复合基板、其制造方法、13族元素氮化物构成的功能层的制造方法以及功能元件技术

一种复合基板10，包含蓝宝石基板1A、设置于蓝宝石基板表面的氮化镓晶体构成的晶种膜4、以及在该晶种膜4上结晶生长的厚度200μm以下的氮化镓晶体层7。蓝宝石基板1A与晶种膜4的界面设置有空隙3，该空隙比率为4.5～12.5%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种复合基板10，包含蓝宝石基板1A、设置于蓝宝石基板表面的氮化镓晶体构成的晶种膜4、以及在该晶种膜4上结晶生长的厚度200μm以下的氮化镓晶体层7。蓝宝石基板1A与晶种膜4的界面设置有空隙3，该空隙比率为4.5～12.5%。【专利说明】复合基板、其制造方法、13族元素氮化物构成的功能层的制造方法以及功能元件
本专利技术关于包含氮化镓晶体层的复合基板、其制法以及利用了其的发光元件。
技术介绍
专利文献I (Applied Physics Letters, 84，4041)中，在蓝宝石基板上生长了氮化镓薄层后，通过H2退火将氮化镓层以及蓝宝石基板表面蚀刻。通过该蚀刻，蓝宝石表面被蚀刻，形成微细的凹凸。在该凹凸上再生长氮化镓薄层的话，可以制作具有空隙的晶种基板。但是，专利文献I并没有公开使用氮化镓晶种基板的Na助熔剂法。此外，专利文献2 (日本专利特开2000-327495)公开了使用氮化镓晶种基板的Na助熔剂法。在通过Na助熔剂法进行氮化镓单晶生长中，通过使用令氮化镓薄层(或AlN薄层)沉积的基板，可控制核的生成位置，使生长变得容易。但是，专利文献2中没有记载从生长的氮化镓层剥离GaN模板。专利文献3 (日本专利特开2004-247711)中，形成已经形成了空隙层的氮化镓层，在其上通过助熔剂法令氮化镓层生长，在空隙附近分离基板和氮化物晶体。此外，专利文献4 (W02009/011407)中，通过蓝宝石基板表面的蚀刻来制作具有空隙层的氮化镓晶种基板。同时，通过助熔剂法令氮化镓晶体层生长为厚膜。降温时，由于蓝宝石与氮化镓的热膨胀系数差异，蓝宝石基板与氮化镓于空隙处自然剥离，可以得到氮化镓自立基板。
技术实现思路
本【专利技术者】研究了如专利文献2 (日本专利特开2000-327495)记载的，使用通过Na助熔剂法制作的低位错GaN模板，通过`MOCVD法，形成实现LED和动力装置功能的结构的膜。GaN模板基板指的是，在支撑基板上设置有晶种膜以及氮化镓晶体层(通过助熔剂法形成的厚膜)的基板，是用于在它上面再形成功能层的模板。此时，专利文献3(日本专利特开2004-247711)、专利文献4(W02009/011407)记载的制法中，由于通过Na助熔剂法形成的氮化镓晶体层从基板自然剥离，因而无法提供GaN模板基板，因此没有考虑该制法。具体地，使用在表面平坦的蓝宝石基板上通过MOCVD法等使氮化镓晶体层成膜而制作的晶种基板，在它上面再用助熔剂法、在生长温度800°C~900°C下生长10~200iim厚的氮化镓晶体层的话，可以制作最表面具有低位错密度的氮化镓晶体层的GaN模板。本【专利技术者】尝试了使用该GaN模板，通过MOCVD法制作LED结构。但是，此时，存在高温气氛(10000C以上)下GaN模板的氮化镓晶体层开裂、产生裂缝的问题。本专利技术的课题是，在包含蓝宝石基板，以及在蓝宝石基板上结晶生长的氮化镓晶体层的复合基板中，在它上面再形成13族元素氮化物层时，抑制氮化镓晶体层的裂缝和开m^lPC O本专利技术是一种复合基板，其特征在于，包含蓝宝石基板、设置于所述蓝宝石基板表面的氮化镓晶体构成的晶种膜，以及在该晶种膜上结晶生长的厚度200 Pm以下的氮化镓晶体层；蓝宝石基板与晶种膜的界面设置有空隙，该空隙比率为4.5~12.5%。此外，本专利技术涉及一种复合基板的制造方法，是制造包含蓝宝石基板，以及在所述蓝宝石基板上结晶生长的厚度200iim以下的氮化镓晶体层的复合基板的方法，其特征在于，包含:在蓝宝石基板上通过气相生长法形成氮化镓构成的基底膜的基底膜形成工序；通过将蓝宝石基板以及基底膜在氢存在下进行加热处理，除去基底膜，将蓝宝石基板的表面粗面化的蚀刻工序；然后在蓝宝石基板的表面通过气相生长法形成氮化镓晶体构成的晶种膜的晶种膜形成工序；以及在晶种膜上通过助熔剂法培养氮化镓晶体层的单晶培养工序。此外，本专利技术是制造包含蓝宝石基板，以及在所述蓝宝石基板上结晶生长的厚度200 以下的氮化镓晶体层的复合基板的方法，其特征在于，包含:在所述蓝宝石基板上设置由13族元素氮化物构成的光吸收层的工序；然后在所述光吸收层上形成氮化镓晶体构成的晶种膜的晶种膜形成工序；然后通过向所述光吸收层照射激光而形成空隙的激光照射工序；以及在所述晶种膜上通过助熔`剂法培养所述氮化镓晶体层的晶体培养工序。此外，本专利技术涉及一种由13族元素氮化物构成的功能层的制造方法，其特征在于，在所述复合基板的氮化镓晶体层上通过气相法形成由13族元素氮化物构成的功能层。此外，本专利技术涉及一种复合基板，其特征在于，通过上述方法得到。此外，本专利技术涉及一种功能元件，其特征在于，包含所述复合基板，以及在氮化镓晶体层上通过气相法形成的由13族元素氮化物构成的功能层。本【专利技术者】研究了在复合基板上通过气相法再形成功能层时，氮化镓层发生裂缝和开裂的原因。其结果认为有以下假设。即认为，助熔剂法中，生长温度800°C~900°C下使氮化镓晶体层厚膜生长，但通过MOCVD法等气相法在复合基板上形成功能层时，由于温度升至1000°C以上，因此无法承受厚膜的氮化镓晶体层与蓝宝石基板的应力。于是，本【专利技术者】使用蓝宝石基板的粗面化蚀刻和激光加工，制作了作为晶种基板的具有空隙层的GaN模板。同时，通过助熔剂法令氮化镓晶体层生长。然后，通过控制晶种膜与蓝宝石基板界面的空隙比率，得到了降温时氮化镓晶体不会从蓝宝石基板自然剥离的复合基板。然后，尝试了在该复合基板上通过气相法形成功能层，结果发现，可以抑制所述的氮化镓晶体层的裂缝和开裂，从而达成了本专利技术。在这里，通过使氮化镓晶体层的厚度在200 Pm以下、使基板与晶种膜界面的空隙比率在12.5%以下，可以抑制氮化镓晶体层从基板剥离。此外，通过使空隙比率在4.5%以上，可以抑制形成功能层时因蓝宝石基板与氮化镓晶体层的热应力产生的裂缝和开裂。另外，专利文献4中，蓝宝石基板表面蚀刻为微细的凹凸形状，制作具有空隙层的氮化镓晶种基板，在它上面通过Na助熔剂法令氮化镓晶体层生长为厚膜，但由于氮化镓晶体层为厚膜，因此从蓝宝石基板自然剥离，成为了自立基板。因此，并没有将含有蓝宝石基板的复合基板用作模板的想法，无法达成本专利技术。【专利附图】【附图说明】图1 (a)显示的是蓝宝石基板I上形成了基底膜2的状态的截面示意图，图1 (b)显示的是蓝宝石基板IA的表面经过蚀刻的状态的截面示意图。图2(a)显示的是蓝宝石基板I的粗面3上形成了晶种膜4的状态的截面示意图，图2 (b)显示的是晶种膜4上通过助熔剂法形成了氮化镓晶体层7的状态的截面示意图。图3显示的是氮化镓晶体层7上形成了功能层8的状态的截面示意图。图4显示的是氮化镓晶体层7上形成了发光元件结构13的状态的截面示意图。图5显示的是条件A得到的蓝宝石基板与晶种膜的界面附近的微结构的扫描型电子显微镜照片。图6显示的是条件B得到的蓝宝石基板与晶种膜的界面附近的微结构的扫描型电子显微镜照片。图7显示的是条件C得到的蓝宝石基板与晶种膜的界面附近的微结构的扫描型电子显微镜照片。图8显示的是条件D得到的蓝宝石基板与晶种膜的界面附近的微结构的扫描型电子显微镜照片。图9显示的是条件E得到的蓝宝石基板与晶种膜的界面附近的微结构的扫描型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合基板，其特征在于，包含蓝宝石基板、设置于所述蓝宝石基板表面的由氮化镓晶体构成的晶种膜，以及在该晶种膜上结晶生长的厚度200μm以下的氮化镓晶体层，所述蓝宝石基板与所述晶种膜的界面设置有空隙，该空隙比率为4.5～12.5%。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：仓冈义孝，岩井真，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：
国别省市：