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公開番号2025064299
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-17
出願番号2023173936
出願日2023-10-05
発明の名称種結晶基板および種結晶基板付黒鉛サセプタ
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20250410BHJP(結晶成長)
要約【課題】基板表面の温度制御性の高い種結晶基板を提供する。
【解決手段】種結晶基板は、表面にGaN種結晶を有する基板と、基板の裏面に形成される密着層と、密着層を覆う炭素膜とを備え、基板は、GaN単結晶基板またはGaN膜付サファイア基板からなり、密着層は、Siを含む。
これにより、種結晶基板は、裏面側に赤外放射率の高い炭素膜が配されることになり、低圧条件下においても輻射による放熱を十分に確保できる。
このため、基板表面の温度の制御性を高めることができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
表面にＧａＮ種結晶を有する基板と、
前記基板の裏面に形成される密着層と、
前記密着層を覆う炭素膜と
を備え、
前記基板は、ＧａＮ単結晶基板またはＧａＮ膜付サファイア基板からなり、
前記密着層は、Ｓｉを含む
種結晶基板。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記密着層は、厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である請求項１に記載の種結晶基板。
【請求項３】
前記炭素被膜は、厚さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１に記載の種結晶基板。
【請求項４】
前記炭素被膜の裏面側に配される膨張黒鉛シートと、
前記炭素被膜と前記膨張黒鉛シートとを接合する接合層と
をさらに備える請求項１～３のいずれか１項に記載の種結晶基板。
【請求項５】
前記接合層は、
黒鉛粒子と、
前記黒鉛粒子間に介在する炭素層と
を備える請求項４に記載の種結晶基板。
【請求項６】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の種結晶基板と、
前記種結晶基板の裏面側に配される黒鉛サセプタと、
前記種結晶基板を前記黒鉛サセプタに固定する固定層と
を備え、
前記基板と前記黒鉛サセプタとの平均熱膨張係数の差の絶対値が０．５×１０
－６
Ｋ
－１
以下である
種結晶基板付黒鉛サセプタ。
【請求項７】
前記固定層は、
黒鉛粒子と、
前記黒鉛粒子間に介在する炭素層と
を備える請求項６に記載の種結晶基板付黒鉛サセプタ。
【請求項８】
請求項４に記載の種結晶基板と、
前記種結晶基板の裏面側に配される黒鉛サセプタと、
前記種結晶基板を前記黒鉛サセプタに固定する固定層と
を備える種結晶基板付黒鉛サセプタ。
【請求項９】
前記基板と前記黒鉛サセプタとの平均熱膨張係数の差の絶対値が０．５×１０
－６
Ｋ
－１
以下である請求項８に記載の種結晶基板付黒鉛サセプタ。
【請求項１０】
前記固定層は、
黒鉛粒子と、
前記黒鉛粒子間に介在する炭素層と
を備える請求項８に記載の種結晶基板付黒鉛サセプタ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、種結晶基板および種結晶基板付黒鉛サセプタに関し、さらに詳しくは、表面にＧａＮ種結晶を有する種結晶基板および表面にＧａＮ種結晶を有する種結晶基板付黒鉛サセプタに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、ＧａＮ（窒化ガリウム）は、ＬＥＤ、レーザー等の光デバイスを中心に広く利用されている。また、ＧａＮは、ワイドギャップ半導体（バンドギャップ：３．３９ｅＶ）であり、絶縁電界破壊強度が高く、ドリフト層を薄くすることができオン抵抗を下げることが可能なため、光デバイスばかりではなくパワーデバイスへの応用も期待されている。
【０００３】
ＧａＮの結晶成長には、いくつかの手法が知られている。例えば、比較的膜厚の薄い数μｍ程度までの結晶成長には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法が用いられている。一方、膜厚が１０μｍを超える自立基板の結晶成長には、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法が用いられている。
【０００４】
結晶成長レートが高く（≒１００μｍ／ｈ）、自立基板作成に適しているＨＶＰＥ法であるが、反応容器である石英からのオートドープにより、成長結晶中にＯ不純物が不可避的に混入してしまう。Ｏ不純物は、ＧａＮ結晶中ではドナーとして働くため、ＧａＮ単結晶の品質としては問題があった。
【０００５】
そこで、高品質、大口径、低コストのＧａＮ自立基板作成用の結晶成長法として非特許文献１に記載のハロゲンフリー気相成長（ＨＦ－ＶＰＥ）法が提案されている。
非特許文献１には、
（１）溶融Ｇａを保持し、高温に保たれる坩堝と、
（２）ＮＨ
３
ガス供給源と、
（３）表面にＧａＮ種結晶を有し、坩堝に対向する種結晶基板と
を備える構成が開示されている。
同文献１には、ＨＦ－ＶＰＥ法では結晶成長レートが高く（＞１００μｍ／ｈ）、結晶成長レートの安定性も高いことが開示されている。
【０００６】
しかし、非特許文献１におけるＨＦ－ＶＰＥ法では、低圧条件下（＜１０ｋＰａ）での結晶成長であるため、気体の熱伝導に頼ることができず基板の放熱が滞ることがあった。これは、基板をＧａＮ単結晶基板またはＧａＮ膜付サファイア基板とした場合に基板裏面側の赤外放射率εが著しく小さい（ε＝０２～０．４）ことに起因している。即ち、基板の放熱を輻射に頼らざるを得ない状況下において、上記基板では赤外放射率εが低いため過度に熱がこもりやすくなっていることになる。
【０００７】
このため、基板がオーバーヒートし、基板表面温度が安定しないことがあった。
そこで、種結晶基板を黒鉛サセプタ等の他部材に接触させ、他部材に熱伝導させることで放熱させる対策が考えられるが、低圧条件下においては、単に他部材と接触させるだけでは十分な放熱効果は得られない。
基板表面温度の変動は、結晶成長レート、結晶成長レートの安定性を阻害するものであるため、基板の表面温度の制御に関してはより一層の改善が必要である。
【０００８】
そこで、以下に示すような種々の提案がなされている。
特許文献１には、
（１）表面に種結晶を有するＳｉＣ基板と、
（２）ＳｉＣ基板の裏面に形成される炭素膜と、
（３）炭素膜と、炭素膜の裏面側に配される支持部との間に介挿されＳｉＣ基板を支持部に固定する炭素系接着剤由来の炭素固定層と
を備える種結晶基板付支持部が開示されている。
【０００９】
特許文献２には、
（１）表面に種結晶を有するＳｉＣ基板と、
（２）ＳｉＣ基板の裏面と支持部との間に介挿され、ＳｉＣ基板を支持部に固定するポリカルボシラン系接着剤由来のＳｉＣ固定層と
を備える種結晶基板付支持部が開示されている。
【００１０】
ここで、非特許文献１の基板と他部材とを特許文献１に記載の炭素系接着剤で接合することで基板の放熱を改善できるとの意見があるかもしれない。しかし、表面にＧａＮ種結晶を有する基板としては、一般的にサファイア基板、または、ＧａＮ単結晶基板があるが、ともに炭素膜に対する密着性が非常に悪い。このことは、炭素系接着剤であっても同様であり、サファイア基板、および、ＧａＮ単結晶基板を炭素系接着剤によって他部材と接合することは困難である。
（【００１１】以降は省略されています）

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