JP2013199389A - ＩｎＰ系膜の製造方法およびそれに用いられる複合基板 - Google Patents

Abstract

【課題】主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜が低コストで得られるＩｎＰ系膜の製造方法およびそれに用いられる複合基板を提供する。
【解決手段】本ＩｎＰ系膜の製造方法は、酸に溶解する支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている単結晶膜１３と、を含み、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい複合基板１０を準備する工程と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている単結晶膜１３の主面１３ｍ上にＩｎＰ系膜２０を成膜する工程と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、主面の面積が大きく反りの小さいＩｎＰ系膜の製造方法およびそれに用いられる複合基板に関する。

ＩｎＰ系膜は、発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスの基板および半導体層として、好適に用いられる。かかるＩｎＰ系膜を製造するための基板としては、その基板とＩｎＰ系膜との間で、格子定数および熱膨張係数を一致させるまたは一致に近づける観点から、ＩｎＰ基板が最も優れている。ところが、ＩｎＰ基板は、希少金属であるＩｎを含有しているため、Ｓｉ基板などに比べて非常に高価である。

このため、ＩｎＰ系膜を成膜するための基板として、一般に、Ｓｉ基板が用いられている。しかしながら、Ｓｉ基板とＩｎＰ結晶とでは、それらの格子定数および熱膨張係数が大きく異なる。

このため、Ｓｉ基板とＩｎＰ結晶との間の格子定数および熱膨張係数の不整合を緩和して結晶性が良好なＩｎＰ系膜を成長させるために、たとえば、特開２００１−１２７３３９号公報（特許文献１）は、半導体発光素子を製造する際に、Ｓｉ基板にＩｎＰ系膜を成長させる際に、Ｓｉ基板上にバッファ層として第１のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、第２のＧａＡｓ層、およびＩｎ_xＧａ_1-xＰ層とＩｎ_yＧａ_1-yＰ層（ｘ＞ｙ）との交互層もしくはＩｎ_xＡｌ_1-xＰ層とＩｎ_yＡｌ_1-yＰ層（ｘ＞ｙ）との交互層を設けて、かかるバッファ層上にＩｎＰ系膜を成長させることを開示する。

特開２００１−１２７３３９号公報

特開２００１−１２７３３９号公報（特許文献１）で開示される方法により製造される半導体発光素子においては、Ｓｉ基板とＩｎＰ系膜との間の熱膨張係数が異なるため、反りを発生する場合があり、また発光素子の主面を大きくすることができないという問題があった。また、Ｓｉ基板とＩｎＰ系膜との間に複雑な構成のバッファ層を形成する必要があるため、ＩｎＰ系膜の製造コストが増大するという問題もあった。

本発明は、上記問題点を解決して、ＩｎＰ結晶と熱膨張係数が一致または近似しかつ除去が容易な支持基板を含む低コストの主面の面積が大きい複合基板を用いてＩｎＰ系膜を成膜することにより、主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜が得られ、また、その後支持基板を除去することにより、主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜を効率よく低コストで取り出すことができるＩｎＰ系膜の製造方法およびそれに用いられる複合基板を提供することを目的とする。

本発明は、ある局面に従えば、酸に溶解する支持基板と、支持基板の主面側に配置されている単結晶膜と、を含み、支持基板の主面内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい複合基板である。

本発明にかかる複合基板において、支持基板は、シリカとアルミナとマグネシアとで形成されるＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ複合酸化物を含むことができる。

本発明は、別の局面に従えば、酸に溶解する支持基板と、支持基板の主面側に配置されている単結晶膜と、を含み、支持基板の主面内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい複合基板を準備する工程と、支持基板の主面側に配置されている単結晶膜の主面上にＩｎＰ系膜を成膜する工程と、を含むＩｎＰ系膜の製造方法である。

本発明にかかるＩｎＰ系膜の製造方法において、ＩｎＰ系膜を成膜する工程の後に、支持基板を酸に溶解することにより除去する工程をさらに含むことができる。また、支持基板の単結晶膜の主面の面積を４５ｃｍ²以上とすることができる。また、ＩｎＰ系膜を成膜する工程は、単結晶膜の主面上にＩｎＰ系バッファ層を形成するサブ工程と、ＩｎＰ系バッファ層の主面上にＩｎＰ系単結晶層を形成するサブ工程と、を含むことができる。

本発明によれば、ＩｎＰ結晶と熱膨張係数が一致または近似しかつ除去が容易な支持基板を含む低コストの主面の面積の大きい複合基板を用いてＩｎＰ系膜を成膜することにより主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜が得られる。また、その後複合基板から支持基板を除去することにより、主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜を効率よく低コストで取り出すことができる。

本発明にかかる複合基板の一例を示す概略断面図である。 本発明にかかるＩｎＰ系膜の製造方法の一例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は複合基板を準備する工程を示し、（Ｂ）はＩｎＰ系膜を成膜する工程を示し、（Ｃ）は支持基板を除去する工程を示す。 本発明における複合基板を準備する工程の一例を示す概略断面図である。

［複合基板］
図１を参照して、本発明の一実施形態である複合基板１０は、酸に溶解する支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている単結晶膜１３と、を含み、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい。

本実施形態の複合基板１０は、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて０．８倍より大きく１．２倍より小さいため、支持基板１１の主面１１ｍ上に形成された単結晶膜１３の主面１３ｍ上に、主面１３ｍの面積が大きくても、転位密度が低く結晶性が良好なＩｎＰ系膜を成膜することができる。また、支持基板１１が酸に溶解するため、複合基板１０の単結晶膜１３の主面１３ｍ上にＩｎＰ系膜を成膜した後、支持基板１１を酸により除去することにより、単結晶膜１３の主面１３ｍ上に成膜された転位密度が低く結晶性が良好なＩｎＰ系膜が効率よく低コストで得られる。

（支持基板）
本実施形態の複合基板１０の支持基板１１は、支持基板１１の主面１１ｍ上に形成された単結晶膜１３の主面１３ｍ上に、主面の面積が大きく転位密度が低く結晶性が良好なＩｎＰｓ系膜を成膜する観点から、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さいことが必要であり、０．８２倍より大きく１．１倍より小さいことが好ましく、０．９８倍より大きく１．０２倍より小さいことがより好ましい。また、支持基板１１は、成膜したＩｎＰ系膜から支持基板を効率よく低コストで除去する観点から、酸に溶解する必要がある。

支持基板１１は、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて０．８倍より大きく１．２倍より小さく、かつ、酸で溶解するものであれば特に制限はなく、単結晶であっても、多結晶であっても、非結晶であってもよいが、熱膨張係数の調整が容易な観点から、多結晶である焼結体が好ましい。

支持基板１１は、その熱膨張係数の調整が容易で、酸に溶解する観点から、ケイ素酸化物および金属酸化物の少なくともひとつを含むことが好ましい。たとえば、ケイ素酸化物としてシリカ（ＳｉＯ₂）を含む支持基板１１は、フッ化水素酸（ＨＦ）などに溶解する。また、マグネシア（ＭｇＯ）を含む支持基板１１は、フッ化水素酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ₃）、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、リン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）などに溶解する。上記観点から、支持基板１１は、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ〜２Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯまたはＡｌ₆Ｏ₁₃Ｓｉ₂）−マグネシア（ＭｇＯ）複合酸化物などのシリカ（ＳｉＯ₂）とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とマグネシア（ＭｇＯ）とで形成されるＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ複合酸化物などのケイ素酸化物および金属酸化物の複合酸化物を含むことがより好ましい。ここで、支持基板１１において、シリカなどのケイ素酸化物、アルミナ、マグネシアなどの金属酸化物などの組成成分の種類および比率は、Ｘ線回折により測定することができる。

さらに、支持基板１１は、その原料の種類と比率とを変えることにより、その膨張係数の調整が容易で、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて０．８倍より大きく１．２倍より小さい範囲内の熱膨張係数が容易に得られる観点から、ムライト−マグネシア複合酸化物などのシリカ（ＳｉＯ₂）とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とマグネシア（ＭｇＯ）とで形成されるＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ複合酸化物などのケイ素酸化物および金属酸化物の複合酸化物を含む焼結体が特に好ましい。

このとき、支持基板１１およびＩｎＰ結晶の熱膨張係数は、一般に、それらの温度により大きく変動することから、如何なる温度または温度領域における熱膨張係数によって決めるかが重要である。本発明においては、複合基板上に反りの小さいＩｎＰ系膜を製造することを目的とするものであり、室温から昇温させてＩｎＰ系膜の成膜温度で複合基板上にＩｎＰ系膜を成膜した後室温まで降温させて複合基板上に成膜されたＩｎＰ系膜を取り出すことから、室温からＩｎＰ系膜の成膜温度までにおける支持基板およびＩｎＰ結晶の平均熱膨張係数を、それぞれ支持基板およびＩｎＰ結晶の熱膨張係数として取り扱うことが適正と考えられる。本発明においては、支持基板およびＩｎＰ結晶の熱膨張係数は、室温（具体的には２５℃）から８００℃までにおける平均熱膨張係数により決定することにする。

（単結晶膜）
本実施形態の複合基板１０の支持基板１１の主面１１ｍ側に配置される単結晶膜１３は、反りが小さく転位密度が低く結晶性の良好なＩｎＰ系膜を成長させる観点から、ＩｎＰ結晶（正方晶系の閃亜鉛鉱型構造）と同じ正方晶系の結晶構造を有するものが好ましく、主面１３ｍが（００１）面であるＳｉ膜（正方晶系のダイヤモンド型構造）、主面１３ｍが（００１）面であるＧａＡｓ膜（正方晶系の閃亜鉛鉱型構造）、主面１３ｍが（００１）面であるＩｎＰ膜（正方晶系の閃亜鉛鉱型構造）などが好ましい。

また、複合基板１０における単結晶膜１３の主面１３ｍの面積は、特に制限はないが、主面の面積が大きいＩｎＰ系膜を成長させる観点から、４５ｃｍ²以上であることが好ましい。

（接着層）
本実施形態の複合基板１０は、支持基板１１と単結晶膜１３との接合強度を高める観点から、支持基板１１と単結晶膜１３との間に接着層１２が形成されていることが好ましい。接着層１２は、特に制限はないが、支持基板１１と単結晶膜１３との接合強度を高める効果が高く酸により除去できる観点から、ＳｉＯ₂層などのケイ素酸化物層、Ｓｉ₃Ｎ₄層などのケイ素窒化物層、ＭｇＯ層などの金属酸化物層、ＴｉＮ層などの金属窒化物層などが好ましい。ここで、ＳｉＯ₂層はフッ化水素酸（ＨＦ）に溶解し、Ｓｉ₃Ｎ₄層はフッ化水素酸（ＨＦ）または加熱リン酸（１５０℃〜１６０℃に加熱されたリン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）をいう、以下同じ。）に溶解し、ＭｇＯ層は硝酸（ＨＮＯ₃）、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、またはリン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）に溶解し、ＴｉＮ層は硝酸（ＨＮＯ₃）に溶解する。

（複合基板の製造方法）
複合基板の製造方法は、後述するＩｎＰ系膜の製造方法における複合基板の準備工程と同様である。

［ＩｎＰ系膜の製造方法］
図２を参照して、本発明の別の実施形態であるＩｎＰ系膜の製造方法は、酸に溶解する支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている単結晶膜１３と、を含み、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい複合基板１０を準備する工程（図２（Ａ））と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている単結晶膜１３の主面１３ｍ上にＩｎＰ系膜２０を成膜する工程（図２（Ｂ））と、を含む。ここで、ＩｎＰ系膜とは、ＩＩＩ族元素としてＩｎを含みＶ族元素としてＰを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物で形成されている膜をいい、たとえばＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＰ_zＡｓ_1-z膜（ｘ＞０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１、０＜ｚ≦１）が挙げられる。

本実施形態のＩｎＰ系膜の製造方法によれば、酸に溶解する支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている単結晶膜１３と、を含み、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい複合基板１０を用いて、複合基板１０の単結晶膜１３の主面１３ｍ上にＩｎＰ系膜２０を成膜することにより、主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜２０が効率よく得られる。

（複合基板の準備工程）
図２（Ａ）を参照して、本実施形態のＩｎＰ系膜の製造方法は、まず、酸に溶解する支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている単結晶膜１３と、を含み、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい複合基板１０を準備する工程を含む。

上記の複合基板１０は、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい支持基板１１と単結晶膜１３とを含んでいるため、単結晶膜１３の主面１３ｍ上に主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜２０を成膜することができる。また、上記の複合基板１０は、支持基板１１が酸に溶解するため、支持基板１１を除去することにより、主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜を効率よく低コストで取り出すことができる。

また、複合基板１０の支持基板１１の主面１１ｍ側に単結晶膜１３を配置する方法には、特に制限はなく、支持基板１１の主面１１ｍ上に単結晶膜１３を成長させる方法（第１の方法）、支持基板１１の主面１１ｍに、下地基板（図示せず）の主面上に成膜させた単結晶膜１３を貼り合わせた後下地基板を除去する方法（第２の方法）、支持基板１１の主面１１ｍに単結晶（図示せず）を貼り合わせた後その単結晶を貼り合わせ面から所定の深さの面で分離することにより支持基板１１の主面１１ｍ上に単結晶膜１３を形成する方法（第３の方法）などが挙げられる。

支持基板が多結晶の焼結体である場合には、上記の第１の方法が困難であるため、上記の第２および第３のいずれかの方法が好ましく用いられる。上記の第２の方法において、支持基板１１に単結晶膜１３を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、支持基板１１の主面１１ｍに直接単結晶膜１３を貼り合わせる方法、支持基板１１の主面１１ｍに接着層１２を介在させて単結晶膜１３を貼り合わせる方法などが挙げられる。上記の第３の方法において、支持基板１１に単結晶を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、支持基板１１の主面１１ｍに直接単結晶を貼り合わせる方法、支持基板１１の主面１１ｍに接着層１２を介在させて単結晶を貼り合わせる方法などが挙げられる。

上記の複合基板１０を準備する工程は、特に制限はないが、効率的に低コストで品質の高い複合基板１０を準備する観点から、たとえば、図３を参照して、上記の第２の方法においては、支持基板１１を準備するサブ工程（図３（Ａ））と、下地基板３０の主面３０ｎ上に単結晶膜１３を成膜するサブ工程（図３（Ｂ））と、支持基板１１と単結晶膜１３とを貼り合わせるサブ工程（図３（Ｃ））と、下地基板３０を除去するサブ工程（図３（Ｄ））と、含むことができる。

図３（Ｃ）を参照して、支持基板１１と単結晶膜１３とを貼り合わせるサブ工程においては、支持基板１１の主面１１ｍ上に接着層１２ａに形成し（図３（Ｃ１））、下地基板３０の主面３０ｎ上に成長させられた単結晶膜１３の主面１３ｎ上に接着層１２ｂを形成した（図３（Ｃ２））後、支持基板１１上に形成された接着層１２ａの主面１２ａｍと下地基板３０上に成膜された単結晶膜１３上に形成された接着層１２ｂの主面１２ｂｎとを貼り合わせることにより、接着層１２ａと接着層１２ｂとが接合して形成された接着層１２を介在させて支持基板１１と単結晶膜１３とが貼り合わされる（図３（Ｃ３））。しかし、支持基板１１と単結晶膜１３とが互いに接合可能なものであれば、支持基板１１と単結晶膜１３とを、接着層１２を介在させることなく直接貼り合わせることができる。

支持基板１１と単結晶膜１３とを貼り合わせる具体的な手法としては、特に制限はないが、貼り合わせ後高温でも接合強度を保持できる観点から、貼り合わせ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、貼り合わせ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。

こうして得られる複合基板１０において、支持基板１１、単結晶膜１３および接着層１２の材料および物性については、上述の通りであるため、ここでは繰り返さない。ここで、複合基板１０における単結晶膜１３の主面１３ｍの面積は、特に制限はないが、主面の面積が大きいＩｎＰ系膜を成膜する観点から、４５ｃｍ²以上であることが好ましい。

（ＩｎＰ系膜の成膜工程）
図２（Ｂ）を参照して、本実施形態のＩｎＰ系膜の製造方法は、次に、複合基板１０における単結晶膜１３の主面１３ｍ上にＩｎＰ系膜２０を成膜する工程を含む。

上記の複合基板の準備工程において準備された複合基板１０は、支持基板１１の主面１１ｍ内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい支持基板１１と単結晶膜１３を含んでいるため、単結晶膜１３の主面１３ｍ上に主面２０ｍの面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜２０を成膜することができる。

ＩｎＰ系膜２０を成膜する方法には、特に制限はないが、転位密度が低く結晶性の良好なＩｎＰ系膜を成膜する観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、昇華法などの気相法、ＨＢ（水平ブリッジマン）法、ＶＢ（垂直ブリッジマン）法、ＬＥＣ（液体封止チョクラルスキー）法などの液相法などが好ましく挙げられる。

ＩｎＰ系膜２０を成膜する工程は、特に制限はないが、転位密度が低く結晶性が良好なＩｎＰ系膜２０を成膜する観点から、複合基板１０の単結晶膜１３の主面１３ｍ上にＩｎＰ系バッファ層２１を形成するサブ工程と、ＩｎＰ系バッファ層２１の主面２１ｍ上にＩｎＰ系単結晶層２３を形成するサブ工程と、を含むことが好ましい。ここで、ＩｎＰ系バッファ層２１とは、ＩｎＰ系膜２０の一部分であり、ＩｎＰ系膜２０の別の一部分であＩｎＰ系単結晶層２３の成長温度に比べて低い温度で成長させられる結晶性が低いまたは非結晶の層をいう。

ＩｎＰ系バッファ層２１を形成することにより、ＩｎＰ系バッファ層２１上に形成されるＩｎＰ系単結晶層２３と単結晶膜１３との間の格子定数の不整合が緩和されるため、ＩｎＰ系単結晶層２３の結晶性が向上しその転位密度が低くなる。この結果、ＩｎＰ系膜２０の結晶性が向上しその転位密度が低くなる。

なお、単結晶膜１３上にＩｎＰ系膜２０として、ＩｎＰ系バッファ層２１を成長させることなく、ＩｎＰ系単結晶層２３を成長させることもできる。かかる方法は、単結晶膜１３とその上に成膜するＩｎＰ系膜２０との間の格子定数の不整合が小さい場合に好適である。

本実施形態のＩｎＰ系膜の製造方法において、ＩｎＰ系膜２０を成膜する工程（図２（Ｂ））の後に、支持基板１１を酸に溶解することにより除去する工程（図２（Ｃ））をさらに含むことができる。複合基板１０の支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている単結晶膜１３の主面１３ｍ上にＩｎＰ系膜２０を成膜した後、支持基板１１を酸に溶解させて除去することにより、主面の面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜２０を効率よく取り出すことができる。

（支持基板の除去工程）
図２（Ｃ）を参照して、本実施形態のＩｎＰ系膜の製造方法は、次に、支持基板１１を、酸に溶解することにより、除去する工程を含むことができる。

上記の複合基板の準備工程において準備された複合基板１０は、支持基板１１が酸に溶解するため、酸に溶解させて支持基板１１を除去することにより、単結晶膜１３の主面１３ｍ上に成膜された主面２０ｍの面積が大きく反りが小さく結晶性が良好なＩｎＰ系膜２０が取り出される。ここで、単結晶膜１３がＩｎＰ単結晶膜などのＩｎＰ系単結晶膜で形成されている場合には、全体がＩｎＰ系材料で形成されているＩｎＰ系膜が得られる。

（実施例１）
１．ＩｎＰ結晶の熱膨張係数の測定
垂直ブリッジマン法により成長させた、転位密度が５×１０³ｃｍ^-2のＩｎＰ単結晶から、サイズが３．５ｍｍ×３．５ｍｍ×１８ｍｍの評価用サンプルを切り出した。ここで、ＩｎＰ単結晶は熱膨張係数に関して方向特異性がないため、切り出し方向は任意とした。

上記の評価用サンプルについて、室温（２５℃）から８００℃まで昇温したときの平均熱膨張係数をＴＭＡ（熱機械分析）により測定した。具体的には、（株）リガク製ＴＭＡ８３１０を用いて示差膨張方式により窒素ガス流通雰囲気下で評価サンプルの熱膨張係数を測定した。かかる測定により得られたＩｎＰ結晶の２５℃から８００℃までにおける平均熱膨張係数α_InPは、４．６０×１０^-6／℃であった。

２．複合基板の準備工程
（１）支持基板を準備するサブ工程
図３（Ａ）を参照して、支持基板１１の材料として、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃とＭｇＯとの所定のモル比の混合物をアルゴンガス雰囲気下一軸方向に５０ＭＰａの圧力をかけて１７００℃で１時間焼結させることにより、８種類のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ａ〜Ｈを準備した。かかる８種類のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ａ〜Ｈには、Ｘ線回折により確認したところ、いずれについてもＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃およびＭｇＯが存在していた。また、上記８種類のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体のそれぞれからサイズが３．５ｍｍ×３．５ｍｍ×１８ｍｍ（長手方向は焼結体から切り出される支持基板の主面に実質的に平行な方向）の測定用サンプルを切り出した。ここで、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体は熱膨張係数に関して方向特異性がないため、切り出し方向は任意とした。それらの測定用サンプルについて、上記と同様にして、室温（２５℃）から８００℃まで昇温下時の平均熱膨張係数α_Sを測定した。

ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ａは、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃とＭｇＯとのモル比（以下、モル比ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯという）が６０：３５：５であり、２５℃から８００℃までにおける平均熱膨張係数α_S（以下、単に平均熱膨張係数α_Sという）は３．５０×１０^-6／℃であり、ＩｎＰ結晶の平均熱膨張係数α_InPに対する焼結体の熱膨張係数α_Sの比（以下、α_S／α_InP比という）は０．７６１であった。ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ｂは、モル比ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯが６０：３０：１０であり、平均熱膨張係数α_Sが３．７０×１０^-6／℃であり、α_S／α_InP比が０．８０４であった。ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ｃは、モル比ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯが６０：２５：１５であり、平均熱膨張係数α_Sが３．８０×１０^-6／℃であり、α_S／α_InP比が０．８２６であった。ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ｄは、モル比ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯが５５：２５：２０であり、平均熱膨張係数α_Sが４．５５×１０^-6／℃であり、α_S／α_InP比が０．９８９であった。ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ｅは、モル比ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯが５５：２０：２５であり、平均熱膨張係数α_Sが４．６５×１０^-6／℃であり、α_S／α_InP比が１．０１１であった。ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ｆは、モル比ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯが５０：２５：２５であり、平均熱膨張係数α_Sが５．００×１０^-6／℃であり、α_S／α_InP比が１．０８７であった。ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ｇは、モル比ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯが５０：１５：３５であり、平均熱膨張係数α_Sが５．５０×１０^-6／℃であり、α_S／α_InP比が１．１９６であった。ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ｈは、モル比ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：ＭｇＯが４０：３０：３０であり、平均熱膨張係数α_Sが６．００×１０^-6／℃であり、α_S／α_InP比が１．３０４であった。

上記のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ａ〜Ｈから、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）で厚さ１ｍｍの支持基板をそれぞれ切り出して、それぞれの支持基板の両主面を鏡面に研磨して、支持基板Ａ〜Ｈとした。すなわち、支持基板Ａ〜Ｈの２５℃から１０００℃までにおける平均熱膨張係数は、それぞれＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系焼結体Ａ〜Ｈの２５℃から８００℃までにおける平均熱膨張係数に等しい。結果を表１にまとめた。

（２）下地基板上に単結晶膜を成膜するサブ工程
図３（Ｂ）を参照して、下地基板３０として、鏡面に研磨された（００１）面の主面３０ｎを有する直径５インチ（１２７ｍｍ）で厚さ０．５ｍｍのＳｉ基板を準備した。

上記のＳｉ基板（下地基板３０）の主面３０ｎ上に、単結晶膜１３として厚さ０．４μｍのＩｎＰ膜をＭＯＣＶＤ法により成膜した。成膜条件は、原料ガスとしてＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガスおよびＰＨ₃（ホスフィン）ガスを使用し、キャリアガスとしてＨ₂ガスを使用し、成膜温度（基板温度）６５０℃、成膜圧力は２０ｋＰａとした。なお、こうして得られたＩｎＰ膜（単結晶膜１３）の主面１３ｍは、（００１）面からのオフ角が±１°以内の面方位を有し、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて測定した１０μｍ×１０μｍの正方形領域におけるＲＭＳ（二乗平均平方根）粗さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に規定する二乗平均平方根粗さＲｑをいう。以下同じ）が１ｎｍ以下の鏡面であった。

（３）支持基板と単結晶膜とを貼り合わせるサブ工程
図３（Ｃ）中の（Ｃ１）を参照して、図３（Ａ）の支持基板Ａ〜Ｈ（支持基板１１）のそれぞれの主面１１ｍ上に厚さ２μｍのＳｉＯ₂膜をＣＶＤ（化学気相堆積）法により成膜した。次いで、支持基板Ａ〜Ｈ（支持基板１１）のそれぞれの主面１１ｍ上の厚さ２μｍのＳｉＯ₂膜を、ＣｅＯ₂スラリーを用いて研磨することにより、厚さ０．２μｍのＳｉＯ₂層だけ残存させて、接着層１２ａとした。これにより、支持基板Ａ〜Ｈ（支持基板１１）のそれぞれの主面１１ｍの空隙が埋められ、平坦な主面１２ａｍを有する厚さ０．２μｍのＳｉＯ₂層（接着層１２ａ）が得られた。

また、図３（Ｃ）中の（Ｃ２）を参照して、図３（Ｂ）のＳｉ基板（下地基板３０）上に成膜されたＩｎＰ膜（単結晶膜１３）の主面１３ｎ上に厚さ２μｍのＳｉＯ₂膜をＣＶＤ法により成膜した。次いで、この厚さ２μｍのＳｉＯ₂膜を、ＣｅＯ₂スラリーを用いて研磨することにより、厚さ０．２μｍのＳｉＯ₂層だけ残存させて、接着層１２ｂとした。

次いで、図３（Ｃ）中の（Ｃ３）を参照して、支持基板Ａ〜Ｈ（支持基板１１）のそれぞれに形成されたＳｉＯ₂層（接着層１２ａ）の主面１２ａｍおよびＳｉ基板（下地基板３０）上に成膜されたＩｎＰ膜（単結晶膜１３）上に形成されたＳｉＯ₂層（接着層１２ｂ）の主面１２ｂｎをアルゴンプラズマにより清浄化および活性化させた後、ＳｉＯ₂層（接着層１２ａ）の主面１２ａｍとＳｉＯ₂層（接着層１２ｂ）の主面１２ｂｎとを貼り合わせて、窒素雰囲気下３００℃で２時間熱処理した。

（４）下地基板を除去するサブ工程
図３（Ｄ）を参照して、支持基板Ａ〜Ｈ（支持基板１１）の裏側（単結晶膜１３が貼り合わされていない側）の主面および側面をワックス４０で覆って保護した後、１０質量％のフッ化水素酸および３質量％の硝酸を含む混酸水溶液を用いて、エッチングによりＳｉ基板（下地基板３０）を除去した。こうして、支持基板Ａ〜Ｈ（支持基板１１）のそれぞれの主面１１ｍ側にＩｎＰ膜（単結晶膜１３）が配置された複合基板Ａ〜Ｈが得られた。

３．ＩｎＰ系膜の成膜工程
図２（Ｂ）を参照して、複合基板Ａ〜Ｈ（複合基板１０）のＩｎＰ膜（単結晶膜１３）の主面１３ｍ（かかる主面は（００１）面である。）上に、それぞれＭＯＣＶＤ法によりＩｎＰ膜（ＩｎＰ系膜２０）を成膜した。ＩｎＰ膜（ＩｎＰ系膜２０）の成膜においては、成膜条件は、原料ガスとして原料ガスとしてＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガスおよびＰＨ₃（ホスフィン）ガスを使用し、キャリアガスとしてＨ₂ガスを使用し、成膜温度（基板温度）６５０℃、成膜圧力２０ｋＰａで厚さ５μｍのＩｎＰ単結晶層（ＩｎＰ系単結晶層２３）を成長させた。ここで、ＩｎＰ単結晶層の成長速度は１μｍ／ｈｒであった。その後、複合基板Ａ〜ＨのそれぞれにＩｎＰ膜が成膜されたウエハＡ〜Ｈを１０℃／ｍｉｎの速度で室温（２５℃）まで冷却した。

室温まで冷却後に成膜装置から取り出されたウエハＡ〜Ｈについて、ウエハの反り、ＩｎＰ膜のクラック本数密度および転位密度を測定した。ここで、ウエハの反りの形状および反り量は、ＩｎＰ膜の主面をＣｏｒｎｉｎｇ Ｔｒｏｐｅｌ社のＦＭ２００ＥＷａｆｅｒを用いて観察される光干渉縞により測定した。ＩｎＰ膜のクラック本数密度は、ノマルスキー顕微鏡を用いて単位長さ当りのクラック本数を測定し、１本／ｍｍ未満を「極少」、１本／ｍｍ以上１０本／ｍｍ未満を「少」、１０本／ｍｍ以上を「多」と評価した。ＩｎＰ膜の転位密度は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）による暗点の単位面積当たりの個数を測定した。なお、本実施例においてＩｎＰ膜に発生したクラックは、膜を貫通しない微小なものであった。

ウエハＡは、ＩｎＰ膜側が凹状に反り、反り量が７０μｍであり、ＩｎＰ膜のクラック本数密度が多であり、ＩｎＰ膜の転位密度が１０×１０³ｃｍ^-2であった。ウエハＢは、ＩｎＰ膜側が凹状に反り、反り量が３０μｍであり、ＩｎＰ膜のクラック本数密度が少であり、ＩｎＰ膜の転位密度が７×１０³ｃｍ^-2であった。ウエハＣは、ＩｎＰ膜側が凹状に反り、反り量が２５μｍであり、ＩｎＰ膜のクラック本数密度が少であり、ＩｎＰ膜の転位密度が４×１０³ｃｍ^-2であった。ウエハＤは、ＩｎＰ膜側が凸状に反り、反り量が１０μｍであり、ＩｎＰ膜のクラック本数密度が極少であり、ＩｎＰ膜の転位密度が１×１０³ｃｍ^-2であった。ウエハＥは、ＩｎＰ膜側が凸状に反り、反り量が１５μｍであり、ＩｎＰ膜のクラック本数密度が極少であり、ＩｎＰ膜の転位密度が２×１０³ｃｍ^-2であった。ウエハＦは、ＩｎＰ膜側が凸状に反り、反り量が３５μｍであり、ＩｎＰ膜のクラック本数密度が少であり、ＩｎＰ膜の転位密度が５×１０³ｃｍ^-2であった。ウエハＧは、ＩｎＰ膜側が凸状に反り、反り量が４０μｍであり、ＩｎＰ膜のクラック本数密度が少であり、ＩｎＰ膜の転位密度が９×１０³ｃｍ^-2であった。ウエハＨは、ＩｎＰ膜側が凸状に反り、反り量が８０μｍであり、ＩｎＰ膜のクラック本数密度が多であり、ＩｎＰ膜の転位密度が１０×１０³ｃｍ^-2であった。

４．支持基板の除去工程
図２（Ｃ）を参照して、上記で得られたウエハＡ〜Ｈを、１０質量％のフッ化水素酸水溶液に浸漬することにより、支持基板Ａ〜Ｈ（支持基板１１）およびＳｉＯ₂層（接着層１２）を溶解させることにより除去して、ＩｎＰ単結晶膜（単結晶膜１３）の主面１３ｍ上に成膜されたＩｎＰ膜Ａ〜Ｈ（ＩｎＰ系膜２０）が得られた。なお、ウエハＡ〜Ｈから支持基板Ａ〜ＨおよびＳｉＯ₂層が除去されたＩｎＰ膜Ａ〜Ｈ（ＩｎＰ系膜２０）においても反りがＣｏｒｎｉｎｇ Ｔｒｏｐｅｌ社のＦＭ２００ＥＷａｆｅｒを用いて観察される光干渉縞による測定により認められ、ＩｎＰ膜Ａ〜Ｈの反りの大小関係には、ウエハＡ〜Ｈにおける反りの大小関係が維持されていた。

表１を参照して、支持基板の主面内の熱膨張係数（平均熱膨張係数α_S）がＩｎＰ結晶の熱膨張係数（平均熱膨張係数α_InP）の０．８倍より大きく１．２倍より小さい（すなわち、０．８＜（α_S／α_InP比）＜１．２）支持基板を有する複合基板を用いることにより（ウエハＢ〜Ｇ）、反り小さく転位密度が低く結晶性の良好なＩｎＰ膜を成膜することができた。また、ＩｎＰ膜の反りおよび転位密度をさらに低減する観点から、複合基板の支持基板の主面内の熱膨張係数（平均熱膨張係数α_S）は、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数（平均熱膨張係数α_InP）の０．８２倍より大きく１．１倍より小さいこと（すなわち、０．８２＜（α_S／α_InP比）＜１．１）（ウエハＣ〜Ｆ）が好ましく、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数α_InPの０．９８倍より大きく１．０２倍より小さいこと（すなわち、０．９８＜（α_S／α_InP比）＜１．０２）（ウエハＤ〜Ｅ）がより好ましい。

なお、上記実施例においては、複合基板上に非ドーピングのＩｎＰ膜を成膜した例を示したが、ドーピングによりｎ型またはｐ型の導電性が付与されたＩｎＰ膜を成膜した場合、ドーピングにより比抵抗が高められたＩｎＰ膜を成膜した場合にも、上記実施例とほぼ同一の結果が得られた。

また、ＩｎＰ膜に替えてＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＰ_zＡｓ_1-z膜（０＜ｘ＜１、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１、０＜ｚ＜１）などのＩｎＰ系膜を成膜した場合にも上記実施例と同様の結果が得られた。特に、ＩｎＰ膜に替えてＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＰ_zＡｓ_1-z膜（０．５＜ｘ＜１、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１、０．５＜ｚ＜１）を成膜する場合には、上記実施例とほぼ同一の結果が得られた。

また、ＩｎＰ系膜（具体的にはＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＰ_zＡｓ_1-z膜（０＜ｘ≦１、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１、０＜ｚ≦１）など）は、Ｉｎ、Ａｌ、ＧａなどのＩＩＩ族元素および／またはＰ、ＡｓなどのＶ族元素の組成比を変えて複数成膜することもできる。すなわち、ＩｎＰ膜に替えてＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＰ_zＡｓ_1-z膜（０＜ｘ≦１、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１、０＜ｚ≦１）などのＩｎＰ系膜を、Ｉｎ、Ａｌ、ＧａなどのＩＩＩ族元素および／またはＰ、ＡｓなどのＶ族元素の組成比を変えて複数成膜することができる。

本発明の実施においては、ＩｎＰ系膜の成膜の際にＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth；ラテラル成長）技術などの公知の転位低減技術を適用できる。

また、複合基板にＩｎＰ系膜を成膜した後に、複合基板の支持基板などを除去する際には、ＩｎＰ系膜を別の支持基板に転写してもよい。

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説明ではなくて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 支持基板、１１ｍ，１２ｍ，１２ａｍ，１２ｂｎ，１３ｍ，１３ｎ，２０ｍ，２１ｍ，２３ｍ，３０ｎ 主面、１２，１２ａ，１２ｂ 接着層、１３ 単結晶膜、２０ ＩｎＰ系膜、２１ ＩｎＰ系バッファ層、２３ ＩｎＰ系単結晶層、３０ 下地基板、４０ ワックス。

Claims (6)

1. 酸に溶解する支持基板と、前記支持基板の主面側に配置されている単結晶膜と、を含み、
   前記支持基板の主面内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい複合基板。
2. 前記支持基板は、シリカとアルミナとマグネシアとで形成されるＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ複合酸化物を含む請求項１に記載の複合基板。
3. 酸に溶解する支持基板と、前記支持基板の主面側に配置されている単結晶膜と、を含み、前記支持基板の主面内の熱膨張係数が、ＩｎＰ結晶の熱膨張係数に比べて、０．８倍より大きく１．２倍より小さい複合基板を準備する工程と、
   前記支持基板の主面側に配置されている前記単結晶膜の主面上にＩｎＰ系膜を成膜する工程と、を含むＩｎＰ系膜の製造方法。
4. 前記ＩｎＰ系膜を成膜する工程の後に、前記支持基板を酸に溶解することにより除去する工程をさらに含む請求項３に記載のＩｎＰ系膜の製造方法。
5. 前記支持基板の前記単結晶膜の主面の面積が４５ｃｍ²以上である請求項３または請求項４に記載のＩｎＰ系膜の製造方法。
6. 前記ＩｎＰ系膜を成膜する工程は、前記単結晶膜の主面上にＩｎＰ系バッファ層を形成するサブ工程と、前記ＩｎＰ系バッファ層の主面上にＩｎＰ系単結晶層を形成するサブ工程と、を含む請求項３から請求項５のいずれかに記載のＩｎＰ系膜の製造方法。

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