CN107119320B

CN107119320B - Ramo4基板及其制造方法

Info

Publication number: CN107119320B
Application number: CN201710066347.XA
Authority: CN
Inventors: 鹰巢良史; 冈山芳央; 石桥明彦; 田代功; 上田章雄; 信冈政树; 领木直矢
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2037-02-06
Also published as: US10350725B2; US20170239779A1; CN107119320A

Abstract

本发明的课题在于提供更高品质的基板。解决方法为一种RAMO₄基板，其是包含通式RAMO₄所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素)的RAMO₄基板，在至少一面具有外延生长面，所述外延生长面具有有规则性分布的、相互分离的多个劈开面。

Description

RAMO4基板及其制造方法

技术领域

本发明涉及RAMO₄基板及其制造方法。

背景技术

作为包含通式RAMO₄所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、 Y和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素)的RAMO₄基板之一，已知ScAlMgO₄基板。 ScAlMgO₄基板被用作GaN等氮化物半导体的生长基板(例如，参照专利文献1)。图1是示出专利文献1记载的以往的ScAlMgO₄基板的制造方法的例子。如图1所示，以往的ScAlMgO₄基板是通过将ScAlMgO₄块体材料劈开而制造的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-178448号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，仅仅劈开的话难以得到具有所期望的表面形状的RAMO₄基板。因此，需要更高品质的基板。也就是说，本发明的目的在于提供更高品质的基板。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明提供一种RAMO₄基板，其是包含通式 RAMO₄所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素)的RAMO₄基板，在至少一面具有外延生长面，所述外延生长面具有有规则性分布的、相互分离的多个劈开面。

发明效果

根据本发明，可以提供一种更高品质的RAMO₄基板。

附图说明

图1为以往的ScAlMgO₄基板的制造工序的图。

图2的图2A为以往的ScAlMgO₄基板的侧视图，图2B为该ScAlMgO₄基板的俯视图。

图3为以往的仅通过劈开而形成的外延生长面的平面度测定结果的图。

图4为本发明的实施方式的ScAlMgO₄基板的制造工序的图。

图5为使用2μm金刚石浆料，对ScAlMgO₄劈开面进行研磨加工时的平面度测定结果的图。

图6为使用0.125μm金刚石浆料，对ScAlMgO₄劈开面进行研磨加工时的平面度测定结果的图。

图7为使用胶态二氧化硅，对ScAlMgO₄劈开面进行研磨加工时的平面度测定结果的图。

图8为使用0.5μm金刚石固定磨粒加工，对ScAlMgO₄劈开面进行研磨加工时的平面度测定结果的图。

图9为本发明的实施方式中的基于凹凸形成工序的磨削加工后的平面度测定结果的图。

图10为本发明的实施方式中的劈开面形成工序后的平面度测定结果的图。

图11为本发明的具有单一劈开面的ScAlMgO₄基板的AFM测定结果的图。

图12的图12A为本实施方式的ScAlMgO₄基板的具有多个劈开面的外延生长面的俯视图，图12B为该ScAlMgO₄基板的侧视图。

图13为形成外延生长面时施加的力的说明图。

图14为本发明的实施方式的ScAlMgO₄基板的AFM测定结果的图。

图15为2个邻接的劈开面的X方向截面放大图。

图16为具有暗光面形状的ScAlMgO₄基板的图。

图17为具有暗光面形状的ScAlMgO₄基板的局部放大截面图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式参照附图进行说明。

首先，对至于本发明的见解进行叙述。如引用文献1所示，以往通过将ScAlMgO₄块体材料劈开来制作ScAlMgO₄基板。然而，仅仅劈开的话容易在ScAlMgO₄基板的用于进行GaN生长的外延生长面产生高度 500nm以上的高低差。若高度500nm以上的高低差部分在外延生长面存在，则使结晶在基板上外延生长时产生问题。对于在基板的外延生长面存在高度500nm以上的高低差时的弊害进行说明。若在存在高度500nm以上的高低差的外延生长面制作GaN等的结晶，则在高度500nm以上的高低差部分成为不同的晶体取向。例如，若在外延生长面上利用 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法形成用于 LED发光层的InGaN层，则钢的组成在高低差部分和平坦部发生变化。而且若铟的组成发生变化，则作为LED元件的发光波长和亮度发生变化。其结果是，作为LED元件产生发光不均，发生亮度降低。

接着，对以往的具有高度500nm以上的高低差的ScAlMgO₄基板的详细内容及其问题进行说明。图2A为以往的ScAlMgO₄基板001的侧视图，图2B为该基板001的俯视图。如图2A和图2B所示，在ScAlMgO₄基板001的外延生长面002构成了高低差部003。在此，高低差部003的高度为500nm以上。图3中示出通过以往的制造方法、即劈开而形成的 ScAlMgO₄基板001的外延生长面002的平面度的测定数据。该数据是以在

的ScAlMgO₄基板001的同一平面内正交的XY轴使用激光反射式测长机(三鹰光器制NH-3MA)获取的数据。图3中，箭头所示的部分为500nm以上的凹凸部。对于ScAlMgO₄基板而言，由于劈开时的劈开方向的剥离力有偏差，因而不在同一原子层发生劈开，其结果认为产生包含500nm以上的高低差的凹凸部。

因此，本发明中，提供包括除去高度500nm以上的高低差的工序的制造方法。另外，特别提供包括在外延生长面形成具有规则性分布的、相互分离的多个劈开面的工序的制造方法。

图4中示出本实施方式涉及的ScAlMgO₄基板的制造工序。本发明的制造方法中，包括：准备ScAlMgO₄块体材料的工序(块体材料准备工序)；将其劈开从而分断形成基板的工序(劈开工序)；以及对基板的与外延生长面对应的面进行加工的工序(凹凸形成工序和劈开面形成工序)。

例如，在块体材料准备工序中，准备使用高频感应加热型切克劳斯基(Czochralski)炉制造的单晶ScAlMgO₄铸锭。作为铸锭的制造方法，例如，作为起始原料，将纯度为4N(99.99％)的Sc₂O₃、Al₂O₃和MgO以规定的摩尔比配合。然后，向直径100mm的铱制的坩埚中投入该起始原料 3400g。接着，将投入了原料的坩埚投入高频感应加热型切克劳斯基炉的培育炉中，使该炉内成为真空。其后，导入氮，在炉内变成大气压的时刻开始坩埚的加热。然后，用12小时缓缓加热直到到达ScAlMgO₄的熔点为止使材料熔融。接着，将沿(0001)方位切出的ScAlMgO₄单晶用作晶种，使该晶种降下至接近坩埚内的熔液。然后使晶种一边以一定的旋转速度旋转一边缓缓降下，使晶种的前端接触熔液并缓缓降低温度，同时以提拉速度0.5mm/h的速度使晶种上升(沿0001轴方向提拉)，进行结晶生长。由此，可以得到直径50mm、直筒部的长度50mm的单晶铸锭。

在此，对ScAlMgO₄单晶进行说明。ScAlMgO₄单晶呈岩盐型结构(111) 面的ScO₂层、与六方晶(0001)面的AlMgO₂层交替地层叠的结构。六方晶 (0001)面的2层与纤锌矿型结构相比是平面的，与面内的键相比，上下层间的键达到0.03nm之长，键合力弱。因此，ScAlMgO₄单晶可以以(0001) 面劈开。利用该特性，可以进行通过劈开将块体材料分割来准备板状体的工序(劈开工序)。

可是，与ScAlMgO₄单晶的劈开相关的性质虽然使劈开工序能够容易地实施，但是使利用以往的加工方法的劈开面的加工变得困难。也就是说，在以往的加工方法中，未能除去在劈开面形成的高度500nm以上的凹凸。对其理由进行说明。说明时，介绍对ScAlMgO₄基板实施了如下加工的例子，该加工是一般来说认为对于GaN等的半导体基板来说，能够使表面的凹凸小于500nm的加工。加工区域设为10mm见方。

首先，使用以往的粗研磨加工中使用的直径2μm尺寸的金刚石浆料 (磨粒)，对ScAlMgO₄的劈开面进行磨光研磨加工，将结果示于图5。图5 是利用前述的激光反射式测长机，沿X方向测定加工的面的截面形状的平坦度的结果。如图5所示，可知若进行该加工，则在表面产生500nm 以上的凹凸。磨光研磨加工中金刚石浆料在ScAlMgO₄表面滚动，由此将经滚动的部分的材料微小地除去。但是，单晶ScAlMgO₄为多个ScO₂层与AlMgO₂层的层叠体，因此认为由于加工力的偏差而部分地在深层发生剥离。因此，如图5所示，分析到产生了500nm以上的凹凸。

通常，为了减少这样的加工力的偏差，使磨粒尺寸小于能够容许的凹凸的尺寸是有效的。因此，作为磨粒，使用直径0.125μm尺寸的金刚石浆料，对ScAlMgO₄的劈开面进行磨光研磨加工，将结果示于图6。此时的X方向的平坦度的测定方法与使用直径2μm尺寸的金刚石浆料进行研磨的情况同样。如图6所示，即便使磨粒尺寸小于能够容许的凹凸尺寸(500nm)，电产生了500nm以上的凹凸。

另一方面，磨粒种的硬度、形状也对被研磨面的表面形状造成影响。因此，将使用比金刚石更柔软、且形状更近似于球的胶态二氧化硅磨粒实施研磨加工的结果示于图7。研磨加工以一般的GaN单晶加工时的加压力1000Pa进行。此时的X方向的平坦度的测定方法与使用直径2μm尺寸的金刚石浆料进行研磨的情况同样。如图7所示，根据该方法，能够除去微小的凹凸，但这也未能除去500nm以上的凹凸。

如以上，无论利用使用任何游离磨粒的研磨加工，都未能使 ScAlMgO₄基板的外延生长面的凹凸小于500nm。

因此，使用直径0.5μm尺寸的金刚石固定磨粒，进行了磨削加工。将其结果示于图8。X方向的平坦度的测定方法与使用直径2μm尺寸的金刚石浆料进行研磨的情况同样。如图8所示，即使使用固定磨粒也产生 500nm以上的凹凸。

由这些结果可知，在以往的加工方法中，不能将ScAlMgO₄基板的表面加工成不含500nm以上的凹凸那样的平滑面。这是因为，即使想要除去通过劈开产生的凹凸，若整体中所占的平坦面的比例大，则对平坦面进行加工时，加工负荷也容易集中在一部分区域(凹凸)。并且，不在表面，而在更加深入表面的内部发生劈开导致的破裂。并且，认为通过除去破裂部分而形成新的凹凸。另外，在平坦面的比例高的情况下，仅仅施加在内部不劈开那样的载荷的话，基本不能除去劈开工序中产生的凹凸。

因此，本发明鉴于ScAlMgO₄材料的特征，采用以下详述的加工方法 (凹凸形成工序和劈开面形成工序)。具体来说，在ScAlMgO₄基板的成为外延生长面的区域整面形成一定高度的凹凸形状(凹凸形成工序)。接着，通过阶段性地减小研磨时的加压力，从而减小研磨时的加压力的偏差的绝对量。并且，防止内部的劈开，且缓缓减小凹凸形成工序中形成的一定高度的凹凸形状，形成相互分离的多个劈开面(劈开面形成工序)。

即，本发明的制造方法中，至少进行：准备将ScAlMgO₄单晶体以(0001) 面劈开而得到的ScAlMgO₄板状体的工序(劈开工序)；在ScAlMgO₄板状体上形成500nm以上的凹凸的工序(凹凸形成工序)；对上述500nm以上的凹凸进行研磨，形成具有规则性分布的、相互分离的多个劈开面(小于 500nm的凹凸)的工序(劈开面形成工序)。

本发明中，在凹凸形成工序中，按照该工序结束后在成为外延生长面的区域存在的、连续地凹凸的高度为500nm以下区域(以下，也称“平坦部”)的面积均为1mm²以下的方式，使凹凸形状分布于外延生长面的整面。这是由于，在凹凸形成工序中若形成大于1mm²的平坦部，则在劈开面形成工序中，由于加工负荷的集中而在内部劈开，产生高度大于500nm的凹凸。另外，在凹凸形成工序中形成的多个凹凸的凸部的高度之差优选落在±0.5μm以下的范围内。通过在整面形成高度的偏差落入该范围内那样的均匀高度的凹凸，从而通过劈开面形成工序能够缓缓降低凹凸的高度，能够在成为外延生长面的区域形成相互分离的多个劈开面。

具体来说，在凹凸形成工序中，使用第1磨粒形成500nm以上的凹凸。并且，在劈开面形成工序中，使用比上述第1磨粒的硬度低的第2 磨粒形成小于500nm的凹凸(多个劈开面)。

更详细而言，在对一定高度的凹凸形状进行加工的凹凸形成工序中，使用磨粒尺寸大的金刚石固定磨粒进行磨削加工。作为磨粒使用#300以上且#20000以下(优选为#600)的金刚石磨粒。通过使用该范围的尺寸的金刚石磨粒的加工，可以使加工面的凹凸的高度之差落入±5μm以下的范围内。另外，凹凸形成工序中的加工条件优选设为：磨石转速500min^-1以上且50000min^-1以下(优选为1800min^-1)、ScAlMgO₄基板转速10min^-1以上且300min^-1以下(优选为100min^-1)、加工速度0.01μm/秒以上且1μm/ 秒以下(优选为0.3μm/秒)、加工除去量1μm以上且300μm以下(优选为 20μm)。图9中示出测定使用#600的金刚石磨粒，以磨石转速1800min^-1、 ScAlMgO₄基板转速100min^-1、加工速度0.3μm/秒、加工除去量20μm进行加工时的截面形状的平坦度的结果。图9为利用与前述同样的方法测定加工面的X方向的平坦度的结果。如图9所示，若进行凹凸形成工序，则在成为外延生长面的区域不产生1mm²以上的平坦部(凹凸的高度为 500nm以下区域连续1mm²以上的部位)，能够形成规则的凹凸形状。

接着对将凹凸形成工序中形成的凹凸缓缓除去的工序进行说明。通过进行将加压力阶段性地减弱的研磨，从而能够除去通过前述的凹凸形成工序形成的高度500nm以上的凹凸，并且形成高度低于500nm的凹凸。在此，高度500nm以上的凹凸的除去可以通过以下方式进行：使用以胶态二氧化硅为主成分的浆料作为磨粒，转速10min^-1以上且1000min^-1以下(优选为60min^-1)、浆料供给量0.02ml/分钟以上且2ml/分钟以下(优选为 0.5ml/分钟)，使用无纺布垫作为研磨垫。加压力在凹凸多的情况下容易在凸部选择性地集中加工力，因此优选在初期设为10000Pa以上且20000Pa 以下的范围，随着凸部变得平坦而设为5000Pa以上且小于10000Pa，最终将加压力的范围设为小于5000Pa。通过像这样阶段性地降低加压力，能够不发生内部的劈开地从成为外延生长面的区域除去高度500nm以上的凹凸。此时，若将最终的加压力设为1000Pa以上且小于5000Pa，则容易在外延生长面仅形成单一的劈开面。

最初将加压力设为15000Pa进行3分钟研磨加工，接着将加压力降至 8000Pa进行5分钟研磨加工，最后将加压力降至1000Pa进行10分钟研磨加工，将结果示于图10。图10是利用与前述同样的方法测定加工后的外延生长面的X方向的平坦度的表面形状测定结果。另外，图11中示出对于外延生长面的10μm见方的范围通过AFM(原子力显微镜)进行测定的表面形状测定结果。如图11所示，在10μm见方的范围内没有500nm以上的凹凸，表示最大高度的Rmax为6.42nm，如此连50nm以上的凹凸也没有观察到。需要说明的是Rq为0.179nm。由进一步详细地进行形状分析的图11可知，100μm²的微小的区域中表面粗糙度Ra为0.139nm，能够形成没有50nm以上的凹凸的极平滑面。利用上述方法形成的 ScAlMgO₄基板的100μm²的范围内的表面粗糙度Ra为0.08nm以上且 0.5nm以下。需要说明的是，上述表面粗糙度Ra为利用BRUKER公司的 Dimension Icon，依照ISO13565-1测定的值。

为了像这样消除在劈开产生的凹凸而得到平滑面，可以通过如下方式实现：故意将通过劈开而形成的平滑面加工成有规则性的凹凸形状(凹凸形成工序)，然后再利用不发生劈开的加工一点点除去。也就是说，根据本发明，可以得到以往的工艺中未能实现的具有凹凸的高度低于500nm、进一步凹凸的高度为50nm以下的外延生长面的ScAlMgO₄基板。利用上述方法得到的基板的表面的10μm见方(100μm²)的范围内的表面粗糙度 Ra为0.08nm以上且0.5nm以下。并且，例如在本基板的外延生长面形成 LED发光层的情况下，不会产生前述那样的组成的变化、和由其导致的 LED元件的发光不均和亮度降低的问题。进一步，通过凹凸的高度为50nm 以下，例如在外延生长面形成LED发光层后的电极形成时，可以抑制因凹凸造成的形成不良(在高低差部的蚀刻残留等)，因此使用本基板制造的 LED等器件的制造成品率提高。

在此，在ScAlMgO₄基板的外延生长面，可以形成上述那样的、单一的(0001)面(劈开面)，但若在外延生长面存在成为缺陷、异物等偶发的结晶生长的晶种的部分，则在外延生长面利用例如MOCVD法进行GaN的气相生长时，有时Ga原子向偶发的结晶生长的晶种聚集，发生局部的不均匀生长。因此，本发明中，为了防止这样的情况，外延生长面优选按照具有相互凭借高低差而分离并规则地分布的多个劈开面的方式进行上述加工。

以下对于在外延生长面具有规则地分布的多个劈开面的优点进行说明。在ScAlMgO₄基板上利用MOCVD法进行GaN的气相生长的情况下，Ga原料在一部分与甲基键合的状态下使作为外延生长面的劈开面的 (0001)面移动(迁移)。然后，如果有稳定的位置则在该位置停止，并切断与甲基的键合，与N键合而外延生长下去。因此，通过在外延生长面形成多个劈开面，并将相互相邻的劈开面的高低差部分作为上述稳定的位置加以利用，从而可以进行外延生长的稳定化。另外，通过规则地制作多个劈开面，在外延生长面上利用MOCVD法进行外延生长时，具有可以均匀地进行整齐的生长的优点。

图12A中示出具备具有多个劈开面060的外延生长面002的 ScAlMgO₄基板001的俯视图，图12B中示出ScAlMgO₄基板001的侧视图。如图12A所示，优选劈开面060呈长条状的形状，多个劈开面与外延生长面002平行地规则形成。劈开面060的X方向的宽度为劈开面宽度061，邻接的劈开面间的高低差高度为劈开面间高度062。

在此，劈开面宽度061优选按照利用MOCVD法进行外延生长时Ga原料能够迁移到作为稳定的位置的劈开面的高低差部的方式设定。具体来说，在利用MOCVD法进行GaN结晶外延生长的情况下，若将劈开面宽度设为1.5nm以上且500nm以下的范围，则可以在外延生长面整面形成均匀的外延膜。原因在于，若劈开面宽度小于1.5nm，则进行外延生长时的Ga原料的稳定位置非常接近原料分子大小。因此，有时不能实现可得到均匀的外延膜的台阶流动生长(外延生长从各高低差部沿横向进展的、可以得到均匀的外延膜的生长模式)。另外，原因在于，若劈开面宽度为 500nm以上，则该宽度远远大于利用MOCVD法的在Ga原料的GaN表面的迁移距离(Ga原料分子附着于外延生长面的表面后，与作为N原料的 NH₃分子反应而变成GaN为止的期间，Ga原料分子在外延生长面的表面上移动的距离)，因此同样不能实现台阶流动生长。进一步，若将劈开面宽度设为5nm以上且150nm以下的范围，则能够在外延生长面整面均匀地形成晶体取向偏差小、杂质浓度均匀的良好的外延膜。原因在于，将劈开面宽度设为5nm以上且150nm以下的范围的情况下，与利用MOCVD 法的在Ga原料的GaN表面的迁移距离匹配，因此附着于表面的Ga原料分子的大部分迁移至劈开面的高低差部。并且，原因在于，台阶流动生长在ScAlMgO₄基板的外延生长面整面良好地进行，维持基底的晶体取向而生长出均匀的外延膜。

本发明中，对按照使劈开面宽度061成为1.5nm以上且500nm以下的方式进行加工的方法(劈开面形成工序)进行说明。将对包含多个劈开面的表面进行加工时的加工状态的图示于图13。图13为外延生长面002的 X方向截面图，加工时向磨粒070施加的力的方向为，磨粒070沿X方向作用的力和沿Z方向作用的力的合成向量构成的合力。该情况下，磨粒移动方向与劈开面产生角度。在外延生长面002整面进行观察时，相对于对磨粒070施加的力的向量，某些方向上容易加工，某些方向上难以加工，如此根据倾斜角的大小而加工状态不同。因此，为了不在各劈开面 060产生凹凸，需要斟酌最难加工的劈开方向与对磨粒施加的力的向量方向的开角θ大的状态来设定加压力。因此，需要在与不将劈开面分离成多个时相比更低压的状态下进行最终加工。具体来说，在缓缓除去上述凹凸的工序中，通过将最终的加压力的范围设为20Pa以上且3000Pa以下的范围，能够形成多个劈开面。

即，在缓缓除去前述凹凸的工序中，使用以胶态二氧化硅为主成分的浆料和包含无纺布的研磨垫，所述研磨垫的转速设为10min^-1以上且 1000min^-1以下，浆料供给量设为0.02ml/分钟以上且2ml/分钟以下，加压力设为1000Pa以上且20000Pa以下，由此形成多个劈开面。更详细而言，在缓缓除去前述凹凸的工序中，加压力按照成为10000Pa以上且20000Pa以下、5000Pa以上且小于10000Pa、20Pa以上且3000Pa以下的加压力的方式依次减弱从而形成上述多个劈开面。

图14中示出在缓缓除去上述凹凸的工序中，将最后的加压力降至 200Pa进行了10分钟研磨加工的结果。除了最后的加压条件以外，与得到前述的图11所示的ScAlMgO₄基板时的条件相同。图14为在10μm见方(100μm²)的范围内通过AFM测定的表面形状测定结果。如图14所示，可知外延生长面002由长条状的多个劈开面形成。

在此，在将劈开面宽度061设为1.5nm以上且500nm以下时，将最终加压力设为20Pa以上且3000Pa以下的范围，但将劈开面宽度061设为 5nm以上且150nm以下的情况下，对磨粒施加的加压力的合成向量与劈开方向的开角θ变小，因此将最终加压力设为100Pa以上且2800Pa以下的范围为宜。也就是说，将劈开面宽度061设为5nm以上且150nm以下的情况下，按照10000Pa以上且20000Pa以下、5000Pa以上且小于10000Pa、 100Pa以上且2800Pa以下的顺序随着加工进展而减弱加压力的方式形成。

在此，对劈开面间高度062进行说明。图15中示出2个邻接的劈开面的X方向截面放大图。图15中，在包含MgAlO₂原子层081与ScO₂原子层082的ScAlMgO₄基板中，ScO₂原子层082为1层，与此相对， MgAlO₂层081层叠了2层，MgAlO₂层081的层之间成为劈开面。因此，最表面由MgAlO₂层081的1层形成。对于劈开面间高度062而言，从由 ScAlMgO₄原子排列想到的劈开部的特征出发，2层厚的MgAlO₂原子层 081和1层厚的ScO₂原子层082的厚度为最小单位。也就是说，这成为图11的劈开面间高度062的最小单位，具体来说，约为0.8nm。

此外，利用MOCVD法进行GaN结晶外延生长的情况下，为了抑制从高低差部的壁面开始的外延生长，期望劈开面间高度为一定高度以下。高低差部的壁面与劈开面的晶体取向不同。由此产生如下问题：相对于在劈开面外延生长的结晶，在壁面外延生长的结晶的杂质浓度不同，或该结晶成为多晶产生的起因而外延生长的成品率降低。具体来说，若将劈开面间高度设为上述最小单位的1倍至10倍的范围，则多晶产生被抑制，外延生长的成品率提高。即，劈开面间高度062优选设为0.8nm以上且8nm 以下。为了将劈开面间高度062形成为0.8nm以上且8nm以下，按照如下方式进行加工而形成：对于以最终加压力进行加工后的结果的外延生长面用AFM测定100μm²的范围，表面粗糙度Ra为0.08nm以上且1.5nm 以下。

进一步，若将劈开面间高度设为上述最小单位的1倍至4倍的范围，则可以得到除了多晶抑制之外，而且杂质浓度在外延生长面整面均匀的良好的外延膜。即，劈开面间高度062更优选设为0.8nm以上且3.2nm以下。为了将劈开面间高度062形成为0.8nm以上且3.2nm以下，按照如下方式进行加工而形成：对于以最终加压力进行加工后的结果的外延生长面用AFM测定100μm²的范围，表面粗糙度Ra为0.08nm以上且1.0nm 以下。

在此，对本方法的详细内容进行概括。在凹凸形成工序中，使用附着有#300以上且#2000以下的金刚石磨粒的磨石，在下面的加工条件下形成上述500nm以上的凹凸。磨石转速为500min^-1以上且50000min^-1以下，ScAlMgO₄板状体转速为10min^-1以上且300min^-1以下，加工速度为 0.01μm/秒以上且1μm/秒以下，加工除去量为1μm以上且300μm以下。另外，在劈开面形成工序中，使用以胶态二氧化硅为主成分的浆料和包含无纺布的研磨垫，在下面的加工条件下形成多个劈开面(小于500nm的凹凸)。研磨垫的转速为10min^-1以上且1000min^-1以下，浆料供给量为 0.02ml/分钟以上且2ml/分钟以下，加压力为20Pa以上且20000Pa以下。进一步，通过将加压力按照10000Pa以上且20000Pa以下、5000Pa以上且小于10000Pa、20Pa以上且3000Pa以下的顺序随着加工进展而减弱，从而能够更正确地形成多个劈开面(上述小于500nm的凹凸)。需要说明的是，形成单一的劈开面的情况下，将所述劈开面形成工序的最终的加压力设为1000Pa以上且小于5000Pa。

需要说明的是，外延生长面仅在一面(表面)形成即可。通过仅对一面 (表面)进行研磨，能够实现工序的简化。该情况下，在另一面(背面)侧， 500nm以上的凹凸在被形成的状态下保留。但是，也可以在两面形成外延生长面。该情况下，能够在两面进行GaN等氮化物半导体的外延生长。

在本发明的ScAlMgO₄基板中，如图16所示，一侧的面即外延生长面002的背面可以为暗光面形状090。图16示出具有暗光面形状090的 ScAlMgO₄基板001。通过在ScAlMgO₄基板的背面具有暗光面形状090，能够识别ScAlMgO₄基板001的正反。另外，传送ScAlMgO₄基板001时，暗光面形状090起到防滑的作用，能够抑制在传送时ScAlMgO₄基板001 滑动撞击从而产生的伤痕或缺损。暗光面形状090比外延生长面002的表面粗糙度Ra大，在外延生长面002形成多个劈开面060的情况下，暗光面形状090的表面粗糙度也最大。具体来说，由单一劈开面构成的外延生长面002的表面粗糙度Ra通常为0.08nm以上且0.5nm以下，具有多个劈开面时为0.08nm以上且1.5nm以下。与此相对，暗光面形状的090的表面粗糙度为500nm以上且8000nm以下。需要说明的是，这些表面粗糙度为100μm²的区域内的测定值。图17中示出暗光面形状090的放大图。

进一步，外延生长面001的凹凸形状的高度为500nm以下，与此相对，作为暗光面形状090的凹凸形状的高度优选为500nm以上。凹凸高度是利用前述的激光反射式测长机测定的值。ScAlMgO₄基板的外延生长面的背面不是凹凸的高度为500nm以上的暗光面形状的情况下，在进行用于在外延生长面侧形成器件结构、布线结构的图案的曝光处理时，由于ScAlMgO₄基板是透明的，有时光从背面发生反射，对曝光产生影响。另外，有时产生如下问题：在操作时难以判别正反而有弄错的可能性、在制造装置的台面等平坦面设置基板时容易滑移。

暗光面形状090可以利用在表面均匀地形成凹凸的加工工艺而形成。具体来说，可以通过使用磨粒尺寸大的金刚石固定磨粒的磨削加工来形成。作为磨粒，使用#100以上且#2000以下的金刚石磨粒。更优选使用#600 的金刚石磨粒。即，具有暗光面形状090的基板可以通过进行如下工序而得到：准备将ScAlMgO₄单晶体以(0001)面劈开而得到的ScAlMgO₄板状体的工序；对ScAlMgO₄板状体的一侧的面(表面)进行研磨而形成外延生长面的工序；对与上述外延生长面为相反侧的面(背面)进行加工而形成比上述外延生长面的表面粗糙度更大的暗光面的工序。暗光面是使用附着有 #100以上且#2000以下的金刚石磨粒的磨石，在以下加工条件下形成的：磨石转速500min^-1以上且50000min^-1以下、ScAlMgO₄板状体转速10min^-1以上且300min^-1以下、加工速度0.01μm/秒以上且1μm/秒以下、加工除去量1μm以上且300μm以下。优选凭借#600的金刚石磨粒能够使凹凸之差更小。作为优选的加工条件，以磨石转速1800min^-1、 ScAlMgO₄基板转速100min^-1、加工速度0.3μm/秒，按照加工除去量成为20μm的方式实施加工。

另外，为了消除加工对加工变质层的影响，可以实施形成加工变质层的磨削加工、喷砂加工。

在此，外延生长面是指，在成为基板的结晶上使其它结晶外延生长的面，例如，可以设为距离基板的外周5mm以上内侧的区域。外延生长是指，在基底的基板的结晶面一致地使结晶新排列的结晶的生长样式。在该外延生长面，可以利用MOCVD法、MOVPE(Metal-organic Vapor Phase epitaxy)法、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等气相生长法、助熔剂法等液相生长法使III族氮化合物等的化合物半导体的结晶生长。

需要说明的是，作为在ScAlMgO₄基板上进行外延生长的方法，对GaN的MOCVD生长进行了说明，但在GaN中添加了Al、In的AlGaInN系结晶生长中也具有同样的效果。

另外，生长方法也不限于MOCVD，也可以是其它HVPE生长，或在MOCVD生长后进行HVPE生长等生长手法的并用。对于生长温度而言，也可以在500～600℃左右的低温下使AlGaInN系缓冲层生长后，在 1000℃以上的高温下进行GaN结晶生长。

还可以在上述AlGaInN系结晶层上制作该AlGaInN系的异质结等而形成发光器件、功率器件等。

(其它实施方式)

需要说明的是，在上述实施方式中，对于包含通式RAMO₄所表示的单晶体的基板之中由ScAlMgO₄的单晶体得到的基板进行了说明，但本发明不限于此。

需要说明的是，本发明的基板由通式RAMO₄所表示的大致单一结晶材料构成。上述通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素(原子号67- 71)中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素。需要说明的是，大致单一结晶材料是指，构成外延生长面的RAMO₄包含90at％以上，且关注于任意的结晶轴时，在外延生长面的任何部分其方向都相同那样的结晶质固体。但是，结晶轴的方向局部地改变的结晶、包含局部的晶格缺陷的结晶也被当做单晶。需要说明的是， O为氧。但是如上所述，期望R为Sc、A为Al、M为Mg。

产业上的可利用性

在向基板上进行MOCVC气相生长时使LED发光层生长而制造LED 元件时，通过利用本发明的基板，能够防止作为LED元件发生发光不均，防止亮度的降低。

符号说明

001 ScAlMgO₄基板

002 外延生长面

003 高低差部

060 劈开面

061 劈开面宽度

062 劈开面间高度

070 磨粒

081 MgAlO₂原子层

082 ScO₂原子层

090 暗光面形状

Claims

1.一种RAMO₄基板，其是包含通式RAMO₄所表示的单晶体的RAMO₄基板，通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素，

所述RAMO₄基板在至少一面具有外延生长面，

所述外延生长面具有多个劈开面，所述多个劈开面有规则性分布且相互分离，

所述多个劈开面分别为长条形状，所述各劈开面的宽度为1.5nm以上且500nm以下。

2.如权利要求1所述的RAMO₄基板，其中，

所述各劈开面的宽度为5nm以上且150nm以下。

3.如权利要求1所述的RAMO₄基板，其中，

邻接的所述劈开面彼此每隔0.8nm以上且8nm以下分离。

4.如权利要求1所述的RAMO₄基板，其中，

所述劈开面内的100μm²的区域的表面粗糙度Ra为0.08nm以上且1.5nm以下。

5.如权利要求1所述的RAMO₄基板，其中，

所述通式中的R为Sc，A为Al，M为Mg。

6.如权利要求5所述的RAMO₄基板，其中，

AlMgO₂层在邻接的所述劈开面彼此之间露出。

7.一种RAMO₄基板的制造方法，其包括：

劈开工序，将通式RAMO₄所表示的单晶体以(0001)面劈开，准备RAMO₄板状体，通式中，R表示选自Sc、In、Y和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd中的一个或多个二价元素；

凹凸形成工序，在所述RAMO₄板状体上形成高度500nm以上的凹凸；和

劈开面形成工序，对所述高度500nm以上的凹凸进行研磨，形成具有规则性分布的、相互分离的多个劈开面，

8.如权利要求7的RAMO₄基板的制造方法，其中，

所述凹凸形成工序是用第1磨粒对所述RAMO₄板状体进行磨削的工序，

所述劈开面形成工序是用硬度低于所述第1磨粒的第2磨粒对所述高度500nm以上的凹凸进行研磨的工序。

9.如权利要求7所述的RAMO₄基板的制造方法，其中，

在所述劈开面形成工序中，通过阶段性减弱研磨时的加压力而形成所述多个劈开面。

10.如权利要求7所述的RAMO₄基板的制造方法，其中，

在所述凹凸形成工序中，

使用附着有#300以上且#2000以下的金刚石磨粒的磨石，

在以下条件下进行磨削：

所述磨石的转速500min^-1以上且50000min^-1以下，

所述RAMO₄板状体的转速10min^-1以上且300min^-1以下，

加工速度0.01μm/秒以上且1μm/秒以下，且

加工除去量1μm以上且300μm以下；

在所述劈开面形成工序中，

使用以胶态二氧化硅为主成分的浆料和包含无纺布的研磨垫，

在以下条件下进行研磨：

所述研磨垫的转速10min^-1以上且1000min^-1以下，

浆料供给量0.02ml/分钟以上且2ml/分钟以下，且

加压力1000Pa以上且20000Pa以下。

11.如权利要求9所述的RAMO₄基板的制造方法，其中，

在所述劈开面形成工序中，按照10000Pa以上且20000Pa以下、5000Pa以上且小于10000Pa、20Pa以上且3000Pa以下的顺序阶段性减弱加压力。

12.如权利要求9或10所述的RAMO₄基板的制造方法，其中，

在所述劈开面形成工序中，按照10000Pa以上且20000Pa以下、5000Pa以上且小于10000Pa、100Pa以上且2800Pa以下的顺序阶段性减弱加压力。

13.如权利要求7所述的RAMO₄基板的制造方法，其中，

所述通式中的R为Sc，A为Al，M为Mg。