CN104995713A - Iii族氮化物复合衬底及其制造方法,层叠的iii族氮化物复合衬底,以及iii族氮化物半导体器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种III族氮化物复合衬底(1)，其具有75mm以上直径，包括彼此接合的支撑衬底(11)以及具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜(13)。III族氮化物膜(13)的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下，且III族氮化物膜(13)的主面(13m)和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下。因此，提供一种低成本且大直径的III族氮化物复合衬底，一种制造III族氮化物复合衬底的方法，一种层叠的III族氮化物复合衬底，以及一种III族氮化物半导体器件及其制造方法，所述III族氮化物复合衬底具有具备小厚度、小厚度变化以及高结晶质量的III族氮化物膜且由此降低半导体器件的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及III族氮化物复合衬底及其制造方法，层叠的III族氮化物复合衬底，以及III族氮化物半导体器件及其制造方法。
背景技术
诸如GaN的III族氮化物具有优越的半导体特性且因此用作适用于半导体器件的材料。此外，例如对于诸如发光器件和电子器件的不同类型的半导体器件，诸如GaN的III族氮化物具有不同于Si,GaAs,SiC等的优良的材料特性，且因此可用于各种器件。
例如，日本专利公布No.2009-126722(PTD 1)公开了一种用作用于半导体器件的衬底的自支撑III族氮化物衬底。该自支撑III族氮化物衬底具有25mm以上且160mm以下的直径以及100μm以上且1000μm以下的厚度。作为其一个具体实例，其公开了一种具有100mm直径且400μm厚度的自支撑GaN衬底。
日本专利公布No.2008-010766(PTD 2)公开了一种用作用于制造半导体器件的衬底的GaN薄膜接合衬底。该GaN薄膜接合衬底包括化学组成不同于GaN的异质衬底，以及具有0.1μm以上且100μm以下厚度并接合至异质衬底的GaN薄膜。作为其一个具体实例，其公开了这样一种GaN薄膜接合衬底，其具有50.8mm直径，并包括蓝宝石衬底以及具有0.1μm或100μm厚度并接合至蓝宝石衬底的GaN薄膜。
日本专利公布No.2010-182936(PTD 3)公开了一种用作用于半导体器件的衬底的复合衬底。该复合衬底包括支撑衬底、氮化物半导体层以及设置在支撑衬底和氮化物半导体层之间的连接层。作为其一个具体实例，其公开了一种具有50.8mm直径并包括蓝宝石衬底、GaN层以及通过在衬底和GaN层之间压装而形成的连接层的复合衬底，其中GaN层具有5μm至220μm的厚度。
引证文献列表
专利文献
PTD 1:日本专利公布No.2009-126722
PTD 2:日本专利公布No.2008-010766
PTD 3:日本专利公布No.2010-182936
发明内容
技术问题
日本专利公布No.2009-126722(PTD 1)中公开的自支撑III族氮化物衬底涉及的问题是，衬底以高成本制造且因此非常昂贵，且衬底可能裂纹，导致难以增大衬底直径并减小其厚度。此外，需要在形成半导体器件时减小自支撑III族氮化物衬底的厚度，这伴随着由于诸如自支撑III族氮化物衬底的背面(与在其上形成用于执行器件功能的III族氮化物层的主面相反的主面，且以下也适用该背面的这种定义)的研磨的工艺步骤而造成的制造成本增加的问题。
对于日本专利公布No.2008-010766(PTD 2)中公开的具有0.1μm厚度的GaN薄膜的GaN薄膜接合衬底来说，执行离子注入以形成GaN薄膜，但是其涉及离子注入会劣化GaN薄膜的结晶质量的问题。特别地，其中具有约0.1μm的小的厚度的GaN薄膜的GaN薄膜接合衬底涉及GaN薄膜的厚度在主面中的变化(即差异)较大的问题。此外，为了提高将要形成的半导体器件的特性，GaN薄膜的厚度优选为10μm以上。但是，GaN薄膜厚度的增大涉及离子从主面注入的深度变化增大的问题，因此，在最终的GaN薄膜复合衬底中会增大主面中的GaN薄膜厚度的变化。而且，其直径增大的GaN薄膜复合衬底涉及主面中的GaN薄膜的厚度的变化会进一步增大的问题。
对于日本专利公布No.2008-010766(PTD 2)中公开的具有100μm厚度的GaN薄膜的GaN薄膜接合衬底以及日本专利公布No.2010-182936(PTD 3)中公开的具有5μm至22μm厚度的GaN层的复合衬底来说，这些衬底都具有约50.8mm的直径。但是，直径的增大涉及在主面中的GaN薄膜或GaN层的厚度的变化增大的问题。
在主面中的GaN薄膜或GaN层的厚度的变化大的这种GaN薄膜接合衬底或复合衬底涉及难以在GaN薄膜或GaN层的主面上生长高结晶质量的半导体层以及难以提高由此获得的半导体器件的良率的问题。
本发明的目的是解决上述问题并提供一种低成本且大直径的III族氮化物复合衬底、一种制造III族氮化物复合衬底的方法、一种层叠的III族氮化物复合衬底、以及一种III族氮化物半导体器件及其制造方法，所述III族氮化物复合衬底具有小厚度、小的厚度变化以及高结晶质量的III族氮化物膜，且由此降低半导体器件的制造成本。
问题的解决手段
根据一个方面，本发明是一种III族氮化物复合衬底，其具有75mm以上直径，其包括彼此接合的支撑衬底以及具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜，III族氮化物膜的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下，且III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下。
对于根据本发明的本方面的III族氮化物复合衬底来说，III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的平均值mIII-N可以是0.4nm以上且10nm以下，且III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与其平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N可以是0.008以上且0.5以下。此外，III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面的翘曲WIII-N与III族氮化物复合衬底的直径D的比率WIII-N/D为-7×10-4以上且8×10-4以下。此外，III族氮化物膜的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底的热膨胀系数αs的比率αIII-N/αS为0.75以上且1.25以下，且III族氮化物膜的厚度tIII-N与支撑衬底的厚度ts的比率tIII-N/tS是1×10-4以上且2×10-2以下。此外，III族氮化物膜的主面的杂质金属原子为1×1013原子/cm2以下。此外，支撑衬底可具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率λS。此外，支撑衬底可具有150GPa以上且500GPa以下的杨氏模量Es。此外，III族氮化物复合衬底可具有100mm以上的直径。
根据另一方面，本发明是一种包括根据上述方面的III族氮化物复合衬底的层叠的III族氮化物复合衬底，且至少一个III族氮化物层设置在III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上。
根据又一方面，本发明是一种包括根据上述方面的III族氮化物复合衬底中的III族氮化物膜的III族氮化物半导体器件，且至少一个III族氮化物层设置在III族氮化物膜上。
根据又一方面，本发明是一种制造根据上述方面的III族氮化物复合衬底的方法，包括如下步骤：
通过将III族氮化物膜设置在支撑衬底的主面侧上而形成III族氮化物复合衬底；以及
在形成III族氮化物复合衬底的步骤之后，通过在III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上执行抛光和蚀刻中的至少一项而调整III族氮化物膜的厚度以及在III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角。
根据又一方面，本发明是一种制造III族氮化物半导体器件的方法，包括如下步骤：
准备根据上述方面的III族氮化物复合衬底；以及
在III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上生长至少一个III族氮化物层。
根据本发明上述方面的制造III族氮化物半导体器件的方法还包括在生长III族氮化物层的步骤之后从III族氮化物复合衬底移除支撑衬底的步骤。其还包括在生长III族氮化物层的步骤之后且移除支撑衬底的步骤之前将器件支撑衬底接合到III族氮化物层之上的步骤。
发明的有益效果
根据本发明，能够提供具有低成本且大直径的III族氮化物复合衬底，制造该III族氮化物复合衬底的方法，层叠的III族氮化物复合衬底，以及III族氮化物半导体器件及其制造方法，所述III族氮化物复合衬底具备小厚度、小的厚度变化以及高结晶质量的III族氮化物膜并且由此降低半导体器件的制造成本。
附图说明
图1是示出根据本发明和参考发明I的III族氮化物复合衬底的一个实例的截面示意图。
图2是示出在III族氮化物复合衬底中进行的物理性质测量的测量点的平面示意图。
图3是示出根据本发明和参考发明I的层叠的III族氮化物复合衬底的一个实例的截面示意图。
图4是示出根据本发明和参考发明I的III族氮化物半导体器件的一个实例的截面示意图。
图5是示出根据本发明和参考发明I的III族氮化物半导体器件的另一实例的截面示意图。
图6是示出根据本发明和参考发明I的III族氮化物半导体器件的又一实例的截面示意图。
图7是示出根据本发明和参考发明I的制造III族氮化物复合衬底的方法的一个实例的截面示意图。
图8是示出根据本发明和参考发明I的制造III族氮化物复合衬底的方法的另一实例的截面示意图。
图9是示出根据本发明和参考发明I的制造III族氮化物复合衬底的方法的再又一实例的截面示意图。
图10是示出根据本发明和参考发明I的制造III族氮化物复合衬底的方法的又一实例的截面示意图。
图11是示出根据本发明和参考发明I的制造III族氮化物复合衬底的方法的又一实例的截面示意图。
图12是示出根据本发明和参考发明I的制造III族氮化物半导体器件的方法的一个实例的截面示意图。
图13是示出根据参考发明II的III族氮化物复合衬底的一个实例的截面示意图。
图14是示出根据参考发明II的层叠的III族氮化物复合衬底的一个实例的截面示意图。
图15是示出根据参考发明II的III族氮化物半导体器件的一个实例的截面示意图。
图16是示出根据参考发明II的III族氮化物半导体器件的一个实例的截面示意图。
图17是示出根据参考发明II的制造III族氮化物复合衬底的方法的一个实例的截面示意图。
图18是示出根据参考发明II的制造III族氮化物复合衬底的方法的一个实例的截面示意图。
图19是示出根据参考发明II的制造III族氮化物复合衬底的方法的一个实例的截面示意图。
图20是示出根据参考发明II的制造III族氮化物复合衬底的方法的一个实例的截面示意图。
图21是示出根据参考发明II的制造III族氮化物半导体器件的方法的一个实例的截面示意图。
图22是示出根据参考发明II的制造III族氮化物半导体器件的方法的一个实例的截面示意图。
具体实施方式
[第一实施例：III族氮化物复合衬底]
参考图1，本发明的一个实施例的III族氮化物复合衬底1是具有75mm以上直径的III族氮化物复合衬底1，包括彼此接合的支撑衬底11和具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜13，III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下，且III族氮化物膜13的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下。
本实施例的III族氮化物复合衬底1具有75mm以上的直径，接合至复合衬底的支撑衬底11上的III族氮化物膜13具有50nm以上且小于10μm的厚度，III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下，且III族氮化物膜13的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下。因此，在III族氮化物膜13上，可生长具有大直径和高结晶质量的至少一个III族氮化物层，且因此，可以高良率获得具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
对于III族氮化物复合衬底来说，TTV(总厚度变化，其为用于评估晶圆平坦性的一个度量，且为在衬底的整个表面中的、从用作参考平面的衬底的背面起在厚度方向上测量的高度中的最大值和最小值之间的差)以及表现整个衬底形状的翘曲被理解为重要的物理性质。对于本申请来说，进一步发现III族氮化物复合衬底中的III族氮化物膜的厚度变化(具体为III族氮化物膜的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt)以及III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的变化(具体为III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo)可进一步分别设定在上述表示的范围内，从而由此在III族氮化物膜13上生长具有大直径以及高结晶质量的至少一个III族氮化物层，且因此以高良率获得具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
参考图1，在不特别限制在III族氮化物复合衬底1中的彼此接合的支撑衬底11和III族氮化物膜13的形式的情况下，优选地是在其间插入连接膜12以便增加连接强度。
<III族氮化物复合衬底的直径>
为了从一个复合衬底制造更多的半导体器件芯片，III族氮化物复合衬底1的直径是75mm以上，且优选是100mm以上，更优选是125mm以上，且更加优选是150mm以上。同时，为了减小复合衬底的翘曲并提高半导体器件良率，III族氮化物复合衬底1的直径优选是300mm以下，且更优选是200mm以下。
<III族氮化物膜的厚度>
参考图1和2，本实施例中的III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13具有50nm以上且小于10μm的厚度。这里，III族氮化物膜13的厚度是指在图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点测量的平均厚度。图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的这13个测量点P，无论III族氮化物膜的直径幅度如何，都由以下构成：一个中心点PC；分别位于相对于中心点PC的彼此正交的四个方向上的四个外部点PO，外部点各位于从外边缘向内5mm的位置；以及八个中间点PM，其包括各位于所述一个中心点PC和所述四个外部点PO中的一个之间的四个中间点，以及各位于所述四个外部点PO中的两个之间的四个中间点。可通过反射光谱法测量III族氮化物膜13的厚度。
为了生长具有高结晶质量的III族氮化物层，III族氮化物膜13的厚度需要为50nm以上，优选是80nm以上，更优选是100nm以上，且更优选是120nm以上，且特别优选是150nm以上。为了显著降低III族氮化物复合衬底1的材料成本，III族氮化物膜13的厚度需要为小于10μm，优选是5μm以下，更优选是1μm以下，且更优选是500nm以下，且特别优选是250nm以下。
<III族氮化物膜的厚度的标准偏差与其厚度的平均值的比率>
参考图1和2，对于本实施例的III族氮化物复合衬底1来说，III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下。为了在III族氮化物膜13的主面13m上生长具有高结晶质量的III族氮化物层，比率st/mt需要为0.5以下，优选是0.4以下，更优选是0.3以下且更优选是0.2以下。为了降低III族氮化物膜13的主面13m的表面处理成本，比率st/mt也需要为0.01以上，优选是0.02以上，更优选是0.03以上，且更优选是0.05以上。
这里，III族氮化物膜13的厚度的平均值mt和标准偏差st分别是各从图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点测量的厚度所计算出的平均值和标准偏差。如上所述，图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点P由一个中心点PC、四个外部点PO以及八个中间点PM构成。这里的标准偏差是指均方差的正平方根。
对于包括具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜的III族氮化物复合衬底1来说，为了具有0.01以上且0.5以下的比率st/mt，适于在特殊工序以及条件下，在III族氮化物膜13的主面13m上执行抛光和蚀刻中的至少一项，如本文下文所述。
<III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差与偏离角的绝对值的平均值之间的比率>
参考图1，对于本实施例的III族氮化物复合衬底1来说，III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角(偏离的角度)的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下。为了在III族氮化物膜13的主面13m上生长具有高结晶质量的III族氮化物层，比率so/mo需要为0.6以下，优选0.5是以下，更优选0.4以下且再更优选是0.2以下。为了降低III族氮化物膜13的主面13m的表面处理成本，比率so/mo需要为0.005以上，优选0.008以上，且更优选0.02以上。
这里，III族氮化物膜13的主面13m的偏离角的平均值mo和标准偏差so分别是各从图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点测量的偏离角计算的平均值和标准偏差。如上所述，图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点P由一个中心点PC、四个外部点PO以及八个中间点PM构成。如上所述，这里的标准偏差是指均方差的正平方根。
对于包括具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜的III族氮化物复合衬底1来说，为了具有0.005以上且0.6以下的比率so/mo，适于在特殊工序以及条件下，在III族氮化物膜13的主面13m上执行抛光和蚀刻中的至少一项，如本文下文所述。
<III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的平均值和标准偏差与平均值的比率>
参考图1和2，对于本实施例的III族氮化物复合衬底1来说，III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N优选是0.4nm以上且10nm以下，且III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与其平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N优选是0.008以上且0.5以下。
对于III族氮化物膜13侧主面13m来说，其为III族氮化物复合衬底1的正面，为了在这个主面上生长具有高结晶质量的均匀的III族氮化物层，均方根粗糙度的平均值mIII-N优选是10nm以下，更优选是5nm以下，且再更加优选是3nm以下，且均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N优选是0.5以下，更优选0.4是以下，且再更加优选是0.2以下。
此外，对于III族氮化物膜13侧主面13m来说，其为III族氮化物复合衬底1的正面，为了降低这个主面13m的表面处理成本，均方根粗糙度的平均值mIII-N优选是0.4nm以上，更优选是1nm以上，且再更加优选是1.5nm以上，且均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N优选是0.008以上，更优选是0.02以上，且再更加优选是0.05以上。
这里，参考图2，III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N和标准偏差sIII-N分别是各从III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点测量的均方根粗糙度计算的平均值和标准偏差。如上所述，图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点P由一个中心点PC、四个外部点PO以及八个中间点PM构成。如上所述，这里的标准偏差是指均方差的正平方根。
此外，图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点P处测量的均方根粗糙度是指从参考平面至这些点的距离的相应平方的平均值的的正平方根，通过在以测量点P位于中心的具有85μm×85μm尺寸的测量区域中来从各个点对其进行计算，并通过AFM(原子力显微镜)，光学干涉测量粗糙度测试仪，激光显微镜，触针基粗糙度计等进行测量。
应当注意到，如本文下文所述，当在III族氮化物膜13的主面13m上执行抛光和蚀刻中至少一项时，III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N和标准偏差sIII-N可借助抛光条件和/或蚀刻条件进行调整。
<III族氮化物膜侧的翘曲与直径的比率>
参考图1，对于本实施例的III族氮化物复合衬底1来说，III族氮化物膜13侧主面13m的翘曲WIII-N与直径D的比率WIII-N/D优选是-7×10-4以上且8×10-4以下，更优选是-4×10-4以上且5×10-4以下，再更优选是-2.5×10-4以上且3×10-4以下，且特别优选-1×10-4以上且1.5×10-4以下。对于翘曲WIII-N和比率WIII-N/D的符号来说，这里以+(正)号表示III族氮化物膜13侧主面13m的凹陷翘曲，且这里以－(负)号表示III族氮化物膜13侧主面的凸起翘曲。如果III族氮化物膜13侧主面13m的翘曲WIII-N与III族氮化物复合衬底1的直径D的比率WIII-N/D优选是-7×10-4以上且8×10-4以下，更优选是-4×10-4以上且5×10-4以下，再更优选是-2.5×10-4以上且3×10-4以下，且特别优选-1×10-4以上且1.5×10-4以下的这样小的值，则具有高结晶质量的III族氮化物层可生长在III族氮化物膜13侧主面13m上，且因此，可以高良率制造具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
<III族氮化物膜的热膨胀系数与支撑衬底的热膨胀系数的比率>
参考图1，对于本实施例中的III族氮化物复合衬底1来说，为了抑制III族氮化物复合衬底1以及生长在III族氮化物膜13的主面13m上的III族氮化物层的翘曲和裂纹且由此提高III族氮化物半导体器件的良率，III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS优选为0.75以上且1.25以下，更优选为0.85以上且1.15以下，且再更优选为0.95以上且1.05以下。这里，支撑衬底11的热膨胀系数αS和III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N可借助热力学分析设备进行测量。
<III族氮化物膜的厚度与支撑衬底的厚度的比率>
参考图1，对于本实施例中的III族氮化物复合衬底1来说，为了抑制III族氮化物复合衬底1以及生长在III族氮化物膜13的主面13m上的III族氮化物层的翘曲和裂纹且由此提高III族氮化物半导体器件的良率，III族氮化物膜13的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS优选1×10-4以上且2×10-2以下，更优选为2×10-4以上且2×10-3以下，且再更优选为5×10-4以上且1×10-3以下。这里，支撑衬底11的厚度tS和III族氮化物膜13的厚度tIII-N可通过借助光学显微镜和/或SEM对膜的截面进行观察，反射光谱法，数字指示器等而进行测量。
因此，为了抑制III族氮化物复合衬底1以及生长在复合衬底的III族氮化物膜13上的III族氮化物层的翘曲和裂纹且由此提高III族氮化物半导体器件的良率，III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS优选为0.75以上且1.25以下，且III族氮化物膜的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS优选为1×10-4以上且2×10-2以下，更优选比率αIII-N/αS为0.85以上且1.15以下且比率tIII-N/tS为2×10-4以上且2×10-3以下，且再更优选比率αIII-N/αS为0.95以上且1.05以下且比率tIII-N/tS为5×10-4以上且1×10-3以下。
<III族氮化物膜的主面的杂质金属原子>
参考图1和2，为了提高生长在III族氮化物膜13的主面13m上的III族氮化物层的结晶质量并提高将要形成的半导体器件的特性，III族氮化物膜13的主面13m的杂质金属原子优选为1×1013原子/cm2以下，更优选为3×1012原子/cm2以下，再更优选1×1012原子/cm2以下且特别优选1×1011原子/cm2以下。这里，可通过TXRF(全反射X射线荧光)方法测量III族氮化物膜13的主面13m的杂质金属原子。
这里，没有特别限制为了降低III族氮化物复合衬底1中的III族氮化物膜13的主面13m的杂质金属原子的浓度的清洗方法。在III族氮化物复合衬底包括莫来石(3Al2O3·2SiO2-2Al2O3·SiO2)、莫来石-YSZ(钇稳定化氧化锆)、尖晶石(MgAl2O4)、Al2O3-SiO2-基复合氧化物的烧结体等的衬底作为支撑衬底11的情况下，优选的是用于抑制金属原子从支撑衬底11洗提的清洗，例如借助表面活性剂和纯水的擦洗清洗，双流体清洁，或兆声清洁(借助500kHz至5MHz的超声频率范围内的超声波的清洗)，以及诸如借助低浓度酸和/或碱的片材馈送清洗的单面清洗(单面是III族氮化物膜13的主面13m)。
III族氮化物膜13的主面13m中的杂质金属原子之外的杂质可以是优选为2×1014原子/cm2以下的Cl原子，以及优选为9×1013原子/cm2以下的Si原子，以便提高要被生长在III族氮化物膜13上的III族氮化物层的结晶质量并提高将要形成的半导体器件的特性。这里，可通过TXRF方法测量III族氮化物膜13的主面13m的杂质金属原子之外的杂质的浓度。
<支撑衬底的热导率>
参考图1，对于本实施例的III族氮化物复合衬底1来说，支撑衬底11的热导率λS优选为3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下，更优选为5W·m-1·K-1以上且210W·m-1·K-1以下，且再更优选为10W·m-1·K-1以上且120W·m-1·K-1以下。这里，可通过激光闪光法测量支撑衬底11的热导率λS。具有优选为3W·m-1·K-1以上，更优选为5W·m-1·K-1以上，且再更优选为10W·m-1·K-1以上的热导率λS的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在III族氮化物层生长时有效地将热量从支撑III族氮化物复合衬底1的基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的主面13m。具有优选为280W·m-1·K-1以下，更优选为210W·m-1·K-1以下，且再更优选为120W·m-1·K-1以下，且特别优选50W·m-1·K-1以下的热导率λS的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在III族氮化物层生长时均匀地将热量从基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的整个主面。与具有约300W·m-1·K-1的热导率λS的SiC衬底用作支撑衬底的情况相比，具有280W·m-1·K-1以下的热导率λS的支撑衬底11可在III族氮化物层生长时更均匀地将热量从基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的整个主面。
<支撑衬底的杨氏模量>
对于本实施例的III族氮化物复合衬底1来说，支撑衬底11具有优选为150GPa以上且500GPa以下，且更优选为200GPa以上且350GPa以下的杨氏模量ES。这里，可通过谐振方法测量支撑衬底11的杨氏模量ES。具有优选为150GPa以上且更优选为200GPa以上的杨氏模量ES的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在当通过在复合衬底上生长III族氮化物层而形成III族氮化物半导体器件时抑制III族氮化物复合衬底1和/或III族氮化物层的翘曲的发生。具有优选为500GPa以下且更优选为350GPa以下的杨氏模量ES的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在当通过在复合衬底上生长III族氮化物层而形成III族氮化物半导体器件时抑制III族氮化物复合衬底1和/或III族氮化物层的翘曲和/或裂纹的发生。
<支撑衬底>
本实施例的III族氮化物复合衬底1中包括的支撑衬底11没有特别限定，只要支撑衬底11可支撑III族氮化物膜13即可。但是，为了降低昂贵的III族氮化物的使用量以由此降低成本，支撑衬底优选为异质组成衬底，其化学组成不同于III族氮化物。
如上所述，对于本实施例的III族氮化物复合衬底1来说，III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αs的比率αIII-N/αS优选为0.75以上且1.25以下。此外，支撑衬底11优选具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率λS，且支撑衬底11优选具有150GPa以上且500GPa以下的杨氏模量ES。
虽然没有特别限制支撑衬底11，但是满足上述特性中至少任一的支撑衬底11是优选的。例如，支撑衬底11优选是由莫来石(3Al2O3·2SiO2-2Al2O3·SiO2)形成的衬底，莫来石-YSZ(钇稳定化氧化锆)形成的衬底，由尖晶石(MgAl2O4)形成的衬底，由Al2O3-SiO2-基复合氧化物的烧结体形成的衬底，以及各由对它们添加了氧化物，碳酸盐等的烧结体分别形成的衬底，钼(Mo)衬底，钨(W)衬底等等。这里，氧化物和碳酸盐中包含的优选元素为Ca,Mg,Sr,Ba,Al,Sc,Y,Ce,Pr,Si,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn等。
支撑衬底11可包括单晶，多晶和非晶材料中任一种。其优选包括多晶，因为在将要形成半导体器件时通过研磨和/或蚀刻移除支撑衬底11较容易，且可保持用于抑制翘曲和/或裂纹的强度。
<连接膜>
参考图1，没有特别限制本实施例的III族氮化物复合衬底1中可能包括的连接膜12，只要连接膜可将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此连接即可。但是，连接膜12优选是SiO2膜、Si3N4膜、TiO2膜、Ga2O3膜等，因为这些薄膜具有将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此连接的高连接能力。
<III族氮化物膜>
参考图1，本实施例的III族氮化物膜13是由III族氮化物形成的膜，具体为诸如GaN膜，AlN膜等的InxAlyGa1-x-yN膜(0≤x,0≤y,x+y≤1)。
如上所述，III族氮化物膜13的厚度需要为50nm以上，优选为80nm以上，更优选为100nm以上，再更优选为120nm以上，且特别优选150nm以上。同时，如上所述，为了显著降低III族氮化物的使用量，III族氮化物膜13的厚度需要为小于10μm，优选为5μm以下，更优选为1μm以下，再更优选为500nm以下，且特别优选为250nm以下。
III族氮化物膜13的晶体结构优选为纤锌矿结构，因为其能使将要制造的半导体器件具有优良的特性。没有限定III族氮化物膜13的主面13m最接近的预定平面取向，只要其适于所需半导体器件即可，且可以是{0001},{10-10},{11-20},{21-30},{20-21},{10-11},{11-22}以及{22-43}，以及分别从这些平面取向偏离15°以下(位移15°以下的角度)的平面取向中的任一个。其还可以是相反于上述罗列的平面取向以及分别从这些平面取向偏离15°以下的平面取向中的任一个。即，III族氮化物膜13的主面13m可以是极化面，非极化面以及半极化面中的任一个。III族氮化物膜13的主面13m优选为{0001}面及其相反面，因为这些平面可容易地增大直径，或者是{10-10}面、{20-21}面及其相反面中的任一个，因为这些面可抑制将要制造的发光器件的蓝色偏移。
此外，III族氮化物膜13优选具有1×1017cm-3以上的载流子浓度，以便降低半导体器件的电阻，且优选具有1×108cm-2以下的位错密度，以便降低半导体器件的泄漏电流，且x射线衍射摇摆曲线的衍射峰的半宽优选为20arcsec以上且150arcsec以下，以便提高III族氮化物膜的结晶质量。
[第二实施例：层叠的III族氮化物复合衬底]
参考图3，作为本发明的另一实施例的层叠的III族氮化物复合衬底2包括第一实施例的III族氮化物复合衬底1，以及设置在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上的至少一个III族氮化物层20。
本实施例的层叠的III族氮化物复合衬底2包括：其中III族氮化物膜的厚度变化小(具体地，III族氮化物膜的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下)以及III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的变化小(具体地，III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下)的III族氮化物复合衬底1；以及通过生长在III族氮化物复合衬底1上而设置的具有高结晶质量的III族氮化物层20，且因此可以高良率制造具有优良特性的半导体器件。
在本实施例的层叠的III族氮化物复合衬底2中，设置在III族氮化物膜13侧主面13m上的III族氮化物层20根据将要制造的III族氮化物半导体器件的类型而变化。参考图4，在将要制造的半导体器件是作为电子器件的一个实例的SBD(肖特基势垒二极管)的情况下，III族氮化物层20可例如包括n+-GaN层28(具有例如2×1018cm-3的载流子浓度)以及n--GaN层29(具有例如5×1015cm-3的载流子浓度)。参考图5，在将要制造的半导体器件是作为电子器件的另一实例的HEMT(高电子迁移率晶体管)的情况下，III族氮化物层20可例如包括GaN层26和Al0.2Ga0.8N层27。参考图6，在将要制造的半导体器件是发光器件的情况下，III族氮化物层20可例如包括n-GaN层21，n-In0.05Ga0.95N层22，具有多量子阱结构的有源层23，p-Al0.09Ga0.91N层24以及p-GaN层25。
[第三实施例：III族氮化物半导体器件]
参考图4至6，作为本发明又一实施例的III族氮化物半导体器件4包括第一实施例的III族氮化物复合衬底中的III族氮化物膜13，以及设置在III族氮化物膜13上的至少一个III族氮化物层20。
本实施例的III族氮化物半导体器件4包括：其中III族氮化物膜的厚度变化小(具体地，III族氮化物膜的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下)以及III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的变化小(具体地，III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下)的III族氮化物复合衬底1；以及通过生长在III族氮化物复合衬底1上而设置的具有高结晶质量的III族氮化物层20，且因此半导体器件具有优良特性。
III族氮化物半导体器件4的III族氮化物层20根据III族氮化物半导体器件4的类型而变化。参考图4，在III族氮化物半导体器件4是作为电子器件的一个实例的SBD的情况下，III族氮化物层20可例如包括n+-GaN层28(具有例如2×1018cm-3的载流子浓度)以及n--GaN层29(具有例如5×1015cm-3的载流子浓度)。参考图5，在III族氮化物半导体器件4是作为电子器件的另一实例的HEMT的情况下，III族氮化物层20可例如包括GaN层26和Al0.2Ga0.8N层27。参考图6，在III族氮化物半导体器件4是发光器件的情况下，III族氮化物层20可例如包括n-GaN层21，n-In0.05Ga0.95N层22，具有多量子阱结构的有源层23，p-Al0.09Ga0.91N层24以及p-GaN层25。电子器件的其他实例可包括PND(PN二极管)，晶体管等等。应当注意III族氮化物半导体器件4还可以为垂直型或横向型。
参考图4至6，优选地，III族氮化物半导体器件4还包括用于支撑III族氮化物层20的支撑衬底11和器件支撑衬底40中的至少一个。这里，器件支撑衬底40的形状并不限于平板形状，而是可以是任意形状，只要其支撑III族氮化物膜13和III族氮化物层20以便可形成III族氮化物半导体器件4即可。
应当注意，III族氮化物半导体器件可具有对应于从图4或图6中所示的III族氮化物半导体器件4中移除了III族氮化物膜13的结构。具有移除III族氮化物膜13的结构的III族氮化物半导体器件可进一步改善器件特性。
[第四实施例：制造III族氮化物复合衬底的方法]
参考图7至11，作为本发明的又一实施例的制造III族氮化物复合衬底的方法是制造第一实施例的III族氮化物复合衬底1的方法，包括如下步骤：通过将III族氮化物膜13设置在支撑衬底11的主面11m侧上而形成所述III族氮化物复合衬底1；以及在形成III族氮化物复合衬底1的步骤之后，通过在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上执行抛光和蚀刻中的至少一项而调整III族氮化物膜13的厚度以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角。
本实施例的制造III族氮化物复合衬底1的方法可有效制造其中III族氮化物膜薄、且III族氮化物膜13的厚度变化以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的变化小的低成本和大直径III族氮化物复合衬底1，由此能以高良率制造III族氮化物半导体器件。
{形成III族氮化物复合衬底的步骤}
本实施例的制造III族氮化物复合衬底1的方法包括通过将III族氮化物膜13设置在支撑衬底11的主面11m侧上而形成III族氮化物复合衬底1的步骤。在本步骤中，将III族氮化物膜13设置在支撑衬底11的主面11m侧上的方法没有特别限制且可包括如下第一至第三方法。
第一方法是如图7中所示的方法，根据该方法，沉积在基础衬底130的主面130n上的III族氮化物膜13接合至支撑衬底11的主面11m，且随后移除基础衬底130。第二方法是如图8至10中所示的方法，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的主面11m，且随后沿位于距离接合表面预定深度位置处的平面分离该III族氮化物膜施主衬底13D，由此在支撑衬底11的主面11m上形成III族氮化物膜13。第三方法如图11中所示的方法，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的主面11m，且随后通过对与其接合表面相反的III族氮化物膜施主衬底13D的主面13m进行研磨、抛光以及蚀刻中至少一项而以减小的方式来调整该III族氮化物膜施主衬底13D的厚度，由此在支撑衬底11的主面11m上形成III族氮化物膜13。
对于第一方法来说，将III族氮化物膜13接合至支撑衬底11的方法例如可以是这样一种方法(参见图7)，根据该方法，III族氮化物膜13的主面13n接合至支撑衬底11的主面11m，且连接膜12插入其间。对于第二和第三方法来说，用于将III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的方法例如可以是这样一种方法(参见图8至11)，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n接合至支撑衬底11的主面11m，且例如连接膜12插入其间。
图7至11各示出这样的方法，根据该方法，连接膜12a形成在支撑衬底11上，同时连接膜12b也形成在III族氮化物膜13或III族氮化物膜施主衬底13D上，且这些连接膜彼此接合。或者，连接膜12可仅形成在支撑衬底11上并接合至III族氮化物膜13或III族氮化物膜施主衬底13D，或者连接膜12可仅形成在III族氮化物膜13或III族氮化物膜施主衬底13D上且例如接合至支撑衬底11。
<第一方法>
参考图7，通过第一方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是，为了有效制造复合衬底，该步骤优选包括：准备支撑衬底11的子步骤(图7(A1))；在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图7(A2))；在基础衬底130的主面130n上形成III族氮化物膜13的步骤(图7(B1))；在形成在基础衬底130上的III族氮化物膜13的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图7(B2))；接合形成在支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am以及在基础衬底130上形成的III族氮化物膜13上形成的连接膜12b的主面12bn以由此形成连接衬底1L的步骤(图5(C))；以及从连接衬底1L移除基础衬底130的步骤(图5(D))。
准备支撑衬底11的图7(A1)中所示的子步骤没有特别限制，且可例如通过以下方式来执行：以预定摩尔比混合作为含金属元素M的氧化物的MOx(x为任意正实数)、作为含Al的氧化物的Al2O3以及作为含Si的氧化物的SiO2，烧结最终混合物，从最终烧结体切割预定尺寸的衬底，并随后对这种衬底的主面进行抛光。
在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的图7(A2)中所示的子步骤没有特别限定。但是为了降低形成膜的成本，适当地执行溅射、气相沉积、CVD(化学气相沉积)等。
在基础衬底130的主面130n上形成III族氮化物膜13的图7(B1)中所示的子步骤没有特别限制。但是为了形成具有高结晶质量的III族氮化物膜13，可适当通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)，溅射，MBE(分子束外延)，PLD(脉冲激光沉积)，HVPE(氢化物气相外延)，升华方法，熔剂法，高氮压溶方法等形成III族氮化物膜13。
在形成于基础衬底130上的III族氮化物膜13的主面13n上形成连接膜12b的图7(B2)中所示的子步骤类似于在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤而执行。
对于接合形成在支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am以及在基础衬底130上形成的III族氮化物膜13上形成的连接膜12b的主面12bn以由此形成连接衬底1L的图7(C)中所示的子步骤来说，将连接膜12a和连接膜12b彼此接合的方法没有特别限制，且适当的方法包括：清洗将要彼此接合的相应表面，直接接合在一起，且随后加热至约600℃to 1200℃以便连接膜连接在一起的直接接合法；清洗将要彼此接合的表面，借助等离子体或离子对其进行活化处理，且随后在室温(例如25℃)至400℃的低温气氛下使其连接在一起的表面活化接合法；借助化学溶液和纯水对将要彼此接合的表面进行清洗且随后经受约0.1Mpa至10MPa的高压以便连接膜连接在一起的高压接合法；借助化学溶液和纯水对将要彼此接合的表面进行清洗，且随后在约10-6Pa至10-3Pa的高真空气氛下使其连接在一起的高真空接合法等等。上述任意接合法都可在连接膜连接在一起后升温至约600℃至1200℃以由此进一步提高连接强度。对于这些接合方法中任一个来说，已经彼此连接的薄膜可被加热至约600℃至1200℃，以由此进一步提高连接强度。特别地，表面活化接合法、高压接合法以及高真空接合法在连接膜连接在一起之后通过加热至约600℃至1200℃而都能展现出提高连接强度的较强效果。
从连接衬底1L移除基础衬底130的图7(D)中所示的步骤没有特别限制。但是为了有效移除基础衬底130，适于执行将基础衬底130溶解在诸如氢氟酸的蚀刻剂中且由此移除的方法，研磨或抛光基础衬底130的暴露的主面一侧且由此移除基础衬底的方法。这里，在通过溶解在诸如氢氟酸的蚀刻剂中来移除基础衬底130的情况下，用于保护支撑衬底11的保护构件140优选围绕支撑衬底11形成。
以此方式，获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12，以及设置在连接膜12的主面12m上的III族氮化物膜13。
<第二方法>
参考图8至10，通过第二方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，适于使用图8和9中所示的切割方法或者图10中所示的离子注入方法。以下将说明切割方法和离子注入方法。
<切割方法>
参考图8和9，通过切割方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，该步骤优选包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图8(A)和图9(A))；在III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图8(B)和图9(B))；使形成于支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am与形成于III族氮化物膜施主衬底13D上的连接膜12b的主面12bn彼此接合以形成连接衬底1L、1LS的子步骤(图8(C)和图9(C))；以及沿距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的位置处的平面切割连接衬底1L、1LS的III族氮化物膜施主衬底13D的子步骤(图8(D)和图9(D))。
这里，III族氮化物膜施主衬底13D是在后续步骤中分离以由此提供III族氮化物膜13的施主衬底。形成这种III族氮化物膜施主衬底13D的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成III族氮化物膜13的方法。此外，形成连接膜12a,12b的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成连接膜12a,12b的方法。此外，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方法。
此外，切割III族氮化物膜施主衬底13D的子步骤中采用的切割方法没有特别限定，且适于采用线锯，刀片，激光，放电加工，水喷射等。为了借助线锯水平地切割大直径的衬底，优选使用固着磨料线。为了降低切割余量，即，将要通过切割而被移除的部分，优选使用细丝的松散磨料加工。在切片机的情况下，优选地摆动丝线以及与其同步地上下移动晶锭。可降低切割阻力，由此以高精度实现切割。为了降低切割阻力且由此提高厚度精度和平坦性，优选阻力系数R(单位：N)处于适当范围内。阻力系数R(N)由R＝(η×Q×V)/(L×P×n)表示，其中η(单位：Pa·s)是用于切片的加工液的粘度，Q(单位：m3/s)是加工液的流量，V(单位：m/s)是丝线线性速度，L(单位：m)是最大切割长度，P(单位：m/s)是切割速度，且n是同时被切割的工件的数目。R优选4000N以上且5000N以下。
以此方式，沿距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的位置处的平面分离连接衬底1L，1LS，且因此获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12，以及设置在连接膜12的主面12m上的III族氮化物膜13。
<支撑合并III族氮化物膜施主衬底的使用>
参考图9(B)至(D)，其中III族氮化物膜施主衬底支撑15接合至III族氮化物膜施主衬底13D的支撑合并III族氮化物膜施主衬底5D可用于以类似于上述的方式制造III族氮化物复合衬底1。支撑合并III族氮化物膜施主衬底5D具有支撑III族氮化物膜施主衬底13D的III族氮化物膜施主衬底支撑15，且因此即使III族氮化物膜施主衬底13D变薄至衬底13D不能自支撑的程度也可重复使用。
对于支撑合并III族氮化物膜施主衬底5D来说，没有特别限制III族氮化物膜施主衬底支撑15和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的形式。但是为了增加接合的连接强度，优选在其间设置连接膜14。也没有特别限制III族氮化物膜施主衬底支撑15。但是为了提高支撑强度并避免产生裂纹和翘曲，优选支撑15由具有类似于支撑衬底11的物理性质的材料形成。而连接膜14也没有特别限定，其优选为SiO2膜、Si3N4膜、TiO2膜、Ga2O3膜等，因为这些薄膜为III族氮化物膜施主衬底支撑15和III族氮化物膜施主衬底13D提供了良好连接性。
<离子注入方法>
参考图10，通过离子注入方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，这个步骤优选包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图10(A))；通过将离子从III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n侧注入距离主面13n向内预定深度的平面而形成离子注入区13i以及在主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图10(B))；通过接合形成在支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am以及形成在III族氮化物膜施主衬底13D上的连接膜12b的主面12bn形成连接衬底1L的子步骤(图10(C))；以及沿离子注入区13i分离连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的子步骤(图10(D))。
这里，形成III族氮化物膜施主衬底13D的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成III族氮化物膜13的方法。此外，形成连接膜12a,12b的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成连接膜12a,12b的方法。此外，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方法。
注入III族氮化物膜施主衬底13D中的离子I没有特别限制。为了抑制膜质量的退化且使离子注入区13i中注入的离子I的气化温度低于III族氮化物膜13的分解温度，诸如氢离子，氦离子等的低质量原子的离子是优选地。用于沿其离子注入区13i分离III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，只要其是用于气化离子注入区13i中注入的离子I的方法即可。例如，通过下述方式执行该方法：施加例如热或超声波以气化形成在距离作为连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面预定深度位置处的离子注入区13i中注入的离子，以由此导致突发体积膨胀。
以此方式，沿位于距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的平面分离连接衬底1L，且因此获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12以及设置在连接膜12的主面12m上的III族氮化物膜13。应当注意图9中所示的支撑合并III族氮化物膜施主衬底5D也可用于这种离子注入方法。
<第三方法>
参考图11，通过第三方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，这种步骤优选包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图11(A))；在III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图11(B))；将形成在支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am以及形成在III族氮化物膜施主衬底13D上的连接膜12b的主面12bn彼此接合以由此形成连接衬底1L的子步骤(图11(C))；以及从相反于作为连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n的主面13m执行研磨，抛光和蚀刻中任一种的子步骤(图11(D))。
这里，III族氮化物膜施主衬底13D是除了借助第二方法通过分离之外，经过研磨、抛光和蚀刻中任一种在后续步骤中提供III族氮化物膜13的施主衬底。形成这种III族氮化物膜施主衬底13D的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成III族氮化物膜13的方法。此外，形成连接膜12a,12b的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成连接膜12a,12b的方法。此外，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方法。
此外，用于研磨III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是借助磨轮(表面研磨)，抛丸等的研磨。抛光III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是诸如机械抛光，CMP(化学机械抛光)等等。蚀刻III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是借助化学溶液的湿法蚀刻，诸如RIE(反应离子蚀刻)的干法蚀刻等等。
以此方式，获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12，以及设置在连接膜12的主面12m上的III族氮化物膜13。
{调整III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜的厚度以及III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间偏离角的步骤}
本实施例的制造III族氮化物复合衬底1的方法包括，在形成III族氮化物复合衬底1的步骤之后，通过对III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m执行抛光和蚀刻中至少一项来调整III族氮化物膜13的厚度以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角。本步骤能使III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下，且能使III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下。
这里，为了将III族氮化物膜13的厚度变化(具体地，III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt)以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的变化(具体地，III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo)调整在相应的如上所述的预定范围内，优选对III族氮化物膜13侧主面13m执行多阶段的抛光和蚀刻中至少一项。多阶段抛光和蚀刻中，最后阶段中的精抛光和精蚀刻以及在倒数第二阶段中的预精抛光和预精蚀刻的条件特别重要。
蚀刻优选为干法蚀刻，特别是RIE(反应离子蚀刻)，因为III族氮化物膜13的厚度控制较容易。特别是在III族氮化物膜13具有5μm以下的小厚度的情况下，优选干法蚀刻，特别是RIE。
对于预精抛光来说，油基抛光剂比水抛光剂更优选，具有更高粘性的抛光剂更优选，更小磨料颗粒尺寸更优选，且更优选是硬平台以及硬抛光垫。对于抛光条件来说，优选低压和低圆周速度。还优选由公式：FE＝η×Q×V/S×P定义的作用系数FE(单位:m2/s)其处于预定范围内，具体为4×10-17以上且1×10-16以下，其中η(单位:mPa·S)是抛光溶液的粘度，Q(单位:m3/s)是抛光溶液的流量，S(单位:m2)是平台的面积，P(单位:kPa)是平台的抛光压力，且V(单位:m/s)是平台的圆周速度。
对于精抛光来说，具有更高粘性的抛光剂更优选，更小磨料颗粒尺寸更优选，且更优选硬平台以及硬抛光垫。对于抛光条件来说，优选低压和低圆周速度。还优选上述处于预定范围内，具体为4×10-14m2/s以上且1×10-13m2/s以下定义的作用系数FE(单位:m2/s)。
对于预精蚀刻来说，为了提高蚀刻速率，降低面内蚀刻变化以及稳定进行蚀刻，优选采用诸如Cl2,BCl3的氯基气体，诸如Ar,N2等的惰性气体。H2可加入这些气体。对于蚀刻条件来说，优选高流量，高压以及高电力。为了降低面内蚀刻变化，优选腔内的压力P(单位：Pa)，气体混合物的流量Q(单位：sccm)，腔体积V(单位：1(升))以及蚀刻面积S(单位：m2)满足350≤PV/SQ≤500的关系。
对于精蚀刻来说，为了提高蚀刻速率，降低面内蚀刻变化，稳定进行蚀刻，降低表面粗糙度以及抑制损伤，优选采用诸如Cl2,BCl3的氯基气体。H2可加入这些气体。对于条件来说，优选低流量，低压以及低电力。为了降低面内蚀刻变化，优选腔内的压力P(单位：Pa)，气体混合物的流量Q(单位：sccm)，腔体积V(单位：1(升))以及蚀刻面积S(单位：m2)满足310≤PV/SQ≤380的关系。
这里抛光和蚀刻的选择没有特别限制且可进行任意选择。因此，对于预精加工阶段和精加工阶段中的工艺方法的选择来说，可进行预精抛光和精抛光的选择，预精抛光和精蚀刻的选择，预精蚀刻和精抛光的选择，以及预精蚀刻和精蚀刻的选择中任一种。
对于本实施例的制造III族氮化物复合衬底1的方法来说，III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N及其变化(具体地，均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与其平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N)可借助精抛光或精蚀刻的条件进行控制。
为了降低III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N，在精抛光的情况下优选具有更高粘性的抛光剂，更小的磨料颗粒尺寸以及软平台和软抛光垫。对于平台和抛光垫的表面形状来说，其中形成用于移除沉淀物的凹槽的形状是优选的。这里，用于移除沉淀物的凹槽是指为消除和移除抛光界面上的沉淀物和/或聚集的磨料颗粒而形成的相对大的宽度和宽的间距的凹槽。对于抛光条件来说，优选低压和低圆周速度。在精蚀刻的情况下，优选采用诸如Cl2,BCl3和H2的氯基气体，以及低流量，低压以及低电力是优选条件。
对于III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与其均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N来说，优选由公式：FE＝η×Q×V/S×P定义的作用系数FE(单位:m2/s)处于预定范围内，具体为4×10-14m2/s以上且1×10-13m2/s以下，其中η(单位:mPa·S)是抛光溶液的粘度，Q(单位:m3/s)是抛光溶液的流量，S(单位:m2)是平台的面积，P(单位:kPa)是平台的抛光压力，且V(单位:m/s)是平台的圆周速度。对于平台和抛光垫的表面形状来说，具有形成用于使抛光剂均匀的凹槽的形状是优选的。这里，用于使抛光剂均匀的凹槽是指为在衬底的中央部均匀保持抛光剂而形成的相对窄的宽度和窄的间距的凹槽。在精蚀刻的情况下，优选腔内的压力P(单位：Pa)，气体混合物的流量Q(单位：sccm)，腔体积V(单位：1(升))以及蚀刻面积S(单位：m2)满足310≤PV/SQ≤380的关系。
[第五实施例：制造III族氮化物半导体器件的方法]
参考图12，作为本发明的又一实施例的制造III族氮化物半导体器件的方法包括如下步骤：准备第一实施例的III族氮化物复合衬底1(图12(A))；以及在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上生长至少一个III族氮化物层20(图10(A))。在生长III族氮化物层20中，本实施例的制造III族氮化物半导体器件的方法在III族氮化物膜13的主面13m中具有小厚度变化和小偏离角度变化的III族氮化物复合衬底1的主面13m上生长III族氮化物层。因此可以高良率制造具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
对于本实施例的制造III族氮化物半导体器件的方法来说，该方法还包括在生长III族氮化物层20的步骤(图12(A))之后从III族氮化物复合衬底1移除支撑衬底11的步骤(图12(C))。通过这个步骤能制造各种形式的III族氮化物半导体器件。
此外，对于本实施例的制造III族氮化物半导体器件的方法来说，该方法还包括在生长III族氮化物层的步骤(图12(A))之后以及移除支撑衬底的步骤(图12(C))之前，在III族氮化物层20上接合器件支撑衬底40的步骤(图12(B))。通过这个步骤可以高良率制造由器件支撑衬底40支撑并具有高机械强度和优良特性的III族氮化物半导体器件。
本实施例的制造III族氮化物半导体器件的方法可具体通过以下步骤执行。
<准备III族氮化物复合衬底的步骤>
参考图12(A)，准备III族氮化物复合衬底1的步骤与制造上述III族氮化物复合衬底1的方法中的步骤类似。
<生长III族氮化物层的步骤>
参考图12(A)，在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上生长至少一个III族氮化物层20的步骤中，用于生长III族氮化物层20的合适方法是诸如MOCVD,MBE,HVPE以及升华法的气相方法，以及诸如熔剂法的液相方法，为了外延生长具有高结晶质量的III族氮化物层20，且特别合适的方法是MOCVD。
III族氮化物层20的结构根据III族氮化物半导体器件4的类型而变化。在III族氮化物半导体器件4是SBD(肖特基势垒二极管)的情况下，III族氮化物层20可例如通过在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上顺序生长n+-GaN层28(具有例如2×1018cm-3的载流子浓度)以及n--GaN层29(具有例如5×1015cm-3的载流子浓度)而构造。
以此方式，至少一个III族氮化物层20生长在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上，且因此获得层叠的III族氮化物复合衬底2。
<接合器件支撑衬底的步骤>
参考图12(B)，通过在层叠的III族氮化物复合衬底2的III族氮化物层20上形成作为肖特基电极的第一电极30和焊盘电极33，在器件支撑衬底40上形成焊盘电极43和连接金属膜44以及将连接金属膜44接合至焊盘电极33而执行将器件支撑衬底40接合在III族氮化物层20上的步骤。通过这些步骤获得层叠衬底3。对于器件支撑衬底40来说，采用Si衬底，Mo衬底，CuW衬底，或其它等。
<移除支撑衬底的步骤>
参考图12(C)，通过从层叠衬底3移除III族氮化物复合衬底1的支撑衬底11而执行从III族氮化物复合衬底1移除支撑衬底11的步骤。在III族氮化物复合衬底1包括插入在支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接膜12的情况下，也可移除连接膜12。用于移除支撑衬底11和连接膜12的方法没有特别限制，且适用方法为研磨，蚀刻等。例如，通过研磨和抛光中的至少一项移除由低的硬度、强度以及耐磨性并可能能被研磨掉的材料形成的支撑衬底11，以便降低制造成本。由可溶解在诸如酸溶液或碱溶液的化学溶液中的材料形成的支撑衬底11可通过借助化学溶液的蚀刻移除，因为其需要低制造成本。对于支撑衬底11来说，由诸如陶瓷材料的多晶材料形成的支撑衬底与由诸如蓝宝石，SiC，III族氮化物(例如GaN)等的单晶材料形成的支撑衬底相比更优选，因为多晶材料的支撑衬底11更容易被移除。
应当注意，对于制造采用自支撑型III族氮化物衬底的III族氮化物半导体器件来说，为了降低器件厚度，自支撑型III族氮化物衬底的背面(该背面是指相反于其上形成了III族氮化物层的主面的主面，且以下也应用这种定义)要经受研磨等。相反，对于使用III族氮化物复合衬底制造III族氮化物半导体器件来说，为了降低器件厚度，容易通过蚀刻，研磨等移除支撑衬底，且因此可降低制造III族氮化物半导体器件的成本。
当移除支撑衬底11且进一步移除连接膜12时，可移除III族氮化物膜13。与III族氮化物膜13的相比，III族氮化物层20的结晶度的提高，位错密度的降低以及载流子浓度的调整更容易。可移除III族氮化物膜13以进一步提高器件特性。对于III族氮化物膜13的移除来说，可采用抛光或蚀刻。优选采用干法蚀刻，因为容易控制将要移除的厚度。
<形成电极的步骤>
参考图12(D)，在已经在从层叠衬底3上移除支撑衬底11和连接膜12之后暴露的III族氮化物膜13上形成第二电极50，且在器件支撑衬底40上形成器件支撑衬底电极45。
以此方式，可以高良率制造具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
为了对本发明进行对照，某些参考发明，即将在下文说明参考发明I和参考发明II。
<参考发明I>
参考发明I涉及一种III族氮化物复合衬底及其制造方法，层叠的III族氮化物复合衬底以及III族氮化物半导体器件及其制造方法。
[有关参考发明I的背景技术]
诸如GaN的III族氮化物具有优异的半导体特性，且因此用作适用于半导体器件的材料。此外，例如对于诸如发光器件和电子器件的不同类型的半导体器件而言，诸如GaN的III族氮化物具有不同于Si,GaAs,SiC等的优良的材料特性，且因此能用于多种器件。
例如，日本专利公布No.2009-126722公开了用作半导体器件的衬底的自支撑型III族氮化物衬底。自支撑型III族氮化物衬底具有25mm以上且160mm以下直径以及100μm以上且1000μm以下的厚度。作为其具体实例，其公开了具有直径为100mm且厚度为400μm的自支撑型GaN衬底。
日本专利公布No.2008-010766公开了用作制造半导体器件的衬底的GaN薄膜接合衬底。GaN薄膜接合衬底包括化学组成与GaN不同的异质衬底，且GaN薄膜具有0.1μm以上且100μm以下的厚度并接合至异质衬底。作为其具体的实例，其公开了具有50.8mm直径并包括蓝宝石衬底以及具有0.1μm或100μm厚度并接合至蓝宝石衬底的GaN薄膜的GaN薄膜接合衬底。
日本专利公布No.2010-182936公开了用作半导体器件衬底的复合衬底。复合衬底包括支撑衬底、氮化物半导体层以及设置于支撑衬底与氮化物半导体层之间的连接层。作为具体实例，其公开了具有50.8mm直径并包括蓝宝石衬底，GaN层以及通过压装而在衬底和GaN层之间而形成的连接层的复合衬底，其中GaN层具有5μm至220μm的厚度。
[参考发明I解决的问题]
日本专利公布No.2009-126722中所公开的自支撑型III族氮化物衬底存在的问题是衬底以高成本制造且因此非常昂贵，且衬底容易裂纹，导致难以增大衬底直径并减小其厚度。而且，需要在形成半导体器件时减小自支撑型III族氮化物衬底的厚度，这伴随着由于诸如研磨自支撑型III族氮化物衬底的背面(相反于其上形成用于执行器件功能的III族氮化物层的主面的主面，且以下也适用该背面的这种定义)的工艺步骤而造成的制造成本增加的问题。
而且，日本专利公布No.2008-010766中公开的GaN薄膜复合衬底以及日本专利公布No.2010-182936中公开的复合衬底都为其中III族氮化物的膜或层被接合在支撑衬底上的复合衬底，且因此与日本专利公布No.2009-126722中公开的自支撑型III族氮化物衬底相比，它们可能当在用于制造III族氮化物半导体器件的衬底上生长III族氮化物层时在衬底的主面上具有大的温度变化。因此，上述复合衬底存在的问题是，如果衬底直径增大，则难以提高将要制造的半导体器件的良率。
参考发明I的目的是解决上述问题并由此提供一种低成本且大直径的III族氮化物复合衬底，其包括薄的III族氮化物膜并在生长III族氮化物层时在主面上具有小温度变化(即，不均衡性，且以下将应用变化的这种定义)，从而能降低制造半导体器件的成本且能以高良率制造III族氮化物半导体器件，以及提供一种制造III族氮化物复合衬底的方法，层叠的III族氮化物复合衬底，以及III族氮化物半导体器件及其制造方法。
[问题的解决手段]
根据一个方面，参考发明I是一种具有75mm以上直径的III族氮化物复合衬底，其包括彼此接合的支撑衬底以及具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜，支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的平均值mS为0.3nm以上且20nm以下，且支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS为0.005以上且0.4以下。
对于根据参考发明I的上述方面的III族氮化物复合衬底来说，III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的平均值mIII-N可以是0.4nm以上且10nm以下，且III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N为0.008以上且0.5以下。支撑衬底侧主面的翘曲WS与直径D的比率WS/D可以是-7×10-4以上且8×10-4以下。III族氮化物膜的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底的热膨胀系数αs的比率αIII-N/αS为0.75以上且1.25以下，且III族氮化物膜的厚度tIII-N与支撑衬底的厚度tS的比率tIII-N/tS为1×10-4以上且2×10-2以下。支撑衬底可具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率λS。支撑衬底可具有150GPa以上且500GPa以下的杨氏模量ES。支撑衬底可包括多晶。III族氮化物膜的主面的杂质金属原子可以是1×1013原子/cm2以下。直径可以是100mm以上。而且，直径可以是125mm以上且300mm以下。
根据另一方面，参考发明I提供一种层叠的III族氮化物复合衬底，包括根据上述方面的III族氮化物复合衬底的，以及被设置在III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上的至少一个III族氮化物层。
根据又一方面，参考发明I是一种III族氮化物半导体器件，包括根据上述方面的III族氮化物复合衬底中的III族氮化物膜的，以及设置在III族氮化物膜上的至少一个III族氮化物层。
根据又一方面，参考发明I是一种制造根据上述方面的III族氮化物复合衬底的方法，包括如下步骤：通过在支撑衬底的一个主面侧上设置III族氮化物膜而形成III族氮化物复合衬底；以及通过在形成III族氮化物复合衬底的步骤之前，步骤中或步骤后抛光III族氮化物复合衬底的支撑衬底侧主面而调整支撑衬底侧主面的均方根粗糙度。
根据又一方面，参考发明I是一种制造III族氮化物半导体器件的方法，包括如下步骤：准备根据上述方面的III族氮化物复合衬底；以及在III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上生长至少一个III族氮化物层。
根据参考发明I的这个方面的制造III族氮化物半导体器件的方法还包括如下步骤：在生长III族氮化物层的步骤之后将支撑衬底从III族氮化物复合衬底上移除。其还包括在生长III族氮化物层的步骤之后并且移除支撑衬底的步骤之前将器件支撑衬底接合在III族氮化物层上的步骤。
[参考发明I的效果]
参考发明I可提供一种低成本且大直径的III族氮化物复合衬底，其包括薄的III族氮化物膜并在当生长III族氮化物层时的主面上具有小温度变化，从而能降低制造半导体器件的成本且能以高良率制造III族氮化物半导体器件，以及提供一种制造III族氮化物复合衬底的方法，层叠的III族氮化物复合衬底，以及III族氮化物半导体器件及其制造方法。
[参考实施例I-1：III族氮化物复合衬底]
参考图1，作为参考发明I的参考实施例的III族氮化物复合衬底1是一种具有75mm以上直径的III族氮化物复合衬底1，其包括彼此接合的支撑衬底11以及具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜13，支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS为0.3nm以上且20nm以下，且支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS为0.005以上且0.4以下。
对于本参考实施例的III族氮化物复合衬底1来说，在生长用于制造III族氮化物半导体器件的III族氮化物层时主面上的温度变化(即，不均衡性)小，且因此能生长具有高结晶质量的III族氮化物层。因此，可以高良率制造高质量的III族氮化物半导体器件。这将在下文详细说明。
参考图1和3，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1具有其中III族氮化物膜13接合在支撑衬底11上的结构。当制造III族氮化物半导体器件时，设置包括温度提升设备的基座(未示出)，以便使得对应于III族氮化物复合衬底1的背面的支撑衬底11侧主面11n是相反于基座的主面，并且至少一个III族氮化物层20生长在对应于III族氮化物复合衬底1的前侧的III族氮化物膜13侧主面13m上。
本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1具有75mm以上的直径，接合在复合衬底的支撑衬底11上的III族氮化物膜13具有50nm以上且小于10μm的厚度，支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS为0.3nm以上且20nm以下，且支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS为0.005以上且0.4以下。因此，使得热被均匀地从温度已经升高的基座的主面传送至作为大直径III族氮化物复合衬底1的后侧并且具有小的均方根粗糙度的平均值以及变化的支撑衬底11侧主面11n的全部。因此，能均匀地整体加热具有大直径的III族氮化物复合衬底1。因此，在作为大直径III族氮化物复合衬底1的前侧的III族氮化物膜13侧主面13m上获得小并均匀的温度变化。因此，在大直径III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上，可生长具有高结晶质量的均匀且大直径的III族氮化物层20，且因此可以高良率制造具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
参考图1，其中在III族氮化物复合衬底1中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方式没有特别限制。但是为了提高接合的连接强度，优选在支撑衬底和III族氮化物膜之间提供连接膜12。
<III族氮化物膜的厚度>
参考图1，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的厚度为50nm以上且小于10μm。这里，III族氮化物膜13的厚度是指由图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点处测量的厚度计算的平均值。无关于III族氮化物膜的直径的幅度，图2中所示的III族氮化物膜13的主面上的13个测量点P都由以下构成：一个中心点PC；在相对于中心点PC彼此正交的四个方向上相应设置的四个外部点PO，该外部点各位于从衬底外边缘向内5mm的位置；以及八个中间点PM，其包括各位于一个中心点PC和四个外部点PO中的一个之间的四个中间点，以及各位于四个外部点PO中的两个之间的四个中间点。
为了生长具有高结晶质量的III族氮化物层，III族氮化物膜13的厚度需要为50nm以上，优选为80nm以上，更优选为100nm以上，且再更优选为120nm以上，且特别优选为150nm以上。同时为了降低III族氮化物复合衬底1的材料成本，III族氮化物膜13的厚度需要为小于10μm，优选为5μm以下，更优选为1μm以下，且再更优选为500nm以下，且特别优选为250nm以下。
<III族氮化物复合衬底的直径>
参考图1，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1具有75μm以上的直径。为了从一个复合衬底制造更多半导体器件芯片，III族氮化物复合衬底1的直径需要是75mm以上，优选为100mm以上，更优选为125mm以上，且再更加优选为150mm以上。同时，为了减小复合衬底的翘曲并提高半导体器件良率，III族氮化物复合衬底1的直径优选300mm以下，且更优选为200mm以下。
<支撑衬底侧的均方根粗糙度>
参考图1和2，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1具有0.3nm以上且20nm以下的支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS，且支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS为0.005以上且0.4以下。
对于作为III族氮化物复合衬底1的后侧的支撑衬底11侧主面11n来说，为了在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上生长具有高结晶质量的均匀的III族氮化物层，支撑衬底11侧主面11n需要20nm以下，优选为10nm以下且更优选为5nm以下的均方根粗糙度的平均值mS，以及0.4以下，优选为0.3以下且更优选为0.2以下的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS。
对于作为III族氮化物复合衬底1的后侧的支撑衬底11侧主面11n来说，为了降低主面11n的表面处理的成本，支撑衬底11侧主面11n需要0.3nm以上，优选0.5nm以上且更优选1nm以上的均方根粗糙度的平均值mS，以及0.005以上，优选0.01以上且更优选0.05以上的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS。
这里，参考图2，III族氮化物复合衬底1的支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS以及标准偏差sS分别为由支撑衬底11的主面11n上的13个测量点P处测量的均方根粗糙度计算的平均值以及标准偏差。无关于支撑衬底11的直径的幅度，图2中所示的支撑衬底11的主面11n上的13个测量点P的构成是：一个中心点PC；在相对于中心点PC彼此正交的四个方向上分别设置的四个外部点PO，外部点各位于从衬底外边缘向内5mm的位置；以及八个中间点PM，其包括各位于一个中心点PC和四个外部点PO中的一个之间的四个中间点，以及各位于四个外部点PO中的两个之间的四个中间点。标准偏差是指均方差的正平方根。
图2中所示的支撑衬底11的主面11n上的13个测量点P处测量的均方根粗糙度是指从参考平面至这些点的距离的相应平方的平均值的正平方根，通过从以测量点P位于中心的具有85μm×85μm尺寸的测量区域中的各个点对其进行计算，并通过AFM(原子力显微镜)，干涉测量平坦度测试仪，激光显微镜，触针基粗糙度计等进行测量。
如下所述，应当注意，可通过用于抛光支撑衬底11的抛光主面11n的磨料、平台以及抛光垫的物理性质，平台和抛光垫的形状以及抛光条件，调整III族氮化物复合衬底1的支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS以及标准偏差sS。
<III族氮化物膜侧的均方根粗糙度>
参考图1和2，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1优选具有0.4nm以上且10nm以下的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N，以及优选具有0.008以上且0.5以下的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N。
对于作为III族氮化物复合衬底1的前侧的III族氮化物膜13侧主面13m来说，为了在主面13m上生长具有高结晶质量的均匀的III族氮化物层，均方根粗糙度的平均值mIII-N优选为10nm以下，更优选5nm以下，且更优选3nm以下，且均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N优选为0.5以下，更优选0.4以下且更优选0.2以下。
而且，对于作为III族氮化物复合衬底1的前侧的III族氮化物膜13侧主面13m来说，为了降低主面13m的表面处理的成本，均方根粗糙度的平均值mIII-N优选为0.4nm以上，更优选1nm以上，且更优选1.5nm以上，且均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N优选为0.008以上，更优选0.02以上且更优选0.05以上。
这里，参考图2，III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N以及标准偏差sIII-N分别为由III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点P处测量的均方根粗糙度计算的平均值以及标准偏差。无关于III族氮化物膜13的直径的幅度，图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点P的构成是：一个中心点PC；在相对于中心点PC彼此正交的四个方向上分别设置的四个外部点PO，外部点各位于从衬底外边缘向内5mm的位置；以及八个中间点PM，其包括各位于一个中心点PC和四个外部点PO中的一个之间的四个中间点，以及各位于四个外部点PO中的两个之间的四个中间点。标准偏差在此是指均方差的正平方根。
图2中所示的III族氮化物膜13的主面13m上的13个测量点P处测量的均方根粗糙度是指从参考平面至这些点的距离的相应平方的平均值的正平方根，通过从以测量点P位于中心的具有85μm×85μm尺寸的测量区域中的各个点对其进行计算，并通过AFM(原子力显微镜)，干涉测量平坦度测试仪，激光显微镜，触针基粗糙度计等进行测量。
如下所述，应当注意可通过用于抛光III族氮化物膜13的主面13m的磨料、平台以及抛光垫的物理性质，平台和抛光垫的形状以及抛光条件，调整III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N以及标准偏差sIII-N。
<支撑衬底侧的翘曲与直径的比率>
参考图1，对于本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1来说，支撑衬底11侧主面11n的翘曲WS与直径D的比率WS/D优选是-7×10-4以上且8×10-4以下，更优选-4×10-4以上且5×10-4以下，更优选-2.5×10-4以上且3×10-4以下，且特别优选-1×10-4以上且1.5×10-4以下。这里，对于翘曲WS和比率WS/D的符号来说，这里以+(正)号表示支撑衬底11侧主面11n的凹陷翘曲，且这里以－(负)号表示支撑衬底11侧主面11n的凸起翘曲。如果支撑衬底11侧主面11n的翘曲WS与III族氮化物复合衬底1的直径D的比率WS/D优选是-7×10-4以上且8×10-4以下，更优选-4×10-4以上且5×10-4以下，更优选-2.5×10-4以上且3×10-4以下，且特别优选-1×10-4以上且1.5×10-4以下的小的值，则当III族氮化物层生长在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上时，热均匀地从温度上升的基座的主面传送至大直径III族氮化物复合衬底1的整个支撑衬底11侧主面11n，且因此整个III族氮化物复合衬底1可被均匀加热。因此，作为III族氮化物复合衬底1的前侧的III族氮化物膜13侧主面13m上的温度具有小的变化并具有均匀性。因此，具有高结晶质量的均匀且大直径的III族氮化物层可生长在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上。因此，可以高良率制造具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
<III族氮化物膜的热膨胀系数与支撑衬底的热膨胀系数的比率>
参考图1，对于本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1来说，为了抑制III族氮化物复合衬底1以及生长在III族氮化物膜13上的III族氮化物层的翘曲和裂纹且由此提高III族氮化物半导体器件的良率，III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS优选为0.75以上且1.25以下，更优选0.85以上且1.15以下，且更优选0.95以上且1.05以下。这里，支撑衬底11的热膨胀系数αS和III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N可借助热力学分析设备进行测量。
<III族氮化物膜的厚度与支撑衬底的厚度的比率>
参考图1，对于本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1来说，为了抑制III族氮化物复合衬底1以及生长在III族氮化物膜13上的III族氮化物层的翘曲和裂纹且由此提高III族氮化物半导体器件的良率，III族氮化物膜13的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS优选为1×10-4以上且2×10-2以下，更优选2×10-4以上且2×10-3以下，且更优选5×10-4以上且1×10-3以下。这里，支撑衬底11的厚度tS可通过借助光学显微镜和/或SEM或借助数字指示器等进行的膜截面的观察而进行测量。III族氮化物膜13的厚度tIII-N可通过借助光学显微镜和/或SEM或通过反射光谱法等进行的膜截面的观察而进行测量。
因此，为了抑制III族氮化物复合衬底1以及生长在III族氮化物膜13上的III族氮化物层的翘曲和裂纹且由此提高III族氮化物半导体器件的良率，III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS优选为0.75以上且1.25以下，且III族氮化物膜13的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS优选为1×10-4以上且2×10-2以下。更优选比率αIII-N/αS为0.85以上且1.15以下且比率tIII-N/tS为2×10-4以上且2×10-3以下，且更优选比率αIII-N/αS为0.95以上且1.05以下且比率tIII-N/tS为5×10-4以上且1×10-3以下。
<支撑衬底>
本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1中包括的支撑衬底11没有特别限定，只要支撑衬底11可支撑III族氮化物膜13即可。但是，为了降低昂贵的III族氮化物的使用量以由此降低成本，支撑衬底优选为异质组成衬底，其化学组成不同于III族氮化物。
如上所述，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1优选具有0.75以上且1.25以下的III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αs的比率αIII-N/αS。
对于本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1来说，支撑衬底11的热导率λS优选为3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下，更优选5W·m-1·K-1以上且210W·m-1·K-1以下，且更优选10W·m-1·K-1以上且120W·m-1·K-1以下。这里可通过激光闪光法测量支撑衬底11的热导率λS。具有优选为3W·m-1·K-1以上，更优选5W·m-1·K-1以上，且更优选10W·m-1·K-1以上的热导率λS的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在III族氮化物层生长时有效地将热从基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的主面13m。具有优选为280W·m-1·K-1以下，更优选210W·m-1·K-1以下，且更优选120W·m-1·K-1以下且特别优选50W·m-1·K-1以下的热导率λS的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在III族氮化物层生长时均匀地将热从基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的整个主面。与具有约300W·m-1·K-1的热导率λS的SiC衬底用作支撑衬底的情况相比，具有280W·m-1·K-1以下的热导率λS的支撑衬底11可在III族氮化物层生长时更均匀地将热从基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的整个主面。
对于本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1来说，支撑衬底11具有优选150GPa以上且500GPa以下，且更优选200GPa以上且350GPa以下的杨氏模量ES。这里可通过共振法测量支撑衬底11的杨氏模量ES。具有优选150GPa以上且更优选200GPa以上的杨氏模量ES的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在通过在复合衬底上生长III族氮化物层而形成III族氮化物半导体器件时抑制III族氮化物复合衬底1和/或III族氮化物层的翘曲的发生。具有优选500GPa以下且更优选350GPa以下的杨氏模量ES的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在通过在复合衬底上生长III族氮化物层而形成III族氮化物半导体器件时抑制III族氮化物复合衬底1和/或III族氮化物层的翘曲和/或裂纹的发生。
支撑衬底11没有特别限制。但是鉴于上述方面，支撑衬底11优选满足以下至少一个条件：III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS为0.75以上且1.25以下；支撑衬底11具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率λS；且支撑衬底11具有150GPa以上且500GPa以下的杨氏模量ES。支撑衬底11优选为由莫来石(3Al2O3·2SiO2-2Al2O3·SiO2)形成的衬底，莫来石-YSZ(钇稳定化氧化锆)形成的衬底，由尖晶石(MgAl2O4)形成的衬底，由Al2O3-SiO2-基复合氧化物的烧结体形成的衬底，以及各由对它们添加了氧化物，碳酸盐等的烧结体形成的衬底，钼(Mo)衬底，钨(W)衬底等等。这里，氧化物和碳酸盐中包含的优选元素为Ca,Mg,Sr,Ba,Al,Sc,Y,Ce,Pr,Si,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn等。
支撑衬底11可包括单晶体，多晶体和非晶体材料中的任一种。其优选包括多晶体，因为当形成器件时，通过研磨和/或蚀刻移除支撑衬底11较容易，且可保持用于抑制半导体器件翘曲或裂纹的强度。
<连接膜>
参考图1，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1中包括的连接膜12没有特别限制，只要连接膜可将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此连接即可。但是连接膜12优选为SiO2膜,Si3N4膜,TiO2膜,Ga2O3膜等，因为这些薄膜具有将支撑衬底11和III族氮化物膜彼此连接的高连接能力。
<III族氮化物膜>
参考图1，本参考实施例中的III族氮化物膜13是由III族氮化物，特别是诸如GaN膜，AlN膜等的InxAlyGa1-x-yN膜(0≤x,0≤y,x+y≤1)形成的薄膜。
为了形成具有优良特性的III族氮化物半导体器件，如上所述，III族氮化物膜13的厚度需要为50nm以上，优选80nm以上，更优选100nm以上，且更优选120nm以上。同时，如上所述，为了降低昂贵的III族氮化物的使用量，III族氮化物膜13的厚度为小于10μm，优选5μm以下，更优选1μm以下，且特别优选0.25μm以下。
III族氮化物膜13的晶体结构优选是纤锌矿结构，因为其能制造具有优良特性的半导体器件。没有限定对于III族氮化物膜13的主面13m最接近的预定平面取向，只要其适于所需半导体器件即可，且可以是{0001},{10-10},{11-20},{21-30},{20-21},{10-11},{11-22}以及{22-43}，以及分别从这些平面取向偏离15°以下(位移15°以下的角度)的平面取向中的任一个。其还可以是相反于上述罗列的平面取向以及分别从这些平面取向偏离15°以下的平面取向中的任一个。即，III族氮化物膜13的主面13m可以是极化面，非极化面以及半极化面中的任一个。III族氮化物膜13的主面13m优选为{0001}面及其相反面中的任一个，因为这些平面可容易地增大直径，或者为{10-10}面，{20-21}面及其相反面中的任一个，因为这些面可抑制将要制造的发光器件的蓝色偏移。
为了提高将要生长在III族氮化物膜13上的III族氮化物层的结晶质量并提高将要形成的半导体器件的特性，III族氮化物膜13的主面13m的杂质金属原子优选为1×1013原子/cm2以下，更优选3×1012原子/cm2以下，更优选1×1012原子/cm2以下且特别优选1×1011原子/cm2以下。
优选对包括诸如莫来石(3Al2O3·2SiO2-2Al2O3·SiO2)，莫来石-YSZ(钇稳定化氧化锆)，尖晶石(MgAl2O4)，Al2O3-SiO2-基复合氧化物的烧结体等的衬底的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1进行抑制金属原子从支撑衬底11洗提的清洗，例如借助表面活性剂和/或纯水的擦洗清洗，双流体清洁，或兆声清洁(借助500kHz至5MHz的兆声频率范围内的超声波的清洗)，以及诸如借助低浓度酸和/或碱的片材馈送清洗的单面清洗(该单面是III族氮化物膜13的主面13m)，从而降低III族氮化物膜13的主面13m中的杂质金属原子的浓度。保护膜也可形成在支撑衬底上以抑制金属原子的洗提。
对于III族氮化物膜13的主面13m中的杂质金属原子之外的杂质，来说，为了提高生长在III族氮化物膜13上的III族氮化物层的结晶质量并提高将要形成的半导体器件的特性，杂质优选为2×1014原子/cm2以下的Cl原子，且优选为9×1013原子/cm2以下的Si原子。III族氮化物膜13的位错密度没有特别限制。为了降低半导体器件的泄漏电流，位错密度优选为1×108cm-2以下，且更优选1×107cm-2以下。III族氮化物膜13的载流子浓度没有特别限制。为了降低半导体器件的电阻，载流子浓度优选为1×1017cm-3以上，且更优选1×1018cm-3以上。
[参考实施例I-2：层叠的III族氮化物复合衬底]
参考图3，作为参考发明I的另一参考实施例的层叠的III族氮化物复合衬底2包括参考实施例I-1的III族氮化物复合衬底1，以及设置在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上的至少一个III族氮化物层20。
本参考实施例中的层叠的III族氮化物复合衬底2包括III族氮化物复合衬底1，其具有小平均值mS和小标准偏差sS的均方根粗糙度的支撑衬底11侧主面11n，以及具有高结晶质量生长并由此设置在复合衬底1上的III族氮化物层20。因此，可以高良率制造具有优良特性的半导体器件。
在本参考实施例的层叠的III族氮化物复合衬底2中，设置在III族氮化物膜13侧主面13m上的III族氮化物层20根据将要制造的半导体器件的类型而变化。参考图4，在将要制造的半导体器件是作为电子器件的一个实例的SBD(肖特基势垒二极管)的情况下，III族氮化物层20可例如包括n+-GaN层28(具有例如2×1018cm-3的载流子浓度)以及n--GaN层29(具有例如5×1015cm-3的载流子浓度)。参考图5，在将要制造的半导体器件是作为电子器件的另一实例的HEMT(高电子迁移率晶体管)的情况下，III族氮化物层20可例如包括GaN层26和Al0.2Ga0.8N层27。参考图6，在将要制造的半导体器件是发光器件的情况下，III族氮化物层20可例如包括n-GaN层21，n-In0.05Ga0.95N层22，具有多量子阱结构的有源层23，p-Al0.09Ga0.91N层24以及p-GaN层25。
[参考实施例I-3：III族氮化物半导体器件]
参考图4至6，作为参考发明I的又一参考实施例的III族氮化物半导体器件4包括参考实施例I-1的III族氮化物复合衬底中的III族氮化物膜13，以及设置在III族氮化物膜13上的至少一个III族氮化物层20。
本参考实施例的III族氮化物半导体器件4包括III族氮化物复合衬底1，其具有小平均值mS和小标准偏差sS的均方根粗糙度的支撑衬底11侧主面11n，以及具有高结晶质量生长并由此设置在复合衬底1上的III族氮化物层20。因此，半导体器件4具有优良特性。
在III族氮化物半导体器件4中，III族氮化物层20根据III族氮化物半导体器件4的类型而变化。参考图4，在III族氮化物半导体器件4是作为电子器件的一个实例的SBD的情况下，III族氮化物层20可例如包括n+-GaN层28(具有例如2×1018cm-3的载流子浓度)以及n--GaN层29(具有例如5×1015cm-3的载流子浓度)。参考图5，在III族氮化物半导体器件4是作为电子器件的另一实例的HEMT的情况下，III族氮化物层20可例如包括GaN层26和Al0.2Ga0.8N层27。参考图6，在III族氮化物半导体器件4是发光器件的情况下，III族氮化物层20可例如包括n-GaN层21，n-In0.05Ga0.95N层22，具有多量子阱结构的有源层23，p-Al0.09Ga0.91N层24以及p-GaN层25。电子器件的其他实例可包括PND(PN二极管)，晶体管等等。上述半导体器件4还可以为垂直型或横向型。
参考图4至6，优选地，III族氮化物半导体器件4还包括用于支撑III族氮化物层20的支撑衬底11和器件支撑衬底40中的至少一个。这里，器件支撑衬底40的形状不限为平板形状，且可以是任意形状，只要其支撑III族氮化物膜13和III族氮化物层20以便可形成III族氮化物半导体器件4即可。
应当注意，III族氮化物半导体器件可具有已经移除III族氮化物膜13的对应于图4或6中所示的III族氮化物半导体器件4的结构。具有从其移除III族氮化物膜13的III族氮化物半导体器件可进一步提高器件特性。
[参考实施例I-4：制造III族氮化物复合衬底的方法]
参考图7至11，作为参考发明I的又一参考实施例的制造III族氮化物复合衬底的方法是制造参考实施例I-1的III族氮化物复合衬底1的方法，包括如下步骤：通过在支撑衬底11的一个主面11m侧上设置III族氮化物膜13而形成III族氮化物复合衬底1；以及在形成III族氮化物复合衬底1的步骤之前，之中或之后通过抛光III族氮化物复合衬底1的支撑衬底11侧主面11n来调整支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度。
本参考实施例的制造III族氮化物复合衬底1的方法可有效制造具有厚III族氮化物膜和在III族氮化物层生长时的主面上的小温度变化的低成本和大直径III族氮化物复合衬底1，由此能以高良率制造III族氮化物半导体器件。
{形成III族氮化物复合衬底的步骤}
本参考实施例的制造III族氮化物复合衬底1的方法包括通过将III族氮化物膜13设置在支撑衬底11侧的一个主面11m上而形成III族氮化物复合衬底1的步骤。在本步骤中，将III族氮化物膜13设置在支撑衬底11侧的一个主面11m侧上的方法没有特别限制且可包括如下第一至第三方法。
第一方法是如图7中所示的方法，根据该方法，沉积在基础衬底130的主面130n上的III族氮化物膜13接合至支撑衬底11的主面11m，且随后移除基础衬底130。第二方法是如图8至10中所示的方法，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的主面11m，且随后沿位于距离接合表面预定深度位置处的平面分离该III族氮化物膜施主衬底13D，由此在支撑衬底11的主面11m上形成III族氮化物膜13。第三方法如图11中所示的方法，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的主面11m，且随后通过对相反于其接合表面的III族氮化物膜施主衬底13D的主面13m进行研磨，抛光以及蚀刻中至少一项而以被减小的方式来调整这种III族氮化物膜施主衬底13D的厚度，由此在支撑衬底11的主面11m上形成III族氮化物膜13。
对于第一方法来说，将III族氮化物膜13接合至支撑衬底11的方法例如可以是这样一种方法(参见图7)，根据该方法，III族氮化物膜13的主面13n接合至支撑衬底11的主面11m，且连接膜12插入其间。对于第二和第三方法来说，用于将III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的方法例如可以是这样一种方法(参见图8至11)，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n接合至支撑衬底11的主面11m，且例如连接膜12插入其间。
图7至11各示出这样的方法，根据该方法，连接膜12a形成在支撑衬底11上，同时连接膜12b也形成在III族氮化物膜13或III族氮化物膜施主衬底13D上，且这些连接膜彼此接合。或者，连接膜12可仅形成在支撑衬底11上并接合至III族氮化物膜13或III族氮化物膜施主衬底13D，或者连接膜12可仅形成在III族氮化物膜13或III族氮化物膜施主衬底13D上且例如接合至支撑衬底11。
<第一方法>
参考图7，通过第一方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是，为了有效制造复合衬底，该步骤优选包括：准备支撑衬底11的子步骤(图7(A1))；在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图7(A2))；在基础衬底130的主面130n上形成III族氮化物膜13的子步骤(图7(B1))；在形成在基础衬底130上的III族氮化物膜13的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图7(B2))；接合形成在支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am以及形成在基础衬底130上的III族氮化物膜13上形成的连接膜12b的主面12bn以由此形成连接衬底1L的子步骤(图7(C))；以及从连接衬底1L移除基础衬底130的子步骤(图7(D))。
准备支撑衬底11的图7(A1)中所示的子步骤没有特别限制，且可例如通过这样执行：以预定摩尔比混合作为含金属元素M的氧化物的MOx(x为任意正实数)、作为含Al的氧化物的Al2O3以及作为含Si的氧化物的SiO2，烧结最终混合物，从最终烧结体切割预定尺寸的衬底，并随后对这种衬底的主面进行抛光。
在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的图7(A2)中所示的子步骤没有特别限定。但是为了降低形成薄膜的成本，适当地执行溅射、气相沉积、CVD(化学气相沉积)等。
在基础衬底130的主面130n上形成III族氮化物膜13的图7(B1)中所示的子步骤没有特别限制。但是为了形成具有高结晶质量的III族氮化物膜13，可适当通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)，溅射，MBE(分子束外延)，PLD(脉冲激光沉积)，HVPE(氢化物气相外延)，升华方法，熔剂法，高氮压溶方法等形成III族氮化物膜13。
在基础衬底130上形成的III族氮化物膜13的主面13n上形成连接膜12b的图7(B2)中所示的子步骤类似于在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a而执行。
对于接合形成在支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am以及形成在基础衬底130上的III族氮化物膜13上形成的连接膜12b的主面12bn以由此形成连接衬底1L的图7(C)中所示的子步骤来说，将连接膜12a和连接膜12b彼此接合的方法没有特别限制，且适当的方法包括：清洗将要彼此接合的相应表面，直接接合在一起，且随后加热至约600℃to 1200℃以便连接膜连接在一起的直接接合法；清洗将要彼此接合的表面，借助等离子体或离子使其进行活化处理，且随后在室温(例如25℃)至400℃的低温气氛下使其连接在一起的表面活化接合法；借助化学溶液和纯水对将要彼此接合的表面进行清洗且随后使其经受约0.1Mpa至10MPa的高压以便连接膜连接在一起的高压接合法；借助化学溶液和纯水对将要彼此接合的表面进行清洗，且随后在约10-6Pa至10-3Pa的高真空气氛下使其连接在一起的高真空接合法等等。上述任意接合法都可在连接膜连接在一起后升温至约600℃至1200℃以由此进一步提高连接强度。对于这些接合方法中任一个来说，已经彼此连接的薄膜可被加热至约600℃至1200℃，以由此进一步提高连接强度。特别地，表面活化接合法、高压接合法以及高真空接合法在连接膜连接在一起之后通过加热至约600℃至1200℃而都能展现出提高连接强度的较强效果。
从连接衬底1L移除基础衬底130的图7(D)中所示的子步骤没有特别限制。但是为了有效移除基础衬底130，适于执行将基础衬底130溶解在诸如氢氟酸的蚀刻剂中且由此移除的方法，研磨或抛光基础衬底130的暴露的主面一侧且由此移除基础衬底的方法。这里，在通过溶解在诸如氢氟酸的蚀刻剂中来移除基础衬底130的情况下，用于保护支撑衬底11的保护构件140优选围绕支撑衬底11形成。
以此方式，获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12，以及设置在连接膜12的主面12m上的III族氮化物膜13。
<第二方法>
参考图8至10，通过第二方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，适于使用图8和9中所示的切割方法或者图10中所示的离子注入方法。以下将说明切割方法和离子注入方法。
<切割方法>
参考图8和9，通过切割方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，该步骤优选包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图8(A)和图9(A))；在III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图8(B)和图9(B))；使形成于支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am与形成于III族氮化物膜施主衬底13D上的连接膜12b的主面12bn彼此接合以形成连接衬底1L、1LS的子步骤(图8(C)和图9(C))；以及沿距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的位置处的平面切割连接衬底1L、1LS的III族氮化物膜施主衬底13D的子步骤(图8(D)和图9(D))。
这里，III族氮化物膜施主衬底13D是在后续步骤中分离以由此提供III族氮化物膜13的施主衬底。形成这种III族氮化物膜施主衬底13D的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成III族氮化物膜13的方法。此外，形成连接膜12a,12b的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成连接膜12a,12b的方法。此外，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方法。此外，切割III族氮化物膜施主衬底13D的子步骤中采用的切割方法没有特别限定，且适于采用线锯，内圆周刀片，外圆周刀片，激光加工，放电加工，水喷射等。
以此方式，沿距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的位置处的平面分离连接衬底1L，1LS，且因此获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12，以及设置在连接膜12的主面12m上的III族氮化物膜13。
<支撑合并III族氮化物膜施主衬底的使用>
参考图9(B)至(D)，其中III族氮化物膜施主衬底支撑15接合至III族氮化物膜施主衬底13D的支撑合并III族氮化物膜施主衬底5D可用于以类似于上述的方式制造III族氮化物复合衬底1。支撑合并III族氮化物膜施主衬底5D具有支撑III族氮化物膜施主衬底13D的III族氮化物膜施主衬底支撑15，且因此即使III族氮化物膜施主衬底13D变薄至衬底13D不能自支撑的程度也可重复使用。
对于支撑合并III族氮化物膜施主衬底5D来说，没有特别限制III族氮化物膜施主衬底支撑15和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的形式。但是为了增加接合的连接强度，优选在其间设置连接膜14。也没有特别限制III族氮化物膜施主衬底支撑15。但是为了提高支撑强度并避免产生裂纹和翘曲，支撑15优选由具有类似于支撑衬底11的物理性质的材料形成。而连接膜14也没有特别限定，其优选为SiO2膜、Si3N4膜、TiO2膜、Ga2O3膜等，因为这些薄膜为III族氮化物膜施主衬底支撑15和III族氮化物膜施主衬底13D提供了良好连接。
<离子注入方法>
参考图10，通过离子注入方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，这个步骤优选包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图10(A))；通过将离子从III族氮化物膜施主衬底13D注入距离主面13n向内预定深度的平面而形成离子注入区13i以及在主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图10(B))；通过接合形成在支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am以及形成在III族氮化物膜施主衬底13D上的连接膜12b的主面12bn形成连接衬底1L的子步骤(图10(C))；以及沿离子注入区13i分离连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的子步骤(图10(D))。
这里，形成III族氮化物膜施主衬底13D的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成III族氮化物膜13的方法。此外，形成连接膜12a,12b的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成连接膜12a,12b的方法。此外，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方法。
注入III族氮化物膜施主衬底13D中的离子I没有特别限制。为了抑制膜质量的退化且使离子注入区13i中注入的离子I的气化温度低于III族氮化物膜13的分解温度，诸如氢离子，氦离子等的低质量原子的离子是优选地。用于沿其离子注入区13i分离III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，只要其是用于气化离子注入区13i中注入的离子I的方法即可。例如，通过施加例如热或超声波以气化形成在距离作为接合衬底IL的III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面预定深度位置处的离子注入区13i中注入的离子I，以由此导致突发体积膨胀而执行该方法。
以此方式，沿位于距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的平面分离连接衬底1L，且因此获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12以及设置在连接膜12的主面12m上的III族氮化物膜13。应当注意图9中所示的支撑合并III族氮化物膜施主衬底5D也可用于这种离子注入方法。
<第三方法>
参考图11，通过第三方法形成III族氮化物复合衬底1的步骤没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，这种步骤优选包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图11(A))；在III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图11(B))；将形成在支撑衬底11上的连接膜12a的主面12am以及形成在III族氮化物膜施主衬底13D上的连接膜12b的主面12bn彼此接合以由此形成连接衬底1L的子步骤(图11(C))；以及从相反于作为连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n的主面13m执行研磨，抛光和蚀刻中任一种的子步骤(图11(D))。
这里，除了借助第二方法通过分离之外，III族氮化物膜施主衬底13D是经过研磨，抛光和蚀刻中任一种在后续步骤中提供III族氮化物膜13的施主衬底。形成这种III族氮化物膜施主衬底13D的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成III族氮化物膜13的方法。此外，形成连接膜12a,12b的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成连接膜12a,12b的方法。此外，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方法。
此外，用于研磨III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是借助磨轮(表面研磨)，抛丸等的研磨。抛光III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是诸如机械抛光，CMP(化学机械抛光)等等。蚀刻III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是借助化学溶液的湿法蚀刻，诸如RIE(反应离子蚀刻)的干法蚀刻等等。
{调整III族氮化物复合衬底的支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的步骤}
本参考实施例中的制造III族氮化物复合衬底1的方法包括在形成III组氮化物复合衬底1的步骤之前，之中或之后通过抛光III族氮化物复合衬底1的支撑衬底11侧主面11n而调整支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的步骤。通过这个步骤，支撑衬底11侧主面11n可具有0.3nm以上且20nm以下的均方根粗糙度的平均值mS，且支撑衬底11侧主面11n可具有0.005以上且0.4以下的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS。
这里，可借助磨料的粘度，磨料颗粒的尺寸，平台和抛光衬垫的材料和表面形状以及抛光条件控制支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS。为了形成更小的均方根粗糙度的平均值mS，相对于水基磨料，更优选油基磨料，更优选更高粘度磨料，更优选更小磨料颗粒尺寸，且更优选软平台和软抛光垫。对于平台和抛光垫的表面形状来说，具有其中形成有用于沉淀物移除的凹槽的形状是优选的。用于沉淀物移除的凹槽是指形成的用于移除抛光界面上的沉淀物和/或聚集的磨料颗粒的相对宽的宽度和相对宽的间距的凹槽。抛光条件优选为低压和低圆周速度。
为了控制支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS，采用抛光溶液的粘度η(单位:mPa·S)以及流量Q(单位:m3/s)，以及平台的面积S(单位:m2)，抛光压力P(单位:kPa)以及圆周速度V(单位:m/s)，以便由公式：FE＝η×Q×V/S×P定义的作用系数FE(单位:m2/s)处于预定范围内，具体为4×10-17以上且1×10-16以下。对于平台和抛光垫的表面形状来说，具有形成用于使磨料均匀的凹槽的形状是优选的。用于使磨料均匀的凹槽是指具有形成的用于在衬底的中央部均匀保持磨料的相对窄的宽度和相对窄的间距的凹槽。
{调整III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的步骤}
本参考实施例中的制造III族氮化物复合衬底1的方法包括在形成III族氮化物复合衬底的步骤之后，通过抛光III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m而调整III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的步骤。通过调整III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的步骤，III族氮化物膜13侧主面13m可具有0.4nm以上且10nm以下的均方根粗糙度的平均值mIII-N，且III族氮化物膜13侧主面13m可具有0.008以上且0.5以下的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N。
这里，可借助磨料的粘度，磨料颗粒的尺寸，平台和抛光衬垫的材料和表面形状以及抛光条件控制III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mS。为了形成更小的均方根粗糙度的平均值mIII-N，更优选更高粘度磨料，更优选更小磨料颗粒尺寸，且更优选软平台和软抛光垫。对于平台和抛光垫的表面形状来说，具有其中形成有用于沉淀物移除的凹槽的形状是优选的。抛光条件优选为低压和低圆周速度。
对于III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N来说，优选采用由公式：FE＝η×Q×V/S×P定义的作用系数FE(单位:m2/s)处于预定范围内，具体为4×10-14m2/s以上且1×10-13m2/s以下，其中η(单位:mPa·S)是抛光溶液的粘度，Q(单位:m3/s)是抛光溶液的流量，S(单位:m2)是平台的面积，P(单位:kPa)是平台的抛光压力以及V(单位:m/s)是平台的圆周速度。对于平台和抛光垫的表面形状来说，其中形成有用于使磨料均匀的凹槽的形状是优选的。
[参考实施例I-5：制造III族氮化物半导体器件的方法]
参考图12，作为参考发明I的又一参考实施例的制造III族氮化物半导体器件的方法包括如下步骤：准备参考实施例I-1的III族氮化物复合衬底1(图12(A))；以及在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上生长至少一个III族氮化物层20(图12(A))。本参考实施例中的制造III族氮化物半导体器件的方法可用于以高良率制造具有优良特性的III族氮化物半导体器件，因为III族氮化物层生长在III族氮化物层生长时在主面13m上具有小温度分布的III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上。
本参考实施例中的制造III族氮化物半导体器件的方法还包括以下步骤：在生长III族氮化物层20的步骤(图12(A))之后从III族氮化物复合衬底1移除支撑衬底11(图12(C))。这个步骤能制造各种形式的III族氮化物半导体器件。
此外，本参考实施例中的制造III族氮化物半导体器件的方法还包括以下步骤：在生长III族氮化物层的步骤(图12(A))之后以及移除支撑衬底的步骤(图12(C))之前，在III族氮化物层20上接合器件支撑衬底40(图12(B))。这个步骤可以高良率制造由器件支撑衬底40支撑并具有高机械强度和优良特性的III族氮化物半导体器件。
本参考实施例中的制造III族氮化物半导体器件的方法可具体通过以下步骤执行。
<准备III族氮化物复合衬底的步骤>
参考图12(A)，准备III族氮化物复合衬底1的步骤类似于上述制造III族氮化物复合衬底1的方法中的步骤。
<生长III族氮化物层的步骤>
参考图12(A)，在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上生长至少一个III族氮化物层20的步骤中，用于生长III族氮化物层20的合适方法是诸如MOCVD，MBE，HVPE以及升华法等的气相方法，以及诸如熔剂法的液相方法，为了外延生长高结晶质量的III族氮化物层20，且特别合适的方法是MOCVD。
III族氮化物层20的结构根据III族氮化物半导体器件4的类型而变化。在III族氮化物半导体器件4是SBD(肖特基势垒二极管)的情况下，III族氮化物层20可例如由在III族氮化物膜13的主面13m上顺序生长n+-GaN层28(具有例如2×1018cm-3的载流子浓度)以及n--GaN层29(具有例如5×1015cm-3的载流子浓度)而构造。
以此方式，至少一个III族氮化物层20生长在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上，且因此获得层叠的III族氮化物复合衬底2。
<接合器件支撑衬底的步骤>
参考图12(B)，通过在层叠的III族氮化物复合衬底2的III族氮化物层20上形成作为肖特基电极的第一电极30和焊盘电极33，在器件支撑衬底40上形成焊盘电极43和连接金属膜44，以及将连接金属膜44接合至焊盘电极33，而执行将器件支撑衬底40接合在III族氮化物层20上的步骤。通过这个步骤获得层叠衬底3。对于器件支撑衬底40来说，采用Si衬底，CuW衬底，Mo衬底等。
<移除支撑衬底的步骤>
参考图12(C)，通过从层叠衬底3移除III族氮化物复合衬底1的支撑衬底11而执行从III族氮化物复合衬底1移除支撑衬底11的步骤。在III族氮化物复合衬底1包括插入在支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接膜12的情况下，也可移除连接膜12。用于移除支撑衬底11和连接膜12的方法没有特别限制，且适用方法为研磨，蚀刻等。例如，通过研磨和抛光中的至少一项移除由低的硬度、强度以及耐磨性并可能能被研磨掉的材料形成的支撑衬底11，以便降低制造成本。由可溶解在诸如酸溶液或碱溶液的化学溶液中的材料形成的支撑衬底11可通过借助化学溶液的蚀刻移除，因为其需要低制造成本。对于支撑衬底11来说，由诸如陶瓷材料的多晶材料形成的支撑衬底与由诸如蓝宝石，SiC，III族氮化物(例如GaN)等的单晶材料形成的支撑衬底相比更优选，因为多晶材料的支撑衬底11更容易被移除。
应当注意，对于制造采用自支撑型III族氮化物衬底的III族氮化物半导体器件来说，为了降低器件厚度，自支撑型III族氮化物衬底的背面(该背面是指相反于在其上形成了III族氮化物层的主面的主面，且以下也应用这种定义)要经受研磨等。相反，对于使用III族氮化物复合衬底制造III族氮化物半导体器件来说，为了降低器件厚度，容易通过蚀刻，研磨等移除支撑衬底，且因此可降低制造III族氮化物半导体器件的成本。
当移除支撑衬底11且进一步移除连接膜12时，可移除III族氮化物膜13。与III族氮化物膜13相比，III族氮化物层20的结晶度的提高，位错密度的降低以及载流子浓度的调整更容易。可移除III族氮化物膜13以进一步提高器件特性。对于III族氮化物膜13的移除来说，可采用抛光或蚀刻。优选采用干法蚀刻，因为容易控制要被移除的厚度。
<形成电极的步骤>
参考图12(D)，在已经在从层叠衬底3上移除支撑衬底11和连接膜12之后暴露的III族氮化物膜13上形成第二电极50，且在器件支撑衬底40上形成器件支撑衬底电极45。
以此方式，可以高良率制造具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
<参考发明II>
参考发明II涉及一种III族氮化物复合衬底，层叠的III族氮化物复合衬底，III族氮化物半导体器件及其制造方法。
[有关参考发明II的背景技术]
诸如GaN的III族氮化物具有优异的半导体特性，且因此可用作适于半导体器件的材料。
例如，日本专利公布No.2009-126722公开了用作半导体器件的衬底的自支撑型III族氮化物衬底。该自支撑型III族氮化物衬底具有25mm以上且160mm以下直径以及100μm以上且1000μm以下的厚度。作为具体实例，其公开了具有直径为100mm且厚度为400μm的自支撑型GaN衬底。
[参考发明II解决的问题]
但是，日本专利公布No.2009-126722中所公开的自支撑型III族氮化物衬底非常昂贵。这主要是由于III族氮化物不能形成液相且因此作为低成本制造方法的液相生长方法不能采用，即其不可避免地要采用低良率的气相生长方法。此外，III族氮化物是一种极其容易断裂的低断裂韧度材料。由于此，难以增大衬底直径。而且，如果衬底的厚度降低，则衬底易于翘曲。因此，在衬底上生长外延层的步骤中，结晶质量会劣化或会发生衬底剥离，这会降低半导体器件的制造良率。因此难以制造高附加值半导体器件。
参考发明II的目的是解决上述问题并提供一种能以低成本制造且具有大直径并具有小厚度以及具有高结晶质量的III族氮化物膜的III族氮化物复合衬底，层叠的III族氮化物复合衬底，以及III族氮化物半导体器件及其制造方法。
[问题的解决手段]
根据一个方面，参考发明II是一种包括彼此接合的支撑衬底以及具有50nm以上且小于10μm的厚度的III族氮化物膜的具有75mm以上直径的III族氮化物复合衬底，III族氮化物复合衬底包括插入支撑衬底和III族氮化物膜之间并将支撑衬底和III族氮化物膜彼此连接的连接膜，且连接膜具有2％以上且40％以下的厚度变化。
根据另一方面，参考发明II是一种包括彼此接合的支撑衬底以及具有50nm以上且小于10μm的厚度的III族氮化物膜的具有75mm以上直径的III族氮化物复合衬底，III族氮化物复合衬底包括插入支撑衬底和III族氮化物膜之间并将支撑衬底和III族氮化物膜彼此连接的连接膜，支撑衬底和III族氮化物膜之间的剪切连接强度为4MPa以上且40MPa以下，且支撑衬底和III族氮化物膜之间的连接面积的比率为60％以上且98％以下。
对于根据参考发明II的这些方面的III族氮化物复合衬底来说，III族氮化物膜的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底的热膨胀系数αs的比率αIII-N/αS为0.75以上且1.25以下，且III族氮化物膜的厚度tIII-N与支撑衬底的厚度tS的比率tIII-N/tS为0.0002以上且0.02以下。
支撑衬底可具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率λS。
支撑衬底可具有150GPa以上且500GPa以下的杨氏模量ES。
此外，III族氮化物复合衬底的直径可以是125mm以上且300mm以下。
根据另一方面，参考发明II是一种层叠的III族氮化物复合衬底，其包括：根据上述方面的III族氮化物复合衬底，以及被设置在III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上的至少一个III族氮化物层。
根据又一方面，参考发明II是一种III族氮化物半导体器件，其包括：根据上述方面的III族氮化物复合衬底中的III族氮化物膜，以及设置在III族氮化物膜上的至少一个III族氮化物层。
根据又一方面，参考发明II是一种制造III族氮化物复合衬底的方法，包括如下步骤：准备III族氮化物复合衬底；以及在III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜上生长至少一个III族氮化物层。
根据参考发明II的这个方面的制造III族氮化物半导体器件的方法还包括如下步骤：将器件支撑衬底接合在III族氮化物层上；以及从III族氮化物复合衬底移除支撑衬底。
[参考发明II的效果]
参考发明II可提供一种可以低成本制造，具有大直径和小厚度，并具有高结晶质量的III族氮化物膜的III族氮化物复合衬底，一种制造III族氮化物复合衬底的方法，层叠的III族氮化物复合衬底，以及III族氮化物半导体器件及其制造方法。
[参考实施例II-1：III族氮化物复合衬底]
参考图13，将说明作为参考发明II的参考实施例的III族氮化物复合衬底1。III族氮化物复合衬底1是一种包括了彼此接合的支撑衬底11以及具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜13的具有75mm以上直径的衬底。该III族氮化物复合衬底1包括插入支撑衬底11和III族氮化物膜13之间并将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此连接的连接膜12。III族氮化物复合衬底的特征在于连接膜12具有2％以上且40％以下的厚度变化。
相反于常规自支撑型III族氮化物衬底，本参考实施例提供一种其中III族氮化物膜13被连接至支撑衬底11的复合衬底。可采用这种特征以降低昂贵的III族氮化物膜的厚度并降低半导体器件的成本。
此外，包括的连接膜12具有可控制在上述特定范围内的厚度变化。因此，在III族氮化物膜13上形成外延层的半导体器件步骤中，热可从其上安装了衬底的底座均匀地在膜中传输。因此，可获得具有良好厚度变化和高结晶质量的外延层且因此可提高半导体器件的制造良率。
而且，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1的特征在于通过连接膜12而彼此连接的支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的剪切连接强度为4MPa以上且40MPa以下，且支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接面积的比率为60％以上且98％以下。
因此可控制支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接强度和结合面积的比率以便分别落入特定范围。因此，缓和了施加至连接膜的应力且抑制翘曲的发生。因此，可提高半导体器件的制造良率。
本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1可具有下述中的至少一项：连接膜12的厚度变化的上述特征；以及支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接强度和连接面积的比率的上述特征，以由此提高半导体器件的制造良率。特别优选III氮化物复合衬底1同时具有上述特征，因为可协同产生所述特征的相应效果，且因此可进一步增强本发明的效果。
<III族氮化物复合衬底的直径>
为了从一个复合衬底制造更多半导体器件芯片，III族氮化物复合衬底1的直径是75mm以上，且优选100mm以上，更优选125mm以上，且更加优选150mm以上。同时，为了减小复合衬底的翘曲并提高半导体器件良率，III族氮化物复合衬底1的直径优选300mm以下，且更优选200mm以下。
以下将说明构成本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1的各个部分。
<连接膜>
本参考实施例中的连接膜12具有吸收并缓解支撑衬底11的接合表面以及III族氮化物膜13的接合表面的不均衡性的功能，从而由此提高支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接强度。
连接膜12没有特别限制，只要连接膜12可将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合即可。连接膜12优选为SiO2膜,Si3N4膜,TiO2膜,Ga2O3膜等，因为这些薄膜具有将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此连接的高连接能力。虽然连接膜12的平均厚度没有特别限制，但是其平均厚度例如可以是约100nm至4μm。
<连接膜的厚度变化>
在本参考实施例中，连接膜12的厚度变化为2％以上且40％以下。本文的“厚度变化”是连接膜12的厚度的均匀性的指标并根据下述公式，由连接膜12的整个主面中测量的厚度中的“厚度的最大值tmax”以及“厚度的最小值tmin”计算的指标。
公式：厚度变化(％)＝{(tmax-tmin)/(tmax+tmin)}×100
这里，作为连接膜的厚度的参考面，可采用支撑衬底11的主面11m。测量厚度的测量点优选为至少13个点，且彼此相邻的测量点优选以基本上规则的间距设置。
可借助常规公知的光学干涉膜厚度表，台阶仪等测量连接膜的厚度。也可通过借助扫描电子显微镜(SEM)等对垂直于连接膜12的主面的截面进行观察而测量厚度。
如果厚度变化小于2％，则来自于其上安装了衬底的基座的热传导在生长外延层时是非均匀的。因此，衬底翘曲成凹型并在中心部的温度和外周部的温度之间具有大的差异。在这种情况下，不能生长具有高质量的外延层，半导体器件的制造良率低下，且半导体器件的特性劣化。如果厚度变化大于40％，则存在更多的其中连接膜较薄以及缺少连接膜(即未连接的区域)的区域。同样在这种情况下，不能生长具有高质量的外延层且半导体器件的制造良率低下。有鉴于此，本参考实施例中的连接膜的厚度变化是2％以上且40％以下。落入此范围内的厚度变化产生优越的效果，即温度在外延生长过程中在整个复合衬底上均匀分布以及可生长具有高结晶质量的高质量外延层。厚度变化更优选5％以上且25％以下，且更优选7％以上且16％以下。落入这些范围内的厚度变化能进一步提高连接膜的厚度的均匀性以及进一步提高形成在III族氮化物膜13上的外延层的结晶质量。
可例如通过对连接膜表面执行的化学机械抛光(以下也称为“CMP”)的条件适当调整而控制连接膜的厚度变化以便其落入所需范围。条件的实例可以是用于磨料的材料，抛光的线速度，用于抛光垫的材料等等。
<剪切连接强度>
在本参考实施例中，通过连接膜12而连接在一起的支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的剪切连接强度为4MPa以上且40MPa以下。在剪切连接强度落入此范围的情况下，在制造半导体器件的工艺中不会发生衬底剥落且缓解了衬底的翘曲。因此，显著提高了半导体器件的制造良率。剪切连接强度更优选10MPa以上且30MPa以下。这是合适的，因为这种剪切强度往往能进一步提高缓解衬底翘曲的效果。如果剪切连接强度小于4MPa，则连接强度不足。在这种情况下，在外延生长过程中会发生衬底剥离，因为衬底由于来自其上安装了衬底的基座的热传导而变形，导致半导体器件的制造的较低良率。如果剪切连接强度大于40MPa，则更大的应力会施加至连接膜12且倾向于增大衬底的翘曲，导致半导体器件的制造的更低的良率。
在本参考实施例中，可通过根据JIS K 6850“刚性-刚性接合组件的抗拉搭接剪切强度的测定”的方法，借助模具剪切测试仪，张力测试仪等测量剪切连接强度。具体地，准备矩形复合衬底(6mm长度×8mm宽度)作为测量样本，且将复合衬底平坦放置并固定在测试仪的样本台上以便支撑衬底面向下。此后，9mm宽度的测试装置用于在平行于支撑衬底和III族氮化物膜之间的连接面的方向(即剪切方向)上施加负载，且测量当连接面破碎时的最大剪切负载。随后，最大剪切负载除以连接面的面积(4.8×10-5m2)，由此计算剪切连接强度。
作为在支撑衬底11和III族氮化物膜13之间实现4MPa以上且40MPa以下的剪切连接强度的方法来说，例如可适当采用这样的方法，根据该方法，在支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此连接之前和之后执行的退火处理。即如下的适当方法。在支撑衬底11的一个主面和III族氮化物膜13的一个主面的每一个上形成连接膜之后，对各个支撑衬底11和III族氮化物膜13进行退火处理。退火的支撑衬底11和退火的III族氮化物膜13借助插入其间的连接膜而彼此连接，且随后再次进行退火处理。
对于退火处理的条件来说，优选在400℃以上的氮气气氛下执行退火处理一个小时以上，更优选在600℃以上的氮气气氛下执行退火处理一个小时以上，且特别优选在800℃以上的氮气气氛下执行退火处理一个小时以上。
对于连接膜的质量来说，用于退火处理的温度条件优选为1200℃以下，且处理的时间优选为48小时以下。
也可借助连接膜连接之前的表面状态(即表面粗糙度)控制剪切连接强度。
<连接面积的比率>
如上所述，本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1需要在支撑衬底11和III族氮化物膜13之间具有4MPa以上且40MPa以下的剪切连接强度，且支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接面积的比率为60％以上且98％以下。因此根据这两方面定义支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的关系，且因此本参考实施例中的III族氮化物复合衬底1能显著降低外延生长过程中衬底的翘曲并能形成将要生长的具有高平坦性和高质量的外延层。因此，复合衬底具有优越的效果，即在制造半导体器件的工艺中衬底剥离发生的频率极低且半导体器件的制造良率高。在连接面积的比率小于60％的情况下，外延生长工艺中以及制造半导体器件的工艺中衬底剥离发生的频率高，导致半导体器件制造的较低良率。在连接面积的比率高于98％的情况下，更大的应力会施加至连接膜12且衬底可能发生翘曲。因此，同样在这种情况下，半导体器件的制造良率较低。
在本参考实施例中，“连接面积的比率”是通过以下方式而确定的值：计算借助超声显微镜通过对作为支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接面的连接膜12进行观察而检测作为接合缺陷(空隙或剥离)的面积的总和，将该总和除以支撑衬底11的主面11m的面积，并将该商数乘以100。连接面积的比率更优选为70％以上且90％以下，且更优选80％以上且86％以下。在连接面积的比率落入这些范围的情况下，显著缓解施加至连接膜12的应力，且可进一步提高半导体器件的制造良率。
作为实现60％以上且98％以下的连接面积的比率的方法来说，例如可采用根据清洗连接膜12的表面的方法。具体地，可适当地采用这样的方法，根据该方法，连接膜12的表面上的污垢通过CMP移除且随后表面进一步经历借助水的超声清洗。作为更优选的方法，可采用这样的方法，根据该方法，连接膜12的表面上的污垢通过CMP移除且随后污垢进一步通过借助诸如氢氧化钾(KOH)或水的水溶液的化学溶液的非磨料抛光清洗来移除。例如也可采用超声清洗和非磨料抛光清洗这两者。
可通过将连接膜12的厚度变化定义为2％以上且40％以下而更精确地控制连接面积的比率。即，特别优选连接膜12的厚度变化为2％以上且40％以下且连接面积的比率为60％以上且98％以下。
<支撑衬底>
支撑衬底11没有特别限定，只要支撑衬底11可支撑III族氮化物膜13即可。但是，为了降低昂贵的III族氮化物的使用量以由此降低成本，支撑衬底优选为异质组成衬底，其化学组成不同于III族氮化物。支撑衬底11可以是透明或不透明的，且可以是根据将要使用的半导体器件而适当选择的透明衬底和不透明衬底中的一种。
作为形成支撑衬底11的材料来说，可采用公知的陶瓷材料，半导体材料，金属材料，多晶材料，单晶材料等等。例如，用于支撑衬底11的材料可以是氮化铝(AlN)，尖晶石(MgAl2O4)，莫来石(3Al2O3·2SiO2-2Al2O3·SiO2)，氧化铝(Al2O3)，石墨等的烧结体材料，诸如AlN，蓝宝石等的单晶材料，诸如钼(Mo)，钨(W)等的金属材料，或诸如铜钨(Cu-W)等的合金材料。
支撑衬底11例如在外延生长过程中可暴露于诸如氨气的高温腐蚀性气体，且因此优选地是耐腐蚀的衬底。因此，衬底可覆盖有任何各种表面保护涂层以提升其表面的抗腐蚀能力。
<支撑衬底的热导率>
支撑衬底11具有的热导率λS优选为3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下，更优选5W·m-1·K-1以上且210W·m-1·K-1以下，且更优选10W·m-1·K-1以上且120W·m-1·K-1以下。这里，可通过激光闪光法测量支撑衬底11的热导率λS。具有优选为3W·m-1·K-1以上，更优选5W·m-1·K-1以上，且更优选10W·m-1·K-1以上的热导率λS的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在III族氮化物层生长时有效地将热从基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的主面13m。具有优选为280W·m-1·K-1以下，更优选210W·m-1·K-1以下，且更优选120W·m-1·K-1以下的热导率λS的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1可在III族氮化物层生长时均匀地将热从基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的整个主面。与具有约300W·m-1·K-1的热导率λS的SiC衬底用作支撑衬底的情况相比，具有280W·m-1·K-1以下的热导率λS的支撑衬底11可在III族氮化物层生长时更均匀地将热从基座的主面传输至III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13的整个主面。应当注意支撑衬底11的热导率可不同于III族氮化物膜13的热导率。
<支撑衬底的热膨胀系数>
支撑衬底11优选是不易于裂纹的衬底。支撑衬底11的热膨胀系数优选接近III族氮化物膜13的热膨胀系数。具有这种性质的支撑衬底11是合适的，因为即使在外延生长的工艺，制造半导体器件的工艺等中加热III族氮化物复合衬底1时，也能使III族氮化物复合衬底1很少裂纹。
具体地，III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αs的比率αIII-N/αS优选为0.75以上且1.25以下，更优选0.8以上且1.2以下，更优选0.9以上且1.1以下，且特别优选0.95以上且1.05以下。
<支撑衬底11的厚度>
虽然支撑衬底11本身的厚度没有特别限制，但是优选支撑衬底11的厚度和III族氮化物膜13的厚度满足以下关系，以便抑制加热时III族氮化物膜13的翘曲，裂纹等。即III族氮化物膜的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS优选为0.0002以上且0.02以下。热膨胀系数的比率αIII-N/αS为0.75以上且1.25以下以及厚度的比率tIII-N/tS为0.0002以上且0.02以下的，这样的事实使得在诸如制造复合衬底的工艺，外延生长的工艺以及制造半导体器件的工艺的各个场合下都能显著降低由于III族氮化物膜13的翘曲或裂纹而造成的缺陷工件的出现。厚度的比率tIII-N/tS优选为0.0005以上且0.02以下。
<支撑衬底的杨氏模量>
对于支撑衬底11的杨氏模量ES来说，ES优选为150GPa以上且500GPa以下，以便抑制加热III族氮化物复合衬底1时翘曲的发生。如果ES小于150GPa，则在加热过程中倾向于发生翘曲。如果ES大于500GPa，则在加热过程中倾向于发生断裂或裂纹。因此不优选这些ES。ES更优选处于200GPa以上且350GPa以下的范围。支撑衬底11的杨氏模量可不同于III族氮化物膜13。
对于形成支撑衬底11的材料来说，支撑衬底11可由具有接近III族氮化物膜13的热膨胀系数和杨氏模量的材料形成，例如由莫来石(3Al2O3·2SiO2-2Al2O3·SiO2)形成的衬底，莫来石-YSZ(钇稳定化氧化锆)形成的衬底，由尖晶石(MgAl2O4)形成的衬底，由Al2O3-SiO2-基复合氧化物的烧结体形成的衬底，以及各由对它们添加了氧化物，氮化物，碳酸盐等的烧结体分别形成的衬底，钼(Mo)衬底，钨(W)衬底等等。这里，氧化物，氮化物和碳酸盐中包含的优选元素为Ca,Mg,Sr,Ba,Al,Sc,Y,Ce,Pr,Si,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn等。
<III族氮化物膜>
III族氮化物膜13是由III族氮化物，特别是诸如GaN膜，AlN膜等的InxAlyGa1-x-yN膜(0≤x,0≤y,x+y≤1)形成的薄膜。
III族氮化物膜13的厚度为50nm以上且小于10μm。在厚度小于50nm的情况下，III族氮化物膜13易于具有裂纹，这使得难以在薄膜上生长高质量的外延层。厚度小于10μm的事实可降低昂贵的III族氮化物的使用量并提高半导体器件的附加值。
III族氮化物膜13的晶体结构优选是纤锌矿结构，因为其能制造具有优良特性的半导体器件。没有限定III族氮化物膜13的主面13m最接近的预定平面取向，只要其适于所需半导体器件即可，且可以是{0001},{10-10},{11-20},{21-30},{20-21},{10-11},{11-22}以及{22-43}，以及分别从这些平面取向位移15°以下(偏离15°以下)的平面取向。其还可以是相反于上述罗列的平面取向以及分别从这些平面取向位移15°(偏离15°以下)以下的平面取向中的任一个。即，III族氮化物膜13的主面13m可以是极化面，非极化面以及半极化面中的任一个。III族氮化物膜13的主面13m优选为{0001}面及其相反面，因为这些平面可容易地增大直径，或者{10-10}面，{20-21}面及其相反面中的任一个，因为这些面可抑制将要制造的发光器件的蓝色偏移。
为了提高将要生长在III族氮化物膜13上的III族氮化物层的结晶质量并提高将要形成的半导体器件的特性，III族氮化物膜13的主面13m的杂质金属原子优选为3×1013原子/cm2以下，更优选1×1013原子/cm2以下，且更优选1×1012原子/cm2以下。优选对包括诸如莫来石(3Al2O3·2SiO2-2Al2O3·SiO2)，莫来石-YSZ(钇稳定化氧化锆)，尖晶石(MgAl2O4)，Al2O3-SiO2-基复合氧化物的烧结体等的衬底的支撑衬底11的III族氮化物复合衬底1进行抑制金属原子从支撑衬底11洗提的清洗，例如借助表面活性剂和纯水的擦洗清洗，双流体清洁，兆声清洁，诸如借助低浓度酸或碱的单面的片材馈送清洗，从而降低III族氮化物膜13的主面13m中的杂质金属原子的浓度。
对于III族氮化物膜13的主面13m中的其他杂质来说，为了提高生长在III族氮化物膜13上的III族氮化物层的结晶质量并提高将要形成的半导体器件的特性，杂质优选为2×1014原子/cm2以下的Cl原子，9×1013原子/cm2以下的Si原子。III族氮化物膜13的位错密度没有特别限制。为了降低半导体器件的泄漏电流，位错密度优选为1×108cm-2以下。III族氮化物膜13的载流子浓度没有特别限制。为了降低半导体器件的电阻，载流子浓度优选为1×1017cm-3以上。
[参考实施例II-2：层叠的III族氮化物复合衬底]
现在参考图14，将说明作为参考发明II的又一实施例的层叠的III族氮化物复合衬底2。
层叠的III族氮化物复合衬底2包括：参考实施例II-1的III族氮化物复合衬底1，以及设置在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上的至少一个III族氮化物层20。
因此，III族氮化物层20设置在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上，且因此III族氮化物层20可生长为高质量外延层。
在本参考实施例的层叠的III族氮化物复合衬底2中，设置在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上的III族氮化物层20根据将要制造的半导体器件的类型而变化。在将要制造的半导体器件是发光器件的情况下，III族氮化物层20可构造为例如包括n-GaN层21，n-In0.05Ga0.95N层22，具有多量子阱结构的有源层23，p-Al0.09Ga0.91N层24以及p-GaN层25。在将要制造的半导体器件是作为电子器件的一个实例的HEMT(高电子迁移率晶体管)的情况下，III族氮化物层可构造为例如包括GaN层和Al0.2Ga0.8N层。在将要制造的半导体器件是作为电子器件的另一实例的SBD(肖特基势垒二极管)的情况下，III族氮化物层可构造为例如包括n+-GaN层(具有例如2×1018cm-3的载流子浓度)以及n--GaN层(具有例如5×1015cm-3的载流子浓度)。
[参考实施例II-3：III族氮化物半导体器件]
现在参考图15和16，将说明作为参考发明II的又一参考实施例的III族氮化物半导体器件4。
III族氮化物半导体器件4包括参考实施例II-1的III族氮化物复合衬底中的III族氮化物膜13，以及设置在III族氮化物膜13上的至少一个III族氮化物层20。
因此，本参考实施例中的III族氮化物半导体器件4包括：III族氮化物复合衬底1以及具有显著高结晶质量生长并因此设置在复合衬底上的III族氮化物层20，且因此具有优良的半导体特性。
在III族氮化物半导体器件4中，III族氮化物层20根据III族氮化物半导体器件4的类型而变化。如图15中所示，在III族氮化物半导体器件4是发光器件的情况下，III族氮化物层20可构造为例如包括n-GaN层21，n-In0.05Ga0.95N层22，具有多量子阱结构的有源层23，p-Al0.09Ga0.91N层24以及p-GaN层25。如图16中所示，在III族氮化物半导体器件4是作为电子器件的一个实例的HEMT的情况下，III族氮化物层20可构造为例如包括GaN层26和Al0.2Ga0.8N层27，以及源电极60，漏电极70，栅电极80等可形成在Al0.2Ga0.8N层27上。在III族氮化物半导体器件是作为电子器件的另一实例的SBD的情况下，III族氮化物层可构造为例如包括n+-GaN层(具有例如2×1018cm-3的载流子浓度)以及n--GaN层(具有例如5×1015cm-3的载流子浓度)。
如图15和16所示，优选地，III族氮化物半导体器件4还包括用于支撑III族氮化物层20的支撑衬底11和器件支撑衬底40中的至少一个。这里，器件支撑衬底40的形状不限于平板形状，且可以是任意形状，只要其支撑III族氮化物膜13和III族氮化物层20以便可形成III族氮化物半导体器件4即可。
[参考实施例II-4：制造III族氮化物半导体器件的方法]
现在参考图17至21，将说明制造作为参考发明II的又一参考实施例的III族氮化物半导体器件的方法。
本参考实施例中的制造III族氮化物半导体器件的方法包括如下步骤：准备III族氮化物复合衬底1；以及在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上生长至少一个III族氮化物层20。
<准备III族氮化物复合衬底的步骤>
首先参考图17至20，将说明准备III族氮化物复合衬底1的步骤。
在准备III族氮化物复合衬底1的步骤中，制造参考实施例II-1的III族氮化物复合衬底1。制造III族氮化物复合衬底1的方法没有特别限制，只要其能将III族氮化物膜13设置在支撑衬底11的主面11m上即可，且可包括下述第一至第三方法。
第一方法是如图17中所示的方法，根据该方法，沉积在基础衬底130的主面30n上的III族氮化物膜13接合至支撑衬底11的主面11m，且随后移除基础衬底130。第二方法是如图18和19中所示的方法，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的主面11m，且随后沿位于距离接合表面预定深度位置处的平面分离这种III族氮化物膜施主衬底13D，由此在支撑衬底11的主面11m上形成III族氮化物膜13。第三方法是如图20中所示的方法，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的主面11m，且随后通过对相反于其接合表面的III族氮化物膜施主衬底13D的主面进行研磨，抛光以及蚀刻中至少一项而以减小的方式来调整该III族氮化物膜施主衬底13D的厚度，由此在支撑衬底11的主面11m上形成III族氮化物膜13。
对于第一方法来说，将III族氮化物膜13接合至支撑衬底11的方法例如可以是这样一种方法(参见图17)，根据该方法，III族氮化物膜13接合至支撑衬底11的主面11m，且连接膜12插入其间。对于第二和第三方法来说，用于将III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的方法例如可以是这样一种方法(参见图18至20)，根据该方法，III族氮化物膜施主衬底13D接合至支撑衬底11的主面11m，且例如连接膜12插入其间。
图17示出这样的方法，根据该方法，连接膜12a形成在支撑衬底11上，同时连接膜12b也形成在III族氮化物膜13上，且这些连接膜彼此接合。或者，连接膜12可仅形成在支撑衬底11上并接合至III族氮化物膜13。
<第一方法>
参考图17，通过第一方法制造复合衬底的方法没有特别限制。但是，为了有效制造复合衬底，该方法优选包括：准备支撑衬底11的步骤(图17(A))；在基础衬底130的主面130n上形成III族氮化物膜13的步骤(图17(B))；将支撑衬底11以及III族氮化物膜13彼此接合以由此形成连接衬底1L的步骤(图17(C))；以及从连接衬底1L移除基础衬底130的步骤(图17(D))。
准备支撑衬底11的图17(A)中所示的步骤没有特别限制，且可例如通过以下执行：以预定摩尔比混合作为含金属元素M的氧化物的MOx(x为任意正实数)、作为含Al的氧化物的Al2O3以及作为含Si的氧化物的SiO2，烧结最终混合物，从最终烧结体切割预定尺寸的衬底，并随后对这种衬底的主面进行抛光。
适于通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)，溅射，MBE(分子束外延)，PLD(脉冲激光沉积)，HVPE(氢化物气相外延)，升华方法，熔剂法，高氮压溶方法等执行在基础衬底130的主面130n上形成III族氮化物膜13的图17(B)中所示的步骤。
如图17(C)中所示，将支撑衬底11以及III族氮化物膜13彼此接合以由此形成连接衬底1L的的步骤包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图17(C1))；在形成在基础衬底130的主面130n上的III族氮化物膜13的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图17(C2))；以及将形成在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12a与形成在基础衬底130的主面130n上形成的III族氮化物膜13的主面13n上的连接膜12b彼此接合的子步骤(图17(C3))。执行这些子步骤以连接并由此将彼此接合的连接膜12a和连接膜12b整合进连接膜12，且支撑衬底11和形成在基础衬底130上的III族氮化物膜13借助插入其间的连接膜12彼此接合以由此形成连接衬底1L。
这里，形成连接膜12a,12b的方法并无特别限定。但是为了降低形成连接膜的成本，要执行的适当方法是溅射、气相沉积、CVD(化学气相沉积)等。将连接膜12a和连接膜12b彼此接合的方法没有特别限制，且适当的方法包括：清洗将要彼此接合的相应表面，使其直接接合在一起，且随后加热至约600℃to 1200℃以便连接膜连接在一起的直接接合法；清洗将要彼此接合的表面，借助等离子体或离子进行活化处理，且随后在室温(例如25℃)至400℃的低温气氛下使其连接在一起的表面活化接合法；借助化学溶液和纯水对将要彼此接合的表面进行清洗且随后使其经受约0.1Mpa至10MPa的高压以便连接膜连接在一起的高压接合法；借助化学溶液和纯水对将要彼此接合的表面进行清洗，且随后在约10-6Pa至10-3Pa的高真空气氛下使其连接在一起的高真空接合法等等。上述任意接合法都可在连接膜连接在一起后升温至约600℃至1200℃以由此进一步提高连接强度。特别地，表面活化接合法、高压接合法以及高真空接合法在连接膜连接在一起之后通过加热至约600℃至1200℃都能展现出提高连接强度的较强效果。
从连接衬底1L移除基础衬底130的图17(D)中所示的步骤没有特别限制。但是为了有效移除基础衬底130，适于执行将基础衬底130溶解在诸如氢氟酸的蚀刻剂中且由此移除的方法，研磨或抛光基础衬底130的暴露的主面一侧且由此移除基础衬底的方法。这里，在通过溶解在诸如氢氟酸的蚀刻剂中来移除基础衬底130的情况下，用于保护支撑衬底11的保护构件140优选围绕支撑衬底11形成。
以此方式，获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12，以及设置在连接膜12的主面上的III族氮化物膜13。
<第二方法>
通过图18和19中所示的第二方法制造复合衬底的方法没有特别限制。但是为了有效制造复合衬底，该方法优选包括：通过将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合而由此形成连接衬底1L的步骤(图18(A)和图19(A))；以及沿距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n预定深度向内定位的平面分离连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的步骤(图18(B)和图19(B))。沿距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n预定深度向内定位的平面分离连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的步骤没有特别限制。但是为了有效分离，优选如图18中所示的离子注入方法，如图19中所示的切割方法等。
<离子注入方法>
以下将说明图18中所示的离子注入方法。如图18(A)中所示，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合以由此形成连接衬底1L的步骤包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图18(A1))；通过将离子I从III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n侧注入距离主面13n向内预定深度定位的平面而形成离子注入区13i以及在主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图18(A2))；以及接合形成在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12a以及形成在III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上的连接膜12b的子步骤(图18(A3))。通过这些子步骤，连接彼此接合的连接膜12a和连接膜12b并由此整合以形成连接膜12，且支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D借助插入其间的连接膜12彼此连接以由此形成连接衬底1L。注入连接衬底1L的III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜施主衬底13D中的离子I在后续步骤中被气化以致使突发体积膨胀，且因此沿离子注入区13i分离III族氮化物膜施主衬底13D。
III族氮化物膜施主衬底13D是后续步骤中分离的施主衬底，从而由此提供III族氮化物膜13。形成这种III族氮化物膜施主衬底13D的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成III族氮化物膜13的方法。此外，形成连接膜12a,12b的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成连接膜12a,12b的方法。此外，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方法。
注入III族氮化物膜施主衬底13D中的离子I没有特别限制。为了抑制III族氮化物膜13的质量的退化且使离子注入区13i中注入的离子I的气化温度低于III族氮化物膜13的分解温度，诸如氢离子，氦离子等的低质量原子的离子是优选地。
用于沿位于距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的平面分离连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，只要其是气化III族氮化物膜施主衬底13D中注入的离子I的方法即可。例如，通过施加例如热或超声波以气化形成在距离作为接合衬底IL的III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面预定深度位置处的离子注入区13i中注入的离子I，以由此导致突发体积膨胀而执行该方法。
因此，沿位于距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的平面分离连接衬底1L，由此提供III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12以及设置在连接膜12的主面12m上的III族氮化物膜13。
<切割方法>
以下将说明图19中所示的切割方法。将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合以由此形成连接衬底1L的步骤包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图19(A1))；在III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图19(A2))；以及使形成于支撑衬底11的主面11m上的连接膜12a与形成于III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上的连接膜12b彼此接合的子步骤(图19(A3))。通过这些子步骤，连接彼此接合的连接膜12a和连接膜12b并由此整合以形成连接膜12，且支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D借助插入其间的连接膜12彼此连接以由此形成连接衬底1L。
沿位于距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的平面分离连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的步骤通过沿距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的平面切割III族氮化物膜施主衬底13D而执行。用于切割III族氮化物膜施主衬底的方法没有特别限制，且适于使用线锯，内周刀片，外周刀片等等。
以此方式，沿位于距离作为III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n向内预定深度的平面分离连接衬底1L，且因此获得III族氮化物复合衬底1，其包括支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12，以及设置在连接膜12的主面上的III族氮化物膜13。
<第三方法>
如图20中所示，虽然通过第三方法制造复合衬底的步骤没有特别限制，但是为了有效制造复合衬底，这种方法优选包括：将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合以由此形成连接衬底1L的步骤(图20(A))，以及对相反于作为连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n的主面13m执行研磨，抛光和蚀刻中任一种的步骤(图20(B))。
如图20(A)中所示，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合以由此形成连接衬底1L的步骤包括：在支撑衬底11的主面11m上形成连接膜12a的子步骤(图20(A1))；在III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上形成连接膜12b的子步骤(图20(A2))；以及使形成于支撑衬底11的主面11m上的连接膜12a与形成于III族氮化物膜施主衬底13D的主面13n上的连接膜12b接合的子步骤(图20(A3))。通过这些子步骤，连接彼此接合的连接膜12a和连接膜12b并由此整合以形成连接膜12，且支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D借助插入其间的连接膜12彼此连接以由此形成连接衬底1L。
与上述第二方法相同，III族氮化物膜施主衬底13D是后续步骤中分离的施主衬底。形成这种III族氮化物膜施主衬底13D的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成III族氮化物膜13的方法。此外，形成连接膜12a,12b的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中形成连接膜12a,12b的方法。此外，将支撑衬底11和III族氮化物膜施主衬底13D彼此接合的方法类似于借助第一方法制造复合衬底的方法中将支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合的方法。
如图20(B)中所示，通过对相反于作为连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面的主面13n的主面13m执行研磨，抛光以及蚀刻中的至少一项的步骤，III族氮化物膜施主衬底13D的厚度减小，以由此形成具有所需厚度的III族氮化物膜13。因此获得包括了支撑衬底11，设置在支撑衬底11的主面11m上的连接膜12以及设置在连接膜12的主面上的III族氮化物膜13的III族氮化物复合衬底1。
这里，研磨III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是借助磨轮(表面研磨)，抛丸等的研磨。抛光III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是机械抛光，化学机械抛光等等。蚀刻III族氮化物膜施主衬底13D的方法没有特别限制，且可以是借助化学溶液的湿法蚀刻，诸如RIE(反应离子蚀刻)的干法蚀刻等等。
以此方式，可制造III族氮化物复合衬底1。上述方式制造的III族氮化物复合衬底1具有优良效果，即高质量外延层可生长在复合衬底上且可提高半导体器件的制造良率。
<制造III族氮化物半导体器件的步骤>
现在将说明制造III族氮化物半导体器件的步骤。
本参考实施例中的制造III族氮化物半导体器件的方法包括准备上述III族氮化物复合衬底1的步骤，以及如图21所示，包括在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上生长至少一个III族氮化物层20的步骤(图21(A))。制造本参考实施例中的III族氮化物半导体器件的方法在III族氮化物层生长时在III族氮化物复合衬底1的主面13m上生长III族氮化物层，且因此可以高良率制造具有优良特性的III族氮化物半导体器件。
本参考实施例中的制造III族氮化物半导体器件的方法还包括以下步骤：在III族氮化物层20上还接合器件支撑衬底40(图21(B))，以及从III族氮化物复合衬底1移除支撑衬底11(图21(C))。加入这些步骤可以高良率制造由器件支撑衬底40支撑并具有高机械强度和优良特性的III族氮化物半导体器件。
过以下步骤具体执行本参考实施例中的制造III族氮化物半导体器件的方法。
<生长III族氮化物层的步骤>
如图21(A)中所示，在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上生长至少一个III族氮化物层20的步骤中，用于生长III族氮化物层20的合适方法是诸如MOCVD，MBE，HVPE以及升华法等的气相方法，以及诸如熔剂法的液相方法，为了外延生长高结晶质量的III族氮化物层20，且特别合适的方法是MOCVD。
III族氮化物层20的结构根据III族氮化物半导体器件4的类型而变化。在III族氮化物半导体器件4是发光器件的情况下，III族氮化物层20可例如通过在III族氮化物膜13上顺序生长n-GaN层21，n-In0.05Ga0.95N层22，具有多量子阱结构的有源层23，p-Al0.09Ga0.91N层24以及p-GaN层25而构造。
以此方式，至少一个III族氮化物层20生长在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13上，且因此获得层叠的III族氮化物复合衬底2。
<接合器件支撑衬底的步骤>
如图21(B)所示，通过在层叠的III族氮化物复合衬底2的III族氮化物层20上形成第一电极30和焊盘电极33，在器件支撑衬底40上形成焊盘电极43和连接金属膜44，以及将连接金属膜44接合至焊盘电极33，来执行将器件支撑衬底40还接合在III族氮化物层20上的步骤。通过这些步骤获得层叠衬底3。作为器件支撑衬底40，采用Si衬底，CuW衬底等。
<移除支撑衬底的步骤>
如图21(C)所示，通过从层叠衬底3移除III族氮化物复合衬底1的支撑衬底11而执行从III族氮化物复合衬底1移除支撑衬底11的步骤。因此，插入在支撑衬底11和III族氮化物膜13之间的连接膜12也同时被移除。
用于移除支撑衬底11和连接膜12的方法没有特别限制，且适用方法为研磨，蚀刻等。例如，通过研磨和抛光中的至少一项移除由低的硬度、强度以及耐磨性的并可能能被研磨掉的材料形成的支撑衬底11，以便降低制造成本。由可溶解在诸如酸溶液或碱溶液的化学溶液中的材料形成的支撑衬底11可通过借助化学溶液的蚀刻移除，因为其需要低制造成本。作为支撑衬底11，由诸如陶瓷材料的多晶材料形成的支撑衬底与由诸如蓝宝石，SiC，III族氮化物(例如GaN)等的单晶材料形成的支撑衬底相比更优选，因为多晶材料的支撑衬底11更容易被移除。
<形成电极的步骤>
如图21(D)所示，在已经在从层叠衬底3上移除支撑衬底11和连接膜12之后暴露的III族氮化物膜13上形成第二电极50，且在器件支撑衬底40上形成器件支撑衬底电极45。
以此方式，可以高良率制造具有非常优良特性的III族氮化物半导体器件。
实例
<实例A>
1.III族氮化物复合衬底的制造
参考图8(A)，准备具有75mm直径以及400μm厚度的莫来石衬底(相对于整个衬底，60mol％的Al2O3以及40mol％的SiO2)用作支撑衬底11。支撑衬底11具有3W·m-1·K-1的热导率以及200GPa的杨氏模量。支撑衬底11的两个相应的相反侧主面11m,11n借助铜基平台进行粗抛光，借助锡平台进行预精抛光，且借助无纺布抛光垫进行精抛光，金刚石浆料用作磨料。
此后，通过PE-CVD(等离子体增强化学气相沉积)方法在支撑衬底11的精抛光主面11m上生长800nm厚度的SiO2膜，在氮气气氛下，在800℃下退火一小时，且随后，利用具有pH为10并包含具有40nm平均粒径的硅胶磨粒的浆料执行CMP(化学机械抛光)，由此形成具有400nm厚度的连接膜12a，其主面12am被镜面式精加工，因此均方根粗糙度为0.3nm以下。随后，为了移除用于CMP的硅胶磨粒，执行借助KOH水溶液的非磨料抛光清洗，借助纯水的抛光清洗，以及借助纯水的兆声清洗(借助500kHz至5MHz的兆声频率范围的超声波的清洗)。
还参考图8(B)，准备具有75mm直径以及8mm厚度的GaN晶体用作III族氮化物膜施主衬底13D。III族氮化物膜施主衬底13D的将要接合的表面经历机械抛光和CMP以便其被平坦化为并具有2nm以下的均方根粗糙度。此后，通过PE-CVD方法在该衬底上生长800nm厚度的SiO2膜，使其在800℃的氮气气氛下退火一小时，且随后利用具有pH为10并包含具有40nm平均粒径的硅胶磨粒的浆料对其执行CMP，由此形成具有500nm厚度且具有镜面式精加工主面以便均方根粗糙度为0.3nm以下的连接膜12b。随后，为了移除用于CMP的硅胶磨粒，执行借助KOH水溶液的非磨料抛光清洗，借助纯水的抛光清洗，以及借助纯水以及具有兆声频率范围的超声波的兆声清洗。这里，通过利用GaAs衬底作为基础衬底的HVPE方法的生长而制造III族氮化物膜施主衬底13D。III族氮化物膜施主衬底13D具有n型导电类型，其位错密度为1×108cm-2，且其载流子浓度为1×1017。
随后参考图8(C)，连接膜12a主面12am和连接膜12b的主面12bn接合在一起以由此制造连接衬底1L，其中支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合且以连接膜12插入其间。在它们接合在一起之后，通过在氮气气氛下加热至800℃而退火连接衬底1L，由此提高连接强度。
随后参考图8(D)，借助线锯沿距离接合表面，即III族氮化物膜施主衬底13D接合至连接膜12的接合表面40μm深度向内定位的平面切割连接衬底1L中的III族氮化物膜施主衬底13D，由此制成III族氮化物复合衬底1，其中支撑衬底11和作为III族氮化物膜13的GaN膜彼此接合且以连接膜12插入其间。作为丝线，采用其上电沉积了金刚石磨粒的具有120μm直径的固着磨料线。作为切割方法，为了降低切割阻力并提高厚度精度以及平坦性，采用致使丝线摆动以及使III族氮化物膜施主衬底13D与其同步地振动的方法。借助线锯切割的阻力系数设定为4200N。在切割之后，III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13经历机械抛光和CMP。执行借助铜基平台的粗抛光以及借助锡平台的预精抛光，金刚石浆料用作磨料。而且，执行借助11的pH的硅胶浆料(包含具有80μm平均粒径的硅胶磨粒的pH为11的浆料)以及无纺布抛光垫的精抛光。为了使III族氮化物膜13具有均匀厚度，以下述方式将复合衬底安装在CMP设备上。预先通过真空吸盘校正衬底的形状，且随后复合衬底吸附固定在该设备上。在作用系数FE为4×10-17m2/s至1×10-16m2/s的条件下执行预精抛光，且在作用系数FE为4×10-14m2/s至1×10-13m2/s的条件下执行精抛光。精抛光之后，III族氮化物膜13具有0.3μm的厚度。
对于精抛光之后的III族氮化物复合衬底1来说，III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt，以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率汇总在表1中。
这里，III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt，以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo分别由位于图2中所示的III族氮化物膜13侧主面13m上的13个测量点P处的III族氮化物膜13的厚度以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值计算，13个测量点P的构成为：一个中心点PC；在相对于中心点PC彼此正交的四个方向上分别设置的四个外部点PO，外部点各位于从衬底外边缘向内5mm的位置；以及八个中间点PM，其包括各位于一个中心点PC和四个外部点PO中的一个之间的四个中间点，以及各位于四个外部点PO中的两个之间的四个中间点。
2.III族氮化物半导体器件的制造
参考图12，制造作为III族氮化物半导体器件的SBD(肖特基势垒二极管)。
首先参考图12(A)，在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上，使用MOCVD方法，以依次外延生长具有2μm厚度的n+-GaN层28(具有2×1018cm-3的载流子浓度)以及具有7μm厚度的n--GaN层29(具有5×1015cm-3的载流子浓度)，以形成III族氮化物层20，且因此获得层叠的III族氮化物复合衬底2。
随后，参考图12(B)，在作为层叠的III族氮化物复合衬底2的III族氮化物层20的最顶层的n--GaN层29上，通过EB(电子束)沉积方法依次形成具有4nm厚度的Ni层以及具有200nm厚度的Au层，且对其退火以形成合金，由此形成作为肖特基电极的第一电极30。第一电极30的直径设定为200μm。在第一电极30上，通过EB沉积方法依次形成具有200nm厚度的Ti层，具有100nm厚度的Pt层以及具有1000nm厚度的Au层，由此形成焊盘电极。
作为器件支撑衬底40，准备Mo衬底。在器件支撑衬底40的一个主面上形成作为连接金属膜44的AuSn焊料膜。在器件支撑衬底40的另一主面上，执行EB沉积方法以顺序形成具有200nm厚度的Ti层，具有100nm厚度的Pt层以及具有1000nm厚度的Au层，且由此形成器件支撑衬底电极46。
随后，连接金属膜44接合至焊盘电极33，由此制造层叠衬底3。
随后，参考图12(C)，从层叠衬底3蚀刻掉支撑衬底11和连接膜12。对于蚀刻来说，采用氢氟酸。
随后，参考图12(D)，在通过从层叠衬底3上移除支撑衬底11和连接膜12而暴露的III族氮化物膜13上，通过EB沉积方法依次形成20nm厚度的Ti层，200nm厚度的Al层以及300nm厚度的Au层，且随后对其退火以形成作为欧姆电极的第二电极50。以此方式，获得作为SBD的III族氮化物半导体器件4。
以下述方式，计算作为III族氮化物半导体器件4的获得的SBD的良率。具体地，对于SBD来说，测量反向上的电流电压特性。SBD分成满足250V以上的击穿电压标准的无缺陷器件以及未满足这种标准的缺陷器件，且通过无缺陷器件除以无缺陷器件和缺陷器件的总和而确定的百分比被定义为良率。III族氮化物半导体器件的良率汇总在表1中。
[表1]
参考表1，借助具有75mm直径(该值是75mm以上)的III族氮化物复合衬底制造具有高良率的III族氮化物半导体器件，该III族氮化物复合衬底包括支撑衬底以及0.3μm(该值是50nm以上且小于10μm)厚度的III族氮化物膜，具有的III族氮化物膜的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下，具有的III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.005以上且0.6以下。
<实例B>
参考图8，10和12，以与实例A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1以及III族氮化物半导体器件4，除以下方面之外：采用75mm至150mm范围内的不同直径；对于实例B2至B10来说，借助线锯沿位于距离III族氮化物膜施主衬底13D和连接膜12彼此接合的接合表面向内50μm深度位置处的平面切割连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D，且执行抛光以及通过ICP-RIE(Inductively Coupled PlasmaReactive Ion Etching)(感应耦合等离子体反应离子蚀刻)的干法蚀刻；对于实例B1，B11和B12来说，将1×1018cm-2剂量的氢离子注入III族氮化物膜施主衬底13D中且接合衬底，且随后将衬底加热至800℃以由此沿离子注入区13i分离III族氮化物膜施主衬底13D，且通过ICP-RIE进行进一步干法蚀刻；以5.0×10-14m2/s的作用系数FE对III族氮化物膜13侧主面13m进行精抛光；且制造III族氮化物复合衬底1，其中精抛光之后的相应III族氮化物膜13具有0.03μm至9.5μm范围内的不同厚度。
以与实例A类似的方式，对于III族氮化物复合衬底1来说，计算III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt，以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo并汇总在表2中。以与实例A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表2中。
[表2]
参考表2，借助具有75mm至150mm直径(即75mm以上)的III族氮化物复合衬底制造具有高良率的III族氮化物半导体器件，该III族氮化物复合衬底包括0.05μm至9.5μm(即50nm以上且小于10μm)厚度的III族氮化物膜，具有的III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.3(该值为0.01以上且0.5以下)，且具有的III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.45(该值是0.005以上且0.6以下)。
<实例C>
以与实例A类似的方式制造作为半导体器件的衬底的III族氮化物复合衬底，除以下方面之外：准备III族氮化物自支撑型衬底；采用75mm至150mm范围内的不同直径作为衬底直径；以及以5.5×10-14m2/s的作用系数FE对III族氮化物膜13侧主面13m进行精抛光。通过借助线锯切割具有预定直径的GaN晶体并抛光所切割的晶体以由此制造具有表3和表4中所示的直径和厚度的衬底而准备III族氮化物自支撑型衬底。
以与实例A类似的方式制造III族氮化物半导体器件，除以下方面之外：采用上述III族氮化物复合衬底和III族氮化物自支撑型衬底。对于实例C1至C15来说，III族氮化物复合衬底用于制造III族氮化物半导体器件。对于实例C16至C18来说，III族氮化物自支撑型衬底用于制造III族氮化物半导体器件。
对于获得的III族氮化物复合衬底来说，计算翘曲WIII-N,比率WIII-N/D,III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt，以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo且汇总在表3和4中。对于III族氮化物自支撑型衬底来说，计算翘曲WIII-N,比率WIII-N/D,III族氮化物自支撑型衬底的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt，以及III族氮化物自支撑型衬底的前侧的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo且汇总在表4中。此外，以与实例A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表3和4中。
[表3]
[表4]
参考表3和4，在III族氮化物自支撑型衬底用作制造III族氮化物半导体器件的衬底的情况下，大直径和小厚度导致大翘曲且由此发生裂纹。相反，在III族氮化物复合衬底用作制造III族氮化物半导体器件的衬底的情况下，即便大直径衬底以及小厚度III族氮化物膜都没有裂纹，且因此获得高良率的III族氮化物半导体器件。
<实例D>
参考图8和12，以与实例A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1以及III族氮化物半导体器件4，除以下方面之外：具有100nm直径的Al2O3-SiO2复合氧化物衬底(相对于整个衬底，Al2O3为78％质量且SiO2为22％质量)用作支撑衬底11；具有高导电率且100mm直径，掺杂O(氧)原子和Si(硅)原子，不具有位错集中区，具有5×106cm-2的均匀的位错密度以及2×1018cm-3的载流子浓度的GaN衬底用作III族氮化物膜施主衬底13D；通过放电丝线加工切割III族氮化物膜施主衬底13D；且III族氮化物膜13侧主面13m以6.2×10-14m2/s的动作系数FE经历精抛光；且精抛光后的III族氮化物膜13具有0.15μm的厚度。支撑衬底11具有4W·m-1·K-1的热导率以及220GPa的杨氏模量。
对于精抛光后的III族氮化物复合衬底1来说，计算III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt，以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo且汇总在表5中。
对于精抛光后的III族氮化物复合衬底1来说，也计算III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N，III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N并汇总在表5中。这里，均方根粗糙度的平均值mIII-N，以及均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N由位于图2中所示的III族氮化物膜13侧主面13m上的13个测量点P处的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度计算，13个测量点P的构成为：一个中心点PC；在相对于中心点PC彼此正交的四个方向上分别设置的四个外部点PO，该外部点各位于从衬底外边缘向内5mm的位置；以及八个中间点PM，其包括各位于一个中心点PC和四个外部点PO中的一个之间的四个中间点，以及各位于四个外部点PO中的两个之间的四个中间点。
此外，以与实例A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表5中。
[表5]
参考表5，以高良率制造的III族氮化物半导体器件是采用具有100mm直径(这个数值是75mm以上)的III族氮化物复合衬底制造的，并且该III族氮化物复合衬底包括0.15μm厚度(这个数值是50nm以上且小于10μm)的III族氮化物膜，且具有III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.15(该值为0.01以上且0.5以下)，具有III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo是0.3(该值是0.005以上且0.6以下)，具有III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的平均值mIII-N为0.4nm以上且10nm以下，且具有III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N为0.008以上且0.5以下。
<实例E>
参考图8和12，以与实例A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1和III族氮化物半导体器件4，除以下方面之外：将在Al2O3和SiO2之间的化学组成比彼此不同的两种类型的莫来石衬底，以及在Al2O3和SiO2之间的化学组成比彼此不同的六种类型的Al2O3-SiO2复合氧化物衬底用作支撑衬底11；以4.5×10-14m2/s的作用系数FE对III族氮化物膜13侧主面13m进行精抛光；采用处于5×10-5to 3×10-2的范围内的III族氮化物膜13的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的不同比率tIII-N/tS；以及采用75mm至150mm范围内的不同直径。
对于III族氮化物复合衬底1来说，以与实例A类似的方式计算III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt，以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo且汇总在表6和7中。此外，借助热力学分析设备测量支撑衬底11的热膨胀系数αs以及III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N，计算III族氮化物膜的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS，且结果汇总在表6和7中。此外，分别借助数字指示器和反射光谱法测量支撑衬底11的厚度tS和III族氮化物膜13的厚度tIII-N，计算III族氮化物膜13的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS，且结果汇总在表6和7中。此外，以与实例A类似的方式计算III族氮化物半导体器件4的良率且汇总在表6和7中。
[表6]
[表7]
参考表6和7，即使当采用包括作为支撑衬底11的化学组成彼此不同的莫来石衬底以及化学组成彼此不同的Al2O3-SiO2复合氧化物衬底中任一种的III族氮化物复合衬底1时，具有高良率的III族氮化物半导体器件是那些以这样的III族氮化物复合衬底制造出来的，该III族氮化物复合衬底具有50nm以上且小于10μm的厚度的III族氮化物膜，具有75mm至150mm直径，且具有III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其与厚度的平均值mt的比率st/mt为0.4(该值为0.01以上且0.5以下)，且III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo为0.5(该值为0.005以上且0.6以下)。在III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS为0.75以上且1.25以下的情况下，以及在III族氮化物膜的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS为1×10-4以上且2×10-2以下的情况下，也制造的III族氮化物半导体器件的良率也是高的。
<实例F>
参考图8和12，以与实例A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1和III族氮化物半导体器件4，除以下方面之外：Al2O3-SiO2复合氧化物衬底(相对于整个衬底，Al2O3为78％质量且SiO2为22％质量)；以8.2×10-14m2/s的作用系数FE对III族氮化物膜13侧主面13m进行精抛光；借助75mm至150mm范围的不同直径制造III族氮化物复合衬底1；以及进一步清洗所获得的III族氮化物复合衬底1。这里，支撑衬底11具有4W·m-1·K-1的热导率以及220GPa的杨氏模量。对于清洗方法来说，采用借助表面活性剂和纯水的擦洗清洗，借助纯水的双流体清洁，以及借助纯水的兆声清洁的组合。
对于III族氮化物复合衬底1来说，以与实例A类似的方式，计算支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS并汇总在表8中。对于III族氮化物复合衬底1来说，通过TXRF(Total Reflection X-rayFluorescence)(全反射X射线荧光)方法测量III族氮化物膜13侧主面13m中的杂质金属原子的浓度并汇总在表8中。这里，通过TXRF方法的测量借助0.05°的入射角的条件下的钨(W)x射线源进行。此外，以与实例A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表8中。
[表8]
参考表8，高良率的III族氮化物半导体器件是那些以这样的III族氮化物复合衬底制造的，该III族氮化物复合衬底包括：具有0.3μm厚度(该值为50nm以上且小于10μm)的III族氮化物膜，具有75mm至150mm直径，且具有III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt为0.08(该值为0.01以上且0.5以下)，且III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo为0.22(该值为0.005以上且0.6以下)，且III族氮化物膜侧主面中的杂质金属原子的浓度为1×1013原子/cm2以下。
<实例G>
参考图11和12，以与实例A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1以及III族氮化物半导体器件4，除了以下方面：具有75mm直径且2W·m-1·K-1至300W·m-1·K-1的热导率的衬底用作支撑衬底11；从相反于具有75mm直径的III族氮化物膜施主衬底13D的接合主面的主面13m执行研磨和抛光，以由此使III族氮化物膜13具有0.3μm厚度；以及以8.8×10-14m2/s的作用系数FE精抛光III族氮化物膜13侧主面13m。这里，通过调整氧化物材料含量以及烧结条件而获得支撑衬底11的热导率。对于III族氮化物膜施主衬底13D的研磨来说，采用包括了具有25μm至35μm平均粒径的金刚石磨粒的陶瓷砂轮磨粒。
对于III族氮化物复合衬底1来说，以与实例A类似的方式计算III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其厚度的平均值mt的比率st/mt，以及III族氮化物膜13的主面13m和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo且汇总在表9中。通过激光闪光法测量III族氮化物复合衬底1的支撑衬底的热导率并汇总在表9中。此外，以与实例A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表9中。
[表9]
参考表9，高良率的III族氮化物半导体器件是那些以这样的III族氮化物复合衬底制造的，该III族氮化物复合衬底：具有75mm直径(该值为75mm以上)，包括0.3μm厚度(该值为50nm以上且小于10μm)的III族氮化物膜，且具有III族氮化物膜13的厚度的标准偏差st与其与厚度的平均值mt的比率st/mt为0.12(该值为0.01以上且0.5以下)，III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo为0.16(该值为0.005以上且0.6以下)，且具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率。
以下将说明根据参考发明I的参考实例I-A至参考实例I-G
<参考实例I-A>
1.III族氮化物复合衬底的制造
参考图8(A)，准备具有75mm直径以及400μm厚度的莫来石衬底(相对于整个衬底，Al2O3为60mol％且SiO2为40mol％)用作支撑衬底11。支撑衬底11具有3W·m-1·K-1的热导率以及200GPa的杨氏模量。支撑衬底11的分别两个相反侧主面11m,11n借助铜基平台进行粗抛光，借助锡平台进行中间抛光，且借助无纺布抛光垫进行精抛光，金刚石浆料用作磨料。在4×10-17m2/s以上且1×10-16m2/s以下的作用系数FE的条件下执行精抛光。
此后，通过PE-CVD(Plasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition)(等离子体增强化学气相沉积)方法在支撑衬底11的精抛光主面11m上生长800nm厚度的SiO2膜，在氮气气氛下，使其在800℃下退火一小时，且随后，利用具有pH为10并包含具有40nm平均粒径的硅胶磨粒的浆料执行CMP(Chemical Mechanical Polishing)(化学机械抛光)，由此形成具有400nm厚度的连接膜12a，其主面12am被镜面式精加工，因此均方根粗糙度为0.3nm以下。随后，为了移除用于CMP的硅胶磨粒，执行借助KOH水溶液的非磨料抛光清洗，借助纯水的抛光清洗，以及借助纯水的兆声清洗(借助500kHz至5MHz的兆声频率范围的超声波的清洗)。
还参考图8(B)，准备具有75mm直径以及8mm厚度的GaN晶体用作III族氮化物膜施主衬底13D。III族氮化物膜施主衬底13D的将要接合的表面经历机械抛光和CMP以便其被平坦化为并具有2nm以下的均方根粗糙度。此后，通过PE-CVD方法在该衬底上生长800nm厚度的SiO2膜，在800℃的氮气气氛下退火一小时，且随后利用具有pH为10并包含具有40nm平均粒径的硅胶磨粒的浆料执行CMP，由此形成具有500nm厚度且具有镜面式精加工主面以便均方根粗糙度为0.3nm以下的连接膜12b。随后，为了移除用于CMP的硅胶磨粒，执行借助KOH水溶液的非磨料抛光清洗，借助纯水的抛光清洗，以及借助纯水的兆声清洗(借助500kHz至5MHz的兆声频率范围的超声波的清洗)。这里，通过利用GaAs衬底作为基础衬底的HVPE方法的生长而制造III族氮化物膜施主衬底13D。III族氮化物膜施主衬底13D具有n型导电类型，其位错密度为1×108cm-2，且其载流子浓度为1×1017cm-3。
随后参考图8(C)，连接膜12a主面12am和连接膜12b的主面12bn接合在一起以由此制造连接衬底1L，其中支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合且以连接膜12插入其间。在它们接合在一起之后，通过在氮气气氛下加热至800℃而退火连接衬底1L，由此提高连接强度。
随后参考图8(D)，借助线锯沿距离接合表面，即III族氮化物膜施主衬底13D被接合至连接膜12的接合表面40μm深度向内定位的平面切割连接衬底1L中的III族氮化物膜施主衬底13D，由此制成III族氮化物复合衬底1，其中支撑衬底11和作为III族氮化物膜13的GaN膜彼此接合且以连接膜12插入其间。作为丝线，采用其上电沉积了金刚石磨粒的具有180μm直径的固着磨料线。对于切割方法来说，为了降低切割阻力并提高厚度精度以及平坦性，采用致使丝线摆动以及使III族氮化物膜施主衬底13D与其同步地振动的方法。借助线锯切割的阻力系数设定为4200N。在切割之后，III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13经历机械抛光和CMP。执行借助铜基平台的粗抛光以及借助锡平台的中间抛光，金刚石浆料用作磨料。而且，执行借助pH为11的硅胶浆料(包含具有60nm平均粒径的硅胶磨粒的pH为11的浆料)以及无纺布抛光垫的精抛光。为了使III族氮化物膜13具有均匀厚度，以下述方式将复合衬底安装在CMP设备上。预先通过真空吸盘校正衬底的形状，且随后复合衬底吸附固定在该设备上。在作用系数FE为7×10-14m2/s的条件下执行精抛光。精抛光之后，III族氮化物膜13具有0.6μm的厚度。
对于精抛光之后的III族氮化物复合衬底1来说，支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS，以及支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS汇总在表10中。
这里，均方根粗糙度的平均值mS，以及均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS分别由位于图2中所示的支撑衬底11侧主面11n上的13个测量点P处的支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度计算，13个测量点P的构成为：一个中心点PC；在相对于中心点PC彼此正交的四个方向上分别设置的四个外部点PO，该外部点各位于从衬底外边缘向内5mm的位置；以及八个中间点PM，其包括各位于一个中心点PC和四个外部点PO中的一个之间的四个中间点，以及各位于四个外部点PO中的两个之间的四个中间点。
2.III族氮化物半导体器件的制造
参考图12，制造作为III族氮化物半导体器件的SBD(肖特基势垒二极管)。
首先参考图12(A)，在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上，MOCVD方法用于依次外延生长具有2μm厚度的n+-GaN层28(具有2×1018cm-3的载流子浓度)以及具有7μm厚度的n--GaN层29(具有5×1015cm-3的载流子浓度)以形成III族氮化物层20，且因此获得层叠的III族氮化物复合衬底2。
随后，参考12(B)，在作为层叠的III族氮化物复合衬底2的III族氮化物层20的最顶层的n--GaN层29上，通过EB(电子束)沉积方法依次形成具有4nm厚度的Ni层以及具有200nm厚度的Au层，且对其退火以形成合金，由此形成作为肖特基电极的第一电极30。第一电极30的直径设定为200μm。在第一电极30上，通过EB沉积方法依次形成具有200nm厚度的Ti层，具有100nm厚度的Pt层以及具有1000nm厚度的Au层，由此形成焊盘电极33。
作为器件支撑衬底40，准备Mo衬底。在器件支撑衬底40的一个主面上形成作为连接金属膜44的AuSn焊料膜。在器件支撑衬底40的另一主面上，执行EB沉积方法以顺序形成具有200nm厚度的Ti层，具有100nm厚度的Pt层以及具有1000nm厚度的Au层，且由此形成器件支撑衬底电极46。
随后，连接金属膜44接合至焊盘电极33，由此制造层叠衬底3。
随后，参考图12(C)，从层叠衬底3蚀刻掉支撑衬底11和连接膜12。对于蚀刻来说，采用氢氟酸。
随后，参考图12(D)，在通过从层叠衬底3上移除支撑衬底11和连接膜12而暴露的III族氮化物膜13上，通过EB沉积方法依次形成20nm厚度的Ti层，200nm厚度的Al层以及300nm厚度的Au层，且随后退火以形成作为欧姆电极的第二电极50。以此方式，获得作为SBD的III族氮化物半导体器件4。
以下述方式，计算作为III族氮化物半导体器件4的获得的SBD的良率。具体地，对于SBD来说，测量反向上的电流电压特性。SBD分成满足250V以上的击穿电压标准的无缺陷器件以及未满足这种标准的缺陷器件，且通过无缺陷器件除以无缺陷器件和缺陷器件的总和而确定的百分比被定义为良率。III族氮化物半导体器件的良率汇总在表10中。
[表10]
参考表10，高良率的III族氮化物半导体器件是那些借助具有75mm直径(该值是75mm以上)的III族氮化物复合衬底制造的，该III族氮化物复合衬底包括支撑衬底以及0.6μm(该值是50nm以上且小于10μm)厚度的III族氮化物膜，且具有支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的平均值mS为0.3nm以上且20nm以下，且支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS是0.005以上且0.4以下。
<参考实例I-B>
参考图8，10和12，以与参考实例I-A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1以及III族氮化物半导体器件4，除以下方面之外：采用75mm至150mm范围内的不同直径；对于实例B2至B10，B12以及B13来说，借助线锯沿位于距离III族氮化物膜施主衬底13D和连接膜12彼此接合的接合表面向内50μm深度位置处的平面切割连接衬底1L的III族氮化物膜施主衬底13D，且执行抛光以及通过ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)(感应耦合等离子体反应离子蚀刻)的干法蚀刻；对于实例B1，B11和B14来说，将1×1018cm-2剂量的氢离子注入III族氮化物膜施主衬底13D中且接合衬底，且随后将衬底加热至800℃以由此沿离子注入区13i分离III族氮化物膜施主衬底13D，且通过ICP-RIE进行进一步干法蚀刻；以9.0×10-17m2/s的作用系数FE对支撑衬底11侧主面11n进行精抛光；且制造III族氮化物复合衬底1，其中精抛光之后的相应III族氮化物膜13具有0.03μm至9.5μm范围内的不同厚度。支撑衬底11具有3W·m-1·K-1的热导率以及200GPa的杨氏模量。
以与参考实例I-A类似的方式，对于III族氮化物复合衬底1来说，计算支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS，以及支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS并汇总在表11中。以与参考实例I-A类似的方式，也计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表11中。
[表11]
参考表11，高良率的III族氮化物半导体器件是借助具有75mm至150mm直径的III族氮化物复合衬底制造的，该III族氮化物复合衬底包括0.05μm to 9.5μm厚度的III族氮化物膜，且具有支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的平均值mS为1.2nm(该值为0.3nm以上且20nm以下)，且支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS是0.06(该值是0.005以上且0.4以下)。
<参考实例I-C>
以与参考实例I-A类似的方式制造作为半导体器件的衬底的III族氮化物复合衬底，除以下方面之外：采用75mm至150mm范围内的不同直径的III族氮化物自支撑型衬底；以及采用75mm至150mm范围内的不同直径。通过借助线锯切割具有预定直径的GaN晶体并抛光切割的晶体以由此制造具有表13中所示的直径和厚度的衬底而准备III族氮化物自支撑型衬底。
以与参考实例I-A类似的方式制造III族氮化物半导体器件，除以下方面之外：采用上述III族氮化物复合衬底和III族氮化物自支撑型衬底。对于实例C1至C15来说，III族氮化物复合衬底用于制造III族氮化物半导体器件。对于实例C16至C18来说，III族氮化物自支撑型衬底用于制造III族氮化物半导体器件。
对于获得的III族氮化物复合衬底来说，计算翘曲WS,比率WS/D,支撑衬底侧11主面11n的均方根粗糙度的平均值mS，以及支撑衬底侧11主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS且汇总在表12和13中。对于III族氮化物自支撑型衬底来说，计算翘曲WS,比率WS/D,背侧主面的均方根粗糙度的平均值mS，以及背侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS且汇总在表12和13中。此外，以与参考实例I-A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表12和13中。
[表12]
[表13]
参考表12和13，在III族氮化物自支撑型衬底用作制造III族氮化物半导体器件的衬底的情况下，大直径和小厚度导致大翘曲且由此发生裂纹。相反，在III族氮化物复合衬底用作制造III族氮化物半导体器件的衬底的情况下，即便大直径并且具有小厚度III族氮化物膜的衬底都没有裂纹，且因此获得高良率的III族氮化物半导体器件。
<参考实例I-D>
参考图8和12，以与参考实例I-A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1以及III族氮化物半导体器件4，除以下方面之外：具有125nm直径的Al2O3-SiO2复合氧化物衬底(相对于整个衬底，Al2O3为82％质量且SiO2为18％质量)用作支撑衬底11；具有高导电率且125mm直径，掺杂O(氧)原子和Si(硅)原子，不具有位错集中区，具有5×106cm-2的均匀的位错密度以及2×1018cm-3的载流子浓度的GaN衬底用作III族氮化物膜施主衬底13D；支撑衬底11侧主面11n以6.5×10-17m2/s的作用系数FE精抛光；通过放电丝线加工切割III族氮化物膜施主衬底13D；利用包含具有20nm至400nm粒径的硅胶的浆料以4×10-14m2/s且1×10-13m2/s的作用系数FE精抛光III族氮化物膜13侧主面13m；且III族氮化物膜具有150nm的厚度。支撑衬底11具有5W·m-1·K-1的热导率以及230GPa的杨氏模量。
对于精抛光后的III族氮化物复合衬底1来说，以与参考实例I-A类似的方式计算支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS，支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS，且汇总在表14中。
对于精抛光后的III族氮化物复合衬底1来说，也计算III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的平均值mIII-N，以及III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N并汇总在表14中。这里，均方根粗糙度的平均值mIII-N，以及均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N由位于图2中所示的III族氮化物膜13侧主面13m上的13个测量点P处的III族氮化物膜13侧主面13m的均方根粗糙度计算，13个测量点P的构成为：一个中心点PC；在相对于中心点PC彼此正交的四个方向上分别设置的四个外部点PO，该外部点各位于从衬底外边缘向内5mm的位置；以及八个中间点PM，其包括各位于一个中心点PC和四个外部点PO中的一个之间的四个中间点，以及各位于四个外部点PO中的两个之间的四个中间点。
此外，以与参考实例I-A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表14中。
[表14]
参考表14，高良率的III族氮化物半导体器件是那些采用这样的III族氮化物复合衬底制造的，其具有125mm直径(这个数值为75mm以上)，并包括150nm厚度(这个数值为50nm以上且小于10μm)的III族氮化物膜，且具有支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的平均值mS为5nm(该值为0.3nm以上且20nm以下)，支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS是0.15(该值是0.005以上且0.4以下)，III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的平均值mIII-N为0.4nm以上且10nm以下，且III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N为0.008以上且0.5以下。
<参考实例I-E>
参考图8和12，以与参考实例I-A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1和III族氮化物半导体器件4，除以下方面之外：在Al2O3和SiO2之间的化学组成比彼此不同的两种类型的莫来石衬底以及在Al2O3和SiO2之间的化学组成比彼此不同的六种类型的Al2O3-SiO2复合氧化物衬底用作支撑衬底11；以7.2×10-17m2/s的作用系数FE对支撑衬底11侧主面11n进行精抛光；采用精抛光后不同厚度的III族氮化物膜13；以及采用75mm至150mm范围内的不同直径。
对于III族氮化物复合衬底1来说，以与参考实例I-A类似的方式计算支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS，以及支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS，且汇总在表15和16中。此外，借助热力学分析设备测量支撑衬底11的热膨胀系数αS以及III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N，计算III族氮化物膜的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS，且结果汇总在表15和16中。此外，分别借助数字指示器和反射光谱法测量支撑衬底11的厚度tS和III族氮化物膜13的厚度tIII-N，计算III族氮化物膜13的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS，且结果汇总在表15和16中。此外，以与参考实例I-A类似的方式计算III族氮化物半导体器件4的良率且汇总在表15和16中。
[表15]
[表16]
参考表15和16，即使当采用包括作为支撑衬底11的化学组成彼此不同的莫来石衬底以及化学组成彼此不同的Al2O3-SiO2复合氧化物衬底中任一种的III族氮化物复合衬底1时，高良率的III族氮化物半导体器件是那些以这样的III族氮化物复合衬底制造的，该III族氮化物复合衬底具有50nm以上且小于10μm厚度的III族氮化物膜，具有75mm至150mm直径，且具有支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的平均值mS为4nm(该值为0.3nm以上且20nm以下)，以及支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS为0.12(该值为0.005以上且0.4以下)。在III族氮化物膜13的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底11的热膨胀系数αS的比率αIII-N/αS为0.75以上且1.25以下的情况下，以及在III族氮化物膜的厚度tIII-N与支撑衬底11的厚度tS的比率tIII-N/tS为1×10-4以上且2×10-2以下的情况下，制造的III族氮化物半导体器件的良率也是高的。
<参考实例I-F>
参考图8和12，以与参考实例I-A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1和III族氮化物半导体器件4，除以下方面之外：Al2O3-SiO2复合氧化物衬底(相对于整个衬底，Al2O3为80％质量且SiO2为20％质量)用作支撑衬底11；以8.9×10-17m2/s的作用系数FE对支撑衬底11进行研磨和精抛光以具有500μm厚度；III族氮化物膜13具有0.4μm厚度；制造75mm至150mm范围内的不同直径的III族氮化物复合衬底1；以及进一步清洗所获得的III族氮化物复合衬底1。这里，支撑衬底11具有4W·m-1·K-1的热导率以及220GPa的杨氏模量。对于清洗方法来说，采用借助表面活性剂和纯水的擦洗清洗，借助盐酸或TMAH(四甲基氢氧化铵)以及纯水的双流体清洁，以及借助盐酸或TMAH和纯水的兆声清洁的组合。以与参考实例I-A类似的方式，对于III族氮化物复合衬底1来说，计算支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS并汇总在表17中。对于III族氮化物复合衬底1来说，通过TXRF(Total Reflection X-ray Fluorescence)(全反射X射线荧光)方法测量III族氮化物膜13侧主面13m中的杂质金属原子的浓度并汇总在表17中。这里，通过TXRF方法的测量借助0.05°的入射角的条件下的钨(W)x射线源进行。此外，以与参考实例I-A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表17中。
[表格17]
参考表17，高良率的III族氮化物半导体器件是那些以这样的III族氮化物复合衬底制造的，该III族氮化物复合衬底包括具有0.4μm厚度(该值为50nm以上且小于10μm)的III族氮化物膜，具有75mm至150mm直径，且具有支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的平均值mS为7nm(该值为0.3nm以上且20nm以下，)，支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS为0.06(该值为0.005以上且0.4以下)，以及III族氮化物膜侧主面的杂质金属原子的浓度为3×1012原子/cm2以下。
<参考实例I-G>
参考图11和12，以与参考实例I-A类似的方式制造III族氮化物复合衬底1以及III族氮化物半导体器件4，除了以下方面：具有75mm直径且2W·m-1·K-1至300W·m-1·K-1之间的热导率的衬底用作支撑衬底11；从相反于具有75mm直径的III族氮化物膜施主衬底13D的接合主面执行研磨和抛光，以由此使III族氮化物膜13具有1μm厚度；以及以8.7×10-17m2/s的作用系数FE精抛光支撑衬底11侧主面11n。对于III族氮化物膜施主衬底13D的研磨来说，采用包括了具有25μm至35μm平均粒径的金刚石磨粒的陶瓷砂轮磨粒。这里，通过调整氧化物材料含量以及烧结条件而获得支撑衬底11的热导率。
对于III族氮化物复合衬底1来说，以与参考实例I-A类似的方式计算支撑衬底11侧主面11n的均方根粗糙度的平均值mS且汇总在表18中。通过激光闪光法测量III族氮化物复合衬底1的支撑衬底的热导率并汇总在表18中。此外，以与参考实例I-A类似的方式，计算III族氮化物半导体器件4的良率并汇总在表18中。
[表18]
参考表18，高良率的III族氮化物半导体器件是那些以这样的III族氮化物复合衬底制造的，该III族氮化物复合衬底具有75mm直径(该值为75mm以上)，包括1μm厚度(该值为50nm以上且小于10μm)的III族氮化物膜，且具有支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的平均值mS为3nm(该值为0.3nm以上且20nm以下)，支撑衬底侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sS与均方根粗糙度的平均值mS的比率sS/mS为0.07(该值为0.005以上且0.4以下)，且具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率。
以下将说明根据参考发明II的参考实例II-A至参考实例II-H
[(1)III族氮化物复合衬底的制造]
<参考实例II-A>
以下参考图18，将说明根据参考实例II-A的III族氮化物复合衬底。
首先，如图18(A1)中所示，准备具有75mm直径以及500μm厚度的Al2O3-SiO2复合氧化物衬底(相对于整个衬底，Al2O3为85％质量且SiO2为15％质量)用作支撑衬底11。支撑衬底11具有10W·m-1·K-1的热导率以及250GPa的杨氏模量。
随后，支撑衬底11的分别两个相反侧的主面11m借助铜基平台进行粗抛光，借助锡基平台进行中间抛光，且借助无纺布抛光垫进行精抛光，金刚石浆料用作磨料。在4×10-17m2/s以上且1×10-16m2/s以下的作用系数FE的条件下执行精抛光。
此后，通过PE-CVD(Plasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition)(等离子体增强化学气相沉积)方法在支撑衬底11的精抛光的主面11m上生长800nm厚度的SiO2膜，并且使其在800℃的氮气气氛下退火一小时。
随后，利用具有pH为10并包含具有40nm平均粒径的硅胶磨粒的浆料执行CMP，由此形成具有400nm厚度的连接膜12a，且其主面12am被镜面式精加工以便均方根粗糙度(以下也称为“RMS(Root-Mean-Square roughness)”(均方根粗糙度))为0.3nm以下。随后，为了移除用于CMP的硅胶磨粒，执行借助KOH水溶液的非磨料抛光清洗，借助纯水的抛光清洗，以及借助纯水的兆声清洗(借助500kHz至5MHz的兆声频率范围的超声波的清洗)。
随后，如图18(A2)中所示使用GaN块晶来准备具有75mm直径以及8mm厚度的III族氮化物膜施主衬底13D。III族氮化物膜施主衬底13D是GaN晶体。
随后，III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面侧的主面13n经历机械抛光和CMP以便其被平坦化为并具有2nm以下的RMS。此后，通过PE-CVD方法在接合表面侧的主面13n上生长800nm厚度的SiO2膜，并且使其在800℃的氮气气氛下退火一小时。随后利用具有pH为10并包含具有40nm平均粒径的硅胶磨粒的浆料执行CMP，由此形成具有500nm厚度的连接膜12b，且其主面12bn被镜面式精加工以便RMS为0.3nm以下。随后，为了移除用于CMP的硅胶磨粒，执行借助KOH水溶液的非磨料抛光清洗，借助纯水的抛光清洗，以及借助纯水的兆声清洗。
随后，在1×1017cm-2的剂量以及50keV的加速电压的条件下，离子注入设备用于从作为GaN晶体的III族氮化物膜施主衬底13D的接合表面侧的主面13n，在从接合表面侧的主面13n起110nm的深度处，在离子注入区13i中注入作为离子I的氢离子。应当注意这里的“离子注入区13i”代表已经注入氢离子的平面。
这里，通过利用GaAs衬底作为基础衬底的HVPE方法的生长而制造III族氮化物膜施主衬底13D。III族氮化物膜施主衬底13D具有n型导电类型，其位错密度为1×108cm-2，且其载流子浓度为1×1017cm-3。
随后，如图18(A1)至(A3)中所示，连接膜12a主面12am和连接膜12b的主面12bn接合在一起以由此制造连接衬底1L，其中支撑衬底11和III族氮化物膜13彼此接合且以连接膜12插入其间。在它们接合在一起之后，通过在氮气气氛下加热至800℃而退火连接衬底1L，由此提高连接强度。
随后，如图18(B)中所示，在400℃下热处理III族氮化物膜施主衬底13D以脆化离子注入区13i且因此沿该平面分离III族氮化物膜13。因此，获得III族氮化物膜施主衬底13Dr以及III族氮化物复合衬底1。
以此方式，获得具有75mm直径的III族氮化物复合衬底1，其包括彼此接合且以SiO2膜插入其间的支撑衬底以及110nm厚度的GaN薄膜。
此外，重复上述步骤以制造24个III族氮化物复合衬底1。
[(2)III族氮化物半导体器件的制造]
以下，参考图22，将说明根据参考实例的作为III族氮化物半导体器件的SBD(Schottky Barrier Diode)(肖特基势垒二极管)。
首先，如图22(A)中所示，在III族氮化物复合衬底1的III族氮化物膜13侧主面13m上，MOCVD方法用于依次外延生长具有2μm厚度的n+-GaN层28(具有2×1018cm-3的载流子浓度)以及具有7μm厚度的n--GaN层29(具有5×1015cm-3的载流子浓度)以形成III族氮化物层20，且因此获得层叠的III族氮化物复合衬底2。
随后，如图22(B)中所示，在作为层叠的III族氮化物复合衬底2的III族氮化物层20的最顶层的n--GaN层29上，通过电子束沉积方法(以下也称为EB(Electron Beam)(电子束)沉积方法)依次形成具有4nm厚度的Ni层以及具有200nm厚度的Au层，且退火以形成合金，由此形成作为肖特基电极的第一电极30。此时，第一电极30的直径设定为200μm。此外，在第一电极30上，通过EB沉积方法依次形成具有200nm厚度的Ti层，具有100nm厚度的Pt层以及具有1000nm厚度的Au层，由此形成焊盘电极33。
准备Mo衬底作为器件支撑衬底40。在器件支撑衬底40上，通过EB沉积方法依次形成具有200nm厚度的Ti层，100nm厚度的Pt层以及1000nm厚度的Au层，由此形成焊盘电极43。在焊盘电极43上，形成AuSn焊料薄膜作为连接金属膜44。
随后，连接金属膜44接合至焊盘电极33，由此制造层叠衬底3。
随后，如图22(C)中所示，借助氢氟酸从层叠衬底3蚀刻掉III族氮化物复合衬底1中的支撑衬底11和连接膜12。
随后，如图22(D)中所示，在通过从层叠衬底3上移除支撑衬底11和连接膜12而暴露的III族氮化物膜13上，通过EB沉积方法依次形成20nm厚度的Ti层，200nm厚度的Al层以及300nm厚度的Au层，且随后退火以形成作为欧姆电极的第二电极50。在器件支撑衬底40上，通过EB沉积方法依次形成20nm厚度的Ti层，以及300nm厚度的Au层，且随后退火以形成器件支撑衬底电极45。以此方式，获得作为SBD的III族氮化物半导体器件4。
以下述方式，计算由此获得的III族氮化物半导体器件4的良率。具体地，对于SBD来说，测量反向上的电流电压特性。SBD分成满足250V以上的击穿电压标准的无缺陷器件以及未满足这种标准的缺陷器件，且通过无缺陷器件除以无缺陷器件和缺陷器件的总和而确定的百分比被定义为良率。
根据上述方法，制造出各包括具有表19中所示的厚度变化的连接膜的III族氮化物复合衬底以及采用复合衬底的III族氮化物半导体器件。
这些III族氮化物复合衬底各为具有75mm(即75mm以上)直径的复合衬底，其中支撑衬底和具有110nm(即50nm以上且小于10μm)厚度的III族氮化物膜彼此接合。
通过上述方法计算的III族氮化物半导体器件的连接膜的厚度变化和良率之间的关系在表19中示出。
[表19]
如表19中清晰所示，其中采用各具有2％以上且40％以下的连接膜的厚度变化的III族氮化物复合衬底的半导体器件(A2至A6)的良率高于其中采用未能满足该条件的III族氮化物复合衬底的半导体器件(A1和A7)的良率。
<参考实例II-B>
以与参考实例II-A类似的方式，制造III族氮化物复合衬底，其各个包括彼此接合的支撑衬底和III族氮化物膜且具有表20中所示的剪切连接强度和连接面积的比率，并且制造采用这些复合衬底的III族氮化物半导体器件。
这些III族氮化物复合衬底各为具有75mm(即75mm以上)直径的复合衬底，其中支撑衬底和具有110nm(即50nm以上且小于10μm)厚度的III族氮化物膜彼此接合。
剪切连接强度以及连接面积的比率，和通过上述方法计算的III族氮化物半导体器件的良率之间的关系在表20中示出。
[表20]
如表20中清晰所示，其中采用各具有4MPa以上且40MPa以下的支撑衬底和III族氮化物膜之间的剪切连接强度以及60％以上且98％以下的支撑衬底和III族氮化物膜之间的连接面积的比率的III族氮化物复合衬底的半导体器件(B2至B5,B7以及B8)的良率高于其中采用的III族氮化物复合衬底未能满足该条件的半导体器件(B1,B6以及B9)的良率。
<参考实例II-C>
除以下条件(i)至(v)之外，以与参考实例II-A类似的方式，制造根据参考实例II-C的III族氮化物复合衬底以及采用这些复合衬底的III族氮化物半导体器件：
i)选自Al2O3-SiO2复合氧化物衬底(其中相对于整个衬底来说，Al2O3为82％质量以及SiO2为18％质量的复合氧化物衬底)，莫来石-YSZ衬底以及莫来石衬底的复合氧化物衬底用作支撑衬底11；
(ii)采用75mm至150mm范围内的不同直径；
(iii)通过AP-CVD(Atmospheric Pressure-Chemical VaporDeposition)(大气压化学气相沉积)方法生长连接膜12；
(iv)在8.5×10-17m2/s以上且1×10-16m2/s以下的作用系数FE的条件下精抛光支撑衬底11侧主面11n；以及
(v)采用具有在100nm至1μm范围内的不同厚度的精抛光的III族氮化物膜13。
应当注意，参考实例II-C中的III族氮化物复合衬底中的连接膜的厚度变化都为5％(即2％以上且40％以下)。
参考实例II-C中的III族氮化物复合衬底的特性和采用该复合衬底的III族氮化物半导体器件的良率之间的关系在表21中示出。
[表21]
在表21中，αIII-N/αS代表III族氮化物膜的热膨胀系数αIII-N与支撑衬底的热膨胀系数αS的比率，且tIII-N/tS代表III族氮化物膜的厚度tIII-N与支撑衬底的厚度tS的比率。
如表21中清晰所示，在具有75mm以上直径并包括彼此接合的支撑衬底以及具有100nm至1μm厚度(即50nm以上且小于10μm)的III族氮化物膜的III族氮化物复合衬底中，其中连接膜具有5％(即2％以上且40％以下)的厚度变化，则具有0.0002以上且0.02以下的tIII-N/tS的III族氮化物复合衬底能被用于制造具有特别高良率的III族氮化物半导体器件。
除上述外，在具有0.75以上且1.25以下的αIII-N/αS的复合衬底中，完全没有产生裂纹，且它们的良率也较高。
<参考实例II-D>
除采用具有表22中所示的热导率λS的支撑衬底之外，以与参考实例II-A类似的方式，制造III族氮化物复合衬底以及采用这些复合衬底的III族氮化物半导体器件。
支撑衬底的热导率λS和III族氮化物半导体器件的良率之间的关系在表22中示出。
[表22]
如表22中清晰所示，在具有75mm以上的直径并包括彼此接合的支撑衬底以及具有100nm至1μm(即50nm以上且小于10μm)厚度的III族氮化物膜的III族氮化物复合衬底中，其中连接膜具有5％(即2％以上且40％以下)的厚度变化，则具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率λS的III族氮化物复合衬底能被用于制造具有特别高良率的III族氮化物半导体器件。
应当理解，在所有方面中，借助说明给出本文公开的实施例和实例，而未对其进行限制。本发明的范围旨在由权利要求定义而非上文定义，且涵盖等效于权利要求的含义和范围的所有变型和变化。
参考符号列表
1III族氮化物复合衬底；1L,1LS接合衬底；2层叠的III族氮化物复合衬底；3层叠衬底；4III族氮化物半导体器件；5D,5Dr支撑合并III族氮化物膜施主衬底；11支撑衬底；11m,11n,12am,12bn,12m,13m,13n,130n主面；12,14连接膜；13III族氮化物膜；13D,13Dr III族氮化物膜施主衬底；13i离子注入区；15III族氮化物膜施主衬底支撑；20III族氮化物层；21n-GaN层；22n-In0.05Ga0.95N层；23有源层；24p-Al0.09Ga0.91N层；25p-GaN层；26GaN层；27Al0.2Ga0.8N层；28n+-GaN层；29n--GaN层；30第一电极；33,43焊盘电极；40器件支撑衬底；44连接金属膜；45,46器件支撑衬底电极；50第二电极；60源电极；70漏电极；80栅电极；130基础衬底；140保护构件。
Claims (14)
1.一种III族氮化物复合衬底，其具有75mm以上的直径并且包括彼此接合的支撑衬底和III族氮化物膜，所述III族氮化物膜具有50nm以上且小于10μm的厚度，
所述III族氮化物膜的厚度的标准偏差st与该III族氮化物膜的厚度的平均值mt的比率st/mt为0.01以上且0.5以下，并且
在所述III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角的绝对值的标准偏差so与该偏离角的绝对值的平均值mo的比率so/mo为0.005以上且0.6以下。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物复合衬底，其中，
所述III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的平均值mIII-N为0.4nm以上且10nm以下，并且
所述III族氮化物膜侧主面的均方根粗糙度的标准偏差sIII-N与该均方根粗糙度的平均值mIII-N的比率sIII-N/mIII-N为0.008以上且0.5以下。
3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物复合衬底，其中，
所述III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面的翘曲WIII-N与所述III族氮化物复合衬底的直径D的比率WIII-N/D为-7×10-4以上且8×10-4以下。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的III族氮化物复合衬底，其中，
所述III族氮化物膜的热膨胀系数αIII-N与所述支撑衬底的热膨胀系数αs的比率αIII-N/αS为0.75以上且1.25以下，并且
所述III族氮化物膜的厚度tIII-N与所述支撑衬底的厚度ts的比率tIII-N/tS为1×10-4以上且2×10-2以下。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的III族氮化物复合衬底，其中，
所述III族氮化物膜的主面的杂质金属原子为1×1013原子/cm2以下。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的III族氮化物复合衬底，其中，
所述支撑衬底具有3W·m-1·K-1以上且280W·m-1·K-1以下的热导率λS。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的III族氮化物复合衬底，其中，
所述支撑衬底具有150GPa以上且500GPa以下的杨氏模量Es。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的III族氮化物复合衬底，其中，
所述III族氮化物复合衬底具有100mm以上的直径。
9.一种层叠的III族氮化物复合衬底，其包括：
如权利要求1中所述的III族氮化物复合衬底，以及
被设置在所述III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上的至少一个III族氮化物层。
10.一种III族氮化物半导体器件，其包括：
如权利要求1中所述的III族氮化物复合衬底中的所述III族氮化物膜，以及
被设置在所述III族氮化物膜上的至少一个III族氮化物层。
11.一种制造如权利要求1中所述的III族氮化物复合衬底的方法，包括以下步骤：
通过将所述III族氮化物膜设置在所述支撑衬底的主面侧上，来形成所述III族氮化物复合衬底；以及
在形成所述III族氮化物复合衬底的所述步骤之后，通过在所述III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上执行抛光和蚀刻中的至少一项，来调整所述III族氮化物膜的厚度以及在所述III族氮化物膜的主面和预定平面取向的平面之间的偏离角。
12.一种制造III族氮化物半导体器件的方法，包括以下步骤：
准备如权利要求1中所述的III族氮化物复合衬底；以及
在所述III族氮化物复合衬底的III族氮化物膜侧主面上生长至少一个III族氮化物层。
13.根据权利要求12所述的制造III族氮化物半导体器件的方法，还包括以下步骤：
在生长III族氮化物层的所述步骤之后，从所述III族氮化物复合衬底移除所述支撑衬底。
14.根据权利要求13所述的制造III族氮化物半导体器件的方法，还包括以下步骤：
在生长III族氮化物层的所述步骤之后并且移除所述支撑衬底的所述步骤之前，将器件支撑衬底接合到所述III族氮化物层之上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151021 |