JP2002353152A - 窒化物半導体基板の製造方法 - Google Patents

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】 まず、母材基板１１の主面上に、窒化物
半導体が実質的に成長しない材料からなり、ストライプ
状に開口する複数の開口部１２ａを有するマスク膜１２
Ｂを形成する。次に、母材基板１１上に、マスク膜１２
Ｂを介して窒化物からなる半導体層１３を選択的に成長
する。次に、半導体層１３における母材基板１１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１３Ａ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、サファイア（単結晶Ａｌ₂Ｏ₃、炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム
（ＧａＡｓ）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】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。

【０００９】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。

【００１０】

【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
主面上に、窒化物からなる半導体層を選択的に成長させ
るマスク膜を形成する構成とする。

【００１１】具体的に、本発明に係る第１の窒化物半導
体基板の製造方法は、母材基板の主面上に、窒化物半導
体が実質的に成長しない材料からなり、複数の開口部を
有するマスク膜を形成する第１の工程と、前記母材基板
上に、マスク膜を介して窒化物からなる半導体層を選択
的に成長する第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。

【００１２】第１の窒化物半導体基板の製造方法による
と、母材基板上にマスク膜を介して窒化物からなる半導
体層を選択的に成長するため、該半導体層が成長する際
に、マスク膜に応力を集中させることができるので、半
導体層に生じる応力を低減することができる。このた
め、窒化物からなる半導体層に生じる割れやクラックを
低減することができる。その上、マスク膜には窒化物半
導体が実質的に成長しない材料を用いているため、半導
体層がマスク膜の上に回り込むように成長するので、半
導体層に導入される貫通欠陥を低減することができる。
これにより、結晶品質及び生産性に優れた窒化物半導体
基板を得ることができる。

【００１３】第１の窒化物半導体基板の製造方法におい
て、母材基板は主面の面方位が｛０００１｝面であるサ
ファイアからなり、第１の工程が、各開口部を、母材基
板における晶帯軸の＜１−１００＞方向とほぼ一致した
ストライプ状に形成することが好ましい。このようにす
ると、母材基板を構成する｛０００１｝面を主面に持つ
サファイアに対し、その上に成長する窒化物半導体の晶
帯軸方向が３０°ずれる。このため、ストライプの長手
方向が母材基板の晶帯軸の＜１−１００＞方向に沿うよ
うにマスク膜の開口部を形成すると、マスク膜の上にせ
り出して成長する半導体層の成長面を良好な｛１−１０
１｝面とすることができる。

【００１４】第１の窒化物半導体基板の製造方法におい
て、母材基板は主面の面方位が｛０００１｝面である炭
化ケイ素又は窒化アルミニウムからなり、第１の工程
が、各開口部を、母材基板における晶帯軸の＜１１−２
０＞方向とほぼ一致したストライプ状に形成することが
好ましい。このようにすると、母材基板を構成する｛０
００１｝面を主面に持つ炭化ケイ素又は窒化アルミニウ
ムの晶帯軸と、その上に成長する窒化物半導体の晶帯軸
とが一致する。このため、ストライプの長手方向が母材
基板の晶帯軸の＜１１−２０＞方向に沿うようにマスク
膜の開口部を形成すると、マスク膜の上に張り出して成
長する半導体層の成長面を良好な｛１−１０１｝面とす
ることができる。

【００１５】第１の窒化物半導体基板の製造方法は、第
１の工程よりも前に、母材基板の主面に凹凸状領域を形
成する工程をさらに備え、第１の工程が、凹凸状領域の
凸部の頂面が開口部から露出するように形成する工程を
含むことが好ましい。

【００１６】このようにすると、母材基板上にマスク膜
を介して半導体層を成長する際に、母材基板の主面に形
成した凹凸状領域の凸部に応力が集中するため、成長す
る半導体層に生じる応力がより一層低減する。このた
め、成長時に半導体層に生じる割れやクラックがさらに
減少する。

【００１７】この場合に、母材基板は主面の面方位が
｛０００１｝面であるサファイアからなり、凹凸状領域
を形成する工程は、母材基板の主面に互いに並行に延び
る複数の凹状溝を、母材基板における晶帯軸の＜１−１
００＞方向とほぼ一致するように形成する工程を含むこ
ことが好ましい。

【００１８】また、この場合に、母材基板は主面の面方
位が｛０００１｝面である炭化ケイ素又は窒化アルミニ
ウムからなり、凹凸状領域を形成する工程は、母材基板
の主面に互いに並行に延びる複数の凹状溝を、母材基板
における晶帯軸の＜１１−２０＞方向とほぼ一致するよ
うに形成する工程を含むことが好ましい。

【００１９】また、この場合に、第１の工程が、母材基
板における凹凸状領域の上に全面にわたってマスク形成
膜を形成する工程と、マスク形成膜を覆うようにレジス
ト膜を塗布する工程と、レジスト膜に対してエッチング
を行なって、レジスト膜を凹凸状領域の凹部に残すこと
により、マスク形成膜における凹凸状領域の凸部の上側
部分を露出する工程と、凹部に残されたレジスト膜をマ
スクとして、マスク形成膜に対してエッチングを行なう
工程とを含むことが好ましい。

【００２０】さらに、この場合のレジスト膜をエッチン
グする工程が、酸素プラズマを用いることが好ましい。

【００２１】この場合のマスク形成膜は酸化物からなる
ことが好ましい。

【００２２】母材基板の主面に凹凸状領域を形成する場
合の第２の工程において、母材基板と半導体層との間に
は空隙が形成されることが好ましい。このようにする
と、形成された空隙により、レーザ光を照射した際に発
生する熱が半導体層と母材基板との界面に集中するため
熱効率が向上する。その結果、レーザ光の光密度を低減
しても、半導体層を十分に剥離できるようになるため、
レーザ照射装置に高出力な光源が不要となり、結果的に
製造コストを低減することができる。その上、レーザ照
射時の熱分解により発生する半導体層からの高圧の窒素
ガスを空隙に効率良く発散できるため、剥離時の半導体
層にクラック等が導入される虞が一層低減する。

【００２３】また、第１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、少なくとも半導
体層におけるマスク膜の開口部からの露出部分に照射す
ることが好ましい。このようにすると、レーザ光の照射
時間を短縮することができるため、レーザ照射工程のス
ループットが向上して、生産性に優れる。

【００２４】第１の窒化物半導体基板の製造方法におい
て、第１の工程が複数の開口部を島状に形成し、第３の
工程が、レーザ光を、半導体層におけるマスク膜の各開
口部からの露出部分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、レーザ光の光
源としてパルス状の光源を用いることができるため、レ
ーザ光の出力値を高めることができるので、レーザ光の
照射時間を短縮できる。その上、母材基板と半導体層と
の剥離を確実に行なえるようになる。

【００２５】さらに、第１の窒化物半導体基板の製造方
法において、第１の工程が複数の開口部を島状に形成
し、第３の工程が、レーザ光を、半導体層におけるマス
ク膜の開口部からの露出部分を走査しながら、露出部分
の複数を同時に照射することが好ましい。このように、
半導体層におけるマスク膜の開口部からの露出部分の複
数を同時に照射するため、レーザ光の照射時間をさらに
短縮することができる。

【００２６】第１の窒化物半導体基板の製造方法におい
て、マスク膜が酸化シリコン、窒化シリコン又はタング
ステンからなることが好ましい。

【００２７】第１の窒化物半導体基板の製造方法におい
て、マスク膜における互いに隣接する開口部の開口端同
士の間隔が半導体層の厚さとほぼ等しいかそれ以下であ
ることが好ましい。

【００２８】第１の窒化物半導体基板の製造方法におい
て、マスク膜の開口部の開口幅が、互いに隣接する開口
部の開口端同士の間隔の約１０倍以下であることが好ま
しい。

【００２９】本発明に係る第２の窒化物半導体基板の製
造方法は、母材基板の主面に対して選択的にエッチング
を行なって、母材基板の主面に凹凸状領域を形成する第
１の工程と、母材基板における凹凸状領域の上に該凹凸
状領域の凹部との間に空隙が形成され且つその上面が平
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。

【００３０】第２の窒化物半導体基板の製造方法による
と、窒化物からなる半導体層を、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との間に空隙が形成さ
れるように選択的に成長するため、該半導体層が成長す
る際に、母材基板における凹凸状領域の凸部部分に応力
を集中させることができるので、半導体層に生じる応力
を低減することができる。このため、成長時に窒化物か
らなる半導体層に生じる割れやクラックを防止すること
ができる。その上、半導体層が母材基板の凹部上に空隙
を形成しながら張り出すように成長するため、半導体層
に導入される貫通欠陥を低減することができる。このよ
うに、結晶品質及び生産性に優れた窒化物半導体基板を
得ることができる上に、母材基板にマスク膜を設ける必
要がないため、製造プロセスが簡略化される。

【００３１】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。

【００３２】

【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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】（マスク膜形成工程）次に、図１（ｂ）に
示すように、アルゴン（Ａｒ）をスパッタガスとするＲ
Ｆスパッタ法により、母材基板１１の主面上に、厚さが
約０．１μｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）からなるマスク
形成膜１２Ａを堆積する。

【００３７】次に、図１（ｃ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ法及びフッ酸を含む溶液によるエッチング法
により、マスク形成膜１２Ａから複数の開口部１２ａを
有するマスク膜１２Ｂを形成する。

【００３８】ここで、図２を用いてマスク膜１２Ｂの詳
細な構成を説明する。

【００３９】図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、
マスク膜１２Ｂの開口部１２ａは、サファイアの晶帯軸
の＜１−１００＞方向に沿ってストライプ状に延び、開
口部１２ａの幅は約１０μｍで、互いに隣接する開口部
１２ａの開口端同士の間隔は約３０μｍである。

【００４０】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。

【００４１】（窒化物半導体成長工程）III 族源である
塩化ガリウム（ＧａＣｌ）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（ＨＶ
ＰＥ）法により、母材基板１１のの上にマスク膜１２Ｂ
を介して、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体層１
３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（ＨＣｌ）とを、９００℃程度の
大気圧下で反応させて生成する。

【００４２】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分間程度供給する処理を行なう（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℃〜８０
０℃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。

【００４３】以下、半導体層１３の成長の詳細を説明す
る。

【００４４】図１（ｄ）に示すように、ＧａＣｌ処理を
行なった後、母材基板１１の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。半導体層１３は、酸化ケイ素からなる
マスク膜１２Ｂ上には成長しないため、母材基板１１の
開口部１２ａからの露出部分から成長する。さらに成長
を続けると、半導体層１３は、マスク膜１２Ｂの開口部
１２ａから該マスク膜１２Ｂの上へ張り出すように成長
する。このとき、半導体層１３における開口部１２ａか
らの張り出し部分の側面は、窒化ガリウム結晶の面方位
の｛１−１０１｝面となる。

【００４５】これは、母材基板１１を構成するサファイ
アの面方位に対して窒化ガリウム結晶の面方位が３０°
ずれて成長するという現象に加え、マスク膜１２Ｂの開
口部１２ａが延びる方向（ストライプ方向）をサファイ
アの晶帯軸の＜１−１００＞方向に合わせているためで
ある。また、窒化ガリウム結晶の｛１−１０１｝面は成
長速度が比較的に小さいため出現し易いことにもよる。

【００４６】このように、第１の実施形態においては、
半導体層１３の出現し易い面方位を考慮して、マスク膜
１２Ｂの開口部１２ａのストライプ方向を設定している
ため、半導体層１３にピット等の欠陥を生じずに埋め込
み成長を行なうことが、より容易となる。半導体層１３
は厚さが約２００μｍとなるまで成長を行なう。これに
より、マスク膜１２Ｂは埋め込まれて、平坦な表面を持
つ半導体層１３を得ることができる。

【００４７】次に、図３（ａ）に示すように、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、母材基板１１に反
りが生じる。

【００４８】第１の実施形態においては、母材基板１１
の主面上にマスク膜１２Ｂを設けているため、母材基板
１１と半導体層１３とが界面の全面で接合している場合
と比べて、母材基板１１に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の主面上にマスク膜１２Ｂを設け
ないで半導体層１３を成長し、その後の母材基板１１の
曲率半径を調べると６０ｃｍ程度であった。

【００４９】（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。

【００５０】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３Ａ、３Ｂ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。なお、集光レンズ３Ａ、３Ｂに
代えて、適当な開口パターンを有するスリットを集光手
段として用いても良い。

【００５１】さらに、レーザ照射装置は、レーザ光１０
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。

【００５２】ところで、レーザ照射時に、半導体層１３
に対する冷却又は加熱は行なわないでもよい。しかしな
がら、半導体層１３の反りを修復するために、レーザ照
射装置に半導体層１３を８００℃程度以下に加熱する加
熱手段を設けてもよい。また、熱膨張係数差による剥離
を促進するため、半導体層１３を冷却する冷却手段を設
けてもよい。

【００５３】レーザ光源には、波長３５５ｎｍのＮｄ：
ＹＡＧの３次高調波を用いている。パルス幅は約３０ｎ
ｓで、パルス周期は約５０ｋＨｚ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。

【００５４】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３Ａ、３Ｂ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。

【００５５】第１の実施形態においては、レーザ光１０
を半導体層１３と母材基板１１との界面に沿って選択的
に照射する。すなわち、母材基板１１におけるマスク膜
１２Ｂの開口部１２ａからの露出部分と半導体層１３と
における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、ストライプ状の開口部１２ａ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。

【００５６】図３（ｂ）はレーザ照射工程の途中段階に
おける母材基板１１の断面構成を示している。

【００５７】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
部分において、パルス幅の時間内ではほとんど拡散せず
に、母材基板１１との界面が局所的に加熱される。この
局所的な加熱により、窒化ガリウムからなる半導体層１
３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１３ａと窒素ガスとを生じる。

【００５８】ガリウム層１３ａ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１３ａ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。

【００５９】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。

【００６０】第１の実施形態においては、半導体層１３
におけるレーザ照射部分の周囲にマスク膜１２Ｂが形成
されている。マスク膜１２Ｂの上には窒化ガリウムから
なる半導体層１３が直接には成長しない。このため、半
導体層１３のマスク膜１２Ｂの上側部分は、マスク膜１
２Ｂの開口部１２ａから基板面に平行に張り出すように
成長している。その結果、マスク膜１２Ｂと半導体層１
３とは、原子同士の結合手ではなく、いわゆる分子間力
のみで結合している。そのため、マスク膜１２Ｂと半導
体層１３との接合力は小さい。

【００６１】従って、レーザ光の照射によって、半導体
層１３と母材基板１１との直接の接合部分が分解される
と、半導体層１３に生じている応力は、接合力が小さい
マスク膜１２Ｂと半導体層１３とが適当な形状で分離す
ることにより解放される。また、このとき、高圧の窒素
ガスは、マスク膜１２Ｂと半導体層１３との分離により
発散される。

【００６２】このような剥離のメカニズムにより、レー
ザ光の照射中の半導体層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。

【００６３】従って、図３（ｃ）に示すように、半導体
層１３と母材基板１１との接合部分のすべてにレーザ光
を照射することにより、半導体層１３は母材基板１１か
ら剥離する。

【００６４】次に、図３（ｄ）に示すように、塩化水素
によってガリウム層１３ａを除去し、その後、半導体層
１３における母材基板１１からの剥離面の凹凸部分を研
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。

【００６５】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の主面上に設
けたマスク膜１２Ｂの開口部１２ａ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。

【００６６】第１の実施形態においては、マスク膜１２
Ｂの開口部１２ａの面積の和はマスク膜１２Ｂ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、結果
的に、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。

【００６７】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、径が約５．１ｃ
ｍ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１０
μｍ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。

【００６８】また、第１の実施形態においては、マスク
膜１２Ｂの開口部１２ａが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。

【００６９】また、第１の実施形態においては、ストラ
イプ状の開口部１２ａを有するマスク膜１２Ｂを介し
て、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の密度は約１×１０⁶ ｃｍ^-2で
ある。これに対し、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。

【００７０】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。

【００７１】また、マスク膜１２Ｂの厚さを０．１μｍ
程度としたが、マスク膜１２Ｂの厚さはこれに限定され
ず、母材基板１１の主面を覆うことが可能な連続的な膜
であればよい。このような連続的な膜を得るには、マス
ク膜１２Ｂの厚さは、好ましくは、およそ０．００１μ
ｍ以上とするのが良い。

【００７２】なお、第１の実施形態においては、母材基
板１１上において、マスク膜１２Ｂの開口部１２ａのス
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、窒
化ガリウムからなる半導体層１３の結晶面の面方位が異
なる場合がある。そのような場合は、半導体層１３にお
ける晶帯軸の＜１１−２０＞方向にストライプ方向を一
致させることが好ましい。

【００７３】例えば、母材基板１１として、炭化ケイ素
（ＳｉＣ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた場
合には、母材基板１１を構成するサファイアと半導体層
１３を構成する窒化ガリウムとの各面方位が一致するた
め、ストライプ方向を＜１１−２０＞とすることが好ま
しい。

【００７４】なお、マスク膜１２Ｂの開口部１２ａの開
口幅を約１０μｍとし、互いに隣接する開口部１２ａの
開口端同士の間隔、すなわち１本のストライプの幅を約
３０μｍとしたが、これらの寸法には好ましい範囲があ
る。

【００７５】まず、ストライプの幅の上限は、半導体層
１３によるマスク膜１２Ｂの埋込み成長により規制され
る。すなわち、ストライプの幅が小さい方がマスク膜１
２Ｂを埋め込むのに必要な面積が小さくなるため、半導
体層１３の厚さが比較的に小さい場合でも埋め込むこと
ができる。そこで、マスク膜１２Ｂのストライプの幅は
半導体層１３の厚さとほぼ同程度かそれ以下とすること
が好ましく、第１の実施形態では、２００μｍ程度かそ
れ以下とするのが良い。

【００７６】これに対し、ストライプの幅の下限は、レ
ーザ照射時に半導体層１３に導入されるクラックと関係
する。すなわち、ストライプの幅を極端に小さくする
と、クラックが、マスク膜１２Ｂの近傍、又は半導体層
１３と母材基板１１との界面近傍に留まらず、半導体層
１３の内部にまで伸展する虞がある。従って、マスク膜
１２Ｂのストライプの幅は約１μｍ以上とすることが好
ましい。

【００７７】また、マスク膜１２Ｂの開口部１２ａの開
口幅の上限も、クラックの発生と関係する。すなわち、
ストライプの幅の１０倍程度以下とすることが好まし
い。一方、開口幅の下限については、特に限定されない
が、前述したように第１の実施形態においては、レーザ
照射の位置合わせに可視光を用いているため、視認性を
確保する必要から１μｍ程度以上とすることが好まし
い。

【００７８】なお、第１の実施形態においては、マスク
膜１２Ｂの開口パターン１２ａ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、開口部１
２ａのパターンの開口端面の面方位は、窒化ガリウムの
｛１−１０１｝面と一致するように形成することが、よ
り好ましい。

【００７９】（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。

【００８０】図５（ａ）〜図５（ｃ）乃至図７（ａ）〜
図７（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。

【００８１】第２の実施形態は、マスク膜における開口
部の形状をストライプパターンに代えてドット（島状）
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。

【００８２】まず、図５（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。

【００８３】（マスク膜形成工程）次に、図５（ｂ）に
示すように、アルゴン（Ａｒ）をスパッタガスとするＲ
Ｆスパッタ法により、母材基板１１の主面上に、厚さが
約０．１μｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）からなるマスク
形成膜１２Ａを堆積する。

【００８４】次に、図５（ｃ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ法及びフッ酸を含む溶液によるエッチング法
により、マスク形成膜１２Ａから複数の開口部１２ａを
有するマスク膜１２Ｃを形成する。

【００８５】ここで、図６を用いてマスク膜１２Ｃの詳
細な構成を説明する。

【００８６】図６に示すように、マスク膜１２Ｃの各開
口部１２ａは、径がそれぞれ約１０μｍの円形状であっ
て、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の周縁部には開口部１
２ａを設けないようにする。

【００８７】（窒化物半導体成長工程）次に、図７
（ａ）に示すように、ＧａＣｌ処理を行なった後、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
の主面上に、マスク膜１２Ｃを介して窒化ガリウムから
なる半導体層１３を成長する。このとき、マスク膜１２
Ｃの上には窒化ガリウムからなる結晶核が付着せず、従
って半導体層１３が成長しない。その結果、母材基板１
１におけるマスク膜１２Ｃの開口部１２ａの露出部分か
ら半導体層１３が成長し始め、さらに成長し続けると、
半導体層１３は開口部１２ａから該開口部１２ａ同士の
間の領域上に張り出すように成長する。

【００８８】マスク膜１２Ｃの各開口部１２ａの平面形
状は円形（ドット）状ではあるが、各開口部１２ａを図
６のように配置していることから、窒化ガリウムの｛１
−１０１｝面の成長速度は比較的に小さい。このため、
厚さが１μｍ程度の半導体層１３を成長した段階のマス
ク膜１２Ｃ上には、半導体層１３における互いに隣接す
る３つの開口部１２ａからの張り出し部分によって６つ
の｛１−１０１｝面に囲まれた空隙が生じる。さらに、
成長し続けると、各開口部１２ａから周囲に張り出す窒
化ガリウムが｛１−１０１｝面で合体して、その結果、
マスク膜１２Ｃは埋め込まれる。マスク膜１２Ｃが半導
体層１３により埋め込まれた後も、該半導体層１３の厚
さが約２００μｍとなるまで成長させると、半導体層１
３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７（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。

【００８９】（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、マスク膜１２Ｃの開口部１２ａ
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、半導体層１３におけ
るマスク膜１２Ｃの１つの開口部１２ａ上に位置する部
分を照射することができる。

【００９０】第２の実施形態の特徴として、レーザ光の
出射周期を開口部１２ａ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開口部１２
ａ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１５０ｃ
ｍ／ｓとすることにより、ドット状で且つ列状に配置さ
れた開口部１２ａ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。

【００９１】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１３ａと窒素ガス
とを生じる。

【００９２】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開口部１２ａの周囲には、マス
ク膜１２Ｃ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と母材基板１１との開口部１
２ａにおける接合部分が熱分解されると、半導体層１３
に生じている応力は、互いの結合力が小さいマスク膜１
２Ｃと半導体層１３とが適当な形状で分離することによ
り解放される。また、熱分解により生じた高圧の窒素ガ
スは、マスク膜１２Ｃと半導体層１３とが適当な形状で
分離することにより発散される。

【００９３】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。

【００９４】従って、図７（ｂ）に示すように、半導体
層１３と母材基板１１とのマスク膜１２Ｃの複数の開口
部１２ａにおける接合界面のすべてにレーザ光を照射す
ることにより、半導体層１３は母材基板１１から剥離す
る。

【００９５】次に、図７（ｃ）に示すように、塩化水素
によってガリウム層１３ａを除去し、その後、半導体層
１３における母材基板１１からの剥離面の凹凸部分を研
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。

【００９６】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と母材基板１１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１
３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。

【００９７】その上、ドット状の複数の開口部１２ａが
分散して配置されているため、１つの開口部１２ａ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における開口部１２ａから露出する母材基板１１
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。

【００９８】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、径が約５．１
ｃｍ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。

【００９９】また、第２の実施形態においては、マスク
膜１２Ｃに設ける複数の開口部１２ａ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。

【０１００】また、第２の実施形態においては、窒化ガ
リウムからなる半導体層１３を、母材基板１１の主面上
に形成された複数の開口部１２ａを有するマスク膜１２
Ｃを介して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約１×１０⁶ ｃｍ^-2であ
る。

【０１０１】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。

【０１０２】なお、第２の実施形態においては、マスク
膜１２Ｃに形成する各開口部１２ａ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。

【０１０３】また、開口部１２ａの配置パターンは、よ
り好ましくは、図６に示したように、各開口部１２ａが
配置される辺の方向が、窒化ガリウムの面方位の｛１−
１０１｝面と一致するように構成するのが良い。

【０１０４】また、第２の実施形態においては、各開口
部１２ａ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の位置としたが、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。

【０１０５】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
体するように開口部１２ａを配置することが好ましい。
また、この場合においても、マスク膜１２Ｃに開口部１
２ａ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。

【０１０６】また、第２の実施形態においては、マスク
膜１２Ｃの開口部１２ａの開口径を約１０μｍ、開口部
１２ａ同士の中心位置の距離を約３０μｍとしたが、開
口部１２ａの配置及び寸法には、好ましい範囲がある。

【０１０７】まず、開口部１２ａ同士の中心位置の距離
は、半導体層１３の厚さ程度以下とすることが好まし
く、第２の実施形態においては、約２００μｍ以下とす
るのが良い。なお、開口部１２ａ同士の中心位置の距離
は、互いに隣接する開口部１２ａの開口端同士の間隔と
みなしても、実質的に問題はない。

【０１０８】さらに、開口部１２ａ同士の中心位置の距
離は、半導体層１３にクラックが導入されない程度に大
きくすることが好ましく、１μｍ以上とすることが好ま
しい。

【０１０９】一方、開口部１２ａの開口径においても、
クラックが伸展しない程度以下とすることが好ましく、
開口部１２ａ同士の中心位置の距離の１０倍以下とする
ことが好ましい。なお、開口径の下限は、特に限定され
ないが、第２の実施形態においては、レーザ照射の位置
合わせに可視光を用いているため、視認性を確保する必
要から、１μｍ以上とすることが好ましい。

【０１１０】（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。

【０１１１】図８（ａ）〜図８（ｃ）及び図９（ａ）〜
図９（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。

【０１１２】第３の実施形態は、マスク膜における開口
部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。

【０１１３】まず、図８（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。

【０１１４】（マスク膜形成工程）次に、図８（ｂ）に
示すように、アルゴン（Ａｒ）をスパッタガスとするＲ
Ｆスパッタ法により、母材基板１１の主面上に、厚さが
約０．１μｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）からなるマスク
形成膜１２Ａを堆積する。

【０１１５】次に、図８（ｃ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ法及びフッ酸を含む溶液によるエッチング法
により、マスク形成膜１２Ａから複数の開口部１２ａを
有するマスク膜１２Ｃを形成する。この場合の開口部１
２ａのパターンも図６に示したパターンと同様の、正三
角形の最密配置である。

【０１１６】（窒化物半導体成長工程）次に、図９
（ａ）に示すように、ＧａＣｌ処理を行なった後、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
の主面上に、マスク膜１２Ｃを介して窒化ガリウムから
なる半導体層１３を成長する。このとき、母材基板１１
におけるマスク膜１２Ｃの開口部１２ａの露出部分から
半導体層１３が成長し始める。続いて、半導体層１３は
開口部１２ａから該開口部１２ａ同士の間の領域上に張
り出し、さらにその表面が平坦化するまで成長させる。
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。

【０１１７】（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１．０Ｊ／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。

【０１１８】ここでも、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。

【０１１９】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と母材基板１１との界面をすべ
て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２ｍ
ｍ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。

【０１２０】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１３ａと窒素ガ
スとを生じる。

【０１２１】第３の実施形態においては、母材基板１１
のレーザ照射位置である開口部１２ａの周囲には、マス
ク膜１２Ｃ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と母材基板１１との開口部１
２ａにおける接合部分が熱分解されると、半導体層１３
に生じている応力は、互いの結合力が小さいマスク膜１
２Ｃと半導体層１３とが適当な形状で分離することによ
り解放される。また、熱分解により生じた高圧の窒素ガ
スは、マスク膜１２Ｃと半導体層１３とが適当な形状で
分離することにより発散される。

【０１２２】従って、図９（ｂ）に示すように、半導体
層１３と母材基板１１との接合部分のすべてに対してレ
ーザ光を照射することにより、半導体層１３を母材基板
１１から剥離することができる。

【０１２３】次に、図９（ｃ）に示すように、塩化水素
によってガリウム層１３ａを除去し、その後、半導体層
１３における母材基板１１からの剥離面の凹凸部分を研
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。

【０１２４】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の主面上に設けたマスク膜１２Ｃの
開口部１２ａは約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１万個以上の開口部１２ａに対して照射
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、径が約５．１
ｃｍ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。

【０１２５】また、レーザ光の照射径を大きくしても、
レーザ光による熱応力によって、半導体層１３にクラッ
クが導入されたり、割れたりすることはない。その上、
母材基板１１の主面上にマスク膜１２Ｃを介して、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の表面における欠陥密度は約１×１
０⁶ ｃｍ^-2である。

【０１２６】このように、第３の実施形態によると、レ
ーザ光の照射径を大きくすることにより、レーザ光の照
射時間を著しく低減できる上に、成長する半導体層１３
にクラックや割れが導入されず、欠陥密度が著しく減少
した窒化物半導体基板を得ることができる。

【０１２７】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におけるマスク膜１２Ｃの開口部１２
ａからの露出部分のみを照射すれば良い。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。

【０１２８】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１２９】図１０（ａ）〜図１０（ｄ）乃至図１４
（ａ）〜図１４（ｃ）は本発明の第４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。

【０１３０】第４の実施形態は、母材基板の主面に凹凸
状領域を形成し、形成した凹凸状領域のうち凸部領域の
頂面を開口する開口部を持つようにマスク膜を形成する
構成とする。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。

【０１３１】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。

【０１３２】（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、厚さが約２μｍ、幅が約１０μｍ及び
間隔が約３０μｍのストライプ状の第１のレジストパタ
ーン３１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。

【０１３３】次に、図１０（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、第１のレ
ジストパターン３１をマスクとして母材基板１１に対し
てエッチングを行なう。エッチングガスには塩素（Ｃｌ
₂ ）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。

【０１３４】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、第１のレジストパタ
ーン３１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。

【０１３５】次に、図１０（ｄ）に示すように、第１の
レジストパターン３１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。

【０１３６】ここで、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を
用いて凹凸状領域２０の詳細を説明する。図１１（ａ）
は凹凸状領域２０の平面構成を示し、図１１（ｂ）は図
１１（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面構成を示してい
る。

【０１３７】図１１（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。

【０１３８】また、図１１（ａ）に示すように、凹状溝
１１ａ、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。

【０１３９】（マスク膜形成工程）次に、図１２（ａ）
に示すように、アルゴン（Ａｒ）をスパッタガスとする
ＲＦスパッタ法により、母材基板１１の凹凸状領域２０
の上に、厚さが約０．１μｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）
からなるマスク形成膜１２Ａを堆積する。ここで、前述
したように、第１のレジストパターン３１をＲＩＥ用の
マスクとしたため、母材基板１１の凸部領域１１ｂの両
側面はサイドエッチングされて傾斜している。このた
め、マスク形成膜１２Ａは凸部領域１１ｂの頂部の各角
部において段切れを起こさずに堆積することができる。

【０１４０】次に、図１２（ｂ）に示すように、母材基
板１１のマスク形成膜１２Ａの上の全面にレジスト膜３
２Ａをスピンコートする。具体的には、レジスト膜３２
Ａには、粘性が約２０ｃｐ以下のレジスト材を用いると
共に、凹凸状領域２０が埋まる程度の回転数でスピンコ
ートを行なう。このように、レジスト膜３２Ａの粘性が
比較的に小さいため、レジスト膜３２Ａの表面はほぼ平
坦となる。その後、該レジスト膜３２Ａを１００℃程度
の温度でベーキングして乾燥させる。

【０１４１】次に、図１２（ｃ）に示すように、出力値
が約５０Ｗの酸素プラズマを用いたＲＩＥにより、レジ
スト膜３２Ａに対して、マスク形成膜１２Ａにおける凸
部領域１１ｂの頂面上に位置する部分が露出するまでエ
ッチングを行なう。これにより、エッチングされたレジ
スト膜３２Ａから、凹状溝１１ａを埋めると共にマスク
形成膜１２Ａを覆う第２のレジストパターン３２Ｂが形
成される。マスク形成膜１２Ａは酸化ケイ素からなるた
め、レジスト膜３２Ａのマスク形成膜１２Ａに対するエ
ッチング選択比の値は大きい。従って、酸素プラズマに
よってマスク形成膜１２Ａはほとんどエッチングされる
ことがない。

【０１４２】次に、図１２（ｄ）に示すように、第２の
レジストパターン３２Ｂをマスクとして、フッ酸を含む
溶液によりマスク形成膜１２Ａに対してエッチングを行
なうことにより、マスク形成膜１２Ａから、母材基板１
１における凸部領域１１ｂの頂面を開口するストライプ
状の開口部１２ａを有するマスク膜１２Ｂが形成され
る。その後、第２のレジストパターン３２Ｂを有機溶剤
等により除去する。

【０１４３】このように、第４の実施形態に係るマスク
膜形成工程によると、フォトリソグラフィ法を用いるこ
となく、マスク膜１２Ｂの開口部１２ａを自己整合的に
形成するため、開口部１２ａにマスクずれ等が生じるこ
とがない。従って、母材基板１１の主面に形成した凹凸
状領域２０の各凸部領域１１ｂの頂面のみを露出するマ
スク膜１２Ｂを確実に形成することができる。

【０１４４】（窒化物半導体成長工程）次に、図１３
（ａ）に示すように、ＧａＣｌ処理を行なった後、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
の主面上に、マスク膜１２Ｂを介して窒化ガリウムから
なる半導体層１３を成長する。このとき、半導体層１３
は、酸化ケイ素からなるマスク膜１２Ｂ上には成長しな
いため、母材基板１１におけるマスク膜１２Ｂの開口部
１２ａからの露出部分、すなわち凸部領域１１ｂの頂面
から成長する。さらに成長を続けると、半導体層１３
は、凸部領域１１ｂの頂面から基板面に平行な方向（横
方向）に、マスク膜１２Ｂと接することなく成長する。
このとき、半導体層１３の凸部領域１１ｂの頂面から横
方向に成長した部分の側面は、窒化ガリウム結晶の面方
位の｛１−１０１｝面となる。

【０１４５】次に、図１３（ｂ）に示すように、半導体
層１３をさらに、厚さが２００μｍ程度になるまで成長
させる。これにより、表面が平坦な半導体層１３を得る
と共に、成長した半導体層１３とマスク膜１２Ｂとの間
には空隙２１が形成される。

【０１４６】このように、第４の実施形態においては、
半導体層１３の出現し易い面方位を考慮して、母材基板
１１における凸部領域１１ｂのストライプ方向を設定し
ているため、半導体層１３にピット等の欠陥を生じずに
選択成長を行なうことが、一層容易となる。

【０１４７】次に、図１３（ｃ）に示すように、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、母材基板１１に
反りが生じる。

【０１４８】第４の実施形態においては、母材基板１１
と半導体層１３とが界面の全面で接合している場合と比
べて、母材基板１１の主面上にマスク膜１２Ｂを設けて
いるため、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。なお、前述したように、母材基板１１の主面上にマ
スク膜１２Ｂを設けないで半導体層１３を成長し、その
後の母材基板１１の曲率半径を調べると６０ｃｍ程度で
あった。

【０１４９】（レーザ照射工程）第４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
も第１の実施形態と同等としている。例えば、レーザ光
のビーム径は約２０μｍであり、レーザ光の出射のパル
ス周期は約５０ｋＨｚである。

【０１５０】図１４（ｂ）はレーザ照射工程の途中段階
における母材基板１１の断面構成を示している。

【０１５１】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
部分において、パルス幅の時間内ではほとんど拡散せず
に、母材基板１１との界面が局所的に加熱される。この
局所的な加熱により、窒化ガリウムからなる半導体層１
３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１３ａと窒素ガスとを生じる。

【０１５２】前述したように、ガリウム層１３ａ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１３ａ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の各凸部領域１１ｂと半導体層１３との接合部分に
集中する。

【０１５３】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。しかしながら、第４の実施形態においては、レー
ザ光の照射位置である凸部領域１１ｂの周囲に空隙２１
が形成されているため、レーザ光の照射によって、半導
体層１３と母材基板１１との接合部分が分解されると、
半導体層１３に生じた応力は空隙２１が広がることによ
り解放される。その上、発生した高圧の窒素ガスは、空
隙２１に発散される。

【０１５４】さらに、第４の実施形態においては、成長
した半導体層１３とマスク膜１２Ｂとの間に空隙２１を
設けることにより、レーザ光を照射した際に発生する熱
を、半導体層１３と母材基板１１との界面に集中させる
ことができる。これにより、半導体層１３を熱分解させ
る際に必要なレーザ光の光密度を低減できるため、より
低コストな低出力のレーザ光源を用いたとしても、半導
体層１３を母材基板から確実に剥離することができるよ
うになる。このとき、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
クが生じることがない。

【０１５５】従って、図１４（ｂ）に示すように、半導
体層１３と母材基板１１との接合部分のすべてにレーザ
光を照射することにより、半導体層１３は母材基板１１
から剥離する。

【０１５６】次に、図１４（ｃ）に示すように、塩化水
素によってガリウム層１３ａを除去し、その後、半導体
層１３における母材基板１１からの剥離面の凹凸部分を
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。

【０１５７】以上説明したように、第４の実施形態によ
ると、半導体層１３における母材基板１１の主面上に設
けたマスク膜１２Ｂの開口部１２ａから露出する凸部領
域１１ｂ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。

【０１５８】第４の実施形態においては、母材基板１１
の凸部領域１１ｂの面積の和は母材基板１１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。

【０１５９】実際に、母材基板１１の主面の全面に対し
てレーザ光を照射する場合には、母材基板１１の主面を
ｘｙ平面とすると、ｘ方向とｙ方向との双方でレーザ光
の照射位置が重なるように照射する。具体的には、ビー
ム径が２０μｍのレーザ光を用いて、照射位置が互いに
１０μｍ程度重なるようにした場合に、主面の全面を１
０μｍ程度重なるように照射すると、レーザ光の照射工
程に、３０分程度もの時間が必要となる。

【０１６０】これに対し、第４の実施形態においては、
ｘ方向にのみレーザ光の照射位置が重なるように照射す
れば良い。従って、レーザ光を１０μｍ程度重なるよう
に照射した場合には、径が約５．１ｃｍの母材基板１１
に対して４分程度で照射し終える。このように、従来と
比べて、レーザ光の照射時間は４分の１以下にまで短縮
することができる。

【０１６１】また、マスク膜１２Ｂの開口部１２ａから
露出する、母材基板１１の凸部領域１１ｂがストライプ
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。

【０１６２】また、ストライプ状の開口部１２ａを有す
るマスク膜１２Ｂを介して、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の密度
は約１×１０⁶ ｃｍ^-2である。

【０１６３】このように、第４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。

【０１６４】なお、第４の実施形態においては、母材基
板１１の凹凸状領域２０をＲＩＥ法により形成したが、
該凹凸状領域２０の形成条件及び形成方法は、これに限
定されない。例えば、イオンミリング法又は電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング法等の用いることが
できる。

【０１６５】また、第１のレジストパターン３１をレジ
スト材により形成する代わりに、金若しくはニッケル等
の金属、又は酸化ケイ素若しくは窒化ケイ素等の誘電体
等からなり、エッチング雰囲気で著しく腐食しない材料
を用いることができる。

【０１６６】また、母材基板１１上に設けた凹凸状領域
２０の凹状溝１１ａの深さを約１μｍとしたが、浅くし
過ぎると、成長する半導体層１３とマスク膜１２Ｂとが
接触する場合がある。但し、半導体層１３とマスク膜１
２Ｂとが接触する部分が生じたとしても、第１の実施形
態と同様の効果を得ることができる。一方、凹状溝１１
ａの深さを大きくすると、マスク形成膜１２Ａの上にレ
ジスト膜３２Ａを塗布しても、マスク形成膜１２Ａ上の
凹凸状領域２０がレジスト膜３２Ａによって平坦に埋め
込まれない虞がある。但し、このような場合には、レジ
スト膜３２Ａの塗布及びベーキングを、該レジスト膜３
２Ａの表面が平坦となるまで繰り返せば良い。従って、
半導体層１３とマスク膜１２Ｂとが接触しないために
は、凹状溝１１ａの深さは大きい方が好ましく、約０．
０５μｍ以上とするのが好ましい。

【０１６７】また、第４の実施形態においては、マスク
膜１２Ｂの厚さを約０．１μｍとしたが、マスク膜１２
Ｂの厚さはこれに限定されず、母材基板１１の主面を覆
うことが可能な連続的な膜であればよい。但し、母材基
板１１の凹凸状領域２０の凸状領域１１ｂの側面がサイ
ドエッチングされたような、好ましい斜面形状であれ
ば、マスク膜１２Ｂの厚さは、０．００１μｍ以上でよ
い。従って、凸部領域１１ｂの側面が基板面に対してほ
ぼ垂直である場合には、マスク形成膜１２Ｂが段切れを
起こさない程度に厚くする必要があることはいうまでも
ない。但し、マスク膜１２Ｂの厚さを凹状溝１１ａの深
さよりも大きくすると、空隙２１が形成されなくなる。

【０１６８】なお、第４の実施形態においては、母材基
板１１上において、凸部領域１１ｂのストライプ方向を
サファイアの晶帯軸の＜１−１００＞方向としたが、母
材基板１１の材料によっては、窒化ガリウムからなる半
導体層１３の結晶面の面方位が異なる場合がある。その
ような場合は、半導体層１３における晶帯軸の＜１１−
２０＞方向にストライプ方向を一致させることが好まし
い。

【０１６９】例えば、母材基板１１として、炭化ケイ素
（ＳｉＣ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた場
合には、母材基板１１を構成するサファイアと半導体層
１３を構成する窒化ガリウムとの各面方位が一致するた
め、ストライプ方向を＜１１−２０＞とすることが好ま
しい。

【０１７０】なお、第４の実施形態においては、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、これらの寸法には好ましい範囲があ
る。

【０１７１】まず、凹状溝１１ａの幅の上限は、半導体
層１３による凹状溝１１ａの被覆成長により規制され
る。すなわち、凹状溝１１ａの幅が小さい方が被覆成長
するのに必要な面積が小さくなるため、半導体層１３の
厚さが比較的に小さい場合でもマスク膜１２Ｂを覆うこ
とができる。従って、凹状溝１１ａの幅は半導体層１３
厚さとほぼ同程度かそれ以下とすることが好ましく、第
４の実施形態では、２００μｍ程度かそれ以下とするの
が良い。

【０１７２】これに対し、凹状溝１１ａの幅の下限は、
レーザ照射時に半導体層１３に導入されるクラックと関
係する。すなわち、凹状溝１１ａの幅を極端に小さくす
ると、空隙２１が変形することによる応力の緩和が生じ
にくくなる虞がある。従って、凹状溝１１ａの幅は約１
μｍ以上とすることが好ましい。

【０１７３】また、凸部領域１１ｂの幅の上限も、クラ
ックの発生と関係する。すなわち、凸部領域１１ｂの幅
の１０倍以下とすることが好ましい。一方、凸部領域１
１ｂの幅の下限については、特に限定されないが、第４
の実施形態においては、レーザ照射の位置合わせに可視
光を用いることから、視認性を確保するため約１μｍ以
上とすることが好ましい。

【０１７４】なお、第４の実施形態においては、母材基
板１１の主面に設けた凸部領域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の側面の面方位は、窒化ガリウムの｛１−１
０１｝面と一致するように形成することが、より好まし
い。

【０１７５】（第５の実施形態）以下、本発明の第５の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１７６】図１５（ａ）〜図１５（ｅ）乃至図１７
（ａ）〜図１７（ｄ）は本発明の第５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。

【０１７７】第５の実施形態は、母材基板の主面に設け
る凹凸状領域の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４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。

【０１７８】まず、図１５（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。

【０１７９】（母材基板加工工程）次に、図１５（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、隣接同士の
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３３を形成する。

【０１８０】レジストパターン３３は、図１６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。

【０１８１】次に、図１５（ｃ）に示すように、第４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３３をマスクとして母材基板１１に対してエッチン
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。

【０１８２】次に、図１５（ｄ）に示すように、レジス
トパターン３３を除去することにより、該レジストパタ
ーン３３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１１（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。これにより、母材基板１１
の主面には、凹部に相当する低部１１ｄと凸部１１ｅと
からなる凹凸状領域２０を形成する（マスク膜形成工
程）次に、図１５（ｅ）に示すように、アルゴン（Ａ
ｒ）をスパッタガスとするＲＦスパッタ法により、母材
基板１１の凹凸状領域２０の上に、厚さが約０．１μｍ
の酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）からなるマスク形成膜１２Ａ
を堆積する。

【０１８３】次に、図１７（ａ）に示すように、マスク
形成膜１２Ａに対して選択的にエッチングを行なって、
マスク形成膜１２Ａから、母材基板１１の凸部１１ｅの
頂面を露出する複数の開口部１２ａを有するマスク膜１
２Ｃを形成する。開口部１２ａの形成方法は、図示はし
ないが第４の実施形態と同様である。すなわち、レジス
ト膜をマスク形成膜１２Ａ上に平坦化されるようにスピ
ンコートし、その後、酸素プラズマによるＲＩＥによる
エッチバックを行なって、レジスト膜を低部１１ｄ上に
のみ残す。その後、残されたレジスト膜をマスクとし
て、フッ酸を含む溶液によりマスク形成膜１２Ａに対し
てエッチングを行なうことにより、マスク形成膜１２Ａ
から、母材基板１１の凸部１１ｅの頂面を開口するドッ
ト状の開口部１２ａを有するマスク膜１２Ｃが形成され
る。残されたレジスト膜を除去すると、図１７（ａ）に
示す状態を得る。

【０１８４】（窒化物半導体成長工程）次に、図１７
（ｂ）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。

【０１８５】マスク膜１２Ｃの各開口部１２ａから露出
する凸部１１ｅの頂面の平面形状は円形（ドット）状で
あるが、各開口部１２ａを図１６のように配置してお
り、窒化ガリウムの｛１−１０１｝面の成長速度は比較
的に小さい。このため、厚さが１μｍ程度の半導体層１
３を成長した段階のマスク膜１２Ｃ上には、半導体層１
３における互いに隣接する３つの開口部１２ａからの張
り出し部分によって６つの｛１−１０１｝面に囲まれた
空隙が生じる。さらに、成長し続けると、各開口部１２
ａから周囲に張り出す窒化ガリウムが｛１−１０１｝面
で合体して、その結果、マスク膜１２Ｃは空隙２１が形
成されるように覆われる。マスク膜１２Ｃが半導体層１
３により覆われた後も、該半導体層１３の厚さが約２０
０μｍとなるまで成長させると、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１７（ｂ）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。

【０１８６】（レーザ照射工程）第５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、母材基板１１の凸部１１ｅの頂
面の径は約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、半導体層１３にお
ける１つの凸部１１ｅとの界面を照射することができ
る。

【０１８７】第５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、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。

【０１８８】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１３ａと窒素ガス
とを生じる。

【０１８９】第５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母材基板１１の凸部１１ｅの周
囲には、マスク膜１２Ｃが形成されているため、第４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と母材基板１１
の凸部１１ｅとの接合部分が熱分解されると、半導体層
１３に生じている応力は、空隙２１が適当な形状で分離
することにより解放される。また、熱分解により生じた
高圧の窒素ガスは、空隙２１に発散される。

【０１９０】このような剥離のメカニズムにより、第５
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。

【０１９１】従って、図１７（ｃ）に示すように、半導
体層１３と母材基板１１の凸部１１ｅとの接合界面のす
べてにレーザ光を照射することにより、半導体層１３は
母材基板１１から剥離する。

【０１９２】次に、図１７（ｄ）に示すように、塩化水
素によってガリウム層１３ａを除去し、その後、半導体
層１３における母材基板１１からの剥離面の凹凸部分を
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。

【０１９３】以上説明したように、第５の実施形態によ
ると、半導体層１３と母材基板１１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１
３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。

【０１９４】その上、母材基板１１の主面にドット状の
複数の凸部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と母材基板１１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４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。

【０１９５】具体的には、第５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、径が約５．１
ｃｍ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５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。

【０１９６】また、母材基板１１の複数の凸部１１ｅ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。

【０１９７】また、第５の実施形態においては、窒化ガ
リウムからなる半導体層１３を、母材基板１１の主面上
に形成された開口部１２ａを有するマスク膜１２Ｃを介
して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約１×１０⁶ ｃｍ^-2である。

【０１９８】以上示したように、第５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。

【０１９９】なお、母材基板１１の凸部１１ｅの凸部の
頂面の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。

【０２００】また、凸部１１ｅの配置パターンは、より
好ましくは、図１６に示したように、各凸部１１ｅが配
置される辺の方向が、窒化ガリウムの面方位の｛１−１
０１｝面と一致するように構成するのが良い。

【０２０１】また、第５の実施形態においては、各凸部
１１ｅ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の位置としたが、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。

【０２０２】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、この場合においても、母材基板１１の主面に凸部１
１ｅ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。

【０２０３】また、第５の実施形態においては、凹凸状
領域２０における凸部１１ｅの径を約１０μｍ、凸部１
１ｅ同士の中心位置の距離を約３０μｍとしたが、凸部
１１ｅの配置及び寸法には、それぞれ好ましい範囲があ
る。

【０２０４】まず、開口部１２ａ同士の中心位置の距離
は、半導体層１３の厚さ程度以下とすることが好まし
く、第５の実施形態においては、約２００μｍ以下とす
るのが良い。なお、凸部１１ｅ同士の中心位置の距離
は、互いに隣接する凸部１１ｅ同士の側面同士の間隔と
みなしても、実質的に問題はない。

【０２０５】さらに、凸部１１ｅ同士の中心位置の距離
は、半導体層１３にクラックが導入されない程度に大き
くすることが好ましく、１μｍ以上とすることが好まし
い。

【０２０６】一方、凸部１１ｅの径の上限は、クラック
が半導体層１３に伸展しない程度以下とすることが好ま
しく、凸部１１ｅ同士の中心位置の距離の１０倍以下と
することが好ましい。なお、凸部１１ｅの径の下限は、
特に限定されないが、第５の実施形態においては、レー
ザ照射の位置合わせに可視光を用いているため、視認性
を確保する必要から、１μｍ以上とすることが好まし
い。

【０２０７】（第６の実施形態）以下、本発明の第６の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０２０８】図１８（ａ）〜図１８（ｅ）及び図１９
（ａ）〜図１９（ｄ）は本発明の第６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。

【０２０９】第６の実施形態は、母材基板の主面に形成
した凹凸状領域の凸部に対するレーザの照射方法を変え
ている。ここでは、第５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。

【０２１０】まず、図１８（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。

【０２１１】（母材基板加工工程）次に、図１８（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３３を形成する。

【０２１２】レジストパターン３３は、図１６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−
１０１｝面と一致するようにパターニングされている。

【０２１３】次に、図１８（ｃ）に示すように、第４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３３をマスクとして母材基板１１に対してエッチン
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。

【０２１４】次に、図１８（ｄ）に示すように、レジス
トパターン３３を除去することにより、該レジストパタ
ーン３３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１１（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。これにより、母材基板１１
の主面には、凹部に相当する低部１１ｄと凸部１１ｅと
からなる凹凸状領域２０を形成する。

【０２１５】（マスク膜形成工程）次に、図１８（ｅ）
に示すように、アルゴン（Ａｒ）をスパッタガスとする
ＲＦスパッタ法により、母材基板１１の凹凸状領域２０
の上に、厚さが約０．１μｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）
からなるマスク形成膜１２Ａを堆積する。

【０２１６】次に、図１９（ａ）に示すように、第４の
実施形態と同様の方法により、マスク形成膜１２Ａに対
して選択的にエッチングを行なって、マスク形成膜１２
Ａから、母材基板１１の凸部１１ｅの頂面を露出する複
数の開口部１２ａを有するマスク膜１２Ｃを形成する。

【０２１７】（窒化物半導体成長工程）次に、図１９
（ｂ）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。第５の実施
形態と同様に、半導体層１３の厚さが約２００μｍとな
るまで成長させると、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１９（ｂ）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。

【０２１８】（レーザ照射工程）第６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１．０Ｊ／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。

【０２１９】ここでも、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。

【０２２０】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と母材基板１１との界面をすべ
て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２ｍ
ｍ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。

【０２２１】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１３ａと窒素ガ
スとを生じる。このように、レーザ光の照射によって、
半導体層１３と母材基板１１の凸部１１ｅとの接合部分
が熱分解されると、半導体層１３に生じている応力は、
空隙２１が適当な形状で分離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は、空隙
２１に発散される。第６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母材基板１１の凸部１１
ｅの周囲には、マスク膜１２Ｃが形成されているため、
第４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と母材基
板１１の凸部１１ｅとの接合部分が熱分解されると、半
導体層１３に生じている応力は、空隙２１が適当な形状
で分離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は、空隙２１に発散される。

【０２２２】従って、図１９（ｃ）に示すように、半導
体層１３と母材基板１１との接合部分のすべてに対して
レーザ光を照射することにより、半導体層１３を母材基
板１１から剥離することができる。

【０２２３】次に、図１９（ｄ）に示すように、塩化水
素によってガリウム層１３ａを除去し、その後、半導体
層１３における母材基板１１からの剥離面の凹凸部分を
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。

【０２２４】以上説明したように、第６の実施形態によ
ると、母材基板１１の主面上に設けた各凸部１１ｅは約
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に対して照射できるので、照射時
間を著しく低減することができる。具体的には、第６の
実施形態においては、径が約５．１ｃｍ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。

【０２２５】また、レーザ光の照射径を大きくしても、
レーザ光による熱応力によって、半導体層１３にクラッ
クが導入されたり、割れたりすることはない。その上、
母材基板１１の主面上にマスク膜１２Ｃを介して、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の表面における欠陥密度は約１×１
０⁶ ｃｍ^-2である。

【０２２６】このように、第６の実施形態によると、レ
ーザ光の照射径を大きくすることにより、レーザ光の照
射時間を著しく低減できる上に、成長する半導体層１３
にクラックや割れが導入されず、欠陥密度が著しく減少
した窒化物半導体基板を得ることができる。

【０２２７】なお、第６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と母材基板１１の凸部１１ｅとの界面
のみを照射すれば良い。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。

【０２２８】（第７の実施形態）図２０（ａ）〜図２０
（ｅ）及び図２１（ａ）〜図２１（ｅ）は本発明の第７
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。

【０２２９】第７の実施形態は、母材基板の凹凸状領域
にマスク膜を形成することなく、凸部に頂面に半導体層
を選択成長する構成とする。ここでは、第４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。

【０２３０】まず、図２０（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。

【０２３１】（母材基板加工工程）次に、図２０（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、厚さが約２μｍ、幅が約１０μｍ及び
間隔が約３０μｍのストライプ状の第１のレジストパタ
ーン３１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。

【０２３２】次に、図２０（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、第１のレ
ジストパターン３１をマスクとして母材基板１１に対し
てエッチングを行なう。エッチングガスには塩素（Ｃｌ
₂ ）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。

【０２３３】次に、図２０（ｄ）に示すように、第１の
レジストパターン３１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。

【０２３４】（窒化物半導体成長工程）次に、図２０
（ｅ）に示すように、ＧａＣｌ処理を行なった後、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４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を直接に成長する。ここで、半導体層１３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の側面方向（横方向）における
成長速度の方が大きい。従って、母材基板１１の凸部領
域１１ｂのほぼ頂面から横方向に成長する。さらに成長
を続けると、半導体層１３は、凹状溝１１ａの底面と接
することなく、該凹状溝１２ａの上方を横方向に成長す
る。このとき、半導体層１３における凸部領域１１ｂの
頂面から横方向に成長した部分の側面は、窒化ガリウム
結晶の面方位の｛１−１０１｝面となる。

【０２３５】次に、図２１（ａ）に示すように、半導体
層１３をさらに、厚さが２００μｍ程度になるまで成長
させる。これにより、表面が平坦な半導体層１３を得る
と共に、成長した半導体層１３と母材基板１１の凹状溝
１１ａとの間には空隙２１が形成される。

【０２３６】このように、第７の実施形態においては、
半導体層１３の出現し易い面方位を考慮して、母材基板
１１における凸部領域１１ｂのストライプ方向を設定し
ているため、半導体層１３にピット等の欠陥を生じずに
選択成長を行なうことが、一層容易となる。

【０２３７】次に、図２１（ｂ）に示すように、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、母材基板１１に
反りが生じる。

【０２３８】第７の実施形態においては、母材基板１１
と半導体層１３とが界面の全面で接合している場合と比
べて、母材基板１１の主面上にマスク膜１２Ｂを設けて
いるため、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。

【０２３９】（レーザ照射工程）第７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
も第１の実施形態と同等としている。例えば、レーザ光
のビーム径は約２０μｍであり、レーザ光の出射のパル
ス周期は約５０ｋＨｚである。

【０２４０】図２１（ｃ）はレーザ照射工程の途中段階
における母材基板１１の断面構成を示している。

【０２４１】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
部分において、パルス幅の時間内ではほとんど拡散せず
に、母材基板１１との界面が局所的に加熱される。この
局所的な加熱により、窒化ガリウムからなる半導体層１
３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１３ａと窒素ガスとを生じる。

【０２４２】前述したように、熱膨張係数差による応力
が、母材基板１１の各凸部領域１１ｂと半導体層１３と
の接合部分に集中する。

【０２４３】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。しかしながら、第７の実施形態においては、レー
ザ光の照射位置である凸部領域１１ｂの周囲に空隙２１
が形成されているため、レーザ光の照射によって、半導
体層１３と母材基板１１との接合部分が分解されると、
半導体層１３に生じた応力は空隙２１が広がることによ
り解放される。その上、発生した高圧の窒素ガスは、空
隙２１に発散される。

【０２４４】さらに、第７の実施形態においては、成長
した半導体層１３と母材基板１１との間に空隙２１を設
けることにより、レーザ光を照射した際に発生する熱
を、半導体層１３と母材基板１１との界面に集中させる
ことができる。これにより、半導体層１３を熱分解させ
る際に必要なレーザ光の光密度を低減できるため、より
低コストな低出力のレーザ光源を用いたとしても、半導
体層１３を母材基板から剥離することができるようにな
る。このとき、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
ることがない。

【０２４５】従って、図２１（ｄ）に示すように、半導
体層１３と母材基板１１との接合部分のすべてにレーザ
光を照射することにより、半導体層１３は母材基板１１
から剥離する。

【０２４６】次に、図２１（ｃ）に示すように、半導体
層１３における母材基板１１からの剥離面の凹凸部分を
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。

【０２４７】以上説明したように、第７の実施形態によ
ると、半導体層１３における母材基板１１の主面上に設
けた凹凸状領域２０の凸部領域１１ｂ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。

【０２４８】また、ストライプ状の凸部領域１１ｂにマ
スク膜を形成することなく、窒化ガリウムからなる半導
体層１３を母材基板１１上に直接に選択成長しているた
め、半導体層１３の表面における貫通欠陥の密度は約１
×１０⁶ ｃｍ^-2である。

【０２４９】このように、第７の実施形態においては、
凹状領域２０の凹状溝１１ａを覆うマスク膜を設けてい
ないため、製造工程が簡単化される。

【０２５０】従って、第７の実施形態によると、レーザ
光の照射時間を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を比較的容易に且つ確
実に得ることができる。

【０２５１】なお、半導体層１３と母材基板１１とが接
触しないためには、凹状溝１１ａの深さは大きい方が好
ましく、約０．０５μｍ以上とするのが好ましい。

【０２５２】また、母材基板１１上において、凸部領域
１１ｂの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の材料によって
は、窒化ガリウムからなる半導体層１３の結晶面の面方
位が異なる場合がある。そのような場合は、半導体層１
３における晶帯軸の＜１１−２０＞方向にストライプ方
向を一致させることが好ましい。

【０２５３】例えば、母材基板１１として、炭化ケイ素
（ＳｉＣ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた場
合には、母材基板１１を構成するサファイアと半導体層
１３を構成する窒化ガリウムとの各面方位が一致するた
め、ストライプ方向を＜１１−２０＞とすることが好ま
しい。

【０２５４】また、母材基板１１の主面に設けた凸部領
域１１ｂをストライプパターンとしたが、第２の実施形
態又は第５の実施形態のように、ドット状の凸部として
もよい。

【０２５５】ところで、以上に説明した第１〜第７の各
実施形態においては、半導体層１３を窒化ガリウムとし
たが、窒化ガリウムに代えて、窒化アルミニウムガリウ
ム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａ
Ｎ）、窒化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＮ）、又
は窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａ
Ｎ）を用いても、同様の効果を得ることができ、それぞ
れの組成を有する窒化物半導体基板１３Ａを得られるこ
とはいうまでもない。

【０２５６】また、各実施形態においては、母材基板１
１にサファイアを用いたが、これに限られず、サファイ
アに代えてスピネル基板等のレーザ光に対して透明な材
料からなる母材基板を用いても同様の効果を得ることが
できる。

【０２５７】また、各実施形態で用いたＮｄ：ＹＡＧの
３次高調波レーザに代えて、母材基板１１に対して透明
で且つ半導体層１３に吸収される波長で発振し、パルス
幅が数ｍｓ以下の短いパルス状のレーザ光を用いても同
様の効果を得ることができる。このようなレーザ光に
は、例えば、ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、ＸｅＣｌレ
ーザ又は窒素レーザ等がある。

【０２５８】また、各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１３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。

【０２５９】また、第１〜第６の実施形態において、酸
化ケイ素からなるマスク形成膜１２Ａの堆積にＲＦスパ
ッタ法を用いたが、酸化ケイ素の堆積条件及び堆積方法
は、特に限定されず、ＣＶＤ法又は蒸着法でもよい。堆
積したケイ素（Ｓｉ）を熱酸化する方法等を用いてもよ
い。

【０２６０】また、マスク形成膜１２Ａは酸化ケイ素に
限られず、窒化物からなる半導体層１３が直接に成長し
にくい材料であればよい。そのような材料として、例え
ば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）又はタングステン（Ｗ）が挙
げられる。

【０２６１】また、各実施形態において、窒化物半導体
成長工程におけるＧａＣｌ処理を１５分間程度とした
が、ＧａＣｌ処理には好ましい処理時間がある。ＧａＣ
ｌ処理を極端に短くすると、サファイアからなる母材基
板１１上の主面上に窒化ガリウムが成長しにくくなる。
このため、母材基板１１上には、サファイアの面方位に
規制されずに、多結晶の窒化ガリウムが成長してしまう
ことがある。

【０２６２】これに対し、ＧａＣｌ処理を極端に長くす
ると、マスク膜１２Ｂの上にも窒化ガリウムの結晶核が
形成されてしまい、マスク膜１２Ｂを構成する酸化ケイ
素はアモルファスであるため、ここでも、窒化ガリウム
が単結晶でなくなることがある。従って、ＧａＣｌ処理
は、母材基板１１に窒化ガリウムのエピタキシャル成長
が実現され、且つ、窒化ガリウムのマスク膜１２Ｂ上へ
の成長が抑制される時間内で行なうことが好ましい。例
えば、第１の実施形態における条件下では、約３０秒か
ら３時間である。

【０２６３】また、各実施形態において、半導体層１３
の成長温度を約１０００℃としたが、半導体層１３がマ
スク膜１２Ｂを平坦に埋め込むことができる温度範囲が
あり、例えば９００℃以上とすることが好ましい。ここ
で、成長温度を高くする程、マスク膜１２Ｂが埋め込ま
れ易くなる。これに対し、成長温度を極端に高くする
と、半導体層１３の成長よりも昇華が支配的となり、半
導体層１３が成長しなくなるため、各実施形態の条件下
では、成長温度の上限を約１５００℃とすることが好ま
しい。

【０２６４】

【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、半導体層が成長する際に、マスク膜に応力
が集中するため、半導体層に生じる応力を低減すること
ができる。その結果、窒化物からなる半導体層に生じる
割れやクラックを低減することができる。その上、マス
ク膜に窒化物半導体が実質的に成長しない材料を用いて
いるため、半導体層がマスク膜の上に回り込むように成
長するので、半導体層に導入される貫通欠陥を低減する
ことができる。

【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）はマス
ク膜の平面図であり、（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】（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６】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マスク膜を示す平面図である。

【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】（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９】（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１０】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４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）及び（ｂ）は本発明の第４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）は母
材基板の凹凸状領域の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の
XIｂ−XIｂ線における断面図である。

【図１２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４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１３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４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１４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４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１５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第５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１６】本発明の第５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１７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第５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１８】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第６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１９】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第６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２０】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第７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２１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第７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 ３Ａ 集光レンズ ３Ｂ 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 １１ｄ 低部 １１ｅ 凸部 １２Ａ マスク形成膜 １２Ｂ マスク膜 １２Ｃ マスク膜 １２ａ 開口部 １３ 半導体層 １３ａ ガリウム層 １３Ａ 窒化物半導体基板 ２０ 凹凸状領域 ２１ 空隙 ３１ 第１のレジストパターン ３２Ａ レジスト膜 ３２Ｂ 第２のレジストパターン ３３ レジストパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 油利 正昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BE15 DB01 ED05 ED06 EE07 FJ03 TB03 TC12 TC17 TK11 5F045 AA04 AB14 AC02 AC12 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AF02 AF09 AF13 BB12 CA11 DA53 DB02 DB04

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材基板の主面上に、窒化物半導体が実
   質的に成長しない材料からなり、複数の開口部を有する
   マスク膜を形成する第１の工程と、 前記母材基板上に、前記マスク膜を介して窒化物からな
   る半導体層を選択的に成長する第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。
2. 【請求項２】 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、 前記第１の工程は、前記各開口部を、前記母材基板にお
   ける晶帯軸の＜１−１００＞方向とほぼ一致したストラ
   イプ状に形成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。
3. 【請求項３】 前記母材基板は、主面の面方位が｛００
   ０１｝面である炭化ケイ素又は窒化アルミニウムからな
   り、 前記第１の工程は、前記各開口部を、前記母材基板にお
   ける晶帯軸の＜１１−２０＞方向とほぼ一致したストラ
   イプ状に形成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。
4. 【請求項４】 前記第１の工程よりも前に、前記母材基
   板の主面に凹凸状領域を形成する工程をさらに備え、 前記第１の工程は、前記マスク膜を、前記凹凸状領域の
   凸部の頂面が前記開口部から露出するように形成する工
   程を含む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。
5. 【請求項５】 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、 前記凹凸状領域を形成する工程は、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、前記母材基板に
   おける晶帯軸の＜１−１００＞方向とほぼ一致するよう
   に形成する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載
   の窒化物半導体基板の製造方法。
6. 【請求項６】 前記母材基板は、主面の面方位が｛００
   ０１｝面である炭化ケイ素又は窒化アルミニウムからな
   り、 前記凹凸状領域を形成する工程は、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、前記母材基板に
   おける晶帯軸の＜１１−２０＞方向とほぼ一致するよう
   に形成する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載
   の窒化物半導体基板の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第１の工程は、 前記母材基板における前記凹凸状領域の上に全面にわた
   ってマスク形成膜を形成する工程と、 前記マスク形成膜を覆うようにレジスト膜を塗布する工
   程と、 前記レジスト膜に対してエッチングを行なって、前記レ
   ジスト膜を前記凹凸状領域の凹部に残すことにより、前
   記マスク形成膜における前記凹凸状領域の凸部の上側部
   分を露出する工程と、 前記凹部に残されたレジスト膜をマスクとして、前記マ
   スク形成膜に対してエッチングを行なう工程とを含むこ
   とを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体基板の製
   造方法。
8. 【請求項８】 前記レジスト膜をエッチングする工程
   は、酸素プラズマを用いることを特徴とする請求項７に
   記載の窒化物半導体基板の製造方法。
9. 【請求項９】 前記マスク形成膜は酸化物からなること
   を特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体基板の製造
   方法。
10. 【請求項１０】 前記第２の工程において、前記母材基
    板と前記半導体層との間には空隙が形成されることを特
    徴とする請求項４に記載の窒化物半導体基板の製造方
    法。
11. 【請求項１１】 前記第３の工程は、レーザ光を、少な
    くとも前記半導体層における前記マスク膜の開口部から
    の露出部分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。
12. 【請求項１２】 前記第１の工程は、前記複数の開口部
    を島状に形成し、 前記第３の工程は、レーザ光を、前記半導体層における
    前記マスク膜の各開口部からの露出部分と同期するよう
    に走査しながら照射することを特徴とする請求項１に記
    載の窒化物半導体基板の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記第１の工程は、前記複数の開口部
    を島状に形成し、 前記第３の工程は、レーザ光を、前記半導体層における
    前記マスク膜の開口部からの露出部分を走査しながら、
    前記露出部分の複数を同時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。
14. 【請求項１４】 前記マスク膜は、酸化シリコン、窒化
    シリコン又はタングステンからな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。
15. 【請求項１５】 前記マスク膜における互いに隣接する
    開口部の開口端同士の間隔は、前記半導体層の厚さとほ
    ぼ等しいかそれ以下であ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。
16. 【請求項１６】 前記マスク膜の開口部の開口幅は、互
    いに隣接する開口部の開口端同士の間隔の約１０倍以下
    であ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。
17. 【請求項１７】 母材基板の主面に対して選択的にエッ
    チングを行なって、前記母材基板の主面に凹凸状領域を
    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
    域の凹部との間に空隙が形成され且つその上面が平坦と
    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。