大領域窒化物結晶およびその作製方法
【課題】大領域のガリウム含有窒化物結晶の成長のための方法を提供する。
【解決手段】転位密度が約１０７ｃｍ−２よりも低い少なくとも２つの結晶２０１、２０２を提供する工程と、ハンドル基板を提供する工程と、少なくとも２つの結晶２０１、２０２をハンドル基板に対してウェーハ接合する工程と、少なくとも２つの結晶２０１，２０２を成長させて、溶合結晶として合体させる工程と、を含み、第１の結晶２０１と第２の結晶２０２との間の極性配向不整角度γは、０．５度未満であり、方位配向不整角度αおよびβは１度未満である。
【解決手段】転位密度が約１０７ｃｍ−２よりも低い少なくとも２つの結晶２０１、２０２を提供する工程と、ハンドル基板を提供する工程と、少なくとも２つの結晶２０１、２０２をハンドル基板に対してウェーハ接合する工程と、少なくとも２つの結晶２０１，２０２を成長させて、溶合結晶として合体させる工程と、を含み、第１の結晶２０１と第２の結晶２０２との間の極性配向不整角度γは、０．５度未満であり、方位配向不整角度αおよびβは１度未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体中の材料を処理するための技術に関する。本出願は、米国仮出願番号第６１／３５６，４８９号（出願日：２０１０年６月１８日）および米国仮出願番号第６１／３８６，８７９号（出願日：２０１０年９月２７日）に対する優先権を主張する。本明細書中、同出願それぞれを全目的のため参考のため援用する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の実施形態は、高圧力装置筺体内に配置されたカプセル中の材料処理のための技術を含む。本発明は、以下の結晶の成長に適用可能である（すなわち、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、およびその合金（すなわち、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮ））、ならびにバルク基板またはパターン化基板の製造のための他のもの）。このようなバルク基板またはパターン化基板は、多様な用途（例えば、光電子デバイス、レーザー、発光ダイオード、太陽電池、光電気化学水分解および水素発生、光検知器、集積回路およびトランジスタ、他のデバイス）に用いることが可能である。
【０００３】
大領域、かつ、高品質の結晶および基板（例えば、窒化物結晶および基板）は、多様な用途（例えば、発光ダイオード、レーザーダイオード、トランジスタおよび光検知器）において必要とされている。一般的に、デバイス処理には生産規模の経済が働くため、デバイス毎のコストは、基板の直径の増加と共に低下する。さらに、バルク窒化物結晶成長のために、大領域種晶が必要とされている。
【０００４】
（０００１）ｃ面配向の大領域窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶の作製のための方法が、広く知られている。多くの場合において、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）では、窒化ガリウムの肉厚層を非窒化ガリウム基板（例えば、サファイア）上に堆積させた後、前記基板を除去する。これらの方法の場合、直径５０〜７５ミリメートルの自立ｃ面ＧａＮウェーハの生成能力があることが分かっており、直径１００ミリメートルが期待されている。しかし、これらの結晶中の典型的な平均転位密度は約１０６〜１０８ｃｍ−２と高いため、多くの用途において望ましくない。転位を集めてバンドルまたは低角度粒子境界を得るための技術が開発されているが、それでも、これらの方法の場合、大領域の単一結晶粒内に１０４ｃｍ−２よりも低い転位密度を得るのは困難であり、比較的高濃度の高転位密度バンドルまたは粒子境界に起因して、困難、性能劣化が発生し、かつ／またはデバイス製造業者において損失が発生している。
【０００５】
窒化ガリウムの非極面（例えば、｛１０−１０｝および｛１１−２０｝）ならびに窒化ガリウムの半極性面（例えば、｛１０−１±１｝、｛１０−１±２｝、｛１０−１±３｝、および｛１１−２±２｝、｛２０−２１｝）は、多数の用途において魅力的である。残念なことに、大領域かつ高品質の非極性または半極性ＧａＮウェーハは、大規模商業用途において一般的に利用不可能である。極めて高品質のＧａＮ結晶（例えば、転位密度が１０４ｃｍ−２のもの）を成長させるための、他の従来の方法が提案されている。しかし、これらの結晶は直径１〜５センチメートル未満と小さいことが多く、また市販もされていない。
【０００６】
Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉら［米国特許出願第２００８／０１５６２５４］中において、タイリング方法により元素ＧａＮ種晶を溶合して、より大きな化合物結晶を得ることが提案されている。前記方法では、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）によって元素ＧａＮ種晶を成長させ、元素結晶の縁部を斜角において研磨して、急成長方向において溶合させる。しかし、Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉらの場合、制約がある。すなわち、Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉらの場合、溶合元素種晶間の結晶学的配向の精度が明記されておらず、また、元素種晶間の高精度の結晶学的記録と、元素種晶の溶合に起因する欠陥の観察とを可能にする方法について記載されていない。
【０００７】
従来の技術の場合、結晶における結晶学的配向を極めて高精度に維持しつつ、前記利用可能なサイズの高品質の窒化物結晶を有意義に増加させるには不適切であると言える。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、大領域のガリウム含有窒化物結晶の成長のための方法を提供する。前記方法は、転位密度が約１０７ｃｍ−２よりも低い少なくとも２つの窒化物結晶をハンドル基板と共に提供する工程を含む。前記窒化物結晶は、前記ハンドル基板に接合された。その後、前記窒化物結晶を成長させて、溶合窒化物結晶と合体させる。第１の窒化物結晶と第２の窒化物結晶との間の極性配向不整角度γは、０．５度未満であり、方位配向不整角度αおよびβは、１度未満である。前記窒化物結晶上に半導体構造を所望に形成することができる。
【０００９】
別の実施形態において、本発明は、上記の工程を含むだけでなく、前記２つの窒化物結晶それぞれの上の放出層と、高品質エピタキシャル層とを提供する工程も含む。前記エピタキシャル層は、成長させて、溶合窒化物結晶に合体させる。前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間の極性配向不整角度γは、０．５度未満であり、方位配向不整角度αおよびβは１度未満である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、少なくとも２つの単結晶ドメインを含む結晶を提供することができる。前記少なくとも２つの単結晶ドメインは窒化物組成を有し、前記ドメイン内の転位密度は１０７ｃｍ−２未満である。前記２つの単結晶ドメインは、５０ｃｍ−１未満および好適には５×１０５ｃｍ−１未満の線密度と共に、転位線によって分離される。前記第１のドメインと前記第２のドメインとの間の極性配向不整角度γはｉ０．５度未満であり、前記方位配向不整角度はαおよびβは１度未満である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、図１ｄ、図１ｅ、図１ｆ、図１ｇ、図１ｈ、図１ｉ、図１ｊ、および図１ｋは、結晶のウェーハ接合方法を示す図である。
【００１２】
図２は、２つの隣接するウェーハ接合された結晶間の結晶学的配向不整を示す図である。
【００１３】
図３は、敷設結晶の配置を示す図である。
【００１４】
図４ａ、図４ｂ、図５および図６は、ウェーハ−接合された結晶の合体方法を示す図である。
【００１５】
図７は、溶合結晶示す図である。
【００１６】
図８、図９および図１０は、種晶からの横方向成長を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１ａを参照して、第１の表面１０５を有する結晶１０１が示されている。結晶１０１のことをしばしば「窒化物結晶」と呼ぶが、これは、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物結晶が好適な実施形態を含むからである。しかし、開示の方法の普遍性はより広く、「窒化物結晶」という用語は非窒化物結晶、および、窒化物結晶を含む者として理解されるべきである。本発明が適用可能な非窒化物結晶の例を挙げると、ダイヤモンド、立方窒化ホウ素、ホウ素炭化物、ケイ素、ゲルマニウム、ケイ素ゲルマニウム、リン化インジウム、ガリウムリン、亜鉛酸化物、セレン化亜鉛、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、およびテルル化カドミウム亜鉛がある。好適な実施形態において、窒化物結晶１０１はＧａＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ≦１であり、結晶学的な質が極めて高い。別の実施形態において、結晶１０１は、ウルツ鉱型結晶構造を有し、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＡｇＩ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、２Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣである。窒化物結晶１０１の表面転位密度は好適には約１０７ｃｍ−２未満、１０６ｃｍ−２未満、１０５ｃｍ−２未満、１０４ｃｍ−２未満、１０３ｃｍ−２未満、またはさらには約１０２ｃｍ−２未満である。また、窒化物結晶１０１の積層欠陥濃度は好適には１０３ｃｍ−１未満、１０２ｃｍ−１未満、１０ｃｍ−１未満またはさらには１ｃｍ−１未満である。また、窒化物結晶１０１の対称的なＸ線ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）は、約３００秒未満、２００秒未満、１００秒未満、５０秒未満、３５秒未満、２５秒未満、またはさらには約１５秒未満である。窒化物結晶１０１の結晶学的曲率半径は、３つまでの独立方向または直交方向において、０．１メートルよりも大きいか、１メートルよりも大きいか、１０メートルよりも大きいか、１００メートルよりも大きいか、またはさらには１０００メートルよりも大きい。
【００１８】
窒化物結晶１０１においては、比較的高濃度の貫通転位を有する領域が、比較的低濃度の貫通転位を有する領域によって分離される。前記比較的高濃度の領域内の貫通転位濃度は、約１０６ｃｍ−２よりも高いか、１０７ｃｍ−２よりも高いか、またはさらには約１０８ｃｍ−２よりも高くすることができる。前記比較的低濃度の領域の内の貫通転位濃度は、約１０６ｃｍ−２未満、１０５ｃｍ−２未満、またはさらには約１０４ｃｍ−２未満にすることができる。窒化物結晶１０１の厚さは、約１００ミクロン〜約１００ミリメートル、またはさらには約１ミリメートル〜約１０ミリメートルである。結晶１０１の直径は、少なくとも約０．５ミリメートル、１ミリメートル、２ミリメートル、５ミリメートル、１０ミリメートル、１５ミリメートル、２０ミリメートル、２５ミリメートル、３５ミリメートル、５０ミリメートル、７５ミリメートル、１００ミリメートル、１５０ミリメートルであり、少なくとも約２００ミリメートルであり得る。表面１０５の結晶学的配向は、５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、またはさらには（０００１）Ｇａ−極性、（０００−１）Ｎ−極性、｛１０−１０｝非極性または｛１１−２０｝非極性面の０．０１度以内である。表面１０５は（ｈｋｉｌ）半極性配向を有し、ここで、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）およびｌであり、ｈおよびｋのうち少なくとも１つは非ゼロである。
【００１９】
特定の実施形態において、表面１０５の結晶学的配向は、５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、またはさらには｛１０−１±１｝、｛１０−１±２｝、｛１０−１±３｝、｛１１−２±２｝、｛２０−２±１｝、｛２１−３±１｝、または｛３０−３±４｝の０．０１度以内である。窒化物結晶１０１の最小横方向寸法は、少なくとも２ミリメートルであるが、４ミリメートル、１センチメートル、２センチメートル、３センチメートル、４センチメートル、５センチメートル、６センチメートル、８センチメートル、またはさらには少なくとも１０センチメートルであってもよい。別の一連の実施形態において、結晶１０１は立方結晶構造を有する。いくつかの実施形態において、結晶１０１は、立方ダイヤモンド構造を有し、ダイヤモンド、ケイ素、ゲルマニウム、またはケイ素ゲルマニウムから選択される。他の実施形態において、結晶１０１は、立方閃亜鉛鉱構造を有し、立方ＢＮ、ＢＰ、ＢＡ、ＡｌＰ、ＡｌＡ、ＡｌＳｂ、β−ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｅＴｅおよびＨｇＣｄＴｅから選択される。特定の実施形態において、表面１０５の結晶学的配向は、５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、またはさらには｛１１１｝、｛１１０｝、｛１００｝、｛３１１｝、および｛２１１｝の０．０１度以内である。
【００２０】
いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１は、公知の方法に従って、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）によって成長される。他の実施形態において、窒化物結晶１０１は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）または有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長される。窒化物結晶１０１は、ヘテロエピタキシャル基板（例えば、サファイアまたはガリウムヒ素）上に成長され得る。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１は、フラックスまたは高温度溶液方法によって成長さえる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１は、熱アンモニア的に成長される。
【００２１】
窒化物結晶１０１の作製における工程の１つは、米国特許出願番号第１２／５５６，５６２号（出願日：２００９年９月９日）および米国特許出願番号第６１／２５０，４７６号（出願日：２００９年１０月９日）に記載のように、種晶からの横方向成長であり得る、図８を参照して、一連の実施形態のうちの１つにおいて、２つの面配向縁部を有する棒状種晶３３０が提供される。熱アンモニア成長が行われ、好適にはａ方向における高速成長条件が用いられ、これにより、横方向に成長した翼部３４０および３５０が得られる。これらの横方向に成長した翼部は、前記種晶から分離され、これにより、図９に示すような概して半菱形形状の結晶が得られる。図１０を参照して、別の一連の実施形態において、＋ｃ面配向縁部および−ｃ面配向縁部を有する棒状種晶７８０が提供される。熱アンモニア成長が行われ、＋ｃ方向、および／または、−ｃ方向における高速成長条件が好適に用いられ、これにより、横方向に成長した結晶７９０が得られる。所望であれば、前記横方向に成長した翼部は分離され得る。
【００２２】
再度図１ａを参照して、いくつかの実施形態において、結晶がノミナル配向において成長し、かつ、極めて平坦となるように、結晶１０１の最終成長工程の条件が選択される。例えば、前記成長条件は、表面１０５に対して平行な方向における成長速度が表面１０５に対して垂直方向における成長速度よりも、少なくとも係数５、係数１０、係数２０または係数５０の倍数だけより高くなるように、選択され得る。表面１０５の配向が（０００１）Ｇａ−極性、（０００−１）Ｎ−極性、｛１０−１０｝非極性または｛１０−１±１｝半極性から選択される場合、直接成長による軸上配向の確立が特に有利である。窒化物結晶１０１、および、表面１０５の作製におけるさらなる工程を挙げると、切断、ラッピング、研磨、ドライエッチング、および化学的機械的研磨がある。表面１０５は光学的に平坦であり、その平面度からの逸脱は、１ミクロン未満、０．５ミクロン未満、０．２ミクロン未満、０．１ミクロン未満、またはさらには０．０５ミクロン未満である。表面１０５は極めて平滑であり、少なくとも１０ミクロン×１０ミクロンの面積にわたって測定されたときのその二乗平均平方根粗さは、５ナノメートル未満、２ナノメートル未満、１ナノメートル未満、０．５ナノメートル未満、０．２ナノメートル未満、０．１ナノメートル未満、またはさらには０．０５ナノメートル未満である。
【００２３】
いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部、または、少なくとも３つの縁部がａｓ−ｇｒｏｗｎ状態にされる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部、または、少なくとも３つの縁部が劈開される。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部、または、少なくとも３つの縁部に対し、切断、研削、ラッピング、研磨、および／または、エッチングが、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、または、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）によって行われる。１つの特定の実施形態において、結晶１０１の表面の１つ以上の縁部が、より大きな結晶中のエッチング１つ以上のトレンチにより、規定される。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部または少なくとも３つの縁部は、｛１０−１０｝ｍ面配向を有する。１つの特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、実質的に六角形状を有する。別の特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、実質的に菱形または半菱形の形状を有する。さらに別の実施形態において、窒化物結晶１０１は実質的に矩形である。１つの特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、（０００１）＋ｃ面縁部および（０００−１）−ｃ面縁部を有する。別の特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、２つの｛１１−２０｝縁部を有する。さらに別の特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、２つの｛１０−１０｝縁部を有する。さらに別の特定の実施形態において、結晶１０１は立方結晶構造を有し、少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部または少なくとも３つの縁部が、｛１１１｝配向を有する。さらに別の特定の実施形態において、結晶１０１は、立方閃亜鉛鉱結晶構造を有し、少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部または少なくとも３つの縁部が、｛１１０｝配向を有する。
【００２４】
再度、図１ａを参照して、一連の実施形態において、窒化物結晶１０１の表面１０５にイオンが注入され、これにより、当該分野において公知の方法に従って注入／損傷領域１０３が形成される。イオン注入は、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋、Ａｒ＋、Ｋｒ＋、Ｘｅ＋、Ｎ＋またはＮ２＋のうち、少なくとも１つによって行われる。注入エネルギーは、約１０ｋｅＶ〜約１ＭｅＶであり、あるいは、好適には約２０ｋｅＶ〜約２００ｋｅＶであり得る。イオンのフルエンスまたはドーズ量は、約１０１６ｃｍ−２〜約１０１９ｃｍ−２、約１０１７ｃｍ−２〜約１０１８ｃｍ−２、または、約２×１０１７ｃｍ−２〜約４×１０１７ｃｍ−２であり得る。いくつかの実施形態において、結晶１０１の後ろ側にもイオン注入が行われ、その結果、第２の注入／損傷領域（図示せず）が形成される。この第２の注入／損傷領域は、同様のイオン組成、エネルギーおよびフルエンスを有し、これにより、Ｏ．ＭｏｕｔａｎａｂｂｉｒおよびＵ．Ｇｏｅｓｅｌｅ，Ｊ．（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒ．３９、４８２（２０１０年））に記載のように、結晶１０１中のバウが最小化される。ここで、同文献全体を参考のため援用する。
【００２５】
図１ｂを参照して、いくつかの実施形態において、放出層１０７が提供される。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１が実質的に透明となり、かつ、その光吸収係数が５０ｃｍ−１未満となる少なくとも１つの波長において、放出層１０７の光吸収係数は１０００ｃｍ−１よりも高く、次に、放出層１０７を窒化物結晶１０１上に蒸着させる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１が実質的に透明となる少なくとも１つの波長において、前記放出層の光吸収係数は５０００ｃｍ−１よりも高い。いくつかの実施形態において、優先的に結晶１０１に対してまたは高品質エピタキシャル層１０９に対して、放出層１０７を選択的にウェットエッチング、電気化学的エッチング、または光電気化学的エッチングすることができる。いくつかの実施形態において、前記放出層はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ≦１である。いくつかの実施形態において、前記放出層は、いくつかの波長における前記放出層の吸収性を高めるために、少なくとも１つの不純物をさらに含む、複数のドーパント不純物（例えば、Ｈ、Ｏ、Ｃ、Ｍｎ、ＦｅおよびＣｏ）により、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮまたはＧａＮ結晶を着色することができる。特に、コバルトを高濃度ドーピングした場合、ＧａＮを黒色にすることができる（すなわち、可視スペクトルにわたる高光吸収係数）。詳細には、前記光吸収係数は、可視スペクトル全体（例えば、約４６５ｎｍ〜約７００ｎｍ）において５０００ｃｍ−１よりも高くすることができる。前記光吸収係数はまた、約７００ｎｍ〜約３０７７ｎｍ間においてまた約３３３３ｎｍ〜約６６６７ｎｍの波長においても、５０００ｃｍ−１よりも高くすることができる。イオンを採用することにより、ＧａＮのバンドギャップを低減することができ、その結果、ＧａＮまたはＡｌＧａＮが実質的に透明となる波長における吸収性を高めることができる。しかし、ＩｎＧａＮの場合、温度安定性が低く、また、高濃度ドープされたＧａＮまたはＡｌＧａＮよりもＧａＮ、または、ＡｌＧａＮに対する格子不整合がより大きい。放出層１０７の窒化物結晶１０１上へのエピタキシャル的蒸着は、米国特許出願番号第１２／５４６４５８号にさらに記載されているように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、熱アンモニア成長、または、フラックス成長によって行うことができる。ここで、同文献全体を参考のため援用する。
【００２６】
別の一連の実施形態において、放出層１０７は、窒素と、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、希土類元素、Ｈｆ、ＴａおよびＷから選択された少なくとも１つの元素とを含む。金属層のベース結晶上での蒸着は、約１ｎｍ〜約１ミクロンの厚さになるまで、スパッタリング、熱蒸発、電子ビーム蒸着などにより、行われ得る。その後、窒素含有雰囲気（例えば、アンモニア）内において、約６００℃〜約１２００℃の温度まで加熱することにより、金属層が窒化され得る。この窒化物形成プロセスにおいて、前記金属が前記ベース結晶から部分的にデウェットされ、これにより、ナノ単位からミクロ単位の開口部が生成される。この開口部を通じて、高品質のエピタキシーを行うことができる。この窒化物形成工程は、ＭＯＣＶＤリアクターにおいて、ＨＶＰＥリアクターにおいて、または熱アンモニアリアクターにおいて行うことができ、その直後に高品質エピタキシャル層の蒸着を行う。
【００２７】
さらに別の一連の実施形態において、放出層１０７はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１である。しかし、放出層１０７は、窒化物結晶１０１よりもより高い光吸収係数を持たない場合もある。好適な実施形態において、窒化物結晶１０１はＧａＮを含み、放出層１０７はＡｌ１−ｘＩｎｘＮを含み、ここで、ｘは０．１７にほぼ等しく、これにより、前記放出層は窒化物結晶１０１に格子整合する（窒化物ベース結晶としても知られる）。再度、図１ｂを参照して、高品質エピタキシャル層１０９が提供され得る。いくつかの実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は、前記放出層の蒸着後、別個の工程において、ＭＯＣＶＤによって、ＭＢＥによって、または、ＨＶＰＥによって成長される。別の実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は、熱アンモニア的に成長される。前記高品質エピタキシャル層の厚さは、約０．０５ミクロン〜約５００ミクロンであり得る。いくつかの実施形態において、前記高品質エピタキシャル層の厚さは、約１ミクロン〜約５０ミクロンである。
【００２８】
高品質エピタキシャル層１０９は、窒化物結晶１０１と同一の結晶学的配向を、約０．５度内まで、０．２度内まで、０．１度内まで、０．０５度内まで、０．０２度内まで、または０．０１度内まで有し、極めて類似する結晶学的性質を有する。高品質エピタキシャル層１０９は、厚さが０．１ミクロン〜５０ミクロンであり、窒素を含み、表面転位密度が１０７ｃｍ−２未満である。好適な実施形態において、高品質エピタキシャル層１０９は、ＧａＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ≦１であり、また、結晶学的な質が極めて高い。高品質エピタキシャル層１０９の表面転位密度は、約１０７ｃｍ−２未満、約１０６ｃｍ−２未満、約１０５ｃｍ−２未満、約１０４ｃｍ−２未満、約１０３ｃｍ−２未満、または、約１０２ｃｍ−２未満であり得る。高品質エピタキシャル層１０９の積層欠陥濃度は、１０３ｃｍ−１未満、１０２ｃｍ−１未満、１０ｃｍ−１未満または１ｃｍ−１未満であり得る。高品質エピタキシャル層１０９の対称的なＸ線ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）は、約３００秒未満、約２００秒未満、約１００秒未満、約５０秒未満、約３５秒未満、約２５秒未満、または約１５秒未満であり得る。いくつかの実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は実質的に透明であり、その光吸収係数は、約７００ｎｍ〜約３０７７ｎｍの波長および約３３３３ｎｍ〜約６６６７ｎｍの波長において、１００ｃｍ−１未満、５０ｃｍ−１未満、５ｃｍ−１未満、または１ｃｍ−１未満である。いくつかの実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は、低角度粒子境界または傾斜境界が実質的に無い。他の実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は、少なくとも２つの傾斜境界を含み、隣接する傾斜境界間の分離は３ｍｍを下回らない。前記高品質エピタキシャル層の不純物濃度については、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｎａ、およびＫが１×１０１７ｃｍ−３、２×１０１７ｃｍ−３、１×１０１７ｃｍ−３、１×１０１６ｃｍ−３および１×１０１６ｃｍ−３であり得る。これらの濃度は、それぞれ、較正二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、グロー放電質量分析（ＧＤＭＳ）、格子間ガス分析（ＩＧＡ）などによって定量化される。
【００２９】
再度、図１ｂを参照して、放出層および高品質エピタキシャル層を蒸着させるプロセスは、少なくとも１回、少なくとも２回、少なくとも４回、少なくとも８回、または少なくとも１６回繰り返すことができる。一連の実施形態において、前記高品質エピタキシャル層はＧａＮを含み、前記放出層は、格子整合したＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎを含む。別の一連の実施形態において、前記役割が逆転し、前記放出層がＧａＮを含み、前記高品質エピタキシャル層が、格子整合したＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎを含む。１つ以上高品質エピタキシャル層の最外側表面１１１は、表面１０５と同じ結晶学的配向を有する。
【００３０】
図１ｃを参照して、いくつかの実施形態において、一連のチャネルが、高品質エピタキシャル層を通じて提供される。例えば、一連のストリップによって構成されるパターンが、従来のフォトリソグラフィーにより、規定され得る。チャネルは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングなどにより、エッチングされ得る。いくつかの実施形態において、前記チャネルは、たった１つの高品質エピタキシャル層を通じてエッチングされる。あるいは、前記チャネルは、前記最外側放出層を通じて切断してもしなくてもよく、その場合、前記放出層を各チャネル内に露出させる。他の実施形態において、前記チャネルを、２つ以上の高品質エピタキシャル層を通じて切断する。隣接するチャネル間のスペーシングは、約１０ミクロン〜約１０ミリメートルまたは約０．１ミリメートル〜１ミリメートルであり得る。
【００３１】
図１ｄを参照して、いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１がブロック１１２に貼付される。ブロック１１２は、ステンレス鋼、スチール、鉄ベースの合金、ニッケルベースの合金、コバルトベースの合金、銅ベースの合金などを含み得る。ブロック１１２は、極めて高精度に機械加工されるか、または、研削された縁部を有し得る。例えば、ブロック１１２上の少なくとも２つの平行面間の平行度は、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、または、０．０１度以内であり得る。ブロック１１２上の少なくとも２つの垂直面間の垂直度は、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、または０．０１度以内であり得る。窒化物結晶１０１のブロック１１２への貼付は、セメント、エポキシ、接着剤、Ａｕ−Ｓｎ共晶混合物、はんだ接着、ろう付け接合、ポリマーベースのセメントなどにより行われ得る。窒化物結晶１０１の１つ以上縁部の研削を極めて高精度に行ってもよい。窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部は、ブロック１１２の縁部と同一平面上にあり得る。いくつかの実施形態において、結晶１０１の少なくとも２つの縁部が、ブロック１１２の縁部と同一平面上にあり得る。
【００３２】
図１ｅおよび図１ｆを参照して、表面１１５を有するハンドル基板１１７が示される。ハンドル基板１１７は、単結晶材料、多結晶材料またはアモルファス材料を含み得る。ハンドル基板１１７は、サファイア、アルミニウム酸化物、ムライト、ケイ素、ケイ素窒化物、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、ＭｇＡｌ２Ｏ４スピネル、亜鉛酸化物、リン化インジウム、窒化ガリウム、インジウム窒化物、ガリウムアルミニウムインジウム窒化物、または、アルミニウム窒化物を含み得る。ハンドル基板１１７は、結晶１０１と実質的に同一の組成を含み得る。１つの特定の実施形態において、ハンドル基板１１７は、別の方法を用いて溶合、または、敷設された結晶を含む。例えば、ハンドル基板１１７の形成を、Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉらによって開示されているタイリング方法のうち少なくとも１つを用いて行うことができる。［米国特許出願第２００８／０１５６２５４］号または米国特許出願第１２／６３５６４５中に開示の方法、ここで、同文献全体を参考のため援用する。好適な実施形態において、ハンドル基板１１７は、結晶１０１と実質的に同一の組成を含む。ハンドル基板１１７の結晶学的配向は、結晶１０１の結晶学的配向の約１０度以内、約５度以内、約２度以内、または約１度以内である。ハンドル基板１１７は、ガラスを含み得る。ハンドル基板１１７は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｎ、ＺｎまたはＣｄのうち、少なくとも１つの酸化物を含み得る。１つの特定の実施形態において、ハンドル基板１１７は、ほうりんけい酸ガラスを含む。ハンドル基板１１７の表面１１５に平行な熱膨張係数は、室温〜約７００℃（すなわち、約２．５×１０−６Ｋ−１および約７×１０−６Ｋ−１）であり得る。ハンドル基板１１７の表面１１５に平行な熱膨張係数は、室温〜約７００℃（すなわち、約５．５×１０−６Ｋ−１〜約６．５×１０−６Ｋ−１）であり得る。ハンドル基板１１７は軟化点を有し得る。軟化点とは、５００℃〜約１４００℃の温度においてハンドル基板１１７の粘度値が約１０８ポアズになるという意味である。ハンドル基板１１７のガラス遷移温度は、約６００℃〜約１２００℃であり得る。ハンドル基板１１７は軟化点を有し得る。軟化点とは、約６００℃〜約９００℃の温度においてハンドル基板１１７の粘度値が約１０８ポアズになるという意味である。表面１１５は光学的に平坦であり、少なくとも１０ミクロンｓ×１０ミクロンの面積において測定された平面度からのその逸脱は、１ミクロン未満、０．５ミクロン未満、０．２ミクロン未満、０．１ミクロン未満、または０．０５ミクロン未満である。表面１１５は極めて平滑であり、その二乗平均平方根粗さは、５ナノメートル未満、２ナノメートル未満、１ナノメートル未満、０．５ナノメートル未満、０．２ナノメートル未満、０．１ナノメートル未満、または０．０５ナノメートル未満であり得る。
【００３３】
接着層１１３が、ハンドル基板１１７の表面１１５上に蒸着され得る。接着層１１３は、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、またはＢ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｌ、またはＰｂ、あるいはその酸化物、窒化物、またはオキシ窒化物のうち少なくとも１つをを含み得る。接着層１１３は、水素をさらに含み得る。接着層１１３の蒸着は、熱蒸発、電子ビーム蒸気、スパッタリング、化学的蒸気、プラズマ化学気相成長法など、または、蒸着金属膜の熱酸化により、行うことができる。接着層１１３の厚さは、約１ナノメートル〜約１０ミクロンまたは約１０ナノメートル〜約１ミクロンであり得る。いくつかの実施形態において、接着層は、窒化物結晶１０１の表面１０５上、または、高品質エピタキシャル層１０９の表面１１１上（図示せず）に蒸着される。前記接着層（単数または複数）は、例えば約３００℃〜約１０００℃の温度までアニールされ得る。いくつかの実施形態において、接着層は、結晶１０１の表面１０５上に蒸着され、アニールされた後、注入／損傷層がイオン注入によって形成される。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの接着層が、化学機械的に研磨される。好適な実施形態において、少なくとも１つの接着層の２０×２０μｍ２の面積における二乗平均平方根表面粗さは、約０．５ナノメートル未満または約０．３ナノメートル未満である。
【００３４】
再度、図１ｅおよび図１ｆを参照して、窒化物結晶１０１の表面１０５、高品質エピタキシャル層１０９の表面１１１、またはその上煮は一された接着層が、接着層１１３と接触して、かつ／または、ハンドル基板１１７の表面１１５と接触した様態で配置され、ウェーハ接合される。好適な実施形態において、前記ウェーハ接合作業はクリーンルームにおいて行われ、その際の空気中の粒子数は、１０，０００／立方センチメートル未満、１，０００／立方センチメートル未満、１００／立方センチメートル未満、または、１０／立方センチメートル未満である。これらの表面のうち少なくとも１つから粒子を除去した直後に、ウェーハ接合を噴霧、ブラッシング、またはリンシングにより、イオン化窒素、ＣＯ２ジェット、ＣＯ２スノー、高抵抗水、有機溶媒（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン）と共に行う。いくつかの実施形態において、表面１０５または表面１０９またはその上に配置された接着層の表面と、表面１１３または表面１１５とを液体中に浸漬させた様態で接触させる。任意選択的に、これらの表面のうち少なくとも１つをプラズマに露出させて、ウェーハ接合を向上させる。
【００３５】
ハンドル基板１１７に対する、窒化物結晶１０１の配置の位置、および、配向精度は、高精度に制御される。１つの特定の実施形態において、ピックアンドプレースマシンまたはロボットまたはダイ取付ツールにより、窒化物結晶をハンドル基板１１７上に配置する。窒化物結晶１０１は、真空チャックによってピックアップされ、ステッッパーモーター駆動ｘｙステージによってハンドル基板１１７の上方の所望の位置に平行移動させ、必要ならば、デジタルカメラ駆動回転ドライブにより再配向され、その後、ハンドル基板上へと降下される。配置の位置精度は、５０ミクロンよりも高いか、３０ミクロンよりも高いか、２０ミクロンよりも高いか、１０ミクロンよりも高いか、または５ミクロンよりも高くすることができる。配置の配向精度は、５度よりも高いか、２度よりも高いか、１度よりも高いか、０．５度よりも高いか、０．２度よりも高いか、０．１度よりも高いか、０．０５度よりも高いか、０．０２度よりも高いか、または０．０１度よりも高くすることができる。別の特定の実施形態において、窒化物結晶１０１に取り付けられたブロック１１２をキネマティックマウント上に配置する。前記キネマティックマウントにより、ハンドル基板１１７に対する配向精度を１度よりも高いか、０．５度１度よりも高いか、０．２度１度よりも高いか、０．１度１度よりも高いか、０．０５度１度よりも高いか、０．０２度１度よりも高いか、または０．０１度１度よりも高くすることができる。その後、窒化物結晶１０１、ブロック１１２および前記キネマティックマウントを、サブミクロン精度でハンドル基板１１７に対して配置することができるこの配置は、ステッパーフォトリソグラフィーツールにおけるものと同様のｘｙステージを用いて、ステッパーモータを音声コイルを共に用いて、行われる。いくつかの実施形態において、結晶１０１およびハンドル基板１１７の方位結晶学的配向は、約１０度内、約５度内、約２度内または約１度内に等しい。
【００３６】
窒化物結晶１０１は、約０．１メガパスカル〜約１００メガパスカルの圧力により、ハンドル基板１１７に対して押圧され得る。いくつかの実施形態において、良好なウェーハ接合を得るためには、ファンデルワールス力で十分であり、それ以上のさらなる力付加は不要である。窒化物結晶１０１およびハンドル基板１１７を約３０℃〜約９５０℃、約３０℃〜約４００℃、約３０℃〜約２００℃まで加熱して、ウェーハ接合を強化させることができる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１およびハンドル基板１１３の加熱は、相互に機械的負荷をかけた状態で、行われる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、注入／損傷領域１０３を有する接合された窒化物結晶１０１の少なくとも表面領域、および、ハンドル基板１１７を約２００℃〜約８００℃、または、約５００℃〜約７００℃の温度まで加熱して、マイクロバブル、マイクロクラック、マイクロブリスター、または、他の機械的欠陥を領域１０３内に発生させる。１つの特定の実施形態において、表面領域１０５または１０９の加熱は、ハンドル基板１１７を通じた光放射または赤外線放射によって行われ、ブロック１１２と接触し得る結晶１０１の遠位部位が、約３００℃未満、約２００℃未満または約１００℃未満において残留し得る。いくつかの実施形態において、熱エネルギーの代わりにまたは熱エネルギーと共に機械的エネルギーを与えてもよい。いくつかの実施形態において、エネルギー源（例えば、加圧流体）が選択領域（例えば、接合された窒化物結晶１０１の縁部）へと方向付けられ、これにより、制御された切断作用が領域１０３内において開始される。エネルギー付加後、窒化物結晶１０１の遠位部位を除去し、その結果、ハンドル基板１１７に接合された窒化物結晶１０１の近位部位が現れる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の遠位部位は、ブロック１１２と接合されたままである。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の遠位部位の新規露出表面に対し、研磨、ドライエッチング、または、化学機械的研磨を行う。窒化物結晶１０１の遠位部位の新規露出表面の表面結晶学的配向が表面１０５の処理前配向と同一となるように、注意を払う。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の遠位部位の新規露出表面上に接着層を蒸着する。いくつかの実施形態において、前記接着層を化学機械的に研磨する。
【００３８】
図１ｇを参照して、いくつかの実施形態において、レーザー放射により、窒化物結晶１０１を高品質エピタキシャル層１０９およびハンドル基板１１７から分離する。放出層１０７は、レーザー放射１２５により、窒化物結晶１０１を通じて照射され得る。レーザー放射１２５は、放出層の光吸収係数が１０００ｃｍ−１よりも高くかつ窒化物結晶の光吸収係数が５０ｃｍ−１未満となって実質的に透明となる波長において、行われる。別の一連の実施形態において、前記放出層をレーザー放射１２７によってハンドル基板１１７を通じて照射する。レーザー放射１２７は、前記放出層の光吸収係数が１０００ｃｍ−１よりも高くかつハンドル基板の光吸収係数が５０ｃｍ−１未満となっハンドル基板が実質的に透明となる波長において、行なわれる。放出層１０９によるレーザーエネルギーの吸収は、極めて短い長さのスケールにおいて発生し、その結果、大きな局部加熱が発生する。理論に縛られることは望まないが、前記局部加熱に起因して、前記放出層、および／または、前記放出層と直接接触している窒化物結晶の肉薄部位が部分的にまたは完全に分解し、その結金属およびＮ２が発生し、その結果肉薄層、または、マイクロ、または、ナノバブルが発生し得る、と考えられる。Ｎ２の肉薄層またはマイクロ、または、ナノバブルに起因して、窒化物結晶と高品質エピタキシャル層との間の界面が機械的に弱体化され、その結果、前記窒化物結晶を前記高品質エピタキシャル層から容易に分離することができ、その結果、前記ハンドル基板に接合させることができる。前記高品質エピタキシャル層、または、前記ハンドル基板の望ましくない損傷を生じさせることなく前記界面を最適に弱体化させるために、ダイ温度、レーザー出力、レーザースポットサイズ、レーザーパルス持続時間および／またはレーザーパルス数を調節する。分離を行うためのレーザーフルエンスは、３００〜９００ミリジュール／平方センチメートルまたは約４００ｍＪ／ｃｍ２〜約７５０ｍＪ／ｃｍ２であり得る。ビーム経路内にビームホモジナイザーを設けることにより、レーザービームの均一性を向上させることができ、ビームサイズは、約４ｍｍ×４ｍｍであり得る。いくつかの実施形態において、レーザービームを静置するのではなく、前記放出層上においてレーザービームを走査またはラスターする。分離は、分解によって生成される金属の融点よりも高い温度（例えば、ガリウム金属の場合、約３０℃よりも高い温度）において行われ得る。
【００３９】
いくつかの実施形態において、複数の放出層および高品質エピタキシャル層が、ウェーハ接合されたスタック内に存在する。この場合、レーザー照射は好適には、ハンドル基板を通じて付加され、フルエンス制御され、これにより、ハンドル基板に最も近い放出層内のみにおいて実質的分解が発生し、リフトオフ後に残りの放出層および高品質エピタキシャル層が前記窒化物結晶に接合されたままとなる。
【００４０】
前記高品質エピタキシャル層を前記窒化物結晶から分離した後、前記高品質エピタキシャル層の新規露出背面上、窒化物結晶１０１上、または窒化物結晶１０１に未だ接合されている別の新規露出高品質エピタキシャル層上の残留ガリウム、インジウム、または、他の金属、または、窒化物を全て除去することができる。この除去は、過酸化水素、アルカリ水酸化物、水酸化テトラメチルアンモニウム、希土類硝酸エステル、過塩素酸、硫酸、硝酸、酢酸、塩酸およびフッ化水素酸のアンモニウム塩のうち少なくとも１つによる処理により、行われる。これらの表面を、ドライエッチングによってさらに洗浄するかまたは損傷除去することができる。このドライエッチングは、Ａｒ、Ｃｌ２、およびＢＣｌ３のうち少なくとも１つにおいて、化学的に促進されたイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング、または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの技術により、行われる。これらの表面は、化学機械的研磨により、さらに処理され得る。
【００４１】
いくつかの実施形態において、前記放出層の縁部からのレーザーリフトオフまたはエッチング後、微量の放出層が残留する場合がある。残留放出層材料の除去は光電気化学エッチングによって行うことができ、その際、前記高品質エピタキシャル層の後ろ側または窒化物結晶１０１の前側または窒化物結晶１０１に未だ接合されている最外側高品質エピタキシャル層の前側を照射する。この照射においては、前記放出層の光吸収係数が１０００ｃｍ−１を上回りかつ前記高品質エピタキシャル層の光吸収係数５０ｃｍ−１を下回って実質的に透明となる波長において、放射を行う。
【００４２】
図１ｈを参照して、別の一連の実施形態において、前記放出層の化学的エッチングにより、前記ハンドル基板に接合された前記高品質エピタキシャル層を前記窒化物結晶から分離する。一実施形態において、前記放出層の１つ以上縁部の処理を、１、２−ジアミノエタン、過酸化水素、アルカリ水酸化物、水酸化テトラメチルアンモニウム、希土類硝酸エステル、過塩素酸、硫酸、硝酸、酢酸、塩酸、およびフッ化水素酸のアンモニウム塩のうち少なくとも１つにより行う。１つの特定の実施形態において、前記放出層の縁部のエッチング処理を、２００ミリリットルの脱イオン水、５０グラムの硝酸アンモニウムセリウム、Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６、および１３ミリリットルの過塩素酸、ＨＣｌＯ４の混合物により約７０℃において行う。前記放出層の少なくとも１つの縁部をエッチアウェイし、前記窒化物ベース結晶と前記高品質エピタキシャル層との間の界面を機械的に弱体化させ、これにより、前記窒化物ベース結晶を前記高品質エピタキシャル層から容易に分離させ、その結果、少なくとも１つの半導体デバイス層に接合させる。前記高品質エピタキシャル層または前記半導体構造の望ましくない損傷を生じさせることなく前記界面を適切に弱体化させるために、前記化学処理の温度および時間を調節する。事前形成された一連のチャネルを前記放出層内に設けることにより、前記放出層の横方向エッチングに必要な時間を低減することができる。複数の交互の放出層および高品質エピタキシャル層が窒化物結晶１０１に接合されている場合、最外側高品質エピタキシャル層のみを貫通するエッチチャネルを用いることにより、移動を最外側高品質エピタキシャル層に制限することができる。
【００４３】
さらに別の一連の実施形態において、前記放出層に光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを行うことにより、前記ハンドル基板に接合された前記高品質エピタキシャル層を前記窒化物結晶から分離する。例えば、ＩｎＧａＮ層またはＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子を前記放出層として蒸着させることができる。前記窒化物結晶および前記放出層を上記バンドギャップ放射により照射することで、両者上に電気的接触が得られる。上記バンドギャップ放射では、例えば、Ｘｅランプおよびフィルターを用いて、前記高品質エピタキシャル層および／または前記窒化物結晶のバンドギャップよりもエネルギーが高い光を除去する。一連の実施形態において、図１ｉに模式的に示される、前記ハンドル基板を通じて照明１２７が提供され、その強度は、前記ハンドル基板に最も近い前記放出層によって当該光が全て吸収されるように、調節されている。前記放出層の少なくとも１つの縁部が、電解質（例えば、撹拌された０．００４ＭＨＣｌ溶液）に露出される。事前形成された一連のチャネルを前記放出層内に設けることにより。前記放出層の横方向エッチングに必要な時間を低減することができる。複数の交互の放出層および高品質エピタキシャル層が窒化物結晶１０１に接合されている場合、当該光が必ず前記最外側放出層のみによって吸収されるようにすることにより、エッチチャネルが複数の高品質エピタキシャル層を貫通している場合であっても、移動を最外側高品質エピタキシャル層に限定することができる。ＰＥＣエッチングプロセスのさらなる詳細については、Ｓｈａｒｍａらによって記載されている（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８７、０５１１０７（２００５年）および同文献中の参考文献）。一連の実施形態において、ＧａＮが前記放出層として蒸着され、格子整合したＡｌＩｎＮは、前記高品質エピタキシャル層を含み、前記照明の波長範囲は、電子正孔対がＡｌＩｎＮ内にではなくＧａＮ内に発生するように、選択される。
【００４４】
さらに、別の一連の実施形態において、選択的酸化後に前記放出層の化学的エッチングを行うことにより、前記ハンドル基板に接合された前記高品質エピタキシャル層を前記窒化物結晶から分離する。例えば、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含む少なくとも１つの放出層（ここで、０＜ｘ、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｙ≦１）、または、ＧａＮに格子整合したＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎを選択的に酸化させることができる。この選択的酸化は、Ａｌ含有放出層の少なくとも１つの縁部をニトリロ酢酸（ＮＴＡ）および水酸化カリウムを含む溶液に露出させることにより、行うことができる。この溶液のｐＨは、８〜１１であり、アノード電流はおよそ２０μＡ／ｃｍ２、〜約０．１μＡ／ｃｍ２である。上記については、Ｄｏｒｓａｚら（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ８７、０７２１０２（２００５年））、および、Ａｌｔｏｕｋｈｏｖら（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ９５、１９１１０２（２００９年））ならびに同文献中の参考文献中に記載がある。その後、硝酸溶液中の約１００℃での処理により、前記酸化物層を除去することができる。事前形成された一連のチャネルを前記放出層内に設けることにより、前記放出層の横方向エッチングに必要な時間を低減することができる。複数の交互の放出層および高品質エピタキシャル層が窒化物結晶１０１に接合されている場合、最外側高品質エピタキシャル層のみを貫通するエッチチャネルを用いることにより、移動を最外側高品質エピタキシャル層に制限することができる。
【００４５】
図１ｊおよび図１ｋを参照して、前記ウェーハ接合プロセスが繰り返される。第２の窒化物結晶または第１の窒化物結晶の遠位部位が、第１の窒化物結晶の近隣にまたは第１の窒化物結晶の近位部位の近隣にウェーハ接合される。第１の窒化物結晶と同様に、第２の窒化物結晶は、イオン注入された損傷領域または少なくとも１つの放出層と、少なくとも１つの高品質エピタキシャル層とを有し得る。第２の窒化物結晶または第２の窒化物結晶上の最外側高品質エピタキシャル層は、表面１３５を有する。表面１３５の結晶学的配向は、窒化物結晶１０１の表面１０５または第１の高品質エピタキシャル層の表面１１１と本質的に同じである。いくつかの実施形態において、高精度の平坦軸上配向が得られるように各結晶を成長させる（例えば、（０００１）Ｇａ極性、（０００−１）Ｎ極性、｛１０−１０｝非極性、または、｛１０−１±１｝半極性）ことにより、前記第１の第１の高品質エピタキシャル層のと第２の窒化物結晶との間の表面配向を高精度に同様にする。前記第１の窒化物結晶、および／または、第２の窒化物結晶に対して研磨、ドライエッチング、または化学機械的研磨を行う場合、いずれかの表面配向が著しく変化しないように、注意する。いくつかの実施形態において、前記第１の窒化物結晶の均一の肉薄近位部位を除去して、前記第２の窒化物結晶を形成することにより、前記第１の窒化物結晶と、第２の窒化物結晶との間の表面配向を、高精度に同等にする。前記第１の窒化物結晶の遠位部位（前記第２の窒化物結晶としても用いられる）に対して、研磨、ドライエッチング、または、化学機械的研磨を行う場合、その表面配向が著しく変化しないように、注意する。他の実施形態において、均一の肉薄の高品質エピタキシャル層を、前記第１の窒化物結晶から除去して、前記第２の窒化物結晶を形成することにより、前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間の表面配向を、高精度に同等にする。前記第１の窒化物結晶の遠位部位（前記第２の窒化物結晶としても用いられる）に対して研磨、ドライエッチング、または化学機械的研磨を行う場合、その表面配向がが著しく変化しないように、注意する。例えば、前記第１の窒化物結晶および前記第２の窒化物結晶上の最外側表面、または、高品質エピタキシャル層の第１の表面１０５または１１１および１３５それぞれの結晶学的配向の同一度を、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または、０．０１度未満にすることができる。さらに、別の実施形態において、例えば高精度ゴニオメーターを用いて結晶学的配向および研削、および／または、研磨を極めて注意深く行うことにより、前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間の表面配向を、高精度に同等にすることができる。ウェーハ接合後、前記第２の窒化物結晶の遠位部位が除去され得る。２つ以上の隣接する窒化物結晶またはその近位部位の縁部間のギャップ１４５は、１ミリメートル未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、２０ミクロン未満、１０ミクロン未満、５ミクロン未満、２ミクロン未満、または１ミクロン未満であり得る。上記ウェーハ接合プロセスを繰り返す回数は、２回よりも多いか、４回よりも多いか、８回よりも多いか、１６回よりも多いか、３２回よりも多いか、または６４回よりも多くすることができる。
【００４６】
前記第２の窒化物結晶の配置は、前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間、または、その上の高品質エピタキシャル層の前記結晶学的配向がほとんど同一となるように、行われる。図２を参照して、座標系２２１（ｘ１、ｙ１、ｚ１）は、第１の窒化物結晶２０１からの高品質エピタキシャル層の結晶学的配向を示し、ここで、ｚ１は、表面１１１のノミナル配向に垂直な負の表面であり（図１を参照）、ｘ１およびｙ１は、ｚ１に直交するベクトルである。例えば、表面１１１が（０００１）配向を有する場合、ｚ１は、［０００−１］に沿った単位ベクトルであり、ｘ１およびｙ１は、［１０−１０］および［１−２１０］に沿うように、それぞれ選択され得る。表面１１１が（１０−１０）配向を有する場合、ｚ１は、［−１０１０］に沿った単位ベクトルであり、
ｘ１およびｙ１は、［１−２１０］および［０００１］に沿うように、それぞれ選択され得る。同様に、座標系２２２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）は、第２の窒化物結晶２０２からの高品質エピタキシャル層の結晶学的配向を示し、ここで、ｚ２は、表面１０５のノミナル配向に垂直な負の表面であり（図１を参照）、ｘ２およびｙ２は、ｚ２に直交するベクトルである。ここで、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）に対応する結晶学的方向において、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）のときと同一の変換を用いる。前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間の結晶学的配向不整は、α、βおよびγの３つの角度によって指定され、ここで、αは、ｘ１とｘ２との間の角度であり、βは、ｙ１とｙ２との間の角度であり、γは、ｚ１とｚ２との間の角度である。前記第１の窒化物結晶および前記第２の窒化物結晶の表面配向はほとんど同一であるため、極性配向不整角度γは極めて小さい（例えば、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または０．０１度未満）。配置時における前記窒化物結晶の配向時において、制御が高精度に行われるため、αとβとの間の配向不整角度は極めて小さい（例えば、１度未満、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または０．０１度未満）。典型的には、γは、αおよびβ以下である。さらなる隣接する窒化物結晶間の結晶学的配向不整も、同様に極めて小さい。
【００４７】
図３を参照して、複数の同様のサイズおよび同様の形状の高品質エピタキシャル層を１つ以上の窒化物結晶から配置およびウェーハ接合した後、高品質エピタキシャル層の敷設配置が形成され、前記ハンドル基板上の各隣接する対は、その近隣物（単数または複数）と結晶学的に高精度に整列される。タイリングパターンは、（ａ）四角形、（ｂ）矩形、（ｃ）六角形、または（ｄ）菱形であり得る。他の配置も可能である。２つ以上の隣接する高品質エピタキシャル層の縁部間のギャップは、１ミリメートル未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、２０ミクロン未満、１０ミクロン未満、５ミクロン未満、２ミクロン、または１ミクロン未満であり得る。
【００４８】
いくつかの実施形態において、同様の一連の窒化物結晶、または、高品質エピタキシャル層が、ハンドル基板の背面にウェーハ接合される。この接合は、ハンドル基板の前面上に窒化物結晶または高品質エピタキシャル層のタイルパターンを形成する際に用いられる手順と類似する手順により行われる。好適な実施形態において、ハンドル基板の背面上のタイルパターンは、ハンドル基板の前面上のタイルパターンの鏡像であり、前タイルパターンおよび後ろタイルパターンが記録される。
【００４９】
一連の実施形態において、ハンドル基板上の少なくとも２つの窒化物結晶、または、高品質エピタキシャル層を、１つ以上デバイスの作製のための基板として用いる。２つ以上の敷設高品質エピタキシャル層、または、前記ハンドル基板に接合された結晶を、エピタキシャル成長のための横方向成長、および／または、前記敷設結晶を溶融して単一のより大きな結晶にする工程のために作製することができる。この横方向結晶成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）、熱アンモニア結晶成長などの技術あるいはフラックスからの結晶成長により、達成することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態において、前記ハンドル基板は、さらなる処理を用いない、前記エピタキシャル成長環境への露出に適している。いくつかの実施形態において、隣接する窒化物結晶間のギャップがアンダーカットされた場合、成長をよりスムーズに、かつ、より少量の応力で進めることができる。図４ａを参照して、フォトレジスト４４７を、ウェーハ接合された敷設基板上にスピンすることができる。この基板は、ハンドル基板４１７と、第１の窒化物結晶４０１と、第２の窒化物結晶４０２とを含む。フォトレジスト４４７の露出をマスクを通じて行い、エッチングし、露出チャネルをドライエッチングによってエッチングし、フォトレジストを除去して、パターン化窒化物／ハンドル基板４５０を形成する。図４ｂを参照して、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、熱アンモニア成長、または、フラックス成長によるエピタキシャル窒化物成長のための基板として、パターン化窒化物／ハンドル基板４５０を用いることができる。成長を当該分野において公知の方法で行い、少なくとも２つの窒化物結晶４０１および４０２を横方向および垂直方向双方に成長させて、溶合窒化物結晶４５５を形成する。窒化物結晶４０１と窒化物結晶４０２との間の結晶学的配向不整は極めて低いため、合体前部４５７の転位濃度は低くすることができるが、従来からの低い角度粒子境界または傾斜境界は、検出が困難であり得る。
【００５１】
いくつかの実施形態において、前記ハンドル基板、および／または、前記接着層は、さらなる処理を用えないエピタキシャル成長環境への露出に適していない場合がある。前記ハンドル基板の露出部位は、適切な不活性材料でコーティングされ得る。図５を参照して、窒化物結晶５０１および５０２は、例えばシャドーマスクによって、または、フォトレジストでのフォトリソグラフィーによりマスキングすることができ、ハンドル基板５１７、および／または、接着層５０９上の前記マスキングされた領域間の領域を、不活性コーティング５６１によってコーティングする。不活性コーティング５６１は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、またはＡｌＮのうち少なくとも１つを含み得る。不活性コーティング５６１は、ハンドル基板５１７の表面および／または（例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、またはＮｉのうち少なくとも１つを含む）接着層５０９と接触する接着層（図示せず）をさらに含み得る。不活性コーティング５６１の蒸着は、スパッタリング、熱蒸発、電子ビーム蒸着、化学的蒸気、プラズマ化学気相成長法などにより、行うことができる。マスキングされた窒化物／ハンドル基板５５０は、エピタキシャル窒化物成長ｂｙＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、熱アンモニア成長、または、フラックス成長によるエピタキシャル窒化物成長のための基板として、用いることができる。例えば１〜３ＧＰａの窒素圧力下において液体Ｇａを用いてフラックス成長を行うことができ、その際、Ｇａおよび少なくとも１つのアルカリ金属を含む合金を窒素含有ガスの圧力下において１０〜２００ＭＰａの圧力において用いるか、または、１つ以上のハロゲン化物、窒化物、またはアミド塩を窒素含有ガスの圧力下において０．１〜２００ＭＰａの圧力において用いる。成長は当該分野において公知の方法で行い、少なくとも２つの窒化物結晶５０１、および、５０２を横方向および垂直方向双方に成長させて、溶合窒化物結晶５５５を形成する。窒化物結晶５０１と窒化物結晶５０２との間の結晶学的配向不整は極めて低いため、合体前部５５７の転位濃度は低くすることができるが、従来からの低い角度粒子境界または傾斜境界は、検出が困難であり得る。
【００５２】
エッチング／パターン形成工程およびマスキング工程を組み合わせることができる。図６を参照して、窒化物結晶６０１および６０２は、両者の間にエッチギャップを含み、窒化物結晶６０１および６０２のマスキングを、例えばシャドーマスクによって、または、フォトレジストによるフォトリソグラフィーにより行うことができ、ハンドル基板６１７、および／または、接着層６０９上の前記マスキングされた領域間の領域を不活性コーティング６６１でコーティングする。マスキングされた／パターン化／エッチングされた窒化物／ハンドル基板６７０は、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、熱アンモニア成長、または、フラックス成長によるエピタキシャル窒化物成長のための基板として、用いることができる。成長は当該分野において公知の方法で行い、少なくとも２つの窒化物結晶６０１および６０２を横方向および垂直方向双方において成長させて、溶合窒化物結晶６５５を形成する。窒化物結晶６０１と窒化物結晶６０２との間の結晶学的配向不整は極めて低いため、合体前部６５７の転位濃度は低くすることができるが、従来からの低い角度粒子境界または傾斜境界は、検出が困難であり得る。
【００５３】
前記溶合窒化物結晶の成長後の厚さは、５ミクロンよりも高いか、５０ミクロンよりも高いか、０．５ミリメートルよりも高いか、または５ミリメートルよりも高くすることができる。冷却およびリアクターからの除去の後、前記溶合窒化物結晶を前記ハンドル基板から分離することができる。不活性コーティングが存在する場合、スクライビング、摩耗などにより、当該不活性コーティングをハンドル基板の縁部の少なくとも一部から除去することができる。前記ハンドル基板は、例えば酸、塩基または溶融フラックスと接触させることにより、溶解、または、エッチアウェイが可能である。この溶解またはエッチアウェイは、好適には、溶合窒化物結晶に対するエッチング、または、他の損傷がごく少量となるような様態で、行われる。例えば、ＨＦおよび／またはＨ２ＳｉＦ６を含む溶液中の処理により前記溶合窒化物結晶を損傷させることなく、ガラス、ケイ素またはゲルマニウム基板をエッチアウェイすることができる。あるいは、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはＮＨ４ＯＨを含む溶液中の処理により、前記溶合窒化物結晶を損傷させることなく、ガラス、または、亜鉛酸化物基板をエッチアウェイすることもできる。王水またはＨＣｌ、ＨＮＯ３、ＨＦ、Ｈ２ＳＯ４およびＨ３ＰＯ４のうち１つ以上を含む溶液中での処理により前記溶合窒化物結晶を損傷させることなく、ガリウムヒ素または亜鉛酸化物基板をエッチアウェイすることができる。溶融ＫＢＦ４中での処理により前記溶合窒化物結晶を損傷させることなく、サファイア、または、アルミナ基板をエッチアウェイすることができる。ハンドル基板を除去した後、前記溶合窒化物結晶の１つ以上の表面に対し、ラッピング、研磨、および／または、化学機械的研磨を行うことができる。前記溶合窒化物結晶をスライス（切断、研磨および／または化学機械的研磨）して、１つ以上のウェーハを得る。
【００５４】
図７を参照して、前記溶合窒化物結晶は、１つ以上の転位線によって分離された２つ以上のドメインを含む。処理前の窒化物結晶のジオメトリに応じて、ドメインのパターンを（ａ）四角形、（ｂ）矩形、（ｃ）六角形または（ｄ）菱形にすることができる。他のパターンも可能である。隣接ドメイン間の極性配向不整角度γは、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または０．０１度未満とすることができる。隣接ドメイン間の配向不整角度はαおよびβは、１度未満、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または０．０１度未満とすることができる。典型的には、γは、αおよびβ以下である。隣接ドメイン間の線に沿った転位密度は、５×１０５ｃｍ−１未満、２×１０５ｃｍ−１未満、１×１０５ｃｍ−１未満、５×１０４ｃｍ−１未満、２×１０４ｃｍ−１未満、１×１０３ｃｍ−１未満、５×１０３ｃｍ−１未満、２×１０３ｃｍ−１未満または１×１０３ｃｍ−１未満とすることができる。隣接ドメイン間の線に沿った転位密度は、５０ｃｍ−１よりも高いか、１００ｃｍ−１よりも高いか、２００ｃｍ−１よりも高いか、５００ｃｍ−１よりも高いか、１０００ｃｍ−１よりも高いか、２０００ｃｍ−１よりも高いか、または５０００ｃｍ−１よりも高くすることができる。
【００５５】
個々のドメイン内において、前記溶合窒化物結晶の表面転位密度は、約１０７ｃｍ−２未満、約１０６ｃｍ−２未満、約１０５ｃｍ−２未満、約１０４ｃｍ−２未満、約１０３ｃｍ−２未満、または約１０２ｃｍ−２未満とすることができる。ドメインが有し得る積層欠陥濃度は、１０３ｃｍ−１未満、１０２ｃｍ−１未満、１０ｃｍ−１未満、１ｃｍ−１未満である。前記溶合窒化物結晶が有し得る対称的なＸ線ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）は、約３００秒未満、約２００秒未満、約１００秒未満、約５０秒未満、約３５秒未満、約２５秒未満、または約１５秒未満である。前記溶合窒化物結晶の厚さは、約１００ミクロン〜約１００ミリメートル、または、約１ミリメートル〜約１０ミリメートルであり得る。前記溶合窒化物結晶の直径は、少なくとも約５ミリメートル、少なくとも約１０ミリメートル、少なくとも約１５ミリメートル、少なくとも約２０ミリメートル、少なくとも約２５ミリメートル、少なくとも約３５ミリメートル、少なくとも約５０ミリメートル、少なくとも約７５ミリメートル、少なくとも約１００ミリメートル、少なくとも約１５０ミリメートル、少なくとも約２００ミリメートル、または少なくとも約４００ミリメートルであり得る。前記溶合窒化物結晶の表面の結晶学的配向は、５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、または、（０００１）Ｇａ−極性、（０００−１）Ｎ−極性、｛１０−１０｝非極性、または｛１１−２０｝非極性ａ面の０．０１度以内であり得る。前記溶合窒化物結晶の表面は、（ｈ ｋ ｉ ｌ）半極性配向を有し、ここで、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）であり、ｌならびにｈおよびｋのうち少なくとも１つのは非ゼロである。特定の実施形態において、前記溶合窒化物結晶の結晶学的配向は、｛１０−１±１｝、｛１０−１±２｝、｛１０−１±３｝、｛１１−２±２｝、｛２０−２±１｝、｛２１−３±１｝または｛３０−３±４｝の５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、または０．０１度以内である。前記溶合窒化物結晶の最小横方向寸法は、少なくとも４ミリメートルである。いくつかの実施形態において、前記溶合窒化物結晶の最小横方向寸法は、少なくとも１センチメートル、少なくとも２センチメートル、少なくとも３センチメートル、少なくとも４センチメートル、少なくとも５センチメートル、少なくとも６センチメートル、少なくとも８センチメートル、少なくとも１０センチメートル、または少なくとも２０センチメートルである。
【００５６】
いくつかの実施形態において、前記溶合窒化物結晶は、エピタキシーのための基板として用いられる。前記溶合窒化物結晶に対し、当該分野において公知の方法において、切断、ラッピング、研磨、ドライエッチングおよび／または化学機械的研磨が行われる。前記溶合窒化物結晶の１つ以上の縁部が研削され得る。前記溶合窒化物結晶、または、前記溶合窒化物結晶から形成されたウェーハを、適切なリアクターと、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、ＨＶＰＥなどによって成長されたエピタキシャル層との中に配置することができる。好適な実施形態において、前記エピタキシャル層はＧａＮ、または、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ≦１である。表面配向がほぼ同一であるため、前記エピタキシャル層の形態は、表面上においてドメイン間において均一である。
【００５７】
いくつかの実施形態において、前記溶合窒化物結晶は、さらなるタイリングのための基板として用いられる。例えば、図１１〜図１ｋを参照して、窒化物結晶１０１を溶合窒化物結晶となるように選択することができる。タイリング、合体および再タイリング作業を繰り返す回数は、２回よりも多い回数、４回よりも多い回数、８回よりも多い回数、または１６回よりも多い回数であり得る。このようにして、連続的タイリング作業により、結晶質が極めて高く、かつ、直径が極めて大きな溶合窒化物結晶を作製することができる。
【００５８】
溶合窒化物結晶または前記溶合窒化物結晶からスライス、および、研磨されたウェーハは、光電子および電子デバイスの作製のための基板として用いることができる。電子デバイスとしては、例えば、発光ダイオード、レーザーダイオード、光検知器、アバランシェフォトダイオード、トランジスタ、整流器、およびサイリスタ；トランジスタ、整流器、ショットキー整流器、サイリスタ、ｐ−ｉ−ｎダイオード、金属−半導体−金属ダイオード、高電子移動度トランジスタ、金属半導体電界効果トランジスタ、金属酸化物電界効果トランジスタ、パワーモス半導体電界効果トランジスタ、パワー金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、金属絶縁体電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電力用絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、電力用垂直接合電界効果トランジスタ、カスケードスイッチ、内側サブバンドエミッタ、量子井戸型赤外光検知器、量子ドット赤外光検知器、太陽電池、ならびに光電気化学水分解、および、水素発生のうち少なくとも１つのためのダイオードのうち１つ）がある。いくつかの実施形態において、前記溶合窒化物結晶中のドメイン構造に対する前記デバイスの位置は、個々のデバイスの活性領域が前記溶合窒化物結晶の単一ドメイン内に収まるように、選択される。
【００５９】
他の実施形態において、前記溶合窒化物結晶あるいは前記溶合窒化物結晶からスライス、または、研磨して得られたウェーハは、バルク結晶成長のための種晶として用いられる。１つの特定の実施形態において、前記敷設結晶あるいは前記溶合窒化物結晶あるいは前記溶合窒化物結晶からスライスまたは研磨して得られたは、熱アンモニア結晶成長のための種晶として用いられる。別の実施形態において、前記敷設結晶、あるいは、前記溶合窒化物結晶あるいは前記溶合窒化物結晶からスライス、または、研磨して得られたは、ＨＶＰＥ結晶成長のための種晶として用いられる。
【００６０】
さらに別の実施形態において、前記ハンドル基板上の非溶合の前記少なくとも２つの窒化物結晶、または、高品質エピタキシャル層、光電子および電子デバイス内への作製用途の基板として用いられる。光電子および電子デバイスの例を挙げると、発光ダイオード、レーザーダイオード、光検知器、アバランシェフォトダイオード、トランジスタ、整流器およびサイリスタのうちの少なくとも１つ、トランジスタ、整流器、ショットキー整流器、サイリスタ、ｐ−ｉ−ｎダイオード、金属−半導体−金属ダイオード、高電子移動度トランジスタ、金属半導体電界効果トランジスタ、金属酸化物電界効果トランジスタ、パワーモス半導体電界効果トランジスタ、パワー金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、金属絶縁体電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電力用絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、電力用垂直接合電界効果トランジスタ、カスケードスイッチ、内側サブバンドエミッタ、量子井戸型赤外光検知器、量子ドット赤外光検知器、太陽電池、および光電気化学水分解および水素発生のためのダイオードのうちの１つがある。前記少なくとも１つのデバイスは、キャリア上にフリップフロップ取り付けされ、ハンドル基板が除去される。
【００６１】
上記において、特定の実施形態の詳細に説明したが、多様な変更、別の構造および均等物の使用が可能である。従って、上記の記載および例示は、本発明の範囲を限定するものとしてとられるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図１−Ａ】
【図１−Ｂ】
【図１−Ｃ】
【図１−Ｄ】
【図１−Ｅ】
【図１−Ｆ】
【図１−Ｇ】
【図１−Ｈ】
【図１−Ｉ】
【図１−Ｊ】
【図１−Ｋ】
【図２】
【図３】
【図４−Ａ】
【図４−Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体中の材料を処理するための技術に関する。本出願は、米国仮出願番号第６１／３５６，４８９号（出願日：２０１０年６月１８日）および米国仮出願番号第６１／３８６，８７９号（出願日：２０１０年９月２７日）に対する優先権を主張する。本明細書中、同出願それぞれを全目的のため参考のため援用する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の実施形態は、高圧力装置筺体内に配置されたカプセル中の材料処理のための技術を含む。本発明は、以下の結晶の成長に適用可能である（すなわち、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、およびその合金（すなわち、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮ））、ならびにバルク基板またはパターン化基板の製造のための他のもの）。このようなバルク基板またはパターン化基板は、多様な用途（例えば、光電子デバイス、レーザー、発光ダイオード、太陽電池、光電気化学水分解および水素発生、光検知器、集積回路およびトランジスタ、他のデバイス）に用いることが可能である。
【０００３】
大領域、かつ、高品質の結晶および基板（例えば、窒化物結晶および基板）は、多様な用途（例えば、発光ダイオード、レーザーダイオード、トランジスタおよび光検知器）において必要とされている。一般的に、デバイス処理には生産規模の経済が働くため、デバイス毎のコストは、基板の直径の増加と共に低下する。さらに、バルク窒化物結晶成長のために、大領域種晶が必要とされている。
【０００４】
（０００１）ｃ面配向の大領域窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶の作製のための方法が、広く知られている。多くの場合において、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）では、窒化ガリウムの肉厚層を非窒化ガリウム基板（例えば、サファイア）上に堆積させた後、前記基板を除去する。これらの方法の場合、直径５０〜７５ミリメートルの自立ｃ面ＧａＮウェーハの生成能力があることが分かっており、直径１００ミリメートルが期待されている。しかし、これらの結晶中の典型的な平均転位密度は約１０６〜１０８ｃｍ−２と高いため、多くの用途において望ましくない。転位を集めてバンドルまたは低角度粒子境界を得るための技術が開発されているが、それでも、これらの方法の場合、大領域の単一結晶粒内に１０４ｃｍ−２よりも低い転位密度を得るのは困難であり、比較的高濃度の高転位密度バンドルまたは粒子境界に起因して、困難、性能劣化が発生し、かつ／またはデバイス製造業者において損失が発生している。
【０００５】
窒化ガリウムの非極面（例えば、｛１０−１０｝および｛１１−２０｝）ならびに窒化ガリウムの半極性面（例えば、｛１０−１±１｝、｛１０−１±２｝、｛１０−１±３｝、および｛１１−２±２｝、｛２０−２１｝）は、多数の用途において魅力的である。残念なことに、大領域かつ高品質の非極性または半極性ＧａＮウェーハは、大規模商業用途において一般的に利用不可能である。極めて高品質のＧａＮ結晶（例えば、転位密度が１０４ｃｍ−２のもの）を成長させるための、他の従来の方法が提案されている。しかし、これらの結晶は直径１〜５センチメートル未満と小さいことが多く、また市販もされていない。
【０００６】
Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉら［米国特許出願第２００８／０１５６２５４］中において、タイリング方法により元素ＧａＮ種晶を溶合して、より大きな化合物結晶を得ることが提案されている。前記方法では、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）によって元素ＧａＮ種晶を成長させ、元素結晶の縁部を斜角において研磨して、急成長方向において溶合させる。しかし、Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉらの場合、制約がある。すなわち、Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉらの場合、溶合元素種晶間の結晶学的配向の精度が明記されておらず、また、元素種晶間の高精度の結晶学的記録と、元素種晶の溶合に起因する欠陥の観察とを可能にする方法について記載されていない。
【０００７】
従来の技術の場合、結晶における結晶学的配向を極めて高精度に維持しつつ、前記利用可能なサイズの高品質の窒化物結晶を有意義に増加させるには不適切であると言える。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、大領域のガリウム含有窒化物結晶の成長のための方法を提供する。前記方法は、転位密度が約１０７ｃｍ−２よりも低い少なくとも２つの窒化物結晶をハンドル基板と共に提供する工程を含む。前記窒化物結晶は、前記ハンドル基板に接合された。その後、前記窒化物結晶を成長させて、溶合窒化物結晶と合体させる。第１の窒化物結晶と第２の窒化物結晶との間の極性配向不整角度γは、０．５度未満であり、方位配向不整角度αおよびβは、１度未満である。前記窒化物結晶上に半導体構造を所望に形成することができる。
【０００９】
別の実施形態において、本発明は、上記の工程を含むだけでなく、前記２つの窒化物結晶それぞれの上の放出層と、高品質エピタキシャル層とを提供する工程も含む。前記エピタキシャル層は、成長させて、溶合窒化物結晶に合体させる。前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間の極性配向不整角度γは、０．５度未満であり、方位配向不整角度αおよびβは１度未満である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、少なくとも２つの単結晶ドメインを含む結晶を提供することができる。前記少なくとも２つの単結晶ドメインは窒化物組成を有し、前記ドメイン内の転位密度は１０７ｃｍ−２未満である。前記２つの単結晶ドメインは、５０ｃｍ−１未満および好適には５×１０５ｃｍ−１未満の線密度と共に、転位線によって分離される。前記第１のドメインと前記第２のドメインとの間の極性配向不整角度γはｉ０．５度未満であり、前記方位配向不整角度はαおよびβは１度未満である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、図１ｄ、図１ｅ、図１ｆ、図１ｇ、図１ｈ、図１ｉ、図１ｊ、および図１ｋは、結晶のウェーハ接合方法を示す図である。
【００１２】
図２は、２つの隣接するウェーハ接合された結晶間の結晶学的配向不整を示す図である。
【００１３】
図３は、敷設結晶の配置を示す図である。
【００１４】
図４ａ、図４ｂ、図５および図６は、ウェーハ−接合された結晶の合体方法を示す図である。
【００１５】
図７は、溶合結晶示す図である。
【００１６】
図８、図９および図１０は、種晶からの横方向成長を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１ａを参照して、第１の表面１０５を有する結晶１０１が示されている。結晶１０１のことをしばしば「窒化物結晶」と呼ぶが、これは、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物結晶が好適な実施形態を含むからである。しかし、開示の方法の普遍性はより広く、「窒化物結晶」という用語は非窒化物結晶、および、窒化物結晶を含む者として理解されるべきである。本発明が適用可能な非窒化物結晶の例を挙げると、ダイヤモンド、立方窒化ホウ素、ホウ素炭化物、ケイ素、ゲルマニウム、ケイ素ゲルマニウム、リン化インジウム、ガリウムリン、亜鉛酸化物、セレン化亜鉛、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、およびテルル化カドミウム亜鉛がある。好適な実施形態において、窒化物結晶１０１はＧａＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ≦１であり、結晶学的な質が極めて高い。別の実施形態において、結晶１０１は、ウルツ鉱型結晶構造を有し、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＡｇＩ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、２Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣである。窒化物結晶１０１の表面転位密度は好適には約１０７ｃｍ−２未満、１０６ｃｍ−２未満、１０５ｃｍ−２未満、１０４ｃｍ−２未満、１０３ｃｍ−２未満、またはさらには約１０２ｃｍ−２未満である。また、窒化物結晶１０１の積層欠陥濃度は好適には１０３ｃｍ−１未満、１０２ｃｍ−１未満、１０ｃｍ−１未満またはさらには１ｃｍ−１未満である。また、窒化物結晶１０１の対称的なＸ線ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）は、約３００秒未満、２００秒未満、１００秒未満、５０秒未満、３５秒未満、２５秒未満、またはさらには約１５秒未満である。窒化物結晶１０１の結晶学的曲率半径は、３つまでの独立方向または直交方向において、０．１メートルよりも大きいか、１メートルよりも大きいか、１０メートルよりも大きいか、１００メートルよりも大きいか、またはさらには１０００メートルよりも大きい。
【００１８】
窒化物結晶１０１においては、比較的高濃度の貫通転位を有する領域が、比較的低濃度の貫通転位を有する領域によって分離される。前記比較的高濃度の領域内の貫通転位濃度は、約１０６ｃｍ−２よりも高いか、１０７ｃｍ−２よりも高いか、またはさらには約１０８ｃｍ−２よりも高くすることができる。前記比較的低濃度の領域の内の貫通転位濃度は、約１０６ｃｍ−２未満、１０５ｃｍ−２未満、またはさらには約１０４ｃｍ−２未満にすることができる。窒化物結晶１０１の厚さは、約１００ミクロン〜約１００ミリメートル、またはさらには約１ミリメートル〜約１０ミリメートルである。結晶１０１の直径は、少なくとも約０．５ミリメートル、１ミリメートル、２ミリメートル、５ミリメートル、１０ミリメートル、１５ミリメートル、２０ミリメートル、２５ミリメートル、３５ミリメートル、５０ミリメートル、７５ミリメートル、１００ミリメートル、１５０ミリメートルであり、少なくとも約２００ミリメートルであり得る。表面１０５の結晶学的配向は、５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、またはさらには（０００１）Ｇａ−極性、（０００−１）Ｎ−極性、｛１０−１０｝非極性または｛１１−２０｝非極性面の０．０１度以内である。表面１０５は（ｈｋｉｌ）半極性配向を有し、ここで、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）およびｌであり、ｈおよびｋのうち少なくとも１つは非ゼロである。
【００１９】
特定の実施形態において、表面１０５の結晶学的配向は、５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、またはさらには｛１０−１±１｝、｛１０−１±２｝、｛１０−１±３｝、｛１１−２±２｝、｛２０−２±１｝、｛２１−３±１｝、または｛３０−３±４｝の０．０１度以内である。窒化物結晶１０１の最小横方向寸法は、少なくとも２ミリメートルであるが、４ミリメートル、１センチメートル、２センチメートル、３センチメートル、４センチメートル、５センチメートル、６センチメートル、８センチメートル、またはさらには少なくとも１０センチメートルであってもよい。別の一連の実施形態において、結晶１０１は立方結晶構造を有する。いくつかの実施形態において、結晶１０１は、立方ダイヤモンド構造を有し、ダイヤモンド、ケイ素、ゲルマニウム、またはケイ素ゲルマニウムから選択される。他の実施形態において、結晶１０１は、立方閃亜鉛鉱構造を有し、立方ＢＮ、ＢＰ、ＢＡ、ＡｌＰ、ＡｌＡ、ＡｌＳｂ、β−ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｅＴｅおよびＨｇＣｄＴｅから選択される。特定の実施形態において、表面１０５の結晶学的配向は、５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、またはさらには｛１１１｝、｛１１０｝、｛１００｝、｛３１１｝、および｛２１１｝の０．０１度以内である。
【００２０】
いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１は、公知の方法に従って、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）によって成長される。他の実施形態において、窒化物結晶１０１は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）または有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長される。窒化物結晶１０１は、ヘテロエピタキシャル基板（例えば、サファイアまたはガリウムヒ素）上に成長され得る。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１は、フラックスまたは高温度溶液方法によって成長さえる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１は、熱アンモニア的に成長される。
【００２１】
窒化物結晶１０１の作製における工程の１つは、米国特許出願番号第１２／５５６，５６２号（出願日：２００９年９月９日）および米国特許出願番号第６１／２５０，４７６号（出願日：２００９年１０月９日）に記載のように、種晶からの横方向成長であり得る、図８を参照して、一連の実施形態のうちの１つにおいて、２つの面配向縁部を有する棒状種晶３３０が提供される。熱アンモニア成長が行われ、好適にはａ方向における高速成長条件が用いられ、これにより、横方向に成長した翼部３４０および３５０が得られる。これらの横方向に成長した翼部は、前記種晶から分離され、これにより、図９に示すような概して半菱形形状の結晶が得られる。図１０を参照して、別の一連の実施形態において、＋ｃ面配向縁部および−ｃ面配向縁部を有する棒状種晶７８０が提供される。熱アンモニア成長が行われ、＋ｃ方向、および／または、−ｃ方向における高速成長条件が好適に用いられ、これにより、横方向に成長した結晶７９０が得られる。所望であれば、前記横方向に成長した翼部は分離され得る。
【００２２】
再度図１ａを参照して、いくつかの実施形態において、結晶がノミナル配向において成長し、かつ、極めて平坦となるように、結晶１０１の最終成長工程の条件が選択される。例えば、前記成長条件は、表面１０５に対して平行な方向における成長速度が表面１０５に対して垂直方向における成長速度よりも、少なくとも係数５、係数１０、係数２０または係数５０の倍数だけより高くなるように、選択され得る。表面１０５の配向が（０００１）Ｇａ−極性、（０００−１）Ｎ−極性、｛１０−１０｝非極性または｛１０−１±１｝半極性から選択される場合、直接成長による軸上配向の確立が特に有利である。窒化物結晶１０１、および、表面１０５の作製におけるさらなる工程を挙げると、切断、ラッピング、研磨、ドライエッチング、および化学的機械的研磨がある。表面１０５は光学的に平坦であり、その平面度からの逸脱は、１ミクロン未満、０．５ミクロン未満、０．２ミクロン未満、０．１ミクロン未満、またはさらには０．０５ミクロン未満である。表面１０５は極めて平滑であり、少なくとも１０ミクロン×１０ミクロンの面積にわたって測定されたときのその二乗平均平方根粗さは、５ナノメートル未満、２ナノメートル未満、１ナノメートル未満、０．５ナノメートル未満、０．２ナノメートル未満、０．１ナノメートル未満、またはさらには０．０５ナノメートル未満である。
【００２３】
いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部、または、少なくとも３つの縁部がａｓ−ｇｒｏｗｎ状態にされる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部、または、少なくとも３つの縁部が劈開される。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部、または、少なくとも３つの縁部に対し、切断、研削、ラッピング、研磨、および／または、エッチングが、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、または、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）によって行われる。１つの特定の実施形態において、結晶１０１の表面の１つ以上の縁部が、より大きな結晶中のエッチング１つ以上のトレンチにより、規定される。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部または少なくとも３つの縁部は、｛１０−１０｝ｍ面配向を有する。１つの特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、実質的に六角形状を有する。別の特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、実質的に菱形または半菱形の形状を有する。さらに別の実施形態において、窒化物結晶１０１は実質的に矩形である。１つの特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、（０００１）＋ｃ面縁部および（０００−１）−ｃ面縁部を有する。別の特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、２つの｛１１−２０｝縁部を有する。さらに別の特定の実施形態において、窒化物結晶１０１は、２つの｛１０−１０｝縁部を有する。さらに別の特定の実施形態において、結晶１０１は立方結晶構造を有し、少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部または少なくとも３つの縁部が、｛１１１｝配向を有する。さらに別の特定の実施形態において、結晶１０１は、立方閃亜鉛鉱結晶構造を有し、少なくとも１つの縁部、少なくとも２つの縁部または少なくとも３つの縁部が、｛１１０｝配向を有する。
【００２４】
再度、図１ａを参照して、一連の実施形態において、窒化物結晶１０１の表面１０５にイオンが注入され、これにより、当該分野において公知の方法に従って注入／損傷領域１０３が形成される。イオン注入は、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋、Ａｒ＋、Ｋｒ＋、Ｘｅ＋、Ｎ＋またはＮ２＋のうち、少なくとも１つによって行われる。注入エネルギーは、約１０ｋｅＶ〜約１ＭｅＶであり、あるいは、好適には約２０ｋｅＶ〜約２００ｋｅＶであり得る。イオンのフルエンスまたはドーズ量は、約１０１６ｃｍ−２〜約１０１９ｃｍ−２、約１０１７ｃｍ−２〜約１０１８ｃｍ−２、または、約２×１０１７ｃｍ−２〜約４×１０１７ｃｍ−２であり得る。いくつかの実施形態において、結晶１０１の後ろ側にもイオン注入が行われ、その結果、第２の注入／損傷領域（図示せず）が形成される。この第２の注入／損傷領域は、同様のイオン組成、エネルギーおよびフルエンスを有し、これにより、Ｏ．ＭｏｕｔａｎａｂｂｉｒおよびＵ．Ｇｏｅｓｅｌｅ，Ｊ．（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒ．３９、４８２（２０１０年））に記載のように、結晶１０１中のバウが最小化される。ここで、同文献全体を参考のため援用する。
【００２５】
図１ｂを参照して、いくつかの実施形態において、放出層１０７が提供される。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１が実質的に透明となり、かつ、その光吸収係数が５０ｃｍ−１未満となる少なくとも１つの波長において、放出層１０７の光吸収係数は１０００ｃｍ−１よりも高く、次に、放出層１０７を窒化物結晶１０１上に蒸着させる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１が実質的に透明となる少なくとも１つの波長において、前記放出層の光吸収係数は５０００ｃｍ−１よりも高い。いくつかの実施形態において、優先的に結晶１０１に対してまたは高品質エピタキシャル層１０９に対して、放出層１０７を選択的にウェットエッチング、電気化学的エッチング、または光電気化学的エッチングすることができる。いくつかの実施形態において、前記放出層はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ≦１である。いくつかの実施形態において、前記放出層は、いくつかの波長における前記放出層の吸収性を高めるために、少なくとも１つの不純物をさらに含む、複数のドーパント不純物（例えば、Ｈ、Ｏ、Ｃ、Ｍｎ、ＦｅおよびＣｏ）により、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮまたはＧａＮ結晶を着色することができる。特に、コバルトを高濃度ドーピングした場合、ＧａＮを黒色にすることができる（すなわち、可視スペクトルにわたる高光吸収係数）。詳細には、前記光吸収係数は、可視スペクトル全体（例えば、約４６５ｎｍ〜約７００ｎｍ）において５０００ｃｍ−１よりも高くすることができる。前記光吸収係数はまた、約７００ｎｍ〜約３０７７ｎｍ間においてまた約３３３３ｎｍ〜約６６６７ｎｍの波長においても、５０００ｃｍ−１よりも高くすることができる。イオンを採用することにより、ＧａＮのバンドギャップを低減することができ、その結果、ＧａＮまたはＡｌＧａＮが実質的に透明となる波長における吸収性を高めることができる。しかし、ＩｎＧａＮの場合、温度安定性が低く、また、高濃度ドープされたＧａＮまたはＡｌＧａＮよりもＧａＮ、または、ＡｌＧａＮに対する格子不整合がより大きい。放出層１０７の窒化物結晶１０１上へのエピタキシャル的蒸着は、米国特許出願番号第１２／５４６４５８号にさらに記載されているように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、熱アンモニア成長、または、フラックス成長によって行うことができる。ここで、同文献全体を参考のため援用する。
【００２６】
別の一連の実施形態において、放出層１０７は、窒素と、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、希土類元素、Ｈｆ、ＴａおよびＷから選択された少なくとも１つの元素とを含む。金属層のベース結晶上での蒸着は、約１ｎｍ〜約１ミクロンの厚さになるまで、スパッタリング、熱蒸発、電子ビーム蒸着などにより、行われ得る。その後、窒素含有雰囲気（例えば、アンモニア）内において、約６００℃〜約１２００℃の温度まで加熱することにより、金属層が窒化され得る。この窒化物形成プロセスにおいて、前記金属が前記ベース結晶から部分的にデウェットされ、これにより、ナノ単位からミクロ単位の開口部が生成される。この開口部を通じて、高品質のエピタキシーを行うことができる。この窒化物形成工程は、ＭＯＣＶＤリアクターにおいて、ＨＶＰＥリアクターにおいて、または熱アンモニアリアクターにおいて行うことができ、その直後に高品質エピタキシャル層の蒸着を行う。
【００２７】
さらに別の一連の実施形態において、放出層１０７はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１である。しかし、放出層１０７は、窒化物結晶１０１よりもより高い光吸収係数を持たない場合もある。好適な実施形態において、窒化物結晶１０１はＧａＮを含み、放出層１０７はＡｌ１−ｘＩｎｘＮを含み、ここで、ｘは０．１７にほぼ等しく、これにより、前記放出層は窒化物結晶１０１に格子整合する（窒化物ベース結晶としても知られる）。再度、図１ｂを参照して、高品質エピタキシャル層１０９が提供され得る。いくつかの実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は、前記放出層の蒸着後、別個の工程において、ＭＯＣＶＤによって、ＭＢＥによって、または、ＨＶＰＥによって成長される。別の実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は、熱アンモニア的に成長される。前記高品質エピタキシャル層の厚さは、約０．０５ミクロン〜約５００ミクロンであり得る。いくつかの実施形態において、前記高品質エピタキシャル層の厚さは、約１ミクロン〜約５０ミクロンである。
【００２８】
高品質エピタキシャル層１０９は、窒化物結晶１０１と同一の結晶学的配向を、約０．５度内まで、０．２度内まで、０．１度内まで、０．０５度内まで、０．０２度内まで、または０．０１度内まで有し、極めて類似する結晶学的性質を有する。高品質エピタキシャル層１０９は、厚さが０．１ミクロン〜５０ミクロンであり、窒素を含み、表面転位密度が１０７ｃｍ−２未満である。好適な実施形態において、高品質エピタキシャル層１０９は、ＧａＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ≦１であり、また、結晶学的な質が極めて高い。高品質エピタキシャル層１０９の表面転位密度は、約１０７ｃｍ−２未満、約１０６ｃｍ−２未満、約１０５ｃｍ−２未満、約１０４ｃｍ−２未満、約１０３ｃｍ−２未満、または、約１０２ｃｍ−２未満であり得る。高品質エピタキシャル層１０９の積層欠陥濃度は、１０３ｃｍ−１未満、１０２ｃｍ−１未満、１０ｃｍ−１未満または１ｃｍ−１未満であり得る。高品質エピタキシャル層１０９の対称的なＸ線ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）は、約３００秒未満、約２００秒未満、約１００秒未満、約５０秒未満、約３５秒未満、約２５秒未満、または約１５秒未満であり得る。いくつかの実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は実質的に透明であり、その光吸収係数は、約７００ｎｍ〜約３０７７ｎｍの波長および約３３３３ｎｍ〜約６６６７ｎｍの波長において、１００ｃｍ−１未満、５０ｃｍ−１未満、５ｃｍ−１未満、または１ｃｍ−１未満である。いくつかの実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は、低角度粒子境界または傾斜境界が実質的に無い。他の実施形態において、前記高品質エピタキシャル層は、少なくとも２つの傾斜境界を含み、隣接する傾斜境界間の分離は３ｍｍを下回らない。前記高品質エピタキシャル層の不純物濃度については、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｎａ、およびＫが１×１０１７ｃｍ−３、２×１０１７ｃｍ−３、１×１０１７ｃｍ−３、１×１０１６ｃｍ−３および１×１０１６ｃｍ−３であり得る。これらの濃度は、それぞれ、較正二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、グロー放電質量分析（ＧＤＭＳ）、格子間ガス分析（ＩＧＡ）などによって定量化される。
【００２９】
再度、図１ｂを参照して、放出層および高品質エピタキシャル層を蒸着させるプロセスは、少なくとも１回、少なくとも２回、少なくとも４回、少なくとも８回、または少なくとも１６回繰り返すことができる。一連の実施形態において、前記高品質エピタキシャル層はＧａＮを含み、前記放出層は、格子整合したＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎを含む。別の一連の実施形態において、前記役割が逆転し、前記放出層がＧａＮを含み、前記高品質エピタキシャル層が、格子整合したＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎを含む。１つ以上高品質エピタキシャル層の最外側表面１１１は、表面１０５と同じ結晶学的配向を有する。
【００３０】
図１ｃを参照して、いくつかの実施形態において、一連のチャネルが、高品質エピタキシャル層を通じて提供される。例えば、一連のストリップによって構成されるパターンが、従来のフォトリソグラフィーにより、規定され得る。チャネルは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングなどにより、エッチングされ得る。いくつかの実施形態において、前記チャネルは、たった１つの高品質エピタキシャル層を通じてエッチングされる。あるいは、前記チャネルは、前記最外側放出層を通じて切断してもしなくてもよく、その場合、前記放出層を各チャネル内に露出させる。他の実施形態において、前記チャネルを、２つ以上の高品質エピタキシャル層を通じて切断する。隣接するチャネル間のスペーシングは、約１０ミクロン〜約１０ミリメートルまたは約０．１ミリメートル〜１ミリメートルであり得る。
【００３１】
図１ｄを参照して、いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１がブロック１１２に貼付される。ブロック１１２は、ステンレス鋼、スチール、鉄ベースの合金、ニッケルベースの合金、コバルトベースの合金、銅ベースの合金などを含み得る。ブロック１１２は、極めて高精度に機械加工されるか、または、研削された縁部を有し得る。例えば、ブロック１１２上の少なくとも２つの平行面間の平行度は、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、または、０．０１度以内であり得る。ブロック１１２上の少なくとも２つの垂直面間の垂直度は、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、または０．０１度以内であり得る。窒化物結晶１０１のブロック１１２への貼付は、セメント、エポキシ、接着剤、Ａｕ−Ｓｎ共晶混合物、はんだ接着、ろう付け接合、ポリマーベースのセメントなどにより行われ得る。窒化物結晶１０１の１つ以上縁部の研削を極めて高精度に行ってもよい。窒化物結晶１０１の少なくとも１つの縁部は、ブロック１１２の縁部と同一平面上にあり得る。いくつかの実施形態において、結晶１０１の少なくとも２つの縁部が、ブロック１１２の縁部と同一平面上にあり得る。
【００３２】
図１ｅおよび図１ｆを参照して、表面１１５を有するハンドル基板１１７が示される。ハンドル基板１１７は、単結晶材料、多結晶材料またはアモルファス材料を含み得る。ハンドル基板１１７は、サファイア、アルミニウム酸化物、ムライト、ケイ素、ケイ素窒化物、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、ＭｇＡｌ２Ｏ４スピネル、亜鉛酸化物、リン化インジウム、窒化ガリウム、インジウム窒化物、ガリウムアルミニウムインジウム窒化物、または、アルミニウム窒化物を含み得る。ハンドル基板１１７は、結晶１０１と実質的に同一の組成を含み得る。１つの特定の実施形態において、ハンドル基板１１７は、別の方法を用いて溶合、または、敷設された結晶を含む。例えば、ハンドル基板１１７の形成を、Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉらによって開示されているタイリング方法のうち少なくとも１つを用いて行うことができる。［米国特許出願第２００８／０１５６２５４］号または米国特許出願第１２／６３５６４５中に開示の方法、ここで、同文献全体を参考のため援用する。好適な実施形態において、ハンドル基板１１７は、結晶１０１と実質的に同一の組成を含む。ハンドル基板１１７の結晶学的配向は、結晶１０１の結晶学的配向の約１０度以内、約５度以内、約２度以内、または約１度以内である。ハンドル基板１１７は、ガラスを含み得る。ハンドル基板１１７は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｎ、ＺｎまたはＣｄのうち、少なくとも１つの酸化物を含み得る。１つの特定の実施形態において、ハンドル基板１１７は、ほうりんけい酸ガラスを含む。ハンドル基板１１７の表面１１５に平行な熱膨張係数は、室温〜約７００℃（すなわち、約２．５×１０−６Ｋ−１および約７×１０−６Ｋ−１）であり得る。ハンドル基板１１７の表面１１５に平行な熱膨張係数は、室温〜約７００℃（すなわち、約５．５×１０−６Ｋ−１〜約６．５×１０−６Ｋ−１）であり得る。ハンドル基板１１７は軟化点を有し得る。軟化点とは、５００℃〜約１４００℃の温度においてハンドル基板１１７の粘度値が約１０８ポアズになるという意味である。ハンドル基板１１７のガラス遷移温度は、約６００℃〜約１２００℃であり得る。ハンドル基板１１７は軟化点を有し得る。軟化点とは、約６００℃〜約９００℃の温度においてハンドル基板１１７の粘度値が約１０８ポアズになるという意味である。表面１１５は光学的に平坦であり、少なくとも１０ミクロンｓ×１０ミクロンの面積において測定された平面度からのその逸脱は、１ミクロン未満、０．５ミクロン未満、０．２ミクロン未満、０．１ミクロン未満、または０．０５ミクロン未満である。表面１１５は極めて平滑であり、その二乗平均平方根粗さは、５ナノメートル未満、２ナノメートル未満、１ナノメートル未満、０．５ナノメートル未満、０．２ナノメートル未満、０．１ナノメートル未満、または０．０５ナノメートル未満であり得る。
【００３３】
接着層１１３が、ハンドル基板１１７の表面１１５上に蒸着され得る。接着層１１３は、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、またはＢ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｌ、またはＰｂ、あるいはその酸化物、窒化物、またはオキシ窒化物のうち少なくとも１つをを含み得る。接着層１１３は、水素をさらに含み得る。接着層１１３の蒸着は、熱蒸発、電子ビーム蒸気、スパッタリング、化学的蒸気、プラズマ化学気相成長法など、または、蒸着金属膜の熱酸化により、行うことができる。接着層１１３の厚さは、約１ナノメートル〜約１０ミクロンまたは約１０ナノメートル〜約１ミクロンであり得る。いくつかの実施形態において、接着層は、窒化物結晶１０１の表面１０５上、または、高品質エピタキシャル層１０９の表面１１１上（図示せず）に蒸着される。前記接着層（単数または複数）は、例えば約３００℃〜約１０００℃の温度までアニールされ得る。いくつかの実施形態において、接着層は、結晶１０１の表面１０５上に蒸着され、アニールされた後、注入／損傷層がイオン注入によって形成される。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの接着層が、化学機械的に研磨される。好適な実施形態において、少なくとも１つの接着層の２０×２０μｍ２の面積における二乗平均平方根表面粗さは、約０．５ナノメートル未満または約０．３ナノメートル未満である。
【００３４】
再度、図１ｅおよび図１ｆを参照して、窒化物結晶１０１の表面１０５、高品質エピタキシャル層１０９の表面１１１、またはその上煮は一された接着層が、接着層１１３と接触して、かつ／または、ハンドル基板１１７の表面１１５と接触した様態で配置され、ウェーハ接合される。好適な実施形態において、前記ウェーハ接合作業はクリーンルームにおいて行われ、その際の空気中の粒子数は、１０，０００／立方センチメートル未満、１，０００／立方センチメートル未満、１００／立方センチメートル未満、または、１０／立方センチメートル未満である。これらの表面のうち少なくとも１つから粒子を除去した直後に、ウェーハ接合を噴霧、ブラッシング、またはリンシングにより、イオン化窒素、ＣＯ２ジェット、ＣＯ２スノー、高抵抗水、有機溶媒（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン）と共に行う。いくつかの実施形態において、表面１０５または表面１０９またはその上に配置された接着層の表面と、表面１１３または表面１１５とを液体中に浸漬させた様態で接触させる。任意選択的に、これらの表面のうち少なくとも１つをプラズマに露出させて、ウェーハ接合を向上させる。
【００３５】
ハンドル基板１１７に対する、窒化物結晶１０１の配置の位置、および、配向精度は、高精度に制御される。１つの特定の実施形態において、ピックアンドプレースマシンまたはロボットまたはダイ取付ツールにより、窒化物結晶をハンドル基板１１７上に配置する。窒化物結晶１０１は、真空チャックによってピックアップされ、ステッッパーモーター駆動ｘｙステージによってハンドル基板１１７の上方の所望の位置に平行移動させ、必要ならば、デジタルカメラ駆動回転ドライブにより再配向され、その後、ハンドル基板上へと降下される。配置の位置精度は、５０ミクロンよりも高いか、３０ミクロンよりも高いか、２０ミクロンよりも高いか、１０ミクロンよりも高いか、または５ミクロンよりも高くすることができる。配置の配向精度は、５度よりも高いか、２度よりも高いか、１度よりも高いか、０．５度よりも高いか、０．２度よりも高いか、０．１度よりも高いか、０．０５度よりも高いか、０．０２度よりも高いか、または０．０１度よりも高くすることができる。別の特定の実施形態において、窒化物結晶１０１に取り付けられたブロック１１２をキネマティックマウント上に配置する。前記キネマティックマウントにより、ハンドル基板１１７に対する配向精度を１度よりも高いか、０．５度１度よりも高いか、０．２度１度よりも高いか、０．１度１度よりも高いか、０．０５度１度よりも高いか、０．０２度１度よりも高いか、または０．０１度１度よりも高くすることができる。その後、窒化物結晶１０１、ブロック１１２および前記キネマティックマウントを、サブミクロン精度でハンドル基板１１７に対して配置することができるこの配置は、ステッパーフォトリソグラフィーツールにおけるものと同様のｘｙステージを用いて、ステッパーモータを音声コイルを共に用いて、行われる。いくつかの実施形態において、結晶１０１およびハンドル基板１１７の方位結晶学的配向は、約１０度内、約５度内、約２度内または約１度内に等しい。
【００３６】
窒化物結晶１０１は、約０．１メガパスカル〜約１００メガパスカルの圧力により、ハンドル基板１１７に対して押圧され得る。いくつかの実施形態において、良好なウェーハ接合を得るためには、ファンデルワールス力で十分であり、それ以上のさらなる力付加は不要である。窒化物結晶１０１およびハンドル基板１１７を約３０℃〜約９５０℃、約３０℃〜約４００℃、約３０℃〜約２００℃まで加熱して、ウェーハ接合を強化させることができる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１およびハンドル基板１１３の加熱は、相互に機械的負荷をかけた状態で、行われる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、注入／損傷領域１０３を有する接合された窒化物結晶１０１の少なくとも表面領域、および、ハンドル基板１１７を約２００℃〜約８００℃、または、約５００℃〜約７００℃の温度まで加熱して、マイクロバブル、マイクロクラック、マイクロブリスター、または、他の機械的欠陥を領域１０３内に発生させる。１つの特定の実施形態において、表面領域１０５または１０９の加熱は、ハンドル基板１１７を通じた光放射または赤外線放射によって行われ、ブロック１１２と接触し得る結晶１０１の遠位部位が、約３００℃未満、約２００℃未満または約１００℃未満において残留し得る。いくつかの実施形態において、熱エネルギーの代わりにまたは熱エネルギーと共に機械的エネルギーを与えてもよい。いくつかの実施形態において、エネルギー源（例えば、加圧流体）が選択領域（例えば、接合された窒化物結晶１０１の縁部）へと方向付けられ、これにより、制御された切断作用が領域１０３内において開始される。エネルギー付加後、窒化物結晶１０１の遠位部位を除去し、その結果、ハンドル基板１１７に接合された窒化物結晶１０１の近位部位が現れる。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の遠位部位は、ブロック１１２と接合されたままである。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の遠位部位の新規露出表面に対し、研磨、ドライエッチング、または、化学機械的研磨を行う。窒化物結晶１０１の遠位部位の新規露出表面の表面結晶学的配向が表面１０５の処理前配向と同一となるように、注意を払う。いくつかの実施形態において、窒化物結晶１０１の遠位部位の新規露出表面上に接着層を蒸着する。いくつかの実施形態において、前記接着層を化学機械的に研磨する。
【００３８】
図１ｇを参照して、いくつかの実施形態において、レーザー放射により、窒化物結晶１０１を高品質エピタキシャル層１０９およびハンドル基板１１７から分離する。放出層１０７は、レーザー放射１２５により、窒化物結晶１０１を通じて照射され得る。レーザー放射１２５は、放出層の光吸収係数が１０００ｃｍ−１よりも高くかつ窒化物結晶の光吸収係数が５０ｃｍ−１未満となって実質的に透明となる波長において、行われる。別の一連の実施形態において、前記放出層をレーザー放射１２７によってハンドル基板１１７を通じて照射する。レーザー放射１２７は、前記放出層の光吸収係数が１０００ｃｍ−１よりも高くかつハンドル基板の光吸収係数が５０ｃｍ−１未満となっハンドル基板が実質的に透明となる波長において、行なわれる。放出層１０９によるレーザーエネルギーの吸収は、極めて短い長さのスケールにおいて発生し、その結果、大きな局部加熱が発生する。理論に縛られることは望まないが、前記局部加熱に起因して、前記放出層、および／または、前記放出層と直接接触している窒化物結晶の肉薄部位が部分的にまたは完全に分解し、その結金属およびＮ２が発生し、その結果肉薄層、または、マイクロ、または、ナノバブルが発生し得る、と考えられる。Ｎ２の肉薄層またはマイクロ、または、ナノバブルに起因して、窒化物結晶と高品質エピタキシャル層との間の界面が機械的に弱体化され、その結果、前記窒化物結晶を前記高品質エピタキシャル層から容易に分離することができ、その結果、前記ハンドル基板に接合させることができる。前記高品質エピタキシャル層、または、前記ハンドル基板の望ましくない損傷を生じさせることなく前記界面を最適に弱体化させるために、ダイ温度、レーザー出力、レーザースポットサイズ、レーザーパルス持続時間および／またはレーザーパルス数を調節する。分離を行うためのレーザーフルエンスは、３００〜９００ミリジュール／平方センチメートルまたは約４００ｍＪ／ｃｍ２〜約７５０ｍＪ／ｃｍ２であり得る。ビーム経路内にビームホモジナイザーを設けることにより、レーザービームの均一性を向上させることができ、ビームサイズは、約４ｍｍ×４ｍｍであり得る。いくつかの実施形態において、レーザービームを静置するのではなく、前記放出層上においてレーザービームを走査またはラスターする。分離は、分解によって生成される金属の融点よりも高い温度（例えば、ガリウム金属の場合、約３０℃よりも高い温度）において行われ得る。
【００３９】
いくつかの実施形態において、複数の放出層および高品質エピタキシャル層が、ウェーハ接合されたスタック内に存在する。この場合、レーザー照射は好適には、ハンドル基板を通じて付加され、フルエンス制御され、これにより、ハンドル基板に最も近い放出層内のみにおいて実質的分解が発生し、リフトオフ後に残りの放出層および高品質エピタキシャル層が前記窒化物結晶に接合されたままとなる。
【００４０】
前記高品質エピタキシャル層を前記窒化物結晶から分離した後、前記高品質エピタキシャル層の新規露出背面上、窒化物結晶１０１上、または窒化物結晶１０１に未だ接合されている別の新規露出高品質エピタキシャル層上の残留ガリウム、インジウム、または、他の金属、または、窒化物を全て除去することができる。この除去は、過酸化水素、アルカリ水酸化物、水酸化テトラメチルアンモニウム、希土類硝酸エステル、過塩素酸、硫酸、硝酸、酢酸、塩酸およびフッ化水素酸のアンモニウム塩のうち少なくとも１つによる処理により、行われる。これらの表面を、ドライエッチングによってさらに洗浄するかまたは損傷除去することができる。このドライエッチングは、Ａｒ、Ｃｌ２、およびＢＣｌ３のうち少なくとも１つにおいて、化学的に促進されたイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング、または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの技術により、行われる。これらの表面は、化学機械的研磨により、さらに処理され得る。
【００４１】
いくつかの実施形態において、前記放出層の縁部からのレーザーリフトオフまたはエッチング後、微量の放出層が残留する場合がある。残留放出層材料の除去は光電気化学エッチングによって行うことができ、その際、前記高品質エピタキシャル層の後ろ側または窒化物結晶１０１の前側または窒化物結晶１０１に未だ接合されている最外側高品質エピタキシャル層の前側を照射する。この照射においては、前記放出層の光吸収係数が１０００ｃｍ−１を上回りかつ前記高品質エピタキシャル層の光吸収係数５０ｃｍ−１を下回って実質的に透明となる波長において、放射を行う。
【００４２】
図１ｈを参照して、別の一連の実施形態において、前記放出層の化学的エッチングにより、前記ハンドル基板に接合された前記高品質エピタキシャル層を前記窒化物結晶から分離する。一実施形態において、前記放出層の１つ以上縁部の処理を、１、２−ジアミノエタン、過酸化水素、アルカリ水酸化物、水酸化テトラメチルアンモニウム、希土類硝酸エステル、過塩素酸、硫酸、硝酸、酢酸、塩酸、およびフッ化水素酸のアンモニウム塩のうち少なくとも１つにより行う。１つの特定の実施形態において、前記放出層の縁部のエッチング処理を、２００ミリリットルの脱イオン水、５０グラムの硝酸アンモニウムセリウム、Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６、および１３ミリリットルの過塩素酸、ＨＣｌＯ４の混合物により約７０℃において行う。前記放出層の少なくとも１つの縁部をエッチアウェイし、前記窒化物ベース結晶と前記高品質エピタキシャル層との間の界面を機械的に弱体化させ、これにより、前記窒化物ベース結晶を前記高品質エピタキシャル層から容易に分離させ、その結果、少なくとも１つの半導体デバイス層に接合させる。前記高品質エピタキシャル層または前記半導体構造の望ましくない損傷を生じさせることなく前記界面を適切に弱体化させるために、前記化学処理の温度および時間を調節する。事前形成された一連のチャネルを前記放出層内に設けることにより、前記放出層の横方向エッチングに必要な時間を低減することができる。複数の交互の放出層および高品質エピタキシャル層が窒化物結晶１０１に接合されている場合、最外側高品質エピタキシャル層のみを貫通するエッチチャネルを用いることにより、移動を最外側高品質エピタキシャル層に制限することができる。
【００４３】
さらに別の一連の実施形態において、前記放出層に光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを行うことにより、前記ハンドル基板に接合された前記高品質エピタキシャル層を前記窒化物結晶から分離する。例えば、ＩｎＧａＮ層またはＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子を前記放出層として蒸着させることができる。前記窒化物結晶および前記放出層を上記バンドギャップ放射により照射することで、両者上に電気的接触が得られる。上記バンドギャップ放射では、例えば、Ｘｅランプおよびフィルターを用いて、前記高品質エピタキシャル層および／または前記窒化物結晶のバンドギャップよりもエネルギーが高い光を除去する。一連の実施形態において、図１ｉに模式的に示される、前記ハンドル基板を通じて照明１２７が提供され、その強度は、前記ハンドル基板に最も近い前記放出層によって当該光が全て吸収されるように、調節されている。前記放出層の少なくとも１つの縁部が、電解質（例えば、撹拌された０．００４ＭＨＣｌ溶液）に露出される。事前形成された一連のチャネルを前記放出層内に設けることにより。前記放出層の横方向エッチングに必要な時間を低減することができる。複数の交互の放出層および高品質エピタキシャル層が窒化物結晶１０１に接合されている場合、当該光が必ず前記最外側放出層のみによって吸収されるようにすることにより、エッチチャネルが複数の高品質エピタキシャル層を貫通している場合であっても、移動を最外側高品質エピタキシャル層に限定することができる。ＰＥＣエッチングプロセスのさらなる詳細については、Ｓｈａｒｍａらによって記載されている（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８７、０５１１０７（２００５年）および同文献中の参考文献）。一連の実施形態において、ＧａＮが前記放出層として蒸着され、格子整合したＡｌＩｎＮは、前記高品質エピタキシャル層を含み、前記照明の波長範囲は、電子正孔対がＡｌＩｎＮ内にではなくＧａＮ内に発生するように、選択される。
【００４４】
さらに、別の一連の実施形態において、選択的酸化後に前記放出層の化学的エッチングを行うことにより、前記ハンドル基板に接合された前記高品質エピタキシャル層を前記窒化物結晶から分離する。例えば、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含む少なくとも１つの放出層（ここで、０＜ｘ、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｙ≦１）、または、ＧａＮに格子整合したＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎを選択的に酸化させることができる。この選択的酸化は、Ａｌ含有放出層の少なくとも１つの縁部をニトリロ酢酸（ＮＴＡ）および水酸化カリウムを含む溶液に露出させることにより、行うことができる。この溶液のｐＨは、８〜１１であり、アノード電流はおよそ２０μＡ／ｃｍ２、〜約０．１μＡ／ｃｍ２である。上記については、Ｄｏｒｓａｚら（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ８７、０７２１０２（２００５年））、および、Ａｌｔｏｕｋｈｏｖら（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ９５、１９１１０２（２００９年））ならびに同文献中の参考文献中に記載がある。その後、硝酸溶液中の約１００℃での処理により、前記酸化物層を除去することができる。事前形成された一連のチャネルを前記放出層内に設けることにより、前記放出層の横方向エッチングに必要な時間を低減することができる。複数の交互の放出層および高品質エピタキシャル層が窒化物結晶１０１に接合されている場合、最外側高品質エピタキシャル層のみを貫通するエッチチャネルを用いることにより、移動を最外側高品質エピタキシャル層に制限することができる。
【００４５】
図１ｊおよび図１ｋを参照して、前記ウェーハ接合プロセスが繰り返される。第２の窒化物結晶または第１の窒化物結晶の遠位部位が、第１の窒化物結晶の近隣にまたは第１の窒化物結晶の近位部位の近隣にウェーハ接合される。第１の窒化物結晶と同様に、第２の窒化物結晶は、イオン注入された損傷領域または少なくとも１つの放出層と、少なくとも１つの高品質エピタキシャル層とを有し得る。第２の窒化物結晶または第２の窒化物結晶上の最外側高品質エピタキシャル層は、表面１３５を有する。表面１３５の結晶学的配向は、窒化物結晶１０１の表面１０５または第１の高品質エピタキシャル層の表面１１１と本質的に同じである。いくつかの実施形態において、高精度の平坦軸上配向が得られるように各結晶を成長させる（例えば、（０００１）Ｇａ極性、（０００−１）Ｎ極性、｛１０−１０｝非極性、または、｛１０−１±１｝半極性）ことにより、前記第１の第１の高品質エピタキシャル層のと第２の窒化物結晶との間の表面配向を高精度に同様にする。前記第１の窒化物結晶、および／または、第２の窒化物結晶に対して研磨、ドライエッチング、または化学機械的研磨を行う場合、いずれかの表面配向が著しく変化しないように、注意する。いくつかの実施形態において、前記第１の窒化物結晶の均一の肉薄近位部位を除去して、前記第２の窒化物結晶を形成することにより、前記第１の窒化物結晶と、第２の窒化物結晶との間の表面配向を、高精度に同等にする。前記第１の窒化物結晶の遠位部位（前記第２の窒化物結晶としても用いられる）に対して、研磨、ドライエッチング、または、化学機械的研磨を行う場合、その表面配向が著しく変化しないように、注意する。他の実施形態において、均一の肉薄の高品質エピタキシャル層を、前記第１の窒化物結晶から除去して、前記第２の窒化物結晶を形成することにより、前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間の表面配向を、高精度に同等にする。前記第１の窒化物結晶の遠位部位（前記第２の窒化物結晶としても用いられる）に対して研磨、ドライエッチング、または化学機械的研磨を行う場合、その表面配向がが著しく変化しないように、注意する。例えば、前記第１の窒化物結晶および前記第２の窒化物結晶上の最外側表面、または、高品質エピタキシャル層の第１の表面１０５または１１１および１３５それぞれの結晶学的配向の同一度を、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または、０．０１度未満にすることができる。さらに、別の実施形態において、例えば高精度ゴニオメーターを用いて結晶学的配向および研削、および／または、研磨を極めて注意深く行うことにより、前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間の表面配向を、高精度に同等にすることができる。ウェーハ接合後、前記第２の窒化物結晶の遠位部位が除去され得る。２つ以上の隣接する窒化物結晶またはその近位部位の縁部間のギャップ１４５は、１ミリメートル未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、２０ミクロン未満、１０ミクロン未満、５ミクロン未満、２ミクロン未満、または１ミクロン未満であり得る。上記ウェーハ接合プロセスを繰り返す回数は、２回よりも多いか、４回よりも多いか、８回よりも多いか、１６回よりも多いか、３２回よりも多いか、または６４回よりも多くすることができる。
【００４６】
前記第２の窒化物結晶の配置は、前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間、または、その上の高品質エピタキシャル層の前記結晶学的配向がほとんど同一となるように、行われる。図２を参照して、座標系２２１（ｘ１、ｙ１、ｚ１）は、第１の窒化物結晶２０１からの高品質エピタキシャル層の結晶学的配向を示し、ここで、ｚ１は、表面１１１のノミナル配向に垂直な負の表面であり（図１を参照）、ｘ１およびｙ１は、ｚ１に直交するベクトルである。例えば、表面１１１が（０００１）配向を有する場合、ｚ１は、［０００−１］に沿った単位ベクトルであり、ｘ１およびｙ１は、［１０−１０］および［１−２１０］に沿うように、それぞれ選択され得る。表面１１１が（１０−１０）配向を有する場合、ｚ１は、［−１０１０］に沿った単位ベクトルであり、
ｘ１およびｙ１は、［１−２１０］および［０００１］に沿うように、それぞれ選択され得る。同様に、座標系２２２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）は、第２の窒化物結晶２０２からの高品質エピタキシャル層の結晶学的配向を示し、ここで、ｚ２は、表面１０５のノミナル配向に垂直な負の表面であり（図１を参照）、ｘ２およびｙ２は、ｚ２に直交するベクトルである。ここで、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）に対応する結晶学的方向において、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）のときと同一の変換を用いる。前記第１の窒化物結晶と前記第２の窒化物結晶との間の結晶学的配向不整は、α、βおよびγの３つの角度によって指定され、ここで、αは、ｘ１とｘ２との間の角度であり、βは、ｙ１とｙ２との間の角度であり、γは、ｚ１とｚ２との間の角度である。前記第１の窒化物結晶および前記第２の窒化物結晶の表面配向はほとんど同一であるため、極性配向不整角度γは極めて小さい（例えば、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または０．０１度未満）。配置時における前記窒化物結晶の配向時において、制御が高精度に行われるため、αとβとの間の配向不整角度は極めて小さい（例えば、１度未満、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または０．０１度未満）。典型的には、γは、αおよびβ以下である。さらなる隣接する窒化物結晶間の結晶学的配向不整も、同様に極めて小さい。
【００４７】
図３を参照して、複数の同様のサイズおよび同様の形状の高品質エピタキシャル層を１つ以上の窒化物結晶から配置およびウェーハ接合した後、高品質エピタキシャル層の敷設配置が形成され、前記ハンドル基板上の各隣接する対は、その近隣物（単数または複数）と結晶学的に高精度に整列される。タイリングパターンは、（ａ）四角形、（ｂ）矩形、（ｃ）六角形、または（ｄ）菱形であり得る。他の配置も可能である。２つ以上の隣接する高品質エピタキシャル層の縁部間のギャップは、１ミリメートル未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、２０ミクロン未満、１０ミクロン未満、５ミクロン未満、２ミクロン、または１ミクロン未満であり得る。
【００４８】
いくつかの実施形態において、同様の一連の窒化物結晶、または、高品質エピタキシャル層が、ハンドル基板の背面にウェーハ接合される。この接合は、ハンドル基板の前面上に窒化物結晶または高品質エピタキシャル層のタイルパターンを形成する際に用いられる手順と類似する手順により行われる。好適な実施形態において、ハンドル基板の背面上のタイルパターンは、ハンドル基板の前面上のタイルパターンの鏡像であり、前タイルパターンおよび後ろタイルパターンが記録される。
【００４９】
一連の実施形態において、ハンドル基板上の少なくとも２つの窒化物結晶、または、高品質エピタキシャル層を、１つ以上デバイスの作製のための基板として用いる。２つ以上の敷設高品質エピタキシャル層、または、前記ハンドル基板に接合された結晶を、エピタキシャル成長のための横方向成長、および／または、前記敷設結晶を溶融して単一のより大きな結晶にする工程のために作製することができる。この横方向結晶成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）、熱アンモニア結晶成長などの技術あるいはフラックスからの結晶成長により、達成することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態において、前記ハンドル基板は、さらなる処理を用いない、前記エピタキシャル成長環境への露出に適している。いくつかの実施形態において、隣接する窒化物結晶間のギャップがアンダーカットされた場合、成長をよりスムーズに、かつ、より少量の応力で進めることができる。図４ａを参照して、フォトレジスト４４７を、ウェーハ接合された敷設基板上にスピンすることができる。この基板は、ハンドル基板４１７と、第１の窒化物結晶４０１と、第２の窒化物結晶４０２とを含む。フォトレジスト４４７の露出をマスクを通じて行い、エッチングし、露出チャネルをドライエッチングによってエッチングし、フォトレジストを除去して、パターン化窒化物／ハンドル基板４５０を形成する。図４ｂを参照して、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、熱アンモニア成長、または、フラックス成長によるエピタキシャル窒化物成長のための基板として、パターン化窒化物／ハンドル基板４５０を用いることができる。成長を当該分野において公知の方法で行い、少なくとも２つの窒化物結晶４０１および４０２を横方向および垂直方向双方に成長させて、溶合窒化物結晶４５５を形成する。窒化物結晶４０１と窒化物結晶４０２との間の結晶学的配向不整は極めて低いため、合体前部４５７の転位濃度は低くすることができるが、従来からの低い角度粒子境界または傾斜境界は、検出が困難であり得る。
【００５１】
いくつかの実施形態において、前記ハンドル基板、および／または、前記接着層は、さらなる処理を用えないエピタキシャル成長環境への露出に適していない場合がある。前記ハンドル基板の露出部位は、適切な不活性材料でコーティングされ得る。図５を参照して、窒化物結晶５０１および５０２は、例えばシャドーマスクによって、または、フォトレジストでのフォトリソグラフィーによりマスキングすることができ、ハンドル基板５１７、および／または、接着層５０９上の前記マスキングされた領域間の領域を、不活性コーティング５６１によってコーティングする。不活性コーティング５６１は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、またはＡｌＮのうち少なくとも１つを含み得る。不活性コーティング５６１は、ハンドル基板５１７の表面および／または（例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、またはＮｉのうち少なくとも１つを含む）接着層５０９と接触する接着層（図示せず）をさらに含み得る。不活性コーティング５６１の蒸着は、スパッタリング、熱蒸発、電子ビーム蒸着、化学的蒸気、プラズマ化学気相成長法などにより、行うことができる。マスキングされた窒化物／ハンドル基板５５０は、エピタキシャル窒化物成長ｂｙＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、熱アンモニア成長、または、フラックス成長によるエピタキシャル窒化物成長のための基板として、用いることができる。例えば１〜３ＧＰａの窒素圧力下において液体Ｇａを用いてフラックス成長を行うことができ、その際、Ｇａおよび少なくとも１つのアルカリ金属を含む合金を窒素含有ガスの圧力下において１０〜２００ＭＰａの圧力において用いるか、または、１つ以上のハロゲン化物、窒化物、またはアミド塩を窒素含有ガスの圧力下において０．１〜２００ＭＰａの圧力において用いる。成長は当該分野において公知の方法で行い、少なくとも２つの窒化物結晶５０１、および、５０２を横方向および垂直方向双方に成長させて、溶合窒化物結晶５５５を形成する。窒化物結晶５０１と窒化物結晶５０２との間の結晶学的配向不整は極めて低いため、合体前部５５７の転位濃度は低くすることができるが、従来からの低い角度粒子境界または傾斜境界は、検出が困難であり得る。
【００５２】
エッチング／パターン形成工程およびマスキング工程を組み合わせることができる。図６を参照して、窒化物結晶６０１および６０２は、両者の間にエッチギャップを含み、窒化物結晶６０１および６０２のマスキングを、例えばシャドーマスクによって、または、フォトレジストによるフォトリソグラフィーにより行うことができ、ハンドル基板６１７、および／または、接着層６０９上の前記マスキングされた領域間の領域を不活性コーティング６６１でコーティングする。マスキングされた／パターン化／エッチングされた窒化物／ハンドル基板６７０は、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、熱アンモニア成長、または、フラックス成長によるエピタキシャル窒化物成長のための基板として、用いることができる。成長は当該分野において公知の方法で行い、少なくとも２つの窒化物結晶６０１および６０２を横方向および垂直方向双方において成長させて、溶合窒化物結晶６５５を形成する。窒化物結晶６０１と窒化物結晶６０２との間の結晶学的配向不整は極めて低いため、合体前部６５７の転位濃度は低くすることができるが、従来からの低い角度粒子境界または傾斜境界は、検出が困難であり得る。
【００５３】
前記溶合窒化物結晶の成長後の厚さは、５ミクロンよりも高いか、５０ミクロンよりも高いか、０．５ミリメートルよりも高いか、または５ミリメートルよりも高くすることができる。冷却およびリアクターからの除去の後、前記溶合窒化物結晶を前記ハンドル基板から分離することができる。不活性コーティングが存在する場合、スクライビング、摩耗などにより、当該不活性コーティングをハンドル基板の縁部の少なくとも一部から除去することができる。前記ハンドル基板は、例えば酸、塩基または溶融フラックスと接触させることにより、溶解、または、エッチアウェイが可能である。この溶解またはエッチアウェイは、好適には、溶合窒化物結晶に対するエッチング、または、他の損傷がごく少量となるような様態で、行われる。例えば、ＨＦおよび／またはＨ２ＳｉＦ６を含む溶液中の処理により前記溶合窒化物結晶を損傷させることなく、ガラス、ケイ素またはゲルマニウム基板をエッチアウェイすることができる。あるいは、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはＮＨ４ＯＨを含む溶液中の処理により、前記溶合窒化物結晶を損傷させることなく、ガラス、または、亜鉛酸化物基板をエッチアウェイすることもできる。王水またはＨＣｌ、ＨＮＯ３、ＨＦ、Ｈ２ＳＯ４およびＨ３ＰＯ４のうち１つ以上を含む溶液中での処理により前記溶合窒化物結晶を損傷させることなく、ガリウムヒ素または亜鉛酸化物基板をエッチアウェイすることができる。溶融ＫＢＦ４中での処理により前記溶合窒化物結晶を損傷させることなく、サファイア、または、アルミナ基板をエッチアウェイすることができる。ハンドル基板を除去した後、前記溶合窒化物結晶の１つ以上の表面に対し、ラッピング、研磨、および／または、化学機械的研磨を行うことができる。前記溶合窒化物結晶をスライス（切断、研磨および／または化学機械的研磨）して、１つ以上のウェーハを得る。
【００５４】
図７を参照して、前記溶合窒化物結晶は、１つ以上の転位線によって分離された２つ以上のドメインを含む。処理前の窒化物結晶のジオメトリに応じて、ドメインのパターンを（ａ）四角形、（ｂ）矩形、（ｃ）六角形または（ｄ）菱形にすることができる。他のパターンも可能である。隣接ドメイン間の極性配向不整角度γは、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または０．０１度未満とすることができる。隣接ドメイン間の配向不整角度はαおよびβは、１度未満、０．５度未満、０．２度未満、０．１度未満、０．０５度未満、０．０２度未満、または０．０１度未満とすることができる。典型的には、γは、αおよびβ以下である。隣接ドメイン間の線に沿った転位密度は、５×１０５ｃｍ−１未満、２×１０５ｃｍ−１未満、１×１０５ｃｍ−１未満、５×１０４ｃｍ−１未満、２×１０４ｃｍ−１未満、１×１０３ｃｍ−１未満、５×１０３ｃｍ−１未満、２×１０３ｃｍ−１未満または１×１０３ｃｍ−１未満とすることができる。隣接ドメイン間の線に沿った転位密度は、５０ｃｍ−１よりも高いか、１００ｃｍ−１よりも高いか、２００ｃｍ−１よりも高いか、５００ｃｍ−１よりも高いか、１０００ｃｍ−１よりも高いか、２０００ｃｍ−１よりも高いか、または５０００ｃｍ−１よりも高くすることができる。
【００５５】
個々のドメイン内において、前記溶合窒化物結晶の表面転位密度は、約１０７ｃｍ−２未満、約１０６ｃｍ−２未満、約１０５ｃｍ−２未満、約１０４ｃｍ−２未満、約１０３ｃｍ−２未満、または約１０２ｃｍ−２未満とすることができる。ドメインが有し得る積層欠陥濃度は、１０３ｃｍ−１未満、１０２ｃｍ−１未満、１０ｃｍ−１未満、１ｃｍ−１未満である。前記溶合窒化物結晶が有し得る対称的なＸ線ロッキングカーブ半値全幅（ＦＷＨＭ）は、約３００秒未満、約２００秒未満、約１００秒未満、約５０秒未満、約３５秒未満、約２５秒未満、または約１５秒未満である。前記溶合窒化物結晶の厚さは、約１００ミクロン〜約１００ミリメートル、または、約１ミリメートル〜約１０ミリメートルであり得る。前記溶合窒化物結晶の直径は、少なくとも約５ミリメートル、少なくとも約１０ミリメートル、少なくとも約１５ミリメートル、少なくとも約２０ミリメートル、少なくとも約２５ミリメートル、少なくとも約３５ミリメートル、少なくとも約５０ミリメートル、少なくとも約７５ミリメートル、少なくとも約１００ミリメートル、少なくとも約１５０ミリメートル、少なくとも約２００ミリメートル、または少なくとも約４００ミリメートルであり得る。前記溶合窒化物結晶の表面の結晶学的配向は、５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、または、（０００１）Ｇａ−極性、（０００−１）Ｎ−極性、｛１０−１０｝非極性、または｛１１−２０｝非極性ａ面の０．０１度以内であり得る。前記溶合窒化物結晶の表面は、（ｈ ｋ ｉ ｌ）半極性配向を有し、ここで、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）であり、ｌならびにｈおよびｋのうち少なくとも１つのは非ゼロである。特定の実施形態において、前記溶合窒化物結晶の結晶学的配向は、｛１０−１±１｝、｛１０−１±２｝、｛１０−１±３｝、｛１１−２±２｝、｛２０−２±１｝、｛２１−３±１｝または｛３０−３±４｝の５度以内、２度以内、１度以内、０．５度以内、０．２度以内、０．１度以内、０．０５度以内、０．０２度以内、または０．０１度以内である。前記溶合窒化物結晶の最小横方向寸法は、少なくとも４ミリメートルである。いくつかの実施形態において、前記溶合窒化物結晶の最小横方向寸法は、少なくとも１センチメートル、少なくとも２センチメートル、少なくとも３センチメートル、少なくとも４センチメートル、少なくとも５センチメートル、少なくとも６センチメートル、少なくとも８センチメートル、少なくとも１０センチメートル、または少なくとも２０センチメートルである。
【００５６】
いくつかの実施形態において、前記溶合窒化物結晶は、エピタキシーのための基板として用いられる。前記溶合窒化物結晶に対し、当該分野において公知の方法において、切断、ラッピング、研磨、ドライエッチングおよび／または化学機械的研磨が行われる。前記溶合窒化物結晶の１つ以上の縁部が研削され得る。前記溶合窒化物結晶、または、前記溶合窒化物結晶から形成されたウェーハを、適切なリアクターと、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、ＨＶＰＥなどによって成長されたエピタキシャル層との中に配置することができる。好適な実施形態において、前記エピタキシャル層はＧａＮ、または、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ≦１である。表面配向がほぼ同一であるため、前記エピタキシャル層の形態は、表面上においてドメイン間において均一である。
【００５７】
いくつかの実施形態において、前記溶合窒化物結晶は、さらなるタイリングのための基板として用いられる。例えば、図１１〜図１ｋを参照して、窒化物結晶１０１を溶合窒化物結晶となるように選択することができる。タイリング、合体および再タイリング作業を繰り返す回数は、２回よりも多い回数、４回よりも多い回数、８回よりも多い回数、または１６回よりも多い回数であり得る。このようにして、連続的タイリング作業により、結晶質が極めて高く、かつ、直径が極めて大きな溶合窒化物結晶を作製することができる。
【００５８】
溶合窒化物結晶または前記溶合窒化物結晶からスライス、および、研磨されたウェーハは、光電子および電子デバイスの作製のための基板として用いることができる。電子デバイスとしては、例えば、発光ダイオード、レーザーダイオード、光検知器、アバランシェフォトダイオード、トランジスタ、整流器、およびサイリスタ；トランジスタ、整流器、ショットキー整流器、サイリスタ、ｐ−ｉ−ｎダイオード、金属−半導体−金属ダイオード、高電子移動度トランジスタ、金属半導体電界効果トランジスタ、金属酸化物電界効果トランジスタ、パワーモス半導体電界効果トランジスタ、パワー金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、金属絶縁体電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電力用絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、電力用垂直接合電界効果トランジスタ、カスケードスイッチ、内側サブバンドエミッタ、量子井戸型赤外光検知器、量子ドット赤外光検知器、太陽電池、ならびに光電気化学水分解、および、水素発生のうち少なくとも１つのためのダイオードのうち１つ）がある。いくつかの実施形態において、前記溶合窒化物結晶中のドメイン構造に対する前記デバイスの位置は、個々のデバイスの活性領域が前記溶合窒化物結晶の単一ドメイン内に収まるように、選択される。
【００５９】
他の実施形態において、前記溶合窒化物結晶あるいは前記溶合窒化物結晶からスライス、または、研磨して得られたウェーハは、バルク結晶成長のための種晶として用いられる。１つの特定の実施形態において、前記敷設結晶あるいは前記溶合窒化物結晶あるいは前記溶合窒化物結晶からスライスまたは研磨して得られたは、熱アンモニア結晶成長のための種晶として用いられる。別の実施形態において、前記敷設結晶、あるいは、前記溶合窒化物結晶あるいは前記溶合窒化物結晶からスライス、または、研磨して得られたは、ＨＶＰＥ結晶成長のための種晶として用いられる。
【００６０】
さらに別の実施形態において、前記ハンドル基板上の非溶合の前記少なくとも２つの窒化物結晶、または、高品質エピタキシャル層、光電子および電子デバイス内への作製用途の基板として用いられる。光電子および電子デバイスの例を挙げると、発光ダイオード、レーザーダイオード、光検知器、アバランシェフォトダイオード、トランジスタ、整流器およびサイリスタのうちの少なくとも１つ、トランジスタ、整流器、ショットキー整流器、サイリスタ、ｐ−ｉ−ｎダイオード、金属−半導体−金属ダイオード、高電子移動度トランジスタ、金属半導体電界効果トランジスタ、金属酸化物電界効果トランジスタ、パワーモス半導体電界効果トランジスタ、パワー金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、金属絶縁体電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電力用絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、電力用垂直接合電界効果トランジスタ、カスケードスイッチ、内側サブバンドエミッタ、量子井戸型赤外光検知器、量子ドット赤外光検知器、太陽電池、および光電気化学水分解および水素発生のためのダイオードのうちの１つがある。前記少なくとも１つのデバイスは、キャリア上にフリップフロップ取り付けされ、ハンドル基板が除去される。
【００６１】
上記において、特定の実施形態の詳細に説明したが、多様な変更、別の構造および均等物の使用が可能である。従って、上記の記載および例示は、本発明の範囲を限定するものとしてとられるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図１−Ａ】
【図１−Ｂ】
【図１−Ｃ】
【図１−Ｄ】
【図１−Ｅ】
【図１−Ｆ】
【図１−Ｇ】
【図１−Ｈ】
【図１−Ｉ】
【図１−Ｊ】
【図１−Ｋ】
【図２】
【図３】
【図４−Ａ】
【図４−Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大領域結晶の成長方法であって、
転位密度が約１０７ｃｍ−２よりも低い少なくとも２つの結晶を提供する工程と、
ハンドル基板を提供する工程と、
前記少なくとも２つの結晶を前記ハンドル基板に対してウェーハ接合する工程と、
前記少なくとも２つの結晶を成長させて、溶合結晶として合体させる工程と、
を含み、
前記第１の結晶と前記第２の結晶との間の極性配向不整角度γは、０．５度未満であり、方位配向不整角度αおよびβは１度未満である、ことを特徴とする大領域結晶の成長方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの結晶は、六角形結晶構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つの結晶は、立方結晶構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの結晶は、立方ＢＮ、ＢＰ、ＢＡ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、β−ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｅＴｅおよびＨｇＣｄＴｅから選択される、ことを特徴とする請求項３に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの結晶は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＡｇＩ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、２Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣから選択される、ことを特徴とする請求項２に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項６】
前記少なくとも２つの結晶は、貫通転位濃度が約１０６ｃｍ−２よりも高い領域を含み、前記領域は、貫通転位濃度が約１０６ｃｍ−２よりも低い領域によって分離される、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項７】
前記少なくとも２つの窒化物結晶は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１である、ことを特徴とする請求項２に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項８】
前記少なくとも２つの結晶の転位密度は、約１０６ｃｍ−２未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの結晶の転位密度は、約１０４ｃｍ−２未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１０】
前記２つの結晶のうち少なくとも１つは、イオン注入、あるいは、損傷領域を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１１】
前記ハンドル基板にウェーハ接合された前記少なくとも２つの結晶の表面の結晶学的配向は、（０００１）、（０００−１）、｛１０−１０｝、｛１０−１±１｝、｛２０−２１｝および｛１１−２２｝の１度以内である、ことを特徴とする請求項２に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１２】
前記ハンドル基板は、サファイア、アルミニウム酸化物、ムライト、ケイ素、ケイ素窒化物、ゲルマニウム、ケイ素ゲルマニウム、ダイヤモンド、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、ＭｇＡｌ２Ｏ４スピネル、亜鉛酸化物、リン化インジウム、窒化ガリウム、インジウム窒化物、ガリウムアルミニウムインジウム窒化物、およびアルミニウム窒化物から選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１３】
前記ハンドル基板はガラスであり、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｎ、ＺｎおよびＣｄを含む材料の少なくとも１つの酸化物を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１４】
前記ハンドル基板および前記結晶のうち少なくとも１つは接着層をさらに含み、前記接着層は、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｌ、またはＰｂ、あるいはその酸化物、窒化物またはオキシ窒化物のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１５】
前記ハンドル基板は、前記少なくとも２つの結晶と実質的に同一の組成を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１６】
前記結晶のうち少なくとも１つは、溶合結晶を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの結晶は、ピックアンドプレースマシン、ロボットまたはダイ取付ツールにより、前記ハンドル基板上に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１８】
前記溶合結晶を半導体構造のための基板として用いる工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１９】
前記半導体構造の活性領域が前記溶合結晶の単一ドメイン内に収まるように、前記半導体構造を配置する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項２０】
前記溶合結晶をバルク結晶成長のための種晶として用いるさらなる工程を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１】
大領域結晶の成長方法であって、
転位密度が約１０７ｃｍ−２よりも低い少なくとも２つの結晶を提供する工程と、
ハンドル基板を提供する工程と、
前記少なくとも２つの結晶を前記ハンドル基板に対してウェーハ接合する工程と、
前記少なくとも２つの結晶を成長させて、溶合結晶として合体させる工程と、
を含み、
前記第１の結晶と前記第２の結晶との間の極性配向不整角度γは、０．５度未満であり、方位配向不整角度αおよびβは１度未満である、ことを特徴とする大領域結晶の成長方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの結晶は、六角形結晶構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つの結晶は、立方結晶構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの結晶は、立方ＢＮ、ＢＰ、ＢＡ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、β−ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｅＴｅおよびＨｇＣｄＴｅから選択される、ことを特徴とする請求項３に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの結晶は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＡｇＩ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、２Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣから選択される、ことを特徴とする請求項２に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項６】
前記少なくとも２つの結晶は、貫通転位濃度が約１０６ｃｍ−２よりも高い領域を含み、前記領域は、貫通転位濃度が約１０６ｃｍ−２よりも低い領域によって分離される、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項７】
前記少なくとも２つの窒化物結晶は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎを含み、ここで、０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１である、ことを特徴とする請求項２に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項８】
前記少なくとも２つの結晶の転位密度は、約１０６ｃｍ−２未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの結晶の転位密度は、約１０４ｃｍ−２未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１０】
前記２つの結晶のうち少なくとも１つは、イオン注入、あるいは、損傷領域を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１１】
前記ハンドル基板にウェーハ接合された前記少なくとも２つの結晶の表面の結晶学的配向は、（０００１）、（０００−１）、｛１０−１０｝、｛１０−１±１｝、｛２０−２１｝および｛１１−２２｝の１度以内である、ことを特徴とする請求項２に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１２】
前記ハンドル基板は、サファイア、アルミニウム酸化物、ムライト、ケイ素、ケイ素窒化物、ゲルマニウム、ケイ素ゲルマニウム、ダイヤモンド、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、ＭｇＡｌ２Ｏ４スピネル、亜鉛酸化物、リン化インジウム、窒化ガリウム、インジウム窒化物、ガリウムアルミニウムインジウム窒化物、およびアルミニウム窒化物から選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１３】
前記ハンドル基板はガラスであり、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｎ、ＺｎおよびＣｄを含む材料の少なくとも１つの酸化物を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１４】
前記ハンドル基板および前記結晶のうち少なくとも１つは接着層をさらに含み、前記接着層は、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｌ、またはＰｂ、あるいはその酸化物、窒化物またはオキシ窒化物のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１５】
前記ハンドル基板は、前記少なくとも２つの結晶と実質的に同一の組成を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１６】
前記結晶のうち少なくとも１つは、溶合結晶を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの結晶は、ピックアンドプレースマシン、ロボットまたはダイ取付ツールにより、前記ハンドル基板上に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１８】
前記溶合結晶を半導体構造のための基板として用いる工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項１９】
前記半導体構造の活性領域が前記溶合結晶の単一ドメイン内に収まるように、前記半導体構造を配置する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【請求項２０】
前記溶合結晶をバルク結晶成長のための種晶として用いるさらなる工程を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の大領域結晶の成長方法。
【公開番号】特開２０１２−１４３２（Ｐ２０１２−１４３２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１３４７８２（Ｐ２０１１−１３４７８２）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（５１１０２６７０６）ソラア インコーポレーテッド (9)
【氏名又は名称原語表記】ＳＯＲＡＡ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９３１１７，Ｇｏｌｅｔａ，４８５ Ｐｉｎｅ Ａｖｅｎｕｅ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４７８２（Ｐ２０１１−１３４７８２）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（５１１０２６７０６）ソラア インコーポレーテッド (9)
【氏名又は名称原語表記】ＳＯＲＡＡ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９３１１７，Ｇｏｌｅｔａ，４８５ Ｐｉｎｅ Ａｖｅｎｕｅ
【Ｆターム（参考）】
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