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WO2015093447A1 - 複合基板および機能素子 - Google Patents

複合基板および機能素子 Download PDF

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WO2015093447A1
WO2015093447A1 PCT/JP2014/083165 JP2014083165W WO2015093447A1 WO 2015093447 A1 WO2015093447 A1 WO 2015093447A1 JP 2014083165 W JP2014083165 W JP 2014083165W WO 2015093447 A1 WO2015093447 A1 WO 2015093447A1
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WO
WIPO (PCT)
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composite substrate
gallium nitride
substrate
layer
crystal layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/083165
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English (en)
French (fr)
Inventor
岩井　真
克宏 今井
坂井　正宏
Original Assignee
日本碍子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本碍子株式会社 filed Critical 日本碍子株式会社
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Priority to CN201480019026.9A priority patent/CN105102695B/zh
Publication of WO2015093447A1 publication Critical patent/WO2015093447A1/ja
Priority to US14/852,947 priority patent/US9287453B2/en

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Definitions

  • the present invention relates to a composite substrate and a functional element.
  • gallium nitride-based semiconductor devices are mainly manufactured by a vapor phase method. Specifically, a gallium nitride thin film is heteroepitaxially grown on a sapphire substrate or silicon carbide substrate by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) or the like.
  • MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
  • the flux method is one of liquid phase methods.
  • gallium nitride the temperature required for crystal growth of gallium nitride can be relaxed to about 800 ° C. and the pressure can be reduced to several MPa by using metallic sodium as the flux. .
  • nitrogen gas is dissolved in a mixed melt of metallic sodium and metallic gallium, and gallium nitride becomes supersaturated and grows as crystals.
  • dislocations are less likely to occur than in a gas phase method, so that high-quality gallium nitride having a low dislocation density can be obtained.
  • Patent Document 1 JP 2010-168236
  • Patent Document 2 WO 2013/022122
  • Patent Document 3 WO 2013/021804
  • Patent Document 4 WO 2013/022123
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-136167 describes that the front surface and the back surface of the GaN free-standing substrate are polished in order to correct the warpage of the GaN free-standing substrate.
  • JP 2010-168236 A WO 2013/022122 WO 2013/021804 WO 2013/022123 JP 2005-136167 A Japanese Patent No. 4301251 JP 2010-219353 Japanese Patent No. 4380791 Special table 2005-506271 JP 2009-111423 JP 2006-332714 A
  • the inventor has been studying the formation of a structure that realizes the function of an LED or power device by MOCVD using a low dislocation GaN template produced by a flux method.
  • the GaN template substrate is a substrate in which a seed crystal layer and a gallium nitride crystal layer are provided on a support substrate, and serves as a template for further forming a functional layer thereon.
  • a seed crystal substrate formed by forming a gallium nitride crystal layer on a flat sapphire substrate by MOCVD or the like is used, and a growth temperature of 800 ° C. to 900 ° C. is further formed thereon by a flux method.
  • a gallium nitride crystal layer is grown by the above method, a GaN template having a gallium nitride crystal layer whose outermost surface has a low dislocation density can be produced.
  • the sapphire substrate of the GaN template was polished to reduce warpage of the GaN template.
  • the inventor tried to produce an LED structure by MOCVD using this GaN template.
  • a high temperature atmosphere for example, 1000 ° C. or more
  • the emission wavelength distribution is generated and the area ratio of the region where the desired emission wavelength can be obtained becomes small.
  • An object of the present invention is to provide a composite substrate including a sapphire substrate and a gallium nitride crystal layer crystal-grown on the sapphire substrate.
  • a functional layer made of a group 13 element nitride is formed on the sapphire substrate, It is to suppress.
  • the present invention is a composite substrate comprising a sapphire substrate, and a gallium nitride crystal layer provided on the sapphire substrate,
  • the warpage of the composite substrate is +40 ⁇ m or more and +80 ⁇ m or less per 5.08 cm.
  • the present invention also relates to a functional device comprising the composite substrate and a functional layer made of a group 13 element nitride formed by a vapor phase method on the gallium nitride crystal layer. .
  • a gallium nitride crystal layer is grown at a growth temperature of 800 ° C. to 900 ° C., but when a functional layer is formed on a composite substrate by a vapor phase method such as MOCVD, the temperature is raised to 1000 ° C. or higher. It was considered that the warpage of the composite substrate occurred, resulting in the composition distribution of the functional layer, resulting in functional variations.
  • the present inventor has conceived that a warp of an appropriate size is intentionally left instead of eliminating the warp of the composite substrate at room temperature. As a result, it was found that the composition distribution can be suppressed at the time of forming the next functional layer, and the variation in function can be suppressed, and the present invention has been achieved.
  • (A) shows the state in which the gallium nitride crystal layer 2 is formed on the sapphire substrate 1, and (b) shows the gallium nitride crystal layer obtained by polishing the surface 2a of the gallium nitride crystal layer 2 in (a).
  • 3 shows a composite substrate 4.
  • (A) shows the functional element 5 formed by providing the functional layer 6 on the composite substrate 4, and (b) shows the functional element 5A formed by providing the functional layer 6A on the composite substrate 4.
  • (A) is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of the curvature of a composite substrate, and shows the case where curvature is a plus.
  • (B) is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of the curvature of a composite substrate, and shows the case where curvature is minus.
  • a seed crystal layer 10 is formed on the main surface 1 a of the sapphire substrate 1.
  • the gallium nitride crystal layer 2 is formed on the seed crystal layer 10 by a flux method.
  • the surface 2 a of the gallium nitride crystal layer 2 is polished to obtain a polished gallium nitride crystal layer 3.
  • 3a is a polished surface.
  • the warpage generally has a convex shape on the upper side when the sapphire substrate is placed downward, as schematically shown in FIG. Such warpage was assumed to have an adverse effect when a film was further formed on the composite substrate by a vapor phase method.
  • the present inventor formed the polished support substrate 1A as shown in FIG. 1C by sufficiently polishing the bottom surface 1b of the sapphire substrate 1.
  • 1c is a polished bottom surface.
  • the inventor of the present invention tried to form a light emitting element by using the composite substrate having almost no warpage obtained in this manner for a film forming process. This is because, according to the suggestion of the prior art, it is assumed that a high-quality light-emitting element can be obtained.
  • the present inventor has found that the variation in film formation of the functional elements can be suppressed by controlling the warpage of the composite substrate to the specific range before forming the functional elements. This is an idea of suppressing variation by utilizing the warpage of the composite substrate, and is different from the conventional technique of reducing the warpage as much as possible.
  • the composite substrate 4 with the warpage limited as described above is manufactured, and a functional layer is formed on the surface 3a to obtain a functional element.
  • the functional layer 6 is formed on the composite substrate 4 to obtain the functional element 5.
  • a plurality of functional layers 6 can be formed.
  • the functional layer 6A includes a plurality of layers 6a, 6b, 6c, 6d, and 6e, and forms a light emitting element structure.
  • a light emitting device structure with a low dislocation density can be obtained, so that the internal quantum efficiency of the light emitting device 5A is improved.
  • the single crystal referred to in the present application includes a textbook single crystal in which atoms are regularly arranged throughout the crystal, but is not limited to this and is a general industrial distribution.
  • the crystal may contain a certain amount of defects, may contain strain, or may have impurities incorporated therein, and is distinguished from polycrystal (ceramics) and used as a single crystal. Is synonymous with
  • the wurtzite structure of sapphire has c-plane, a-plane, and m-plane. Each of these crystal planes is defined crystallographically.
  • the growth direction of the underlayer, the seed crystal layer, and the gallium nitride crystal layer grown by the flux method may be the normal direction of the c-plane, or the normal direction of the a-plane and the m-plane. .
  • the thickness of the sapphire substrate is preferably 300 to 1600 ⁇ m, and more preferably 400 to 1300 ⁇ m.
  • a seed crystal layer can be formed on the sapphire substrate.
  • the thickness of the seed crystal layer is not particularly limited, but is preferably 0.01 ⁇ m or more, and more preferably 0.1 ⁇ m or more. On the other hand, if it is too thick, it takes a long time to form a film and the efficiency is poor.
  • the material of the seed crystal layer is preferably a group 13 element nitride as described later.
  • the seed crystal layer may be a single layer or a plurality of layers.
  • vapor phase epitaxy can be cited as a preferred example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, metal vapor, chemical vapor deposition method, hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, pulse excitation.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • PVPE hydride vapor phase epitaxy
  • PXD Deposition
  • MBE method MBE method
  • sublimation method can be exemplified.
  • Metalorganic chemical vapor deposition is particularly preferred.
  • the dislocation density of the seed crystal layer is desirably low from the viewpoint of reducing the dislocation density of the gallium nitride crystal layer provided on the seed crystal layer.
  • the dislocation density of the seed crystal layer is preferably 7 ⁇ 10 8 cm ⁇ 2 cm or less, more preferably 5 ⁇ 10 8 cm ⁇ 2 cm or less.
  • the lower the dislocation density of the seed crystal layer the better from the viewpoint of quality. Therefore, there is no particular lower limit, but generally it is often 5 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 or more.
  • the material constituting the seed crystal layer is preferably gallium nitride, which can be observed to have a yellow light emission effect by observation with a fluorescence microscope.
  • the gallium nitride that emits yellow light will be described.
  • a broad peak appears in the range of 2.2 to 2.5 eV in addition to the exciton transition (UV) from band to band. This is called yellow emission (YL) or yellow band (YB).
  • YL yellow emission
  • YB yellow band
  • Such yellow light emission is caused by a radiation process related to a natural defect inherent in the crystal such as nitrogen deficiency. Such a defect becomes the emission center.
  • impurities such as transition elements such as Ni, Co, Cr, and Ti derived from the reaction environment are taken into gallium nitride to form a yellow emission center.
  • Such gallium nitride crystals emitting yellow light are exemplified in, for example, JP-T-2005-506271.
  • the thickness of the gallium nitride crystal layer is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, More preferably, it is 20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the gallium nitride crystal layer is such that the dislocation of the seed crystal layer disappears when gallium nitride is grown by the flux method, and the crystallinity of the outermost surface is improved. Is preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the manufacturing method of the gallium nitride crystal layer is not particularly limited, but metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, hydride vapor deposition (HVPE) method, pulsed excitation deposition (PXD) method, MBE method, sublimation Examples thereof include gas phase methods such as the method, and liquid phase methods such as the flux method.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • HVPE hydride vapor deposition
  • PXD pulsed excitation deposition
  • MBE method sublimation
  • gas phase methods such as the method
  • liquid phase methods such as the flux method.
  • the type of flux is not particularly limited as long as the gallium nitride crystal can be generated.
  • a flux containing at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal is used, and a flux containing sodium metal is particularly preferred.
  • ⁇ Gallium raw material is mixed and used for the flux.
  • the gallium source material a gallium simple metal, a gallium alloy, and a gallium compound can be applied, but a gallium simple metal is also preferable in terms of handling.
  • the growth temperature of the gallium nitride crystal in the flux method and the holding time during the growth are not particularly limited, and are appropriately changed according to the composition of the flux.
  • the growth temperature is preferably 800 to 950 ° C., and more preferably 850 to 900 ° C.
  • single crystals are grown in an atmosphere containing a gas containing nitrogen atoms.
  • This gas is preferably nitrogen gas, but may be ammonia.
  • the pressure of the atmosphere is not particularly limited, but is preferably 10 atm or more, and more preferably 30 atm or more from the viewpoint of preventing evaporation of the flux. However, since the apparatus becomes large when the pressure is high, the total pressure of the atmosphere is preferably 2000 atmospheres or less, and more preferably 500 atmospheres or less.
  • the gas other than the gas containing nitrogen atoms in the atmosphere is not limited, but an inert gas is preferable, and argon, helium, and neon are particularly preferable.
  • the composite substrate is disk-shaped, but other forms such as a square plate may be used.
  • the composite substrate has a diameter of 50 mm or more. This makes it possible to provide an easy-to-handle composite substrate suitable for mass production of functional elements.
  • the warpage of the composite substrate is +40 ⁇ m or less and +80 ⁇ m or less per 5.08 cm. This warpage is a value measured by the method described in JP2009-111423.
  • the composite substrate is warped so that the bottom surface 1c of the sapphire substrate 1A of the sample (composite substrate) 4 is concave and the gallium nitride crystal layer is convex.
  • This warpage is positive (indicated by a + sign).
  • the composite substrate is warped so that the bottom surface 1c of the sapphire substrate 1A of the sample (composite substrate) 4 is convex and the gallium nitride crystal layer is concave.
  • This warpage is negative (indicated by a minus sign).
  • a curved surface formed by the bottom surface 1c of the composite substrate 4 is referred to as a “curved curved surface”.
  • a plane where the average value of the distance between the curved surface and the plane P is the smallest is assumed, and this plane is set as the optimum plane P.
  • the distance between the warped curved surface and the optimum plane P is measured. That is, a point on the optimum plane P in the bottom surface 1c in the region having a bottom surface length of 2 inches (5.08 cm) is defined as zp. Further, the point farthest from the optimum plane P in the bottom surface 1c is set as zv.
  • a distance between the point zv and the optimum plane P is warp W (R). 11 is a gap between the sample and the plane P.
  • the warp W (R) is the difference in height between the point zp closest to the optimal plane P and the point zv farthest from the bottom surface 1c.
  • the effect of the present invention can be achieved by setting the warpage W (R) to +40 ⁇ m or more and +80 ⁇ m or less.
  • the warpage W (R) is more preferably +50 ⁇ m or more, and further preferably +70 ⁇ m or less.
  • the warpage of the composite substrate can be measured with a laser displacement meter.
  • the laser displacement meter is a device that measures the displacement of the back surface by irradiating the bottom surface of the composite substrate with laser light.
  • the laser wavelength is 633 nm, and a laser focus method or an optical interference method can be used as a measurement method according to the surface roughness.
  • the bottom surface of the support substrate can be processed.
  • processing includes the following.
  • grinding refers to scraping the surface of an object by bringing fixed abrasive grains, which are fixed with abrasive grains, into contact with the object while rotating at high speed. A rough surface is formed by this grinding.
  • the bottom surface of a composite substrate it is formed of high hardness SiC, Al 2 O 3 , diamond, CBN (cubic boron nitride, the same shall apply hereinafter), etc., and contains abrasive grains having a particle size of about 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. Fixed abrasives are preferably used.
  • polishing refers to contact between a surface plate and an object while rotating each other through loose abrasive grains (referred to as non-fixed abrasive grains hereinafter), or fixed abrasive grains and an object.
  • the surface of the object is polished by rotating and rotating each other.
  • a surface having a surface roughness smaller than that in the case of grinding and a surface rougher than that in the case of fine polishing (polishing) is formed.
  • Abrasive grains formed of SiC, Al 2 O 3 , diamond, CBN, or the like having high hardness and having a particle size of about 0.5 ⁇ m to 15 ⁇ m are preferably used.
  • Etching agents include NH 3 and H 2 O 2 mixed solution, KOH solution, NaOH solution, HCl solution, H 2 SO 4 solution, H 3 PO 4 solution, H 3 PO 4 and H 2 SO 4 mixed solution, etc. Is preferably used.
  • water is preferably used as the solvent of the above solution and mixed solution.
  • the etching agent can be appropriately diluted with a solvent such as water.
  • Fine polishing means that the polishing pad and the object are brought into contact with each other through rotating abrasive grains, or the fixed abrasive grains and the object are brought into contact with each other while being rotated, and the surface of the object is brought into contact. This means smoothing by smoothing. By such fine polishing, a crystal growth surface having a smaller surface roughness than that in the case of polishing is formed.
  • mechanical polishing or chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) is preferably used.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the surface of an object is finely polished mechanically or chemically and mechanically by bringing the polishing pad and the object into contact with each other through a slurry containing abrasive grains while rotating each other. How to do.
  • SiC, Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , diamond, CBN which are fine particles having an average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 3 ⁇ m and high hardness
  • SiO 2 , CuO, TiO 2 , ZnO, NiO, Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CoO, and MnO having low hardness are used alone or in combination.
  • the slurry should be acidic with pH ⁇ 5 or basic with pH ⁇ 9, or hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), dichloroisocyanuric acid, nitric acid It is preferable that an ORP (oxidation-reduction potential) is increased by adding an oxidizing agent such as potassium permanganate or copper chloride (for example, ORP ⁇ 400 mV).
  • an ORP oxidation-reduction potential
  • an oxidizing agent such as potassium permanganate or copper chloride (for example, ORP ⁇ 400 mV).
  • the thickness of the gallium nitride crystal layer (after polishing) in the final composite substrate is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and even more preferably 20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the gallium nitride crystal layer (after polishing) is preferably 5 ⁇ m or more from the viewpoint of maintaining a certain level of crystal quality for improving the performance of the functional element.
  • the surface of the gallium nitride crystal layer is a mirror surface.
  • the mirror surface is a glossy surface polished with a high degree of smoothness, substantially free of light scattering due to surface irregularities, and a transparent material having high light transmittance.
  • the bottom surface of the support substrate is a semi-mirror surface.
  • a semi-mirror surface is a polished surface with a moderately smooth surface, and there is light scattering due to unevenness on the surface. In transparent materials, the light transmission is slightly inferior to that of the mirror surface. It is a surface that can be distinguished from a mirror surface.
  • the half mirror surface refers to a surface having an average roughness Ra of greater than 10 nm and 500 nm or less.
  • a surface having an average roughness Ra exceeding 500 nm is defined as a rough surface.
  • Ra of the half mirror surface of the present invention is preferably 100 nm or more and 500 nm or less, and more preferably 250 nm or more and 500 nm or less.
  • a film made of a heat-resistant material is a material having heat resistance with respect to temperature when a functional element structure such as an LED is formed on a composite substrate.
  • a material constituting such a film SiO 2 and Ta 2 O 5 are preferable.
  • plasma CVD which can form a film with high adhesion strength, is preferable.
  • the film thickness is preferably 3 ⁇ m or more, and more preferably 5 ⁇ m or more.
  • the film thickness is preferably 15 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less.
  • a functional layer is formed on the composite substrate thus obtained by a vapor phase method.
  • a functional layer may be a single layer or a plurality of layers. As functions, it can be used for white LEDs with high luminance and high color rendering, blue-violet laser disks for high-speed and high-density optical memory, power devices for inverters for hybrid vehicles, and the like.
  • LED semiconductor light emitting diode
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the film forming temperature of the functional layer is preferably 950 ° C. or higher, more preferably 1000 ° C. or higher, from the viewpoint of the film forming speed. Further, from the viewpoint of suppressing defects, the film formation temperature of the functional layer is preferably 1200 ° C. or lower, and more preferably 1150 ° C. or lower.
  • the material of the functional layer is preferably a group 13 element nitride.
  • Group 13 elements are Group 13 elements according to the periodic table established by IUPAC.
  • the group 13 element is specifically gallium, aluminum, indium, thallium, or the like.
  • Examples of the additive include carbon, low melting point metals (tin, bismuth, silver, gold) and high melting point metals (transition metals such as iron, manganese, titanium, and chromium).
  • the low melting point metal may be added for the purpose of preventing oxidation of sodium, and the high melting point metal may be mixed from a container in which a crucible is put or a heater of a growth furnace.
  • the light-emitting element structure includes, for example, an n-type semiconductor layer, a light-emitting region provided on the n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer provided on the light-emitting region.
  • an n-type contact layer 6a, an n-type cladding layer 6b, an active layer 6c, a p-type cladding layer 6d, and a p-type contact layer 6e are formed on the gallium nitride crystal layer 3. And constitutes the light emitting element structure 6A.
  • the light emitting structure can be further provided with an electrode for an n-type semiconductor layer, an electrode for a p-type semiconductor layer, a conductive adhesive layer, a buffer layer, a conductive support, and the like (not shown).
  • the translucent electrode is a translucent electrode made of a metal thin film or a transparent conductive film formed on almost the entire surface of the p-type semiconductor layer.
  • the material of the semiconductor constituting the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer is made of a III-V group compound semiconductor, and examples thereof are as follows.
  • Examples of the doping material for imparting n-type conductivity include silicon, germanium, and oxygen.
  • magnesium and zinc can be illustrated as a dope material for providing p-type conductivity.
  • the surface of the group 13 element nitride film provided with the light emitting structure may be a flat surface.
  • the external quantum efficiency can be increased by providing irregularities on the surface of the group 13 element nitride film and changing the light guiding direction in the semiconductor layer.
  • Preferred materials for the electrodes are selected from the group consisting of Ni, Pd, Co, Fe, Ti, Cu, Rh, Au, Ru, W, Zr, Mo, Ta, Pt, Ag and their oxides and nitrides. And an alloy containing at least one of the above or a multilayer film. These can obtain good ohmic contact with the p-type semiconductor layer by annealing at a temperature of 400 ° C. or higher.
  • a multilayer film of Au on Ni is preferable.
  • the total film thickness of the electrode is preferably 50 mm to 10,000 mm.
  • 50 to 400 mm is preferable.
  • it is preferably 1000 to 5000 mm.
  • a peeling layer can be formed between the n-type semiconductor layer and the group 13 element nitride film.
  • Examples of the material of such a release layer include a low-temperature GaN buffer layer, ZnO, and TiN.
  • MOCVD organic metal compound vapor phase growth method
  • MBE molecular beam epitaxy method
  • HVPE hydride vapor phase growth method
  • the MOCVD method can quickly obtain a crystal with good crystallinity.
  • alkyl metal compounds such as TMG (trimethyl gallium) and TEG (triethyl gallium) are often used as the Ga source, and gases such as ammonia and hydrazine are used as the nitrogen source.
  • the light emitting region includes a quantum well active layer.
  • the material of the quantum well active layer is designed so that the band gap is smaller than the materials of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer.
  • the quantum well active layer may have a single quantum well (SQW) structure or a multiple quantum well (MQW) structure.
  • the material of a quantum well active layer can illustrate the following.
  • An MQW structure in which 5 cycles are formed is mentioned.
  • the conductive adhesive for example, Au / Ge solder can be used with a thickness of about 0.5 to 100 ⁇ m.
  • the light emitting structure can be bonded to a separate conductive support through a conductive adhesive.
  • the conductive support has a function of injecting current into the p-type semiconductor layer as well as being responsible for supporting the light emitting structure.
  • the material for the conductive support include GaAs, SiC, Si, Ge, C, Cu, Al, Mo, Ti, Ni, W, Ta, CuW, and Au / Ni.
  • the present invention is applied to a technical field that is required to have high quality, for example, a high color rendering blue LED called a post fluorescent lamp, a blue-violet laser for high-speed and high-density optical memory, and a power device used for an inverter for a hybrid vehicle. Can be used.
  • a high color rendering blue LED called a post fluorescent lamp
  • a blue-violet laser for high-speed and high-density optical memory
  • a power device used for an inverter for a hybrid vehicle can be used.
  • Example 1 Preparation of seed crystal substrate
  • a low-temperature GaN buffer layer of 40 nm is deposited at 530 ° C. on a c-plane sapphire substrate having a diameter of 2 inches and a thickness of 500 ⁇ m, and then a GaN film having a thickness of 3 ⁇ m at 1050 ° C. Were laminated.
  • the warpage of the substrate was measured, and it was convex when the surface on which the GaN film was formed was facing up, with the maximum height minus the minimum height when placed on a flat surface.
  • the warp of the 2 inch wafer defined was +20 ⁇ m.
  • the defect density by TEM observation was 1 ⁇ 10 9 / cm 2 .
  • the substrate was subjected to ultrasonic cleaning with an organic solvent and ultrapure water for 10 minutes and then dried to obtain a seed crystal substrate.
  • gallium nitride was grown on the upper surface of the seed crystal substrate by a flux method. Using an alumina crucible, metal Ga and metal Na were weighed at a molar ratio of 20:80, and placed at the bottom of the crucible together with the seed crystal substrate.
  • a gallium nitride crystal having a thickness of 180 ⁇ m was grown by setting the growth time to 20 hours.
  • the warpage of the substrate was convex when the sapphire was placed underneath, and the 2-inch wafer warpage defined by the maximum height minus the minimum height when placed on a flat surface was +250 ⁇ m.
  • the gallium nitride crystal did not emit yellow light when measured with a fluorescence microscope. Further, this gallium nitride crystal sometimes emitted pale blue light when measured with a fluorescence microscope. Although the origin of this luminescence is not well understood, it is unique to this process. It is known from PL spectrum measurement that the emission wavelength is a broad spectrum from 430 to 500 nm.
  • the grown gallium nitride crystal was polished by the following process. After the fixed abrasive grains are ground by grinding (grinding) with a grindstone, they are polished (wrapping) using free abrasive grains such as diamond slurry, and then precision polished (polished) using acidic or alkaline CMP slurry. .
  • the thickness of the gallium nitride crystal after polishing was set to 15 ⁇ m from the viewpoint of the present invention.
  • the wafer warp after polishing is convex when sapphire is placed down, and the warp of a 2-inch wafer defined by the maximum height minus minimum height when placed on a flat surface is room temperature. And +120 ⁇ m.
  • the polished gallium nitride was protected by a protective film, and the gallium nitride was attached to the polishing platen face down, and the sapphire substrate was polished by the following steps to introduce processing strain.
  • the fixed abrasive is ground by grinding with a grinding wheel (grinding), then polished (wrapped) with free abrasive such as diamond slurry with an average particle diameter of 1 to 10 ⁇ m, and then acidified with colloidal silica abrasive
  • a semi-mirror surface was made using an alkaline CMP slurry (polishing). This was scrubbed (rubbed with a brush), ultrasonically washed with ultrapure water and then dried to obtain a substrate for LED structure film formation.
  • the thickness of the composite substrate thus obtained after polishing was 450 ⁇ m from the viewpoint of the present invention.
  • the warpage of the wafer after sapphire polishing was +80 ⁇ m at room temperature as described above, and was 40 ⁇ m smaller than that before sapphire polishing.
  • the dark spot density of the liquid phase gallium nitride film on the surface of this composite substrate was measured with a cathodoluminescence device, it was about 1 ⁇ 10 7 / cm 2 .
  • LED structure was formed by the MOCVD method in the following steps. The temperature is raised from room temperature to 1050 ° C. in about 15 minutes, maintained in a mixed atmosphere of nitrogen, hydrogen, and ammonia for 15 minutes to perform thermal cleaning, and then a 2 ⁇ m thick n-GaN layer is deposited at 1050 ° C. Then, the temperature was lowered to 750 ° C., and 10 pairs of InGaN / GaN multiple quantum wells (active layers) were deposited.
  • an electron blocking layer made of AlGaN is grown to 0.02 ⁇ m, and then heated to 1000 ° C., and then p-GaN (p cladding layer; thickness 80 nm) and p + GaN (p contact layer; thickness 20 nm) are deposited. And then allowed to cool to room temperature.
  • Example 2 The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the gallium nitride crystal after polishing was 10 ⁇ m.
  • the warpage of the 445 ⁇ m thick composite substrate obtained by polishing both the gallium nitride side and the sapphire side was a convex shape as described above, and was +40 ⁇ m at room temperature.
  • the LED structure was formed in the same manner as in Example 1 and the in-plane distribution of the emission wavelength was measured, it was in the range of 460 ⁇ 5 nm. Further, about 70% of the wafer area was in the range of 460 ⁇ 2.5 nm.
  • Example 3 The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the gallium nitride crystal after polishing was 13 ⁇ m.
  • the warpage of the 448 ⁇ m-thick composite substrate obtained by polishing both the gallium nitride side and the sapphire side was a convex shape as described above, and was +70 ⁇ m at room temperature.
  • the LED structure was formed in the same manner as in Example 1 and the in-plane distribution of the emission wavelength was measured, it was in the range of 460 ⁇ 5 nm. Further, about 80% of the wafer area was in the range of 460 ⁇ 2.5 nm.
  • Example 4 The experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the step of polishing with acidic or alkaline CMP slurry (colloidal silica) after lapping the sapphire surface with diamond slurry was omitted.
  • the sapphire surface was a semi-mirror surface as in Example 1.
  • the thickness of the gallium nitride crystal after polishing was set to 15 ⁇ m.
  • the warpage of the composite substrate having a thickness of 450 ⁇ m obtained by polishing both the gallium nitride side and the sapphire side was a convex shape as described above, and was +50 ⁇ m at room temperature.
  • the LED structure was formed in the same manner as in Example 1 and the in-plane distribution of the emission wavelength was measured, it was in the range of 460 ⁇ 5 nm. Further, about 80% of the wafer area was in the range of 460 ⁇ 2.5 nm.
  • Example 5 A composite substrate was produced in the same manner as in Example 1. Thereafter, an SiO 2 film was further formed on the bottom surface 1c of the composite substrate by plasma CVD. The thickness of the SiO 2 film was 5 microns. That is, the thickness of the composite substrate was 455 microns. The warpage of the composite substrate at room temperature was a convex shape as described above, and was +40 ⁇ m, which was 40 ⁇ m smaller than before the SiO 2 film formation.
  • Example 1 when an LED structure was formed on the composite substrate and the in-plane distribution of the emission wavelength was measured, it was in the range of 460 ⁇ 5 nm. Further, about 90% of the wafer area was in the range of 460 ⁇ 2.5 nm. That is, the in-plane uniformity was slightly improved as compared with Example 1.
  • Example 6 The experiment was performed in the same manner as in Example 5 except that the thickness of the gallium nitride crystal after polishing was 25 ⁇ m and the SiO 2 film thickness on the bottom surface 1c of the composite substrate was 10 microns. That is, the thickness of the composite substrate was 470 microns.
  • the warpage at room temperature was a convex shape as described above, and was +80 ⁇ m, which was 80 ⁇ m smaller than before the SiO 2 film formation.
  • the dark spot density of the liquid phase gallium nitride film on the surface of this composite substrate was measured with a cathodoluminescence device, it was about 8 ⁇ 10 6 / cm 2 , and the dislocation density was lower than in Example 1.
  • the LED structure was formed on the composite substrate in the same manner as in Example 1 and the in-plane distribution of the emission wavelength was measured, the range was 460 ⁇ 5 nm. Further, about 80% of the wafer area was in the range of 460 ⁇ 2.5 nm.
  • the current density at this time was 100 A / cm 2 . That is, the LED could be driven with a larger current and a larger current density than in Example 1.
  • Example 1 The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the average particle diameter of the diamond slurry was changed from that in Example 1. After grinding sapphire by grinding (grinding) with fixed abrasive grains, polishing (lapping) with free abrasive grains such as diamond slurry with an average particle diameter of 15 ⁇ m, and then acidic or alkaline CMP slurry (colloidal) (Silica) was used as a semi-mirror surface. The thickness of the gallium nitride crystal after polishing was 10 ⁇ m.
  • the warpage of the 445 ⁇ m thick composite substrate obtained by polishing both the gallium nitride side and the sapphire side was a convex shape as described above, and was +30 ⁇ m at room temperature.
  • the LED structure was formed in the same manner as in Example 1 and the in-plane distribution of the emission wavelength was measured, it was in the range of 460 ⁇ 10 nm, and the emission wavelength distribution was approximately doubled. Moreover, the ratio of the area which was in the range of 460 ⁇ 2.5 nm was as narrow as about 40%.
  • Example 2 An experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that an acidic or alkaline CMP slurry (colloidal silica) was used to make the sapphire surface a mirror surface.
  • the thickness of the gallium nitride crystal after polishing was 15 ⁇ m.
  • the warpage of the composite substrate having a thickness of 450 ⁇ m obtained by polishing both the gallium nitride side and the sapphire side was a convex shape as described above, and was +100 ⁇ m at room temperature.
  • the LED structure was formed in the same manner as in Example 1 and the in-plane distribution of the emission wavelength was measured, it was in the range of 460 ⁇ 8 nm, and the emission wavelength distribution was approximately doubled. Moreover, the ratio of the area which was in the range of 460 ⁇ 2.5 nm was as narrow as about 50%.

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Abstract

サファイア基板、およびサファイア基板上に結晶成長した窒化ガリウム結晶層を備える複合基板において、その上に１３族元素窒化物からなる機能層を形成するときに、機能のバラツキを抑制する。複合基板４は、サファイア基板１Ａ、およびサファイア基板１Ａ上に設けられた窒化ガリウム結晶層３を備える。複合基板４の反りが５．０８ｃｍ当たり、＋４０μｍ以上、＋８０μｍ以下である。

Description

複合基板および機能素子
　本発明は、複合基板および機能素子に関するものである。
　近年、窒化ガリウムなどの１３族元素窒化物を用いて、青色ＬＥＤや白色ＬＥＤ、青紫色半導体レーザなどの半導体デバイスを作製し、その半導体デバイスを各種電子機器へ応用することが活発に研究されている。従来の窒化ガリウム系半導体デバイスは、主に気相法により作製されている。具体的には、サファイア基板やシリコンカーバイド基板の上に窒化ガリウムの薄膜を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）などによりヘテロエピタキシャル成長させて作製される。この場合、基板と窒化ガリウムの薄膜との熱膨張係数や格子定数が大きく異なるため、高密度の転位（結晶における格子欠陥の一種）が窒化ガリウムに生じる。このため、気相法では、転位密度の低い高品質な窒化ガリウムを得ることが難しかった。
　フラックス法は、液相法の一つであり、窒化ガリウムの場合、フラックスとして金属ナトリウムを用いることで窒化ガリウムの結晶成長に必要な温度を８００℃程度、圧力を数ＭＰａに緩和することができる。具体的には、金属ナトリウムと金属ガリウムとの混合融液中に窒素ガスが溶解し、窒化ガリウムが過飽和状態になって結晶として成長する。こうした液相法では、気相法に比べて転位が発生しにくいため、転位密度の低い高品質な窒化ガリウムを得ることができる。
　本出願人は、Ｎａフラックス法を利用したＧａＮテンプレートの製法として、特許文献１（特開２０１０－１６８２３６）、特許文献２（ＷＯ　２０１３／０２２１２２）、特許文献３（ＷＯ　２０１３／０２１８０４）、特許文献４（ＷＯ　２０１３／０２２１２３）を出願した。
　また、ＧａＮ自立基板の反りを矯正するため，ＧａＮ自立基板の表面と背面とを順番に研磨することが、特許文献５（特開２００５－１３６１６７）に記載されている。
特開２０１０－１６８２３６ ＷＯ　２０１３／０２２１２２ ＷＯ　２０１３／０２１８０４ ＷＯ　２０１３／０２２１２３ 特開２００５－１３６１６７ 特許第４３０１２５１ 特開２０１０－２１９３５３ 特許第４３８０７９１ 特表２００５－５０６２７１ 特開２００９－１１１４２３ 特開２００６－３３２７１４
　本発明者は、フラックス法により作製した低転位ＧａＮテンプレートを用い、ＭＯＣＶＤ法にて、ＬＥＤやパワーデバイスの機能を実現する構造を成膜することを研究していた。ＧａＮテンプレート基板とは、支持基板上に種結晶層および窒化ガリウム結晶層を設けてなる基板であり、この上に機能層をさらに形成するためのテンプレートとなるものである。
　具体的には、表面が平坦なサファイア基板の上にＭＯＣＶＤ法などにより窒化ガリウム結晶層を成膜して作製した種結晶基板を用いて、さらにその上にフラックス法により成長温度８００℃～９００℃で窒化ガリウム結晶層を成長させると、最表面が低転位密度の窒化ガリウム結晶層を持つＧａＮテンプレートを作製できる。また、ＧａＮテンプレート上に成膜される機能素子を均一化するために、ＧａＮテンプレートのサファイア基板を研磨加工し、ＧａＮテンプレートの反りを低減した。
　本発明者は、このＧａＮテンプレートを用いて、ＭＯＣＶＤ法によりＬＥＤ構造を作製しようと試みた。しかし、この際、高温雰囲気(例えば１０００℃以上)にて発光素子構造を成膜すると、発光波長分布が生じ、所望の発光波長が得られる領域の面積比率が小さくなることが判明した。
　本発明者は、こうした発光波長分布の生じた原因について調査した。この結果、意外なことに、サファイア基板の背面を研磨加工することで室温でのＧａＮテンプレートの反りを小さくすると、かえって発光波長分布が大きくなることがわかった。これは、発光層を成膜するときに発光層内で組成分布が生ずるためである。
　本発明の課題は、サファイア基板、およびサファイア基板上に結晶成長した窒化ガリウム結晶層を備える複合基板において、その上に１３族元素窒化物からなる機能層を形成するときに、機能層のバラツキを抑制することである。
　本発明は、サファイア基板、および前記サファイア基板上に設けられた窒化ガリウム結晶層を備える複合基板であって、
　複合基板の反りが５．０８ｃｍ当たり、＋４０μｍ以上、＋８０μｍ以下であることを特徴とする。
　また、本発明は、前記複合基板、および窒化ガリウム結晶層上に気相法によって形成された１３族元素窒化物からなる機能層を備えていることを特徴とする、機能素子に係るものである。
　フラックス法では成長温度８００℃～９００℃にて窒化ガリウム結晶層を成長させるが、ＭＯＣＶＤ法等の気相法によって複合基板の上に機能層を形成するときには、１０００℃以上にまで温度を上げるため、複合基板の反りが生じ、機能層の組成分布を生じ、結果として機能のバラツキをもたらしたものと考えられた。
　本発明者は、この知見をもとに、複合基板の室温における反りを解消するのではなく、適当な大きさの反りを意図的に残すことを想到した。これによって、次の機能層の成膜時にその組成分布を抑制でき、機能のバラツキを抑制できることを見いだし、本発明に到達した。
（ａ）は、サファイア基板１上に窒化ガリウム結晶層２を形成した状態を示し、（ｂ）は、（ａ）の窒化ガリウム結晶層２の表面２ａを研磨して得られた窒化ガリウム結晶層３を示し、（ｃ）は、複合基板４を示す。 （ａ）は、複合基板４上に機能層６を設けて形成した機能素子５を示し、（ｂ）は、複合基板４上に機能層６Ａを設けて形成した機能素子５Ａを示す。 （ａ）は、複合基板の反りの測定法を説明するための模式図であり、反りがプラスの場合を示す。（ｂ）は、複合基板の反りの測定法を説明するための模式図であり、反りがマイナスの場合を示す。
　以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
　最初に、本発明者が検討した複合基板とその問題点について述べる。
　まず、図１（ａ）に示すように、サファイア基板１の主面１ａに種結晶層１０を形成する。次いで、種結晶層１０上に、窒化ガリウム結晶層２をフラックス法で形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、窒化ガリウム結晶層２の表面２ａを研磨し、研磨済の窒化ガリウム結晶層３を得る。３ａは研磨面である。
　このようにして得られた複合基板１４には、フラックス法による成膜と冷却に起因する反りが生じている。その反りは、一般に、図３（ａ）に模式的に示すように、サファイア基板を下にしたときに、上側に凸形状となっている。こうした反りは、複合基板上に更に気相法で成膜するのに際して悪影響を及ぼすものと想定された。
　そこで、本発明者は、サファイア基板１の底面１ｂを十分に研磨することによって、図１（ｃ）に示すように、研磨済の支持基板１Ａを形成した。１ｃは、研磨された底面である。これによって、支持基板の組織に加工歪みを導入し、図３（ａ）に示すような形態の凸状の反りをほぼ無くすることに成功した。
　本発明者は、このようにして得られた反りのほとんどない複合基板を成膜プロセスに供し、発光素子を形成することを試みた。これは、従来技術の示唆によれば、良質の発光素子が得られるものと想定されたからである。
　ところが、現実に発光素子を形成してみると、発光強度が所定値に達しない領域が広がり、全体としての発光効率が低下し、発光強度のバラツキが大きくなることを見いだした。
　本発明者は、この原因を検討した結果、成膜時に加わる熱変化によって、図３（ｂ）に示すような形態の凹状の反りが生じ、これが成膜組成のバラツキを引き起し、結果として発光強度の分布を拡大するという想定に至った。
　本発明者は、こうした想定に基づき、機能素子を成膜する前に複合基板の反りを前記の特定範囲に制御することによって、機能素子の成膜バラツキを抑制できることを見いだした。これは、複合基板の反りを利用することでバラツキを抑制するという考え方であり、反りをできるだけ低減するという従来技術とは一線を画するものである。
　本発明では、反りの大きさを前述のように限定した複合基板４を作製し、その表面３ａ上に機能層を形成し、機能素子を得る。
　すなわち、図２（ａ）に示すように、複合基板４上に機能層６を形成し、機能素子５を得る。ここで、機能層６は複数層形成することができる。例えば、図２（ｂ）の例では、機能層６Ａは複数層６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅからなり、発光素子構造を形成している。これによって、転位密度の少ない発光素子構造が得られることから、発光素子５Ａの内部量子効率が向上する。
　本願でいう単結晶は、結晶の全体にわたって規則正しく原子が配列した教科書的な単結晶を含むが、それのみに限定する意味ではなく、一般工業的に流通している意味である。すなわち、結晶がある程度の欠陥を含んでいたり、歪みを内在していたり、不純物がとりこまれていたりしていてもよく、多結晶（セラミックス）と区別して、これらを単結晶と呼んで用いているのと同義である。
（サファイア基板）
　サファイアのウルツ鉱構造は、ｃ面、ａ面、およびｍ面を有する。これらの各結晶面は結晶学的に定義されるものである。下地層、種結晶層、およびフラックス法によって育成される窒化ガリウム結晶層の育成方向は、ｃ面の法線方向であってよく、またa面、ｍ面それぞれの法線方向であってもよい。
　本発明の観点からは、窒化ガリウム結晶層の剥離を抑制するため、サファイア基板の厚さを窒化ガリウム結晶層の厚さよりも厚くすることが好ましい。そのため、サファイア基板の厚さは、３００～１６００μｍとすることが好ましく、４００～１３００μｍとすることが更に好ましい。
（種結晶層）
　サファイア基板上に種結晶層を形成することができる。
　種結晶層の厚さは特に限定されないが、０．０１μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がさらに好ましい。また厚過ぎると成膜に時間がかり、効率が悪いので、３．０μｍ以下が望ましく、１．５μｍ以下がさらに好ましい。また、種結晶層の材質は、後述するような１３族元素窒化物が好ましい。
　種結晶層は、一層であってよく、あるいは複数層であって良い。また、種結晶層の形成方法は気相成長法を好ましい一例として挙げることができ、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ： Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルス励起堆積（ＰＸＤ）法、ＭＢＥ法、昇華法を例示できる。有機金属化学気相成長法が特に好ましい。
　種結晶層の転位密度は、種結晶層上に設ける窒化ガリウム結晶層の転位密度を低減するという観点から、低いことが望ましい。この観点からは、種結晶層の転位密度は、７×１０８ｃｍ－２ｃｍ以下が好ましく、５×１０８ｃｍ－２ｃｍ以下が更に好ましい。また、種結晶層の転位密度は品質の点からは低いほど良いので、下限は特にないが、一般的には、５×１０7ｃｍ－２以上であることが多い。
　種結晶層を構成する材質は、好ましくは蛍光顕微鏡観察により黄色発光効果が認められる窒化ガリウムである。
　黄色発光する窒化ガリウムについて述べる。
　本窒化ガリウム結晶は、バンドからバンドへの励起子遷移（ＵＶ）に加えて、２．２～２．５ｅＶの範囲にブロードなピークが現れる。これは、黄色発光（ＹＬ）または黄色帯（ＹＢ）と呼ばれている。
　蛍光顕微鏡を用いることで、この範囲の黄色発光のみを励起し、黄色発光の有無を検出することができる。
　こうした黄色発光は、窒素欠損のように結晶にもともとある自然欠陥に関与した輻射プロセスに起因する。こうした欠陥は発光中心となる。おそらくは、反応環境に由来するＮｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉなどの遷移元素等の不純物が窒化ガリウム内に取り込まれることで、黄色発光中心を形成しているものと考えられる。
　こうした黄色発光する窒化ガリウム結晶は、例えば、特表２００５－５０６２７１に例示されている。
（窒化ガリウム結晶層）
　窒化ガリウム結晶層とサファイア基板との自然剥離が生ずると、複合基板として利用できない。このため、窒化ガリウム結晶層の剥離を抑制するという観点からは、窒化ガリウム結晶層の厚さ（成膜直後の厚さ）を１００μｍ以下とすることが好ましく、５０μｍ以下とすることが更に好ましく、２０μｍ以下がいっそう好ましい。
　また、窒化ガリウム結晶層の厚さ（成膜直後の厚さ）は、種結晶層の転位をフラックス法による窒化ガリウム育成時に消滅させ、その最表面の結晶性を良好なものとする、という観点からは、３μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。
 窒化ガリウム結晶層の製法は特に限定されないが、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルス励起堆積（ＰＸＤ）法、ＭＢＥ法、昇華法などの気相法、フラックス法などの液相法を例示できる。
　窒化ガリウム結晶層をフラックス法によって育成する場合には、フラックスの種類は、窒化ガリウム結晶を生成可能である限り、特に限定されない。好適な実施形態においては、アルカリ金属とアルカリ土類金属の少なくとも一方を含むフラックスを使用し、ナトリウム金属を含むフラックスが特に好ましい。
　フラックスには、ガリウム原料物質を混合し、使用する。ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
　フラックス法における窒化ガリウム結晶の育成温度や育成時の保持時間は特に限定されず、フラックスの組成に応じて適宜変更する。一例では、ナトリウムまたはリチウム含有フラックスを用いて窒化ガリウム結晶を育成する場合には、育成温度を８００～９５０℃とすることが好ましく、８５０～９００℃とすることが更に好ましい。
　フラックス法では、窒素原子を含む気体を含む雰囲気下で単結晶を育成する。このガスは窒素ガスが好ましいが、アンモニアでもよい。雰囲気の圧力は特に限定されないが、フラックスの蒸発を防止する観点からは、１０気圧以上が好ましく、３０気圧以上が更に好ましい。ただし、圧力が高いと装置が大がかりとなるので、雰囲気の全圧は、２０００気圧以下が好ましく、５００気圧以下が更に好ましい。雰囲気中の窒素原子を含む気体以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリウム、ネオンが特に好ましい。
（複合基板の加工および形態）
　好適な実施形態においては、複合基板が円板状であるが、角板などの他の形態でも良い。また、好適な実施形態においては、複合基板の寸法が、直径φ５０ｍｍ以上である。これによって、機能素子の量産に適した、取り扱い易い複合基板を提供できる。
　本発明においては、複合基板の反りが、５．０８ｃｍ当たり、＋４０μｍ以下、＋８０μｍ以下である。この反りは、特開２００９－１１１４２３に記載されている方法で測定される値である。
　具体的には、図３を参照しつつ述べる。
　ここで、図３（ａ）に示す例では、試料（複合基板）４のサファイア基板１Ａの底面１ｃが凹状となり、窒化ガリウム結晶層が凸状となるように、複合基板が反っている。この反りを正（＋の記号で示す）とする。また、図３（ｂ）に示す例では、試料（複合基板）４のサファイア基板１Ａの底面１ｃが凸状となり、窒化ガリウム結晶層が凹状となるように、複合基板が反っている。この反りを負（－の記号で示す）とする。複合基板４の底面１ｃが形成する曲面を「反り曲面」とする。
　また、反り曲面と平面Ｐとの距離の平均値が最も小さくなるような平面を想定し、この平面を最適平面Ｐとする。そして、この反り曲面と最適平面Ｐとの距離を測定する。すなわち、底面の長さ２インチ（５．０８ｃｍ）の領域内において、底面１ｃのうち最適平面Ｐ上にある点をｚｐとする。また、底面１ｃのうち最適平面Ｐと最も離れた点をｚｖとする。点ｚｖと最適平面Ｐとの距離を反りＷ（Ｒ）とする。１１は、試料と平面Ｐとの隙間である。
　言い換えると、反りＷ（Ｒ）は、底面１ｃにおいて、最適平面Ｐに最も近い点ｚｐと最も遠い点ｚｖとの高低差である。
　この反りＷ（Ｒ）を＋４０μｍ以上、＋８０μｍ以下とすることによって、本発明の前記効果を奏することができる。この観点からは、反りＷ（Ｒ）を＋５０μｍ以上とすることが更に好ましく、また、＋７０μｍ以下とすることが更に好ましい。
　複合基板の反りは、レーザ変位計によって測定できる。レーザ変位計とは、レーザ光を複合基板の底面に照射することにより、背面の変位を測定する装置をいう。レーザの波長を６３３ｎｍとし、測定方式には表面粗度に応じてレーザフォーカス方式、光干渉方式を用いることができる。
　複合基板の反りを抑制するために、支持基板の底面を処理することができる。こうした処理としては、以下のものがある。
　まず、研削（グライディング）とは、砥粒をボンドで固定した固定砥粒を高速回転させながら対象物に接触させて、対象物の面を削り取ることをいう。かかる研削によって、粗い面が形成される。複合基板の底面を研削する場合、硬度の高いＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ダイヤモンドおよびＣＢＮ（キュービックボロンナイトライド、以下同じ）などで形成され、粒径が１０μｍ以上、１００μｍ以下程度の砥粒を含む固定砥粒が好ましく用いられる。
　また、研磨（ラッピング）とは、遊離砥粒（固定されていない砥粒をいう、以下同じ）を介して定盤と対象物とを互いに回転させながら接触させて、または固定砥粒と対象物とを互いに回転させながら接触させて、対象物の面を磨くことをいう。かかる研磨によって、研削の場合よりも面粗さが小さい面であって微研磨（ポリシング）の場合より粗い面が形成される。硬度の高いＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ダイヤモンドおよびＣＢＮなどで形成され、粒径が０．５μｍ以上１５μｍ以下程度の砥粒が好ましく用いられる。
　また、複合基板の底面をエッチングする場合、エッチング剤によるウェットエッチングが好ましく行なわれる。エッチング剤としては、ＮＨ3およびＨ2Ｏ2の混合溶液、ＫＯＨ溶液、ＮａＯＨ溶液、ＨＣｌ溶液、Ｈ2ＳＯ4溶液、Ｈ3ＰＯ4溶液、Ｈ3ＰＯ4およびＨ2ＳＯ4の混合溶液などが好ましく用いられる。ここで、上記の溶液および混合溶液の溶媒としては水が好ましく用いられる。また、上記エッチング剤は、水などの溶媒により、適宜希釈して用いることもできる。
　微研磨（ポリシング）とは、遊離砥粒を介して研磨パッドと対象物とを互いに回転させながら接触させて、または固定砥粒と対象物とを互いに回転させながら接触させて、対象物の面を微細に磨いて平滑化することをいう。かかる微研磨によって、研磨の場合よりも面粗さが小さい結晶成長面が形成される。
　このような微研磨の方法には、機械的ポリシングまたは化学機械的ポリシング（以下、ＣＭＰという）が好ましく用いられる。機械的ポリシングまたはＣＭＰとは、それぞれ、砥粒を含むスラリーを介して研磨パッドと対象物とを互いに回転させながら接触させることにより、対象物の面を機械的または化学的かつ機械的に微研磨する方法をいう。砥粒としては、面粗さＲａおよびＲｙを小さくするため、平均粒径が０．１μｍ以上３μｍ以下の微粒子であって、硬度が高いＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ダイヤモンド、ＣＢＮなどや、硬度の低いＳｉＯ2、ＣｕＯ、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＭｎＯなどが、単独または併用で用いられる。また、化学的なポリシング効果を高めるため、スラリーは、ｐＨ≦５の酸性、または、ｐＨ≧９の塩基性とされていること、または過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、ジクロロイソシアヌル酸、硝酸、過マンガン酸カリウム、塩化銅などの酸化剤が添加されて、ＯＲＰ（酸化還元電位）が高められていること（たとえば、ＯＲＰ≧４００ｍＶ）が好ましい。
　最終的な複合基板における窒化ガリウム結晶層（研磨後）の厚さは、本発明の観点からは、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下が更に好ましく、２０μｍ以下がいっそう好ましい。また、窒化ガリウム結晶層（研磨後）の厚さは、機能素子の性能を向上させるためのある一定レベルの結晶品質を保つという観点からは、５μｍ以上が好ましい。
　また、好適な実施形態においては、窒化ガリウム結晶層の表面が鏡面である。鏡面とは、高い平滑度で研磨された光沢を持つ表面であり、表面の凹凸による光の散乱が実質的に無く、透明材料においては高い光透過性を持つ面である。ここでいう、鏡面の平均粗さ（Ra）は、Ra=0.1nm～10nmの範囲を指す。
　また、好適な実施形態においては、支持基板の底面が半鏡面である。半鏡面とは、平滑度が適度に調整された研磨表面であり、表面の凹凸による光の散乱があり、透明材料においては光の透過性が鏡面に比べて若干劣り、目視あるいは簡便な計測で鏡面との区別が可能な面である。
　ここでいう、半鏡面とは、平均粗さRaが10nmより大きく、500nm以下の状態のものを指す。平均粗さRaが500nmを超えるものは、粗面と定義する。
　本発明の半鏡面のRaは、好ましくは、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは、２５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。
　また、複合基板の底面（支持基板の底面）上に、耐熱性材料からなる膜を形成することによって、複合基板の反りを減少させ、本発明の範囲内とすることができる。こうした耐熱性材料は、複合基板上にＬＥＤなどの機能素子構造を形成する際の温度に対する耐熱性を有する材料である。こうした膜を構成する材料としては、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５が好ましい。また、こうした膜の形成方法としては、密着強度の高い膜が形成できる、プラズマＣＶＤが好ましい。
　この膜の膜厚を大きくするほど、一般に複合基板の反りの絶対値が小さくなる傾向がある。このため、膜厚は、最終的な複合基板の反りの大きさに応じて適宜変化させる。ただし、複合基板の底面上の膜の安定性の観点からは、膜厚は３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上が更に好ましい。同様の理由から、膜厚は、１５μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下が更に好ましい。
（機能層および機能素子）
　こうして得られた複合基板上に機能層を気相法で形成する。
　こうした機能層は、単一層であってよく、複数層であってよい。また、機能としては、高輝度・高演色性の白色ＬＥＤや高速高密度光メモリ用青紫レーザディスク、ハイブリッド自動車用のインバータ用のパワーデバイスなどに用いることができる。
　複合基板上に気相法、好ましくは有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製すると、ＬＥＤ内部の転位密度が複合基板と同等となる。
　機能層の成膜温度は、成膜速度の観点から、９５０℃以上が好ましく、１０００℃以上が更に好ましい。また、欠陥を抑制するという観点からは、機能層の成膜温度は、１２００℃以下が好ましく、１１５０℃以下が更に好ましい。
　機能層の材質は、１３族元素窒化物が好ましい。１３族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第１３族元素のことである。１３族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。また、添加剤としては、炭素や、低融点金属（錫、ビスマス、銀、金）、高融点金属（鉄、マンガン、チタン、クロムなどの遷移金属）が挙げられる。低融点金属は、ナトリウムの酸化防止を目的として添加する場合があり、高融点金属は、坩堝を入れる容器や育成炉のヒーターなどから混入する場合がある。
　発光素子構造は、例えば、ｎ型半導体層、このｎ型半導体層上に設けられた発光領域およびこの発光領域上に設けられたｐ型半導体層を備えている。図２（ｂ）の発光素子５Ａでは、窒化ガリウム結晶層３上に、ｎ型コンタクト層６ａ、ｎ型クラッド層６ｂ、活性層６ｃ、ｐ型クラッド層６ｄ、ｐ型コンタクト層６ｅが形成されており、発光素子構造６Ａを構成する。
　また、前記発光構造には、更に、図示しないｎ型半導体層用の電極、ｐ型半導体層用の電極、導電性接着層、バッファ層、導電性支持体などを設けることができる。
　本発光構造では、半導体層から注入される正孔と電子の再結合によって発光領域で光が発生すると、その光をｐ型半導体層上の透光性電極又は１３族元素窒化物単結晶膜側から取り出す。なお、透光性電極とは、ｐ型半導体層のほぼ全面に形成された金属薄膜又は透明導電膜からなる光透過性の電極のことである。
　ｎ型半導体層、ｐ型半導体層を構成する半導体の材質は、III －V 族系化合物半導体からなり、以下を例示できる。
　AlyInxGa1-x-yN（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）
　ｎ型導電性を付与するためのドープ材としては、珪素、ゲルマニウム、酸素を例示できる。また、ｐ型導電性を付与するためのドープ材としては、マグネシウム、亜鉛を例示できる。
　発光構造の設けられた１３族元素窒化物膜の表面は、平坦面であってもよい。しかし、特開２００６－３３２７１４と同様に、１３族元素窒化物膜表面に凹凸を設け、半導体層での光の導波方向を変えて、外部量子効率を上げることができる。
　電極の好ましい材料としては、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びこれらの酸化物、窒化物からなる群から選択される少なくとも一種を含む合金または多層膜があげられる。これらは、４００℃以上の温度でアニールすることにより、ｐ型半導体層と良好なオーミック接触を得ることができる。特に、Ｎｉの上にＡｕの多層膜が好ましい。電極の総膜厚としては５０Å～１００００Åが好ましい。特に、透光性の電極として用いる場合は、５０Å～４００Åが好ましい。また、非透光性電極とする場合は、１０００Å～５０００Åが好ましい。
　ｎ型半導体層と１３族元素窒化物膜との間には剥離層を形成することができる。こうした剥離層の材質は、低温ＧａＮバッファ層、ZnO、TiNを例示できる。
　発光構造を構成する各半導体層の成長方法は、種々の気相成長方法を挙げることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライト気相成長法（ＨＶＰＥ法）等を用いることができる。その中でもＭＯＣＶＤ法によると、迅速に結晶性の良好なものを得ることができる。ＭＯＣＶＤ法では、ＧａソースとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）などのアルキル金属化合物が多く使用され、窒素源としては、アンモニア、ヒドラジンなどのガスが使用される。
　発光領域は、量子井戸活性層を含む。量子井戸活性層の材料は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の材料よりもバンドギャップが小さくなるように設計される。量子井戸活性層は単一量子井戸（ＳＱＷ）構造であっても多重量子井戸（ＭＱＷ）構造であってもよい。量子井戸活性層の材質は以下を例示できる。
　量子井戸活性層の好適例として、ＡｌxＧａ1-xＮ／ＡｌyＧａ1-yＮ系量子井戸活性層（ｘ＝０．１５、ｙ＝０．２０）であって、膜厚がそれぞれ３ｎｍ／８ｎｍであるものを３～５周期形成させたＭＱＷ構造が挙げられる。
　導電性接着剤としては、例えばＡｕ／Ｇｅ系半田を厚さ０．５～１００μｍ程度で使用することができる。また、前記発光構造を導電性接着剤を介して別体の導電性支持体に対して接合することができる。導電性支持体は、発光構造を支持する約割を担うと共に、ｐ型半導体層への電流注入機能をも有する。導電性支持体の材料としては、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔａ、ＣｕＷ、Ａｕ／Ｎｉ等が挙げられる。
（用途）
　本発明は、高品質であることが要求される技術分野、例えばポスト蛍光灯といわれている高演色性の青色ＬＥＤや高速高密度光メモリ用青紫レーザ、ハイブリッド自動車用のインバータに用いるパワーデバイスなどに用いることができる。
（実施例１）
　（種結晶基板の作製）
　ＭＯＣＶＤ法を用いて、直径２インチ、厚さ５００μｍのｃ面サファイア基板の上に、５３０℃にて、低温ＧａＮバッファ層を４０ｎｍ堆積させたのちに、１０５０℃にて、厚さ３μｍのＧａＮ膜を積層させた。室温まで自然冷却したのちに、基板の反りを測定したところ、ＧａＮが成膜された面を上にした場合に凸形状となっており、平坦面においたときの最大高さ－最小高さで定義される、２インチウェハーの反りは、＋２０μｍであった。ＴＥＭ観察による欠陥密度は、１×１０９／ｃｍ２であった。有機溶剤、超純水でそれぞれ１０分間超音波洗浄した後に乾燥させて、これを種結晶基板とした。
　（液相法ＧａＮ結晶成長）
　次いで、種結晶基板の上面上にフラックス法によって窒化ガリウムを成長した。
　アルミナ坩堝を用い、金属Ｇａと金属Ｎａをモル比で２０：８０で秤量し、種結晶基板とともに、坩堝の底に配置した。
　本実施例では、育成時間を２０時間とすることで、１８０μｍ厚さの窒化ガリウム結晶を成長させた。基板の反りはサファイアが下になるように配置したとき、凸形状であり、平坦面においたときの最大高さ－最小高さで定義される、２インチウェハー反りは、＋２５０μｍであった。
　この窒化ガリウム結晶は、蛍光顕微鏡測定の際に黄色発光しないものであった。また、この窒化ガリウム結晶は、蛍光顕微鏡測定において、青白い発光をする場合があった。この発光の起源についてはよくわかっていないが、本製法特有のものである。発光波長は４３０から５００ｎｍまでのブロードなスペクトルであることがＰＬスペクトル測定によりわかっている。
（複合基板の作成）
　成長した窒化ガリウム結晶を以下の工程で、研磨加工した。
　固定砥粒の砥石による研削（グラインディング）によって面だしした後、ダイヤモンドスラリーなどの遊離砥粒を用いて研磨（ラッピング）し、その後、酸性やアルカリ性のＣＭＰスラリーを用いて精密研磨（ポリッシュ）した。
　窒化ガリウム結晶の研磨後の厚さは、本発明の観点からは、１５μｍとした。研磨後のウェハーの反りは、サファイアが下になるように配置したとき、凸形状であり、平坦面においたときの最大高さ－最小高さで定義される、２インチウェハーの反りは、室温にて、＋１２０μｍであった。
　次に、この研磨された窒化ガリウムを保護膜によって保護し、研磨定盤に窒化ガリウムを下向きにして貼り付け、サファイア基板を、以下の工程で、研磨加工し、加工歪みを導入した。
　固定砥粒の砥石による研削（グラインディング）によって面だしした後、平均粒径１～１０μｍのダイヤモンドスラリーなどの遊離砥粒を用いて研磨（ラッピング）し、その後、コロイダルシリカ砥粒を含有した酸性やアルカリ性のＣＭＰスラリーを用いて半鏡面とした（ポリッシュ）。
　これを、スクラブ洗浄（ブラシを用いたこすり洗い）し、超純水にて超音波洗浄した後に乾燥させて、ＬＥＤ構造成膜用の基板とした。
　こうして得られた複合基板の研磨後の厚さは、本発明の観点からは、４５０μｍとした。サファイア研磨後のウェハーの反りは、前記同様に室温にて、＋８０μｍであり、サファイア研磨前と比べて、４０μｍ小さくなっていた。
　カソードルミネッセンス装置により、この複合基板の表面の液相法窒化ガリウム膜のダークスポット密度を測定したところ、約１×１０７／ｃｍ２であった。
　（ＬＥＤ構造の成膜）
　ＭＯＣＶＤ法により、以下の工程で、ＬＥＤ構造を成膜した。室温から、１０５０℃まで約１５分で昇温し、窒素と水素とアンモニアの混合雰囲気にて、１５分保持してサーマルクリーニングを行った後、厚さ２μｍのｎ－ＧａＮ層を１０５０℃で堆積させ、ついで７５０℃に降温して、ＩｎＧａＮ／ＧａＮによる多重量子井戸（活性層）を１０ペア堆積した。さらに、ＡｌＧａＮによる電子ブロック層を０．０２μｍ成長させ、その後、１０００℃に昇温してから、ｐ－ＧａＮ（ｐクラッド層；厚さ８０ｎｍ）、ｐ＋ＧａＮ（ｐコンタクト層；厚さ２０ｎｍ）を堆積し、その後室温まで放冷した。
　ＭＯＣＶＤ炉より取り出して、目視にて観察したところ、クラックは観察されなかった。また、微分干渉顕微鏡で観察したところ、表面は平坦であることが確認された。
　このウェハーを用いて、通常のフォトリソグラフィ工程にて、０．３ｍｍ角のＬＥＤ素子を作成し、約３．５Ｖの電圧を電極に印加したところ、波長約４６０ｎｍの青色で発光することが確認できた。発光波長の面内分布を測定したところ、４６０±５ｎｍの範囲であった。また、ウェハーの約７割の面積は４６０±２．５ｎｍの範囲に入っていた。
（実施例２）
　窒化ガリウム結晶の研磨後の厚さを１０μｍとした以外は、実施例１と同様に実験を行った。窒化ガリウム側と、サファイア側の両方を研磨して得られた４４５μｍの厚さの複合基板の反りは、前記同様に凸形状であり、室温にて、＋４０μｍであった。
　実施例１と同様にＬＥＤ構造を成膜し、発光波長の面内分布を測定したところ、４６０±５ｎｍの範囲であった。また、ウェハーの約７割の面積は４６０±２．５ｎｍの範囲に入っていた。
（実施例３）
　窒化ガリウム結晶の研磨後の厚さを１３μｍとした以外は、実施例１と同様に実験を行った。窒化ガリウム側と、サファイア側の両方を研磨して得られた４４８μｍの厚さの複合基板の反りは、前記同様に凸形状であり、室温にて、＋７０μｍであった。
　実施例１と同様にＬＥＤ構造を成膜し、発光波長の面内分布を測定したところ、４６０±５ｎｍの範囲であった。また、ウェハーの約８割の面積は４６０±２．５ｎｍの範囲に入っていた。
（実施例４）
　サファイア面をダイヤモンドスラリーによるラッピングした後の酸性やアルカリ性のＣＭＰスラリー（コロイダルシリカ）を用いてポリッシュする工程を省いた以外は、実施例１と同様に実験した。ダイヤモンドスラリーの平均粒径は、１０μｍを用いた後に２μｍを用いるという２段階にしたところ、実施例１と同様に、サファイア面は半鏡面であった。窒化ガリウム結晶の研磨後の厚さを１５μｍとした。
　窒化ガリウム側と、サファイア側の両方を研磨して得られた４５０μｍの厚さの複合基板の反りは、前記同様に凸形状であり、室温にて、＋５０μｍであった。実施例１と同様にＬＥＤ構造を成膜し、発光波長の面内分布を測定したところ、４６０±５ｎｍの範囲であった。また、ウェハーの約８割の面積は４６０±２．５ｎｍの範囲に入っていた。
（実施例５）
　実施例１と同様に、複合基板を作製した。その後で、さらに、複合基板の底面１ｃにＳｉＯ２膜をプラズマＣＶＤにて成膜した。ＳｉＯ２膜の厚さは5ミクロンとした。すなわち、複合基板の厚さは４５５ミクロンとなった。複合基板の室温での反りは前記同様に凸形状であり、＋４０μｍであり、ＳｉＯ２成膜前と比べて４０μｍ小さくなっていた。
　実施例１と同様に複合基板上にＬＥＤ構造を成膜し、発光波長の面内分布を測定したところ、４６０±５ｎｍの範囲であった。また、ウェハーの約９割の面積は４６０±２．５ｎｍの範囲に入っていた。すなわち、面内均一性が実施例１よりも少し改善された。
（実施例６）
　窒化ガリウム結晶の研磨後の厚さを２５μｍとし、複合基板の底面１ｃ上のＳｉＯ２膜厚を１０ミクロンとした以外は、実施例５と同様に実験を行った。すなわち、複合基板の厚さは、４７０ミクロンとなった。室温での反りは前記同様に凸形状であり、＋８０μｍであり、ＳｉＯ２成膜前と比べて８０μｍ小さくなっていた。　
　カソードルミネッセンス装置により、この複合基板の表面の液相法窒化ガリウム膜のダークスポット密度を測定したところ、約８×１０６／ｃｍ２であり実施例１よりも転位密度が少なくなっていた。
　実施例１と同様に複合基板上にＬＥＤ構造を成膜し、発光波長の面内分布を測定したところ、４６０±５ｎｍの範囲であった。また、ウェハーの約８割の面積は４６０±２．５ｎｍの範囲に入っていた。１ｍｍ角チップに切り出し、１Ａの電流で駆動したところ、８０％と高い内部量子効率が得られた。このときの電流密度は、１００Ａ／ｃｍ２であった。すなわち、実施例１よりも大電流かつ大電流密度でLEDを駆動することができた。
（比較例１）
　ダイヤモンドスラリーの平均粒径を実施例１とは変えた以外は、実施例１と同様に実験した。固定砥粒の砥石による研削（グラインディング）によってサファイアを面だしした後、平均粒径１５μｍのダイヤモンドスラリーなどの遊離砥粒を用いて研磨（ラッピング）し、その後、酸性やアルカリ性のＣＭＰスラリー（コロイダルシリカ）を用いて半鏡面とした。窒化ガリウム結晶の研磨後の厚さは１０μｍとした。
　窒化ガリウム側と、サファイア側の両方を研磨して得られた４４５μｍの厚さの複合基板の反りは、前記同様に凸形状であり、室温にて、＋３０μｍであった。
　実施例１と同様にＬＥＤ構造を成膜し、発光波長の面内分布を測定したところ、４６０±１０ｎｍの範囲であり、発光波長分布が約２倍に大きくなった。また、４６０±２．５ｎｍの範囲に入っていた面積の割合は、約４割と狭かった。
（比較例２）
　酸性やアルカリ性のＣＭＰスラリー（コロイダルシリカ）を用いてサファイア面を鏡面とした以外は、実施例１と同様に実験した。窒化ガリウム結晶の研磨後の厚さは１５μｍとした。窒化ガリウム側と、サファイア側の両方を研磨して得られた４５０μｍの厚さの複合基板の反りは、前記同様に凸形状であり、室温にて、＋１００μｍであった。
　実施例１と同様にＬＥＤ構造を成膜し、発光波長の面内分布を測定したところ、４６０±８ｎｍの範囲であり、発光波長分布が約２倍に大きくなった。また、４６０±２．５ｎｍの範囲に入っていた面積の割合は、約５割と狭かった。

Claims (7)

  1. 　サファイア基板、および前記サファイア基板上に設けられた窒化ガリウム結晶層を備える複合基板であって、
    　前記複合基板の反りが５．０８ｃｍ当たり、＋４０μｍ以上、＋８０μｍ以下であることを特徴とする、複合基板。
  2. 　前記窒化ガリウム結晶層の表面が鏡面であり、前記サファイア基板の底面が半鏡面であることを特徴とする、請求項１記載の複合基板。
  3. 　前記複合基板が円板状であり、前記複合基板の寸法が、直径φ５０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１または２記載の複合基板。
  4. 　前記サファイア基板の底面に形成された耐熱性材料からなる膜を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。
  5. 　前記窒化ガリウム結晶層がフラックス法によって窒素含有雰囲気下に融液から育成されたことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。
  6. 　請求項１～５のいずれか一つの請求項に記載の複合基板、および前記窒化ガリウム結晶層上に気相法によって形成された１３族元素窒化物からなる機能層を備えていることを特徴とする、機能素子。
  7. 　前記機能層が発光機能を有することを特徴とする、請求項６記載の機能素子。

     
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