外延生长用取向氧化铝基板制造技术

作为本发明专利技术的一种实施方式的外延生长用取向氧化铝基板，其构成表面的晶体粒子的倾斜角为0.1°以上且小于1.0°，平均烧结粒径为10μm以上。这里，倾斜角是指X射线摆动曲线半高宽(XRC·FWHM)。平均烧结粒径是指：在对取向氧化铝基板的板面进行热蚀刻之后，利用由扫描电子显微镜拍摄到的图像进行测定所得的值。与以往相比，利用该外延生长用取向氧化铝基板制作的半导体器件的特性有所提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】外延生长用取向氧化铝基板
本专利技术涉及一种外延生长用取向氧化铝基板。
技术介绍
作为发光二极管(LED)等发光元件或半导体器件用的外延生长用基板，使用蓝宝石(α-氧化铝单晶)基板，或者使用使GaN等的半导体层在蓝宝石基板上结晶生长而成的复合基板。具有在这样的外延生长用基板上按顺序依次层叠n型GaN层、多重量子阱层(MQW)以及p型GaN层而形成的结构的发光元件用基板实现了批量生产，其中，所述多重量子阱层是包括InGaN层的量子阱层与包括GaN层的势垒层交替层叠而成的。然而，一般情况下，蓝宝石基板的面积小且价格昂贵。因此，本专利技术的专利技术人提出了使用取向氧化铝基板来代替蓝宝石基板的方案(参照专利文献1、2)。专利文献1中，利用MOCVD法在取向氧化铝基板上形成GaN晶种层，通过助熔剂法在该晶种层上形成GaN缓冲层，并在其上方形成发光功能层(按照n型GaN层c、多重量子阱层以及p型GaN层的顺序依次层叠而成的层)而制作发光元件用基板。在本说明书中，将这样在构成要素中包含取向氧化铝基板的类型的发光元件用基板称为元件用基板S1。另外，专利文献2中，利用MOCVD法在取向氧化铝基板上形成GaN晶种层，通过助熔剂法在该晶种层上形成Ge掺杂GaN层，然后通过基于砂轮的磨削加工而将取向氧化铝基板部除去，由此得到Ge掺杂GaN自立基板。然后，通过在该自立基板上形成发光功能层而制作发光元件用基板。在本说明书中，将这样包含半导体自立基板来代替取向氧化铝基板的类型的发光元件用基板称为元件用基板S2。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2015/093335号小册子专利文献2：日本专利第5770905号公报
技术实现思路
虽然使用这些元件用基板S1、S2制作的发光元件等半导体器件具有良好的特性，但期待进一步提高半导体器件的特性。本专利技术是为了解决这样的课题而完成的，其主要目的在于使半导体器件的特性与以往相比进一步提高。为了提高发光元件等半导体器件的特性，本专利技术的专利技术人进行了深入研究，结果发现：对于在制造半导体器件时所利用的外延生长用基板的构成表面的晶体粒子，通过将倾斜角设为0.1°以上且小于1.0°、并将平均烧结粒径设为10μm以上，使得半导体器件的特性显著提高，从而完成了本专利技术。本专利技术的外延生长用取向氧化铝基板的构成表面的晶体粒子的倾斜角为0.1°以上且小于1.0°，平均烧结粒径为10μm以上。这里，倾斜角是指X射线摆动曲线半高宽(XRC·FWHM)。图1中示出了氧化铝晶体的倾斜角的示意性的说明图。平均烧结粒径是指：在对取向氧化铝基板的板面进行热蚀刻之后，利用由扫描电子显微镜拍摄到的图像进行测定所得的值。如果利用本专利技术的外延生长用取向氧化铝基板制作上述的元件用基板S1、S2，并进一步利用这些元件用基板S1、S2制作半导体器件，则能得到与以往相比而特性有所提高的半导体器件。其理由尚不确定，但能推测出这是因为：构成发光功能层的半导体粒子略微倾斜而使得光提取效率等提高。此外，作为半导体器件，除了发光元件以外，可举出太阳能电池、功率器件等。在元件用基板S1、S2中，缓冲层或半导体层的形成方法并未特别限定，优选举例示出的MBE(分子束外延法)、HVPE(卤化物气相生长法)、溅射等气相法、Na助熔剂法、氨热法、水热法、溶胶-凝胶法等液相法、利用粉末的固相生长的粉末法、以及上述方法的组合。本专利技术也可以如下理解为外延生长方法。即，也可以理解为：“使半导体晶体在构成表面的晶体粒子的倾斜角为0.1°以上且小于1.0°、平均烧结粒径为10μm以上的取向氧化铝基板的表面进行外延生长，由此形成薄膜的外延生长方法”。附图说明图1是氧化铝晶体的倾斜角的示意性的说明图。图2是对层叠体1进行烧成而制作取向氧化铝基板7的工序的示意图。图3是由发光元件用基板10制作发光元件30的工序的剖视图。图4是由发光元件用基板20制作发光元件40的工序的剖视图。图5是测定摆动曲线的说明图。具体实施方式[外延生长用取向氧化铝基板]本专利技术的一个实施方式的外延生长用取向氧化铝基板是多晶氧化铝基板，构成表面的晶体粒子的倾斜角优选为0.1°以上且小于1.0°，平均烧结粒径优选为10μm以上。当构成表面的晶体粒子的倾斜角小于0.1°时或达到1.0°以上时，最终得到的半导体器件的特性并未提高，因而并非为优选方式。其理由尚不明确，但能够想到这是因为：如果倾斜角小于0.1°，则外延生长时因取向氧化铝基板与外延生长膜的晶格失配而产生的晶格缺陷容易残留在外延生长膜中。另外，还能够想到这是因为：如果该倾斜角为1.0°以上，则来自外延生长膜的光提取效率等会降低。另外，能够想到：当将元件用基板S1用于发光元件时，取向氧化铝基板的光的透过性等也会降低。倾斜角的上限值优选小于1.0°，更优选为0.9°以下。倾斜角的下限值优选为0.1°以上，更优选为0.4°以上，进一步优选为0.6°以上，特别优选为0.8°以上。只要平均烧结粒径为10μm以上就没有问题，但根据发光元件等的元件性能的观点，更优选为20μm以上。当平均烧结粒径小于10μm时，元件性能会降低，因而并非为优选方式。另一方面，如果平均烧结粒径过大，则强度降低，因而，根据操作性(handling)的观点，平均烧结粒径优选为300μm以下，更优选为150μm以下，进一步优选为100μm以下。平均烧结粒径的数值范围的上限和下限可以从这些数值中适当地选择并加以组合，但是，根据兼顾元件性能和操作性的观点，优选为10μm～300μm，更优选为20μm～150μm，进一步优选为20μm～100μm。对于本实施方式的外延生长用取向氧化铝基板，通过Lotgering法求出的c面取向度优选为50％以上，更优选为70％以上，进一步优选为90％以上，特别优选为95％以上，最优选为100％。优选地，本实施方式的外延生长用取向氧化铝基板的厚度为能独自立起的厚度，但是，若过厚，则根据制造成本的观点而并非为优选方式。因此，厚度优选为20μm以上，更优选为100μm以上，进一步优选为100～1000μm。另一方面，当使半导体晶体在该取向氧化铝基板生长时，因取向氧化铝基板与半导体晶体之间的热膨胀差所引起的应力而在基板整体产生翘曲，有时会对其后续的工序造成妨碍。作为抑制这样的翘曲的方法之一，可以使用较厚的取向氧化铝基板。本实施方式的外延生长用取向氧化铝基板如果含有杂质，则在制作缓冲层、半导体层时，有时基板容易被侵蚀而断裂。特别是在Na、Mg、Si、P、Ca、Fe、Ti、Zn的含量多时，侵蚀较为明显，根据耐腐蚀性的观点，Na、Mg、Si、P、Ca、Fe、Ti、Zn各自的含量优选为1500ppm以下，更优选为1000ppm以下，更优选为500ppm以下，更优选为150ppm以下，更优选为100ppm以下，更优选为50ppm以下，更优选为10ppm以下，并不存在下限。另一方面，为了控制取向氧化铝基板的取向度、倾斜角、烧结粒径，有时加入MgO、SiO2、CaO等氧化物或氟化物作为烧结助剂。在控制烧结粒径的基础上，MgO抑制异常晶粒生长的效果也较高。特别是以高温进行烧成时，可以通过加入MgO而以良好的成品率制作不含有异常晶粒的取向氧化铝烧结体。因此，根据抑制异常晶粒生长的观点，优选含有15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外延生长用取向氧化铝基板，其特征在于，构成表面的晶体粒子的倾斜角为0.1°以上且小于1.0°，平均烧结粒径为10μm以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.30 JP 2015-193943;2015.09.30 JP 2015-193941.一种外延生长用取向氧化铝基板，其特征在于，构成表面的晶体粒子的倾斜角为0.1°以上且小于1.0°，平均烧结粒径为10μm以上。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边守道，佐藤圭，松岛洁，七泷努，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP