JP2002293699A

JP2002293699A - 窒化物半導体基板の製造方法

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Publication number: JP2002293699A
Application number: JP2001387502A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ishida; 昌宏石田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2002-10-09
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: JP4015849B2

Abstract

(57)【要約】【課題】クラック等を発生させることなく、さらに、
欠陥密度が小さく且つ生産性に優れた窒化物半基板を確
実に得られるようにする。【解決手段】サファイアからなる母材基板１１の主面
に対して選択的にエッチングを行なって、母材基板１１
の主面に凹凸状領域２０を形成する。続いて、母材基板
１１の凹凸状領域２０の上に該凹凸状領域２０の凹状溝
１１ａを埋めると共にその上面が平坦となるように、窒
化ガリウムからなる半導体層１３を成長する。続いて、
半導体層１３における母材基板１１の凸部領域１１ｂと
の界面にレーザ光を照射して、半導体層１３を母材基板
１１から剥離することにより、半導体層１３から窒化物
半導体基板を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可視光発光ダイオ
ード装置又は青紫色レーザ装置に用いる窒化物半導体基
板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウ
ム（ＩｎＮ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のIII-
Ｖ族窒化物半導体は、青色又は緑色発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）装置、青色半導体レーザ装置又は高温動作が可能
な高速トランジスタ装置等に用いる化合物半導体材料と
して好適である。

【０００３】ところで、従来から、窒化物半導体を成長
させる基板には、例えば特許第３０９１５９３号公報に
開示されているような、サファイアからなる絶縁性基板
が良く知られている。

【０００４】しかしながら、組成が窒化物半導体層とは
異なるサファイア等からなる異種の基板上に窒化物半導
体を成長させると、成長する窒化物半導体と該基板との
間の熱膨張係数の差によって、基板が反ったり、クラッ
クが発生したりして、窒化物半導体の結晶性が劣化する
ことが知られている。

【０００５】そこで、近年、基板を窒化物半導体により
形成し、窒化物半導体からなる基板上に、同種の窒化物
半導体からなる素子構造を形成することにより、異種の
基板に起因する問題を解決する試みがなされている。

【０００６】例えば、窒化物半導体基板の製造方法の一
例として、母材となる基板（母材基板）の上に窒化物半
導体層を比較的に厚く成長し、成長した窒化物半導体層
と母材基板との界面にレーザ光を照射する。レーザ光を
照射された窒化物半導体層が局所的に加熱されて昇華
し、窒化物半導体層が母材基板から剥離することによ
り、窒化物半導体層から窒化物半導体基板を得るという
方法が検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の窒化物半導体基板の製造方法は、レーザ光によって
母材基板から窒化物半導体層を剥離する場合に、レーザ
光の走査の途中、すなわち、窒化物半導体層と母材基板
とにおけるレーザ光を照射されている界面のみが剥離
し、他の部分が接合したままの状態となる。その際、窒
化物半導体層と母材基板との接合部分に応力が集中し
て、窒化物半導体層中にクラックが発生するという問題
がある。その結果、、室温程度のレーザ光を照射するこ
とによって、窒化物半導体基板を歩留まり良く製造する
ことが困難となる。

【０００８】この問題を回避するため、基板温度を上昇
させてレーザ照射を行なう方法も知られているが、この
ような基板温度を上昇する方法では、基板の昇温及び降
温のたびに時間が掛かってしまい、やはり量産性に劣
る。

【０００９】また、母材基板上に窒化物半導体を成長す
る際に、窒化物半導体に対して格子不整合による貫通欠
陥が導入されるため、得られる窒化物半導体基板におけ
る欠陥密度が大きいという問題もある。

【００１０】しかも、レーザ光はそのビーム径を小さく
集光されているため、母材基板と窒化物半導体層との接
合面のすべてを剥離するには、レーザ光の照射を効率良
く行なう必要がある。例えば、窒化物半導体を昇華させ
るには、レーザ光の光密度を約０．１Ｊ／ｃｍ² 以上と
する必要があり、この光密度を得るために、レーザ光の
ビーム径を小さく集光している。従って、ビーム径が基
板の面積と比べて小さいため、窒化物半導体層の全面に
わたってレーザ光を走査する必要があり、生産性の向上
を図ることができない。

【００１１】本発明は、前記従来の問題を解決し、クラ
ック等を発生させることなく、さらに、欠陥密度が小さ
く且つ生産性に優れた窒化物半基板を確実に得られるよ
うにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、窒化物半導体層を成長させる母材基板の
主面を凹凸状にする構成とする。

【００１３】具体的に、本発明に係る窒化物半導体基板
の製造方法は、母材基板の主面に凹凸状領域を選択的に
形成する第１の工程と、母材基板における凹凸状領域の
上に該凹凸状領域の凹部を埋めると共にその上面が平坦
となるように、窒化物からなる半導体層を成長する第２
の工程と、半導体層における母材基板との界面にレーザ
光を照射して、半導体層を母材基板から剥離することに
より、半導体層から半導体基板を形成する第３の工程と
を備えている。

【００１４】本発明の窒化物半導体基板の製造方法によ
ると、母材基板の主面に凹凸状領域を形成しておき、そ
の後、凹凸状領域の上に母材基板の凹凸状領域の凹部を
埋めると共にその上面が平坦となるように、窒化物から
なる半導体層を成長する。このため、その後、半導体層
における母材基板との界面に対してレーザ光を照射する
と、レーザ光が照射された部分の応力は、窒化物からな
る半導体層における母材基板の凹部を埋めた部分と他の
部分とが、基板面に平行に劈開することにより開放され
るため、基板面に垂直な方向のクラック及び割れが生じ
ない。

【００１５】本発明の窒化物半導体基板の製造方法にお
いて、第３の工程がレーザ光を母材基板における凹凸状
領域のうちの少なくとも凸部に照射することが好まし
い。このようにすると、半導体層の全面を走査する必要
がなくなるので、レーザの照射時間を短縮することがで
き、その結果、生産性を向上することができる。

【００１６】この場合に、第１の工程が、母材基板の主
面に互いに並行に延びる複数の凹状溝を形成し、第３の
工程が、レーザ光を、母材基板における複数の凹状溝同
士に挟まれてなる凸部に沿って走査しながら照射するこ
とが好ましい。このようにすると、複数の凹状溝同士に
挟まれてなる凸部は、いわゆるストライプ状となるな
め、レーザ光の走査を効率良く行なえる。

【００１７】その上、母材基板は、主面の面方位が｛０
００１｝面であるサファイアからなり、各凹状溝の晶帯
軸の方向が母材基板における＜１−１００＞方向である
ことが好ましい。

【００１８】また、この場合に、第１の工程が、母材基
板の主面にそれぞれが島状の複数の凸部を形成し、第３
の工程が、パルス状のレーザ光を、母材基板における複
数の凸部と同期するように走査しながら照射することが
好ましい。このようにすると、パルス状のレーザ発振は
高出力化が容易となるため、半導体層の母材基板からの
剥離が容易となるので、生産性がさらに向上する。

【００１９】また、この場合に、第３の工程が、レーザ
光を、母材基板における凹凸状領域のうちの複数の凸部
に同時に照射することが好ましい。このように、複数の
凸部を同時に照射すると、照射時間を短縮できるため、
生産性が確実に向上する。

【００２０】本発明の窒化物半導体基板の製造方法にお
いて、第１工程が、母材基板における凹凸状領域のう
ち、凹部が占める面積を凸部が占める面積の約５分の１
倍以上且つ約１００倍以下とすることが好ましい。この
ようにすると、窒化物からなる半導体層を母材基板から
剥離する際に、クラックや割れの発生をより確実に防ぐ
と共に、母財界板から半導体層の全面がより確実に剥離
されるようになる。

【００２１】また、本発明の窒化物半導体基板の製造方
法において、第３の工程が、レーザ光を母材基板の主面
と反対側の面から照射することが好ましい。

【００２２】なお、本願明細書では、便宜上、ミラー指
数の上にバーを付す代わりに、該指数の前に負符号
「−」を付してその反転を表わしている。

【００２３】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００２４】図１（ａ）〜図１（ｄ）乃至図３（ａ）〜
図３（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導
体基板の製造方法の工程順の断面構成を示している。

【００２５】まず、図１（ａ）に示すように、径が約
５．１ｃｍ（２インチ）で厚さが約７００μｍのサファ
イア（酸化アルミニウムの単結晶）からなる母材基板１
１を用意する。母材基板１１の主面の面方位は（０００
１）面であり、主面とその反対側の面（裏面）とは共に
鏡面仕上げがされている。

【００２６】サファイアは、そのバンドギャップが８．
７ｅＶであるため、該バンドギャップに相当するエネル
ギーの波長である１４２．５ｎｍよりも長い波長の光を
透過する。そのため、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシ
マレーザ光又は波長が３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ
の３次高調波光はサファイアを透過する。

【００２７】（母材基板加工工程）次に、図１（ｂ）に
示すように、フォトリソグラフィ法により、母材基板１
１の主面上に、厚さが約２μｍ、幅が約１０μｍ及び間
隔が約３０μｍのストライプ状のレジストパターン１２
を形成する。このときのストライプの方向は、サファイ
アの晶帯軸の＜１−１００＞方向である。

【００２８】なお、本願明細書においては、晶帯軸の＜
１−１００＞方向とは、晶帯軸の［１−１００］方向と
等価な方向のいずれか１つを指し、特定の一方向を表わ
さない。例えば、＜１−１００＞方向と等価な方向は、
［１−１００］、［−１１００］、［０１−１０］、
［０−１１０］、［１０−１０］及び［−１０１０］で
ある。同様に、面方位の｛１−１００｝面とは、面方位
の（１−１００）面と等価な方向のいずれか１つの面を
指す。

【００２９】次に、図１（ｃ）に示すように、例えば反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、レジストパ
ターン１２をマスクとして母材基板１１にエッチングを
行なう。エッチングガスには塩素（Ｃｌ₂ ）ガスを用
い、約５Ｐａの圧力で出力値が約２００Ｗのプラズマを
発生し、１時間程度のエッチングを行なって、母材基板
１１の主面に、深さが約１μｍのストライプ状の凹状溝
１１ａを形成する。

【００３０】なお、本工程においては、２００Ｗ程度の
出力のプラズマを用いているため、レジストパターン１
２の両側部はエッチングされて、それぞれ丸みが生じて
いる。

【００３１】次に、図１（ｄ）に示すように、レジスト
パターン１２を除去すると、主面が凹凸状の凹凸状領域
２０を有する母材基板１１を得ることができる。

【００３２】ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用い
て凹凸状領域２０の詳細を説明する。図２（ａ）は凹凸
状領域２０の平面構成を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）
のIIｂ−IIｂ線における断面構成を示している。

【００３３】図２（ｂ）に示すように、凹状溝１１ａの
幅は底部において約３０μｍであり、該凹状溝１１ａ同
士に挟まれてなる凸部領域１１ｂの幅は下部において約
１０μｍである。ここで、凸部領域１１ｂにおける両側
面はその上部が下部に対して約０．５μｍずつ小さくな
るようにサイドエッチングされている。

【００３４】また、図２（ａ）に示すように、凹状溝１
１ａ、すなわち凸部領域１１ｂが延びる方向は、サファ
イアの晶帯軸の＜１−１００＞方向である。以下、凸部
領域１１ｂが延びる方向をストライプ方向と呼ぶ。

【００３５】（窒化物半導体成長工程）次に、図３
（ａ）に示すように、III 族源である塩化ガリウム（Ｇ
ａＣｌ）とＶ族源であるアンモニア（ＮＨ₃ ）とを原料
とするハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法により、母
材基板１１の凹凸状領域２０の上に、窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）からなる半導体層１３を成長する。III 族源の塩
化ガリウムは、金属ガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣ
ｌ）とを、９００℃程度の大気圧下で反応させて生成す
る。

【００３６】また、母材基板１１の主面上で窒化ガリウ
ムの核形成密度を増大させるため、半導体層１３を成長
するよりも前に、基板温度を約１０００℃に保ち、塩化
ガリウムのみを１５分間程度供給する（以下、このプロ
セスをＧａＣｌ処理と呼ぶ）。なお、核形成密度を増大
させるには、ＧａＣｌ処理に代えて、母材基板１１上
に、窒化ガリウムからなり４００℃〜８００℃程度の比
較的に低温で成長させる、いわゆる低温バッファ層を設
けても良く、また、母材基板１１の主面に対してアンモ
ニアによる窒化処理を行なっても良い。さらには、低温
バッファ層と窒化処理とを組み合わせても良い。

【００３７】以下、半導体層１３の成長の詳細を説明す
る。

【００３８】ＧａＣｌ処理を行なった後、母材基板１１
上に塩化ガリウム及びアンモニアを導入して、窒化ガリ
ウムからなる半導体層１３の成長を始める。ここでは、
母材基板１１の主面の面方位が（０００１）面であるた
め、半導体層１３においてもその（０００１）面を主面
として成長する。１０００℃程度の成長温度とすると、
（０００１）面上における成長速度と比べて、他の面、
すなわち凸部領域１１ｂの側面上における成長速度の方
が大きい。その結果、基板面に対して平行な方向、いわ
ゆる横方向への成長速度が２〜３倍程度と大きくなるた
め、凹状溝１１ａは次第に埋め込まれる。なお、凹状溝
１１ａが完全に埋め込まれるためには、半導体層１３の
厚さを凹状溝１１ａの幅以上とすることが好ましい。

【００３９】また、ストライプ方向を母材基板１１を構
成するサファイアの晶帯軸の＜１−１００＞方向として
おり、該サファイアと窒化ガリウムとは面内の面方位が
３０°ずれて成長する。このため、凹状溝１１ａが埋め
込まれる際の窒化ガリウムにおける凹状溝１１ａの側面
上に位置する部分は、平坦な｛１−１０１｝面となる。
このため、半導体層１３の成長を続けていくと、凹状溝
１１ａは、ピット等の欠陥を生じずに、平坦に埋め込ま
れて成長する。

【００４０】続いて、凹状溝１１ａが埋め込まれた後
も、半導体層１３の厚さが凸部領域１１ｂの上で約２０
０μｍとなるまで成長を行なう。これにより、凹凸状領
域２０の凹状溝１１ａは半導体層１３により埋め込まれ
るため、半導体層１３の表面は平坦となる。その後、室
温付近にまで基板温度を降下させると、半導体層１３と
母材基板１１との熱膨張係数の差によって、図３（ａ）
に示すように母材基板１１に反りが生じる。

【００４１】第１の実施形態においては、母材基板１１
と半導体層１３とが平面状態で接合している場合と比べ
て、母材基板１１の主面が凹凸状であるため、生じる反
りが小さくなる。例えば、ストライプ方向の曲率半径が
８０ｃｍ程度となり、該ストライプ方向と基板面内で垂
直な方向の曲率半径が１ｍ程度となることを確認してい
る。なお、比較のために、母材基板１１の主面に凹凸状
領域２０を設けないで半導体層１３を成長し、母材基板
１１の曲率半径を調べると６０ｃｍ程度であった。

【００４２】（レーザ照射工程）半導体層１３に対する
レーザ照射は、図４に示すようなレーザ照射装置を用い
る。

【００４３】図４に示すように、レーザ出射部１から出
射されたレーザ光１０は、スキャンレンズ２によって２
次元に走査されて、半導体層１３に照射される。ここで
は、半導体層１３に対して、レーザ光１０を母材基板１
１の主面と反対側の面から照射している。レーザ光１０
は光路上に置かれた複数の集光レンズ３によって、半導
体層１３上におけるレーザ光１０のビーム径を調節する
ことができる。さらに、レーザ照射装置は、レーザ光１
０の透過率が高く且つ可視光の反射率が高いミラー４
と、該ミラー４を介して入力される可視光１０ａを受け
る画像認識部５とを備えている。画像認識部５は、入力
される可視光１０ａにより、半導体層１３におけるレー
ザ照射位置を認識して、スキャンレンズ２の回転位置を
制御する。

【００４４】第１の実施形態においては、レーザ光源に
波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧの３次高調波を用いてい
る。パルス幅は約３０ｎｓで、パルス周期は約５０ｋＨ
ｚとしている。レーザ光１０を集光して約２０μｍ径の
円形状ビームとすることにより、１．０Ｊ／ｃｍ² 程度
の光密度を得ている。サファイアはレーザ光１０に対し
て透明であるため、前述したように、母材基板１１の裏
面側から該母材基板１１を通して半導体層１３にレーザ
光１０を照射している。

【００４５】レーザ光１０を照射する際には、前述した
ように、母材基板１１と共に半導体層１３が反っている
ため、集光レンズ３を調整してレーザ光１０のスポット
径が一定となるように制御を行なうことが好ましい。

【００４６】第１の実施形態においては、レーザ光１０
を半導体層１３の凸部領域１１ｂとの界面に沿って選択
的に照射する。半導体層１３の凸部領域１１ｂとの界面
に沿ってレーザ光１０が連続的に照射されるように、レ
ーザ光１０の走査速度を５０ｃｍ／ｓとする。このと
き、凸部領域１１ｂ上において走査方向に隣り合う照射
位置の中心間隔は約１０μｍとしている。従って、照射
位置の中心間隔がレーザ光１０のビーム径の約２０μｍ
よりも小さいため、パルス状の照射であっても半導体層
１３と母材基板１１との界面を連続的に照射することが
できる。その上、パルス照射時に走査を止めることな
く、すなわち光軸を走査したままで照射を行なったとし
ても、レーザ光１０を半導体層１３に対して連続的に照
射することができる。

【００４７】図３（ｂ）は照射工程の途中段階の母材基
板１１の断面を示している。

【００４８】半導体層１３はレーザ光を吸収して加熱さ
れる。レーザ光のパルス幅が３０ｎｓと短く且つ光密度
が大きいため、半導体層１３は、レーザ光が照射された
部分が局所的に加熱される。この加熱により、窒化ガリ
ウムからなる半導体層１３におけるレーザ光の照射部分
が熱分解されて、ガリウム層１１ｃと窒素ガスとを生じ
る。

【００４９】なお、第１の実施形態においては、凸部領
域１１ｂの幅よりもレーザ光のビーム径のほうが大きい
ため、凹状溝１１ａの底部にも部分的にガリウム層１１
ｃを生じる。

【００５０】ガリウム層１１ｃは２５℃以上の温度では
液体であり、それ以下の温度でも非常に軟らかい材料で
あるため、ガリウム層１１ｃを介した母材基板１１と半
導体層１３との結合力は極めて小さくなる。その結果、
熱膨張係数差による応力が、母材基板１１と半導体層１
３との接合部分に集中する。

【００５１】また、半導体層１３の熱分解によって窒素
ガスが発生するため、半導体層１３の熱分解した領域及
びその近傍は、窒素ガスにより極めて圧力が高い状態と
なる。

【００５２】第１の実施形態は、母材基板１１の主面に
凹凸状となる凹凸状領域２０を設けて、該凹凸状領域２
０の上に窒化ガリウムからなる半導体層１３を成長して
いる。ここで、このときの半導体層１３に加わる応力を
図５に基づいて説明する。

【００５３】従来のように、平坦な主面を持つ母材基板
の出面上に半導体層を成長させる場合は、母材基板と半
導体層とは互いの界面の全体で熱膨張係数差による応力
を受ける。

【００５４】第１の実施形態においては、半導体層１３
における母材基板１１の隣接する凸部領域１１ｂ同士の
上面を結ぶ領域３０に応力が集中する。その上、半導体
層１３は熱膨張係数が小さいため、その界面に半導体層
１３よりも熱膨張係数が大きい母材基板１１があると、
膨張しようとする方向に第１の応力３１を発生する。そ
れに対して、母材基板１１は収縮しようとする方向に第
２の応力３２を発生し、これにより、半導体層１３にお
ける母材基板１１の凹状溝１１ａに埋め込まれた領域が
圧縮される。その結果、第１の応力３１と第２の応力３
２とが、半導体層１３の凸部領域１１ｂの上面から主面
に平行な方向に該半導体層１３を切断する力となって作
用する。

【００５５】なお、図５に示すように、第１の応力３１
と第２の応力３２とによって、半導体層１３に基板面に
平行にクラック３３を生じる場合もある。但し、成長後
の状態では母材基板１１の凸部領域１１ｂにおいて、半
導体層１３と母材基板１１とが接合しているため、半導
体層１３が容易に切断されることはない。

【００５６】従って、レーザ照射によって、半導体層１
３と母材基板１１の凸部領域１１ｂとの界面が熱分解す
る上に、第１の応力３１及び第２の応力３２と、さら
に、熱分解により発生した窒素ガスが半導体層１３を押
す力とが、半導体層１３の凹状溝１１ａの上側部分に集
中する。その上、窒化ガリウムからなる半導体層１３の
主面の面方位が（０００１）面であるため、主面に平行
な面内で劈開されやすいという性質を持っている。

【００５７】その結果、レーザ照射によって、母材基板
１１の凸部領域１１ｂの上側で半導体層１３が熱分解さ
れると、その応力は半導体層１３における母材基板１１
の凹状溝１１ａの上側部分に加わることになり、該半導
体層１３が凹状溝１１ａの上側で、半導体層１３を構成
する窒化ガリウムの（０００１）面に沿って劈開する。
このとき、同時に、高圧の窒素ガスも、半導体層１３が
凹状溝１１ａの上側で劈開することにより発散する。

【００５８】さらに、後述するように、母材基板１１の
凹凸状領域２０における凹部と凸部の面積比を最適化す
ると、母材基板１１の凸部領域１１ｂに対して、１回の
レーザ照射によって、半導体層１３の凹状溝１１ａに埋
め込まれた部分の半分以上の面積が劈開する。従って、
各凸部領域１１ｂへのレーザ照射を繰り返すと、半導体
層１３の凹状溝１１ａに埋め込まれた部分を母材基板１
１から完全に剥離（分離）することができる。

【００５９】なお、第１の実施形態においては、レーザ
光を凹凸状領域２０を有する母材基板１１を通して基板
の主面に対して垂直に照射しているため、凸部領域１１
ｂの側面では、照射強度が低下して、半導体層１３の熱
分解が完全には起こらない。

【００６０】以上説明したように、母材基板１１の凸部
領域１１ｂの上部における第２の応力３２が、半導体層
１３の剥離に重要な役割を果たしている。一方、凸部領
域１１ｂの側面における熱分解は剥離には大して寄与し
ない。むしろ、剥離せず接合したままの方が、凸部領域
１１ｂの上部に発生する第２の応力３２を集中させるこ
とに効果がある。このため、凸部領域１１ｂの側面の基
板面に対する角度は垂直に近いほど好ましく、３０°以
上であれば良い。

【００６１】このような剥離のメカニズムにより、レー
ザ照射中の半導体層１３には、母材基板１１の主面に垂
直な方向に伸展するクラックが生じないことを確認して
いる。

【００６２】従って、図３（ｃ）に示すように、半導体
層１３の凸部領域１１ｂとの界面のすべてにレーザ光を
照射することにより、母材基板１１の凹状溝１１ａに半
導体層１３の残部１３ａを残したまま、半導体層１３は
母材基板１１から剥離する。

【００６３】次に、図３（ｄ）に示すように、塩化水素
によってガリウム層１１ｃを除去し、その後、半導体層
１３における母材基板１１との接合面の凹凸部分を研磨
して除去することにより、窒化ガリウムからなる半導体
層１３から窒化物半導体基板１３Ａを得る。このときの
窒化物半導体基板１３Ａは、径が約５．１ｃｍ（２イン
チ）で、その厚さは約１８０μｍであり、クラックや周
縁部に欠けた部分がなく、バルクの状態で存在する。

【００６４】以上説明したように、第１の実施形態によ
ると、半導体層１３における母材基板１１の凸部領域１
１ｂとの界面にのみ選択的にレーザ照射を行なうため、
従来のように半導体層１３の全面に対して照射する場合
と比べて、レーザの照射時間を削減できるので、レーザ
照射工程のスループットを向上することができる。

【００６５】第１の実施形態においては、母材基板１１
における凸部領域１１ｂの総面積は基板の面積の４分の
１であるため、レーザ光の照射時間は少なくとも４分の
１とすることができる。実際には、基板の全面を照射す
る場合は、レーザ照射位置が前回に照射した部分に対し
てもその一部が重なるように照射するため、第１の実施
形態に係るレーザ光の照射時間は４分の１以下となる。

【００６６】具体的には、ビーム径が２０μｍのレーザ
光で、照射位置が互いに１０μｍずつ重なるように照射
した場合、第１の実施形態においては、径が２インチの
半導体層１３に対して約４分でレーザ光の照射が終了す
る。一方、従来のように半導体層１３の全面に１０μｍ
ずつ重なるように照射すると、レーザ光の照射工程に、
およそ３０分もの時間が必要となる。

【００６７】また、第１の実施形態においては、母材基
板１１の凸部領域１１ｂが凹凸状領域２０上でストライ
プ状に延びているため、レーザ光の光軸の走査が単純化
されるので、効率的に照射を行なうことができる。

【００６８】また、第１の実施形態においては、主面に
凹凸状領域２０を有する母材基板１１上に、窒化ガリウ
ムからなる半導体層１３を埋め込み成長しているため、
図６に示すように、半導体層１３における母材基板１１
の凹状溝１１ａの上側部分において、貫通欠陥３３が凹
状溝１１ａの中央付近に向かって伸展し、複数の貫通欠
陥３３同士が結合することにより、貫通欠陥３３の数が
低減する。このため、半導体層１３の表面における貫通
欠陥の密度は凹状溝１１ａの上側では、約１×１０⁶ ｃ
ｍ^-2である。

【００６９】従って、得られた窒化物半導体基板１３Ａ
を用いて素子を形成する場合には、貫通欠陥３３が低減
された領域に素子の機能部分を設けるのが好ましい。な
お、凹状溝１１ａ以外の領域の貫通欠陥３３は、半導体
層１３における凸部領域１１ｂ上に凹部を設けて凹凸状
領域を新たに設け、再度、新たな凹凸状領域の上に窒化
ガリウムを成長することにより低減することができる。

【００７０】ところで、従来のサファイアからなる基板
上に成長した窒化ガリウムからなる半導体層における欠
陥密度は、１×１０⁹ ｃｍ^-2程度である。

【００７１】このように、第１の実施形態によると、レ
ーザ光の照射時間を４分の１以下と著しく低減できる上
に、欠陥密度をも低減された窒化物半導体基板１３Ａを
確実に得ることができる。

【００７２】なお、第１の実施形態においては、母材基
板１１の主面に凹凸状領域２０を形成する方法として、
ＲＩＥ法を用いたが、これに限らず、凹凸状領域２０の
形成条件及び形成方法は、特に限定されず、例えば、イ
オンミリング法又はＥＣＲエッチング法等を用いること
ができる。さらには、サンドブラスト又は研磨等による
物理的手段を用いても良く、また、選択成長等の堆積法
を用いても良い。

【００７３】また、母材基板１１が多層構造を持つ場合
には、その表面の少なくとも１層に凹凸状領域２０を設
ければ良い。

【００７４】また、第１の実施形態においては、母材基
板１１の凹状溝１１ａの深さを約１μｍとしたが、浅く
し過ぎると、凹状溝１１ａに埋め込まれる半導体層１３
が受ける応力（第２の応力３２）が小さくなるため、半
導体層１３がその（０００１）面に沿って劈開されにく
くなる。従って、凹状溝１１ａの深さは、深い方が好ま
しく、０．１μｍ以上とするのが好ましい。

【００７５】また、第１の実施形態においては、ストラ
イプ方向をサファイアの晶帯軸の＜１−１００＞方向と
したが、母材基板１１に用いる材料によっては、該母材
基板１１と窒化ガリウムからなる半導体層１３との面方
位の関係が異なる場合がある。その場合は、窒化ガリウ
ムの晶帯軸の＜１１−２０＞方向がストライプ方向と一
致することが好ましい。例えば、母材基板１１として、
炭化珪素（ＳｉＣ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を
用いた場合には、該母材基板１１と窒化ガリウムの面方
位が一致するため、ストライプ方向を窒化ガリウムの晶
帯軸の＜１１−２０＞方向とすることが好ましい。

【００７６】また、第１の実施形態においては、半導体
層１３の成長温度を約１０００℃としたが、母材基板１
１の凹状溝１１ａを平坦に埋め込むためには好ましい温
度範囲があり、９００℃以上とすることが好ましい。ま
た、温度を高くする程、凹状溝１１ａが埋め込まれ易い
傾向にある。一方、温度を極端に高くすると、窒化ガリ
ウムの成長よりも昇華が支配的となって半導体層１３が
成長しなくなるため、第１の実施形態の成長条件では、
半導体層１３の成長温度は１５００℃以下とすることが
好ましい。

【００７７】また、第１の実施形態においては、母材基
板１１の凹状溝１１ａの幅を約３０μｍとし、凸部領域
１１ｂの幅を約１０μｍとしたが、凹部及び凸部の面積
比には好ましい範囲がある。すなわち、凹状溝１１ａの
幅が占める面積の上限は、凸部領域１１ｂのみに対する
照射によって窒化ガリウムの面方位の（０００１）面に
沿った劈開が生じて、半導体層１３の全体が母材基板１
１から剥離されることが条件である。従って、この条件
から、凹状溝１１ａの幅が占める面積は、凸部領域１１
ｂの幅が占める面積の約１００倍以下とすることが好ま
しい。一方、凹状溝１１ａの幅が占める面積は小さくし
過ぎると、レーザ光の照射を行なったときの応力（第２
の応力３２）が開放されないため、半導体層１３に、基
板面に垂直な方向のクラックを生じて、所望の窒化物半
導体基板１３Ａを得られなくなる。そこで、凹状溝１１
ａの幅が占める面積は、凸部領域１１ｂの幅が占める面
積の５分の１以上とすることが好ましい。

【００７８】また、第１の実施形態においては、レーザ
光の光密度を約１．０Ｊ／ｃｍ² としたが、レーザ光の
光密度には下限があり、半導体層１３を分解できる以上
の光密度が必要である。窒化ガリウムを分解するために
必要な光密度は、半導体層１３に直射した場合では、約
０．１ｍＪ／ｃｍ² 以上である。レーザ光が半導体層１
３に到達した時点では、母材基板１１の表面における反
射及び散乱、及び母材基板１１と半導体層１３との界面
における反射及び散乱等により、入射されるレーザ光の
うちの十数％は低減されていると考えられる。

【００７９】また、第１の実施形態においては、凸部領
域１１ｂをストライプパターンとしたが、他のパターン
でも、直線状に連続するパターンであれば、レーザ光の
光軸の走査が単純化されて好ましい。さらに、渦巻状の
ような一筆書きパターンとすると、１回の走査で半導体
層１３の全体をレーザ照射できるため好ましい。なお、
この場合においても、凸部領域１１ｂのパターンの側面
は、窒化ガリウムの｛１−１０１｝面と一致するように
設けることがより好ましい。

【００８０】また、第１の実施形態においては、レジス
トパターン１２をエッチングマスクとしたが、マスク材
はレジストに限られず、他の材料であっても、サファイ
アとのエッチング選択比が極端に小さくない限りは用い
ることができる。例えば、レジストに代えて、酸化シリ
コン（ＳｉＯ₂ ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなる
誘電体膜、又はニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）又はタン
グステン（Ｗ）等の金属膜を用いることができる。

【００８１】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００８２】図７（ａ）〜図７（ｃ）乃至図９（ａ）〜
図９（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導
体基板の製造方法の工程順の断面構成を示している。

【００８３】第２の実施形態は、凹凸状領域２０におけ
る凸部の形状をストライプパターンに代えてドットパタ
ーンとしている。ここでは、第１の実施形態と同一の構
成部材には同一の符号を付している。

【００８４】まず、図７（ａ）に示すように、径が約
５．１ｃｍ（２インチ）で厚さが約７００μｍのサファ
イアからなる母材基板１１を用意する。母材基板１１の
主面の面方位は（０００１）面であり、主面とその反対
側の面（裏面）とは共に鏡面仕上げがされている。

【００８５】（母材基板加工工程）次に、図７（ｂ）に
示すように、フォトリソグラフィ法により、母材基板１
１の主面上に、１つの径が約１０μｍで隣接間の中心位
置の距離が約３０μｍのドットパターンを有するレジス
トパターン１２Ａを形成する。

【００８６】レジストパターン１２Ａは、図８の平面図
に示すように、一辺が３０μｍの正三角形を最密に並べ
たときの各正三角形の頂点の位置に配置されている。こ
のときの正三角形の一辺がサファイアの面方位の｛１−
１００｝面と一致するようにパターニングされている。
なお、母材基板１１の周縁部において、ドットパターン
が欠けていると、欠けた部分において半導体層１３は良
好に成長しない虞があるため、母材基板１１の周縁部に
はドットパターンを配置しないようにしている。

【００８７】次に、図７（ｃ）に示すように、第１の実
施形態と同等の条件のＲＩＥ法により、レジストパター
ン１２Ａをマスクとして母材基板１１にエッチングを行
なって、母材基板１１の主面が１μｍ程度の深さに掘り
下げられてなる低部１１ｄを形成する。その後、レジス
トパターン１２Ａを除去することにより、該レジストパ
ターン１２Ａが転写されてなり、それぞれがドット状を
有する複数の凸部１１ｅを形成する。凸部１１ｅの断面
形状は図２（ｂ）とほぼ同等であり、凸部１１ｅの幅は
約１０μｍである。凸部１１ｅの側面は上部の径が下部
の径よりも約０．５μｍ小さくなるサイドエッチングが
なされている。また、隣接する凸部１１ｅ同士の中心位
置の距離は約３０μｍである。

【００８８】（窒化物半導体成長工程）次に、図９
（ａ）に示すように、アンモニアと塩化ガリウムとを原
料とするＨＶＰＥ法により、第１の実施形態と同等の条
件により、母材基板１１の凹凸状領域２０の上に、窒化
ガリウムからなる半導体層１３を成長する。

【００８９】凸部１１ｅの平面形状は円形（ドット）状
であるが、窒化ガリウムの｛１−１０１｝面の成長速度
は比較的小さいため、厚さが１μｍ程度の半導体層１３
を成長した段階で、凸部１１ｅの側面は、６つの｛１−
１０１｝面と主面の（０００１）面とにより囲まれた窒
化ガリウムに覆われる。その上、凸部１１ｅの配置を図
７（ｃ）及び図８のように設定しているため、隣り合う
凸部１１ｅから張り出してくる窒化ガリウムが｛１−１
０１｝面で合体して、その結果、低部１１ｄは平坦に埋
め込まれる。半導体層１３により低部１１ｄが埋め込ま
れた後も、半導体層１３の厚さが凸部１１ｅの上側で約
２００μｍとなるまで成長させる。これにより、凹凸状
領域２０の低部１１ｄは半導体層１３により埋め込ま
れ、半導体層１３の表面は平坦となる。その後、室温付
近にまで基板温度を降下させると、半導体層１３と母材
基板１１との熱膨張係数の差によって、図９（ａ）に示
すように母材基板１１に反りが生じる。このときに生じ
た反りは、基板面上の方向にはほとんど依存せず、その
曲率半径は１ｍ程度となる。

【００９０】（レーザ照射工程）第２の実施形態におい
ても、図４に示したレーザ照射装置を用いる。照射条件
も同等としている。例えば、レーザ光のビーム径は約２
０μｍであり、レーザ光の出射のパルス周期は約５０ｋ
Ｈｚである。このとき、凸部１１ｅの径は約１０μｍで
あり、ビーム径の約２０μｍよりも小さいため、１回の
パルス照射で１つの凸部１１ｅを照射することができ
る。

【００９１】第２の実施形態の特徴として、レーザ光の
出射周期を凸部１１ｅの形成位置に同期して照射してい
る。具体的には、前述したように隣接する凸部１１ｅ同
士の中心位置の距離は約３０μｍであり、パルス周波数
が５０ｋＨｚであることから、走査速度を１５０ｃｍ／
ｓとすることにより、ドット状で且つ列状に配置された
凸部１１ｅの位置に同期してパルス照射を行なうことが
できる。このとき、図４に示した画像認識部５からの位
置情報をスキャンレンズ２にフィードバックして、照射
位置を微調整しながらレーザ光の照射を行なうことが好
ましい。

【００９２】前述したように、半導体層１３は、照射さ
れたレーザ光を吸収して加熱される。レーザ光のパルス
幅が約３０ｎｓと短く且つ光密度が大きいため、半導体
層１３はレーザ光が照射された部分が局所的に加熱され
る。この加熱により、半導体層１３におけるレーザ光の
照射部分が熱分解されて、ガリウム層１１ｃと窒素ガス
とを生じる。

【００９３】第２の実施形態においては、母材基板１１
のレーザ照射位置である凸部１１ｅの周囲には、低部１
１ｄが形成されているため、第１の実施形態と同様の効
果を得ることができる。すなわち、レーザ光の照射によ
って、半導体層１３における凸部１１ｅの近傍部分が熱
分解されると、凸部１１ｅの上部の収縮に向かう応力
は、半導体層１３における低部１１ｄの上側部分が該半
導体層１３を構成する窒化ガリウムの面方位の（０００
１）面で劈開することにより解放される。また、熱分解
により生じた高圧の窒素ガスも、半導体層１３が母材基
板１１から剥離することにより発散される。

【００９４】このような剥離のメカニズムにより、第２
の実施形態においては、レーザ照射中に半導体層１３に
対して、母材基板１１の主面に垂直な方向に伸展するク
ラックが生じない。

【００９５】従って、図９（ｂ）に示すように、半導体
層１３の凸部１１ｅとの界面のすべてにレーザ光を照射
することにより、母材基板１１の低部１１ｄの上に半導
体層１３の残部１３ａを残したまま、半導体層１３は母
材基板１１から剥離する。

【００９６】次に、図９（ｃ）に示すように、塩化水素
によってガリウム層１１ｃを除去し、その後、半導体層
１３における母材基板１１との接合面の凹凸部分を研磨
して除去することにより、窒化ガリウムからなる半導体
層１３から窒化物半導体基板１３Ａを得る。このときの
窒化物半導体基板１３Ａは、径が約５．１ｃｍ（２イン
チ）で、その厚さは約１８０μｍであり、クラックや周
縁部に欠けた部分がなく、バルクの状態で存在する。

【００９７】以上説明したように、第２の実施形態によ
ると、半導体層１３の凸部１１ｅとの界面にのみ選択的
にレーザ照射を行なうため、従来のように半導体層１３
の全面に対して照射する場合と比べて、レーザの照射時
間を削減できるので、レーザ照射工程のスループットを
向上することができる。

【００９８】その上、ドット状の各凸部１１ｅが分散し
て配置されているため、１つの凸部１１ｅに対して１つ
のレーザパルスを照射することにより、半導体層１３の
凸部１１ｅとの界面を局所的に加熱して剥離している。
その結果、レーザの照射位置が互いに重なるように照射
する必要がなくなるため、第１の実施形態と比べても、
レーザ光の照射時間をさらに短縮することができる。

【００９９】具体的には、第２の実施形態においては、
ビーム径が約２０μｍのレーザ光を用い、径が２インチ
の半導体層１３に対してわずか約１分３０秒でレーザ光
の照射を終了することができる。一方、従来の照射方法
では、前述したように、レーザ光の照射工程に３０分程
度の時間を要しており、第２の実施形態に係る製造方法
は、レーザ照射工程の著しい短縮を可能とする。

【０１００】また、第２の実施形態においては、凸部１
１ｅを周期的なドットパターンとしているため、レーザ
光の光軸の走査が単純化されるので、効率的にレーザ照
射を行なうことができる。

【０１０１】また、第２の実施形態においては、主面に
凹凸状領域２０を有する母材基板１１の主面上に、窒化
ガリウムからなる半導体層１３を埋め込み成長している
ため、半導体層１３の表面における貫通欠陥密度は低部
１１ｄの上側では約１×１０ ⁶ ｃｍ^-2である。

【０１０２】以上示したように、第２の実施形態による
と、半導体層１３に対するレーザ照射時間を約１分３０
秒と著しく低減できる上に、欠陥密度が著しく低減した
領域を有する窒化物半導体基板１３Ａを得ることができ
る。

【０１０３】なお、第２の実施形態においては、各凸部
１１ｅの平面形状を円形状としたが、レーザ光のビーム
径に納まる形状であれば、その平面形状は問われない。

【０１０４】また、凸部１１ｅの配置パターンは、より
好ましくは、図８に示したように、凸部１１ｅが配置さ
れた辺の方向が、窒化ガリウムの面方位の｛１−１０
１｝面と一致するように構成するのが良い。

【０１０５】また、第２の実施形態においては、凸部１
１ｅの配置パターンを、正三角形が最密に並んだ場合の
各正三角形の頂点位置としたが、他の配置パターンであ
っても、レーザ照射される面積を少なくして、レーザ照
射工程を短縮することができる。

【０１０６】さらに、この場合において、前述したよう
に、成長する窒化ガリウムの｛１−１０１｝面同士が合
体するように凸部１１ｅを配置することが好ましい。ま
た、この場合において、凸部１１ｅを周期的に配置する
ことにより、レーザ光の光軸の走査を単純化すること
が、より好ましい。

【０１０７】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１０８】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）及び図１１
（ａ）〜図１１（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る
窒化物半導体基板の製造方法の工程順の断面構成を示し
ている。

【０１０９】第３の実施形態は、母材基板における凹凸
状領域２０を構成するドットパターンに対するレーザの
照射方法を変えている。ここでは、第２の実施形態と同
一の構成部材には同一の符号を付している。

【０１１０】まず、図１０（ａ）に示すように、径が約
５．１ｃｍ（２インチ）で厚さが約７００μｍのサファ
イアからなる母材基板１１を用意する。母材基板１１の
主面の面方位は（０００１）面であり、主面とその反対
側の面（裏面）とは共に鏡面仕上げがされている。

【０１１１】（母材基板加工工程）次に、図１０（ｂ）
に示すように、フォトリソグラフィ法により、母材基板
１１の主面上に、１つの径が約１０μｍで隣接間の中心
位置の距離が約３０μｍのドットパターンを有するレジ
ストパターン１２Ａを形成する。このときのドットパタ
ーンの平面形状は図８に示したパターンと同一である。

【０１１２】次に、図１０（ｃ）に示すように、第２の
実施形態と同等の条件のＲＩＥ法により、レジストパタ
ーン１２Ａをマスクとして母材基板１１にエッチングを
行なって、母材基板１１の主面が１μｍ程度の深さに掘
り下げられてなる低部１１ｄを形成する。その後、レジ
ストパターン１２Ａを除去することにより、該レジスト
パターン１２Ａが転写されてなる、それぞれがドット状
の複数の凸部１１ｅを形成する。凸部１１ｅの断面形状
は図２（ａ）とほぼ同等であり、凸部１１ｅの幅は約１
０μｍである。凸部１１ｅの側面は上部の径が下部の径
よりも約０．５μｍ小さくなるサイドエッチングがなさ
れている。また、隣接する凸部１１ｅ同士の中心位置の
距離は約３０μｍである。

【０１１３】（窒化物半導体成長工程）次に、図１１
（ａ）に示すように、アンモニアと塩化ガリウムとを原
料とするＨＶＰＥ法により、第２の実施形態と同等の条
件により、母材基板１１の凹凸状領域２０の上に、窒化
ガリウムからなる半導体層１３を、その厚さが凸部１１
ｅの上側で約２００μｍとなるまで成長させる。これに
より、凹凸状領域２０の低部１１ｄは半導体層１３によ
り埋め込まれ、半導体層１３の表面は平坦となる。その
後、室温付近にまで基板温度を降下させると、半導体層
１３と母材基板１１との熱膨張係数の差によって、図１
１（ａ）に示すように母材基板１１に反りが生じる。こ
のときに生じた反りは、基板面上の方向にはほとんど依
存せず、その曲率半径は１ｍ程度となる。

【０１１４】（レーザ照射工程）第３の実施形態におい
ては、図４に示したレーザ照射装置におけるレーザ出射
部１の出力値を大きくしている。レーザ光には、波長が
３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を用い
る。レーザ光が高出力であるため、レーザ光のビーム径
を５ｍｍ程度にまで大きくしても、約２．０Ｊ／ｃｍ²
の光密度を得ることができる。但し、パルス周期は高出
力であるために小さく、約１０Ｈｚである。パルス幅は
約１０ｎｓとしており、母材基板１１と半導体層１３と
の界面を局所的に加熱するのに十分なパルス幅である。

【０１１５】ここでも、第１及び第２の実施形態と同様
に、サファイアはレーザ光に対して透明であるため、母
材基板１１の裏面側から該母材基板１１を通して半導体
層１３にレーザ光を照射する。

【０１１６】レーザ光の半導体層１３に対する照射は、
少なくとも半導体層１３における凸部１１ｅとの界面を
照射する必要があるため、ここでは、半導体層１３の全
面にわたって照射する。具体的には、照射部分が２ｍｍ
ずつ重なるように、母材基板１１の周縁部から内側に向
かって順次照射する。なお、レーザ光の走査時の線速度
を約３０ｃｍ／ｓとすることにより、２ｍｍずつ照射位
置を重ねることができる。すなわち、母材基板１１の外
縁部に沿ってレーザ照射を行ない、１周分のレーザ照射
を終えると照射位置を３ｍｍだけ母材基板１１の内側に
ずらすことにより、半径方向の照射位置を２ｍｍずつ重
ねることができる。

【０１１７】前述したように、半導体層１３は、照射さ
れたレーザ光を吸収して加熱される。レーザ光のパルス
幅が約１０ｎｓと短く且つ光密度が大きいため、半導体
層１３は、レーザ光が照射された部分が局所的に加熱さ
れる。この加熱により、半導体層１３におけるレーザ光
の照射部分が熱分解されて、ガリウム層１１ｃと窒素ガ
スとを生じる。

【０１１８】第３の実施形態においては、母材基板１１
のレーザ照射位置には、低部１１ｄが形成されているた
め、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、レーザ光の照射によって、半導体層１３にお
ける母材基板１１との界面部分が熱分解されると、凸部
１１ｅの上部の収縮に向かう応力は、半導体層１３にお
けるレーザ光が照射されていない低部１１ｄの上側部分
が該半導体層１３を構成する窒化ガリウムの面方位の
（０００１）面で劈開することにより解放される。ま
た、熱分解により生じた高圧の窒素ガスも、半導体層１
３が（０００１）面で劈開することにより発散される。

【０１１９】このような剥離のメカニズムにより、第３
の実施形態においては、レーザ照射中に半導体層１３に
対して、その主面に垂直な方向に伸展するクラックが生
じない。第３の実施形態においては、半導体層１３の母
材基板１１との界面の全面を照射することにより、半導
体層１３の母材基板１１との界面のほぼ全面にガリウム
層１１ｃを生じる。また、約２．０Ｊ／ｃｍ² とレーザ
光強度が大きいため、母材基板１１の凸部１１ｅの側面
にもガリウム層１１ｃを生じる。このガリウム層１１ｃ
の結合力は非常に小さいため、図１１（ｂ）に示すよう
に、半導体層１３を持ち上げるだけで半導体層１３が母
材基板１１から容易に剥離される。このとき、母材基板
１１の低部１１ｄの上側には、半導体層１３における
（０００１）面のクラックによって劈開された残部１３
ａが生じることがある。

【０１２０】次に、図１１（ｃ）に示すように、塩化水
素によってガリウム層１１ｃを除去し、その後、半導体
層１３における母材基板１１との接合面の凹凸部分を研
磨して除去することにより、窒化ガリウムからなる半導
体層１３から窒化物半導体基板１３Ａを得る。このとき
の窒化物半導体基板１３Ａは、径が約５．１ｃｍ（２イ
ンチ）で、その厚さは約１８０μｍであり、クラックや
周縁部に欠けた部分がなく、バルクの状態で存在する。

【０１２１】以上説明したように、第３の実施形態によ
ると、母材基板１１の凹凸状領域２０には、複数の凸部
１１ｅが約３０μｍの間隔で分散して形成されている
が、照射するレーザ光のビーム径が５ｍｍと大きいた
め、一度に約１万個以上の凸部１１ｅに照射できるの
で、照射時間を著しく低減することができる。具体的に
は、第３の実施形態においては、径が２インチの半導体
層１３に対してわずか１分程度でレーザ照射を終えるこ
とができる。

【０１２２】なお、第３の実施形態においては、レーザ
照射時にレーザ光が母材基板１１の凸部１１ｅの一部に
のみ照射されて、その近傍の半導体層１３が熱分解され
る場合がある。この場合でも、半導体層１３には、母材
基板１１の主面に垂直な方向のクラックが生じることは
なく、半導体層１３における低部１１ｄの上側部分が半
導体層１３の面方位の（０００１）面に沿って劈開す
る。このため、パルス照射のビーム径を大きくしても、
母材基板１１の収縮応力が集中して半導体層１３にクラ
ックが導入されたり、割れたりすることを防ぐことがで
きる。

【０１２３】また、第３の実施形態においても、主面に
凹凸状領域２０を有する母材基板１１の主面上に、窒化
ガリウムからなる半導体層１３を埋め込み成長している
ため、半導体層１３の表面における貫通欠陥密度は低部
１１ｄの上側では約１×１０ ⁶ ｃｍ^-2である。

【０１２４】以上説明したように、レーザ光のビーム径
を大きくすることにより、レーザ照射時間を著しく低減
できる上に、クラックや割れがなく、欠陥密度を著しく
低減した領域を有する窒化物半導体基板１３Ａを得るこ
とができる。

【０１２５】なお、第３の実施形態においては、半導体
層１３の全面に対してレーザ光の照射を行なっている
が、半導体層１３における少なくとも母材基板１１の凸
部１１ｅとの界面部分を照射すれば良い。その場合に
は、半導体層１３の全面を照射する場合と比べて、レー
ザ光の照射時間を短くすることができる。

【０１２６】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態について説明する。

【０１２７】第４の実施形態は、第２の実施形態に係る
凹凸状領域２０における凸部１１ｅ同士の間隔を変更し
て最適なドットパターンの配置を得るようにする。

【０１２８】ここでは、図７（ｃ）に示す凹凸領域２０
において、凸部１１ｅが占める面積と低部１１ｄが占め
る面積との比を変化させることにより、母材基板１１と
半導体層１３との剥離の様子を調べる。

【０１２９】例えば、第１の例として、凹凸状領域２０
において低部１１ｄが占める面積が凸部１１ｅが占める
面積の約５分の１未満とすると、半導体層１３にレーザ
光を照射して半導体層１３の一部を熱分解するときに、
該半導体層１３がその面方位の（０００１）面で劈開す
る領域が不十分となるため、半導体層１３の表面方向に
伸展するクラックが発生する。

【０１３０】なお、低部１１ｄの面積が凸部１１ｅの面
積の約５分の１とする場合は、凸部１１ｅ同士がつなが
ってしまい、低部１１ｄは凸部１１ｅ内に断面凹状に散
在するような状態になっている。

【０１３１】第２の例として、凹凸状領域２０において
低部１１ｄが占める面積が凸部１１ｅが占める面積の約
５分の１以上とすると、作製した複数の試料において、
半導体層１３に発生するクラックが該半導体層１３の表
面方向には伸展せず、径が約５．１ｃｍ（２インチ）の
窒化ガリウムからなるバルク状の基板が得られる場合が
ある。

【０１３２】従って、より好ましくは、低部１１ｄが占
める面積を凸部１１ｅが占める面積の２分の１以上とす
ることにより、複数の試料のほぼ全点において２インチ
の窒化ガリウムからなるバルク状の基板を得ることがで
きる。

【０１３３】第３の例として、低部１１ｄが占める面積
が凸部１１ｅが占める面積よりも大きい場合を検証す
る。

【０１３４】低部１１ｄが占める面積が凸部１１ｅが占
める面積の約１００倍を超えると、凸部１１ｅのすべて
にレーザ光を照射したとしても、半導体層１３がその
（０００１）面で劈開する領域が低部１１ｄとの界面の
全体に達し得ない。このため、母材基板１１から半導体
層１３を剥離することができなくなる。半導体層１３を
母材基板１１から確実に剥離するには、低部１１ｄが占
める面積を凸部１１ｅが占める面積の１００倍以下とす
る必要がある。

【０１３５】より好ましくは、凹凸状領域２０において
低部１１ｄが占める面積を凸部１１ｅが占める面積の２
０倍以下とすることにより、作製した複数の試料のほぼ
全点において２インチの窒化ガリウムからなるバルク状
の基板を得ることができる。

【０１３６】なお、低部１１ｄが占める面積が大き過ぎ
るため、母材基板１１から半導体層１３が剥離できなか
った場合には、母材基板１１と半導体層１３との接合領
域に対してレーザ光の照射を再度行なうことにより、半
導体層１３全面の剥離が可能となることは言うまでもな
い。

【０１３７】なお、第４の実施形態において、凸部１１
ｅの配置が凹凸状領域２０上で極端に偏っている場合、
例えば、母材基板１１の主面上の半分の領域にすべての
凸部１１ｅが集中しているような場合には、前述した結
果が当てはまらないことは言うまでもない。しかしなが
ら、例えば、凹凸状領域２０の数十個の凸部１１ｅを含
む領域において凸部１１ｅの密度を調べ、その密度がほ
ぼ均一であるような場合には、前述した結果を援用する
ことができる。

【０１３８】

【発明の効果】本発明に係る窒化物半導体基板の製造方
法によると、母材基板の主面に凹凸状領域を形成するた
め、レーザ光が照射された部分の応力が、窒化物からな
る半導体層における母材基板の凹部を埋めた部分と他の
部分とが基板面に平行に劈開することにより開放される
ため、基板面に垂直な方向のクラック及び割れが生じな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に
係る窒化物半導体基板の製造方法を示し、（ａ）は凹凸
状領域の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線
における断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基
板の製造方法に用いるレーザ出射装置の模式的な構成図
である。

【図５】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基
板の製造方法において母材基板と半導体層との界面に生
じる応力を模式的に示した断面図である。

【図６】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基
板の製造方法において母材基板上に成長した半導体層に
生じる貫通欠陥を模式的に示した断面図である。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係
る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基
板の製造方法におけるドットパターン形成用のレジスト
パターンを示す平面図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係
る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に
係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断
面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に
係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断
面図である。

【符号の説明】

１レーザ出射部２スキャンレンズ３集光レンズ４ミラー５画像認識部１０レーザ光１０ａ可視光１１母材基板１１ａ凹状溝１１ｂ凸部領域１１ｃガリウム層１１ｄ低部１１ｅ凸部１２レジストパターン１２Ａレジストパターン１３半導体層１３ａ残部１３Ａ窒化物半導体基板２０凹凸状領域３１第１の応力３２第２の応力３３貫通欠陥

フロントページの続きＦターム(参考） 4G077 AA03 BE15 DB01 ED04 ED05 ED06 EE02 FJ03 TB03 TC12 TC17 TK04 TK06 TK11 5F045 AA03 AA04 AB14 AD14 AF02 AF04 AF09 AF12 AF13 BB08 BB12 HA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前記母材基板の主面に凹凸状領域を選択
的に形成する第１の工程と、前記母材基板における前記凹凸状領域の上に該凹凸状領
域の凹部を埋めると共にその上面が平坦となるように、
窒化物からなる半導体層を成長する第２の工程と、前記半導体層における前記母材基板との界面にレーザ光
を照射して、前記半導体層を前記母材基板から剥離する
ことにより、前記半導体層から半導体基板を形成する第
３の工程とを備えていることを特徴とする窒化物半導体
基板の製造方法。
【請求項２】前記第３の工程は、レーザ光を、前記母
材基板における前記凹凸状領域のうちの少なくとも凸部
に照射することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半
導体基板の製造方法。
【請求項３】前記第１の工程は、前記母材基板の主面
に互いに並行に延びる複数の凹状溝を形成し、前記第３の工程は、レーザ光を、前記母材基板における
前記複数の凹状溝同士に挟まれてなる凸部に沿って走査
しながら照射することを特徴とする請求項２に記載の窒
化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】前記母材基板は、主面の面方位が｛００
０１｝面であるサファイアからなり、前記各凹状溝の晶帯軸の方向は、前記母材基板における
＜１−１００＞方向であることを特徴とする請求項３に
記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】前記第１の工程は、前記母材基板の主面
にそれぞれが島状の複数の凸部を形成し、前記第３の工程は、パルス状のレーザ光を、前記母材基
板における前記複数の凸部と同期するように走査しなが
ら照射することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半
導体基板の製造方法。
【請求項６】前記第３の工程は、レーザ光を、前記母
材基板における前記凹凸状領域のうちの複数の凸部に同
時に照射することを特徴とする請求項２に記載の窒化物
半導体基板の製造方法。
【請求項７】前記第１工程は、前記母材基板における
前記凹凸状領域のうち、凹部が占める面積を凸部が占め
る面積の約５分の１倍以上且つ約１００倍以下とするこ
とを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記
載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】前記第３の工程は、レーザ光を前記母材
基板の主面と反対側の面から照射することを特徴とする
請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導
体基板の製造方法。