制もしくは防止することができる。

【符号の説明】

【0080】

１０：ベース
２０：シード層
３０：分離層
Ｖ：空隙
４０：単結晶層
４００：単結晶基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】