JP2003034599A - Ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法Info
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- JP2003034599A JP2003034599A JP2002106711A JP2002106711A JP2003034599A JP 2003034599 A JP2003034599 A JP 2003034599A JP 2002106711 A JP2002106711 A JP 2002106711A JP 2002106711 A JP2002106711 A JP 2002106711A JP 2003034599 A JP2003034599 A JP 2003034599A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良質なIII族窒化物半導体基板を提供する。
【解決手段】 図１（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主面と
するサファイア基板１１をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。
次に、ＧａＮ緩衝層（不図示）を形成し、続いてＧａＮ
緩衝層の上にＧａＮ層１２を形成する。次いで、ＧａＮ
層１２上にＩｎＮ層１３を形成する。次に、図１（ｂ）
に示す工程で、ＩｎＮ層１３上にＧａＮ層１４を形成す
る。次に、図１（ｃ）に示す工程で、レーザビームをサ
ファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１を
介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査しながら照
射する。このことによって、ＧａＮ層１２が分解され
る。次に、図１（ｄ）に示す工程で、サファイア基板１
１と、ＩｎＮ層１３およびＧａＮ層１４とを分離する。
次に、図１（ｅ）に示す工程で、ＧａＮ層１４の下に形
成されているＩｎＮ層１３を研磨により除去する。この
ことにより、自立したＧａＮ基板１４ａが得られる。
するサファイア基板１１をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。
次に、ＧａＮ緩衝層（不図示）を形成し、続いてＧａＮ
緩衝層の上にＧａＮ層１２を形成する。次いで、ＧａＮ
層１２上にＩｎＮ層１３を形成する。次に、図１（ｂ）
に示す工程で、ＩｎＮ層１３上にＧａＮ層１４を形成す
る。次に、図１（ｃ）に示す工程で、レーザビームをサ
ファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１を
介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査しながら照
射する。このことによって、ＧａＮ層１２が分解され
る。次に、図１（ｄ）に示す工程で、サファイア基板１
１と、ＩｎＮ層１３およびＧａＮ層１４とを分離する。
次に、図１（ｅ）に示す工程で、ＧａＮ層１４の下に形
成されているＩｎＮ層１３を研磨により除去する。この
ことにより、自立したＧａＮ基板１４ａが得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色や紫色等の短
波長の光を放出する半導体レーザや高温動作トランジス
タに用いられるIII族窒化物半導体基板の製造方法に関
する。
波長の光を放出する半導体レーザや高温動作トランジス
タに用いられるIII族窒化物半導体基板の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるIII族窒化物
半導体（以下単にIII族窒化物半導体という）は、赤色
から紫外までの波長の光デバイスに用いられる材料であ
り、発光デバイスや受光デバイスへの応用が期待されて
いる。これまで、比較的良質のIII族窒化物半導体膜
は、主としてサファイア基板上に結晶成長することによ
り形成されていた。
０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるIII族窒化物
半導体（以下単にIII族窒化物半導体という）は、赤色
から紫外までの波長の光デバイスに用いられる材料であ
り、発光デバイスや受光デバイスへの応用が期待されて
いる。これまで、比較的良質のIII族窒化物半導体膜
は、主としてサファイア基板上に結晶成長することによ
り形成されていた。
【０００３】しかしながら、サファイア基板とIII族窒
化物半導体膜とは格子整合しないため、III族窒化物半
導体膜膜には多くの結晶欠陥が含まれる。その結果、II
I族窒化物半導体を用いたデバイスの特性が悪いという
課題を生じていた。
化物半導体膜とは格子整合しないため、III族窒化物半
導体膜膜には多くの結晶欠陥が含まれる。その結果、II
I族窒化物半導体を用いたデバイスの特性が悪いという
課題を生じていた。
【０００４】また、サファイア基板は電気を通さない基
板、いわゆる絶縁基板であるため、サファイア基板上に
形成されたIII族窒化物半導体膜を半導体レーザやトラ
ンジスタに用いる場合には、全ての電極をIII族窒化物
半導体膜上に形成する必要がある。このため、製造プロ
セスが複雑になってIII族窒化物半導体よりなるデバイ
スの製造歩留まりを低下させていた。
板、いわゆる絶縁基板であるため、サファイア基板上に
形成されたIII族窒化物半導体膜を半導体レーザやトラ
ンジスタに用いる場合には、全ての電極をIII族窒化物
半導体膜上に形成する必要がある。このため、製造プロ
セスが複雑になってIII族窒化物半導体よりなるデバイ
スの製造歩留まりを低下させていた。
【０００５】そこで、III族窒化物半導体を用いたデバ
イスの製造歩留まりの向上と、高性能化とを図るために
は、良質で大面積のIII族窒化物半導体基板（特にＧａ
Ｎ基板）を得ることが強く望まれている。このような背
景から、III族窒化物半導体膜を異種基板（サファイア
基板等）上に成長した後、異種基板を除去する各種方法
が提案されている。
イスの製造歩留まりの向上と、高性能化とを図るために
は、良質で大面積のIII族窒化物半導体基板（特にＧａ
Ｎ基板）を得ることが強く望まれている。このような背
景から、III族窒化物半導体膜を異種基板（サファイア
基板等）上に成長した後、異種基板を除去する各種方法
が提案されている。
【０００６】例えば、強いレーザビームを照射すること
によってサファイア基板とＧａＮ膜を分離する方法（Mi
chael K. Kelly et al., Japanese Journal of Applied
Physics Vol.38 p.L217-L219, 1999）が知られてい
る。以下、この従来の方法について図１１を参照しなが
ら説明する。図１１は、従来の方法を説明するための工
程断面図である。
によってサファイア基板とＧａＮ膜を分離する方法（Mi
chael K. Kelly et al., Japanese Journal of Applied
Physics Vol.38 p.L217-L219, 1999）が知られてい
る。以下、この従来の方法について図１１を参照しなが
ら説明する。図１１は、従来の方法を説明するための工
程断面図である。
【０００７】図１１（ａ）に示す工程で、ハイドライド
気相成長法（Hydride Vapor PhaseEpitaxy、以下ＨＶＰ
Ｅと称する）を用いて、Ｃ面を主面とする２インチ径の
サファイア基板１０１上に厚さ２００〜３００μｍのＧ
ａＮ層１０２を形成する。
気相成長法（Hydride Vapor PhaseEpitaxy、以下ＨＶＰ
Ｅと称する）を用いて、Ｃ面を主面とする２インチ径の
サファイア基板１０１上に厚さ２００〜３００μｍのＧ
ａＮ層１０２を形成する。
【０００８】次に、図１１（ｂ）に示す工程で、ＧａＮ
層１０２が形成されたサファイア基板１０１をＨＶＰＥ
反応炉内から取り出した後、波長３５５ｎｍのレーザビ
ームをサファイア基板１０１側から、サファイア基板１
０１を介してＧａＮ層１０２の下面全体に亘って走査し
ながら照射する。なお、図中の矢印は、レーザビームを
表す。このとき、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビーム
が照射された部分では熱が発生し、この熱によってＧａ
Ｎ層１０２の下部が分解される。
層１０２が形成されたサファイア基板１０１をＨＶＰＥ
反応炉内から取り出した後、波長３５５ｎｍのレーザビ
ームをサファイア基板１０１側から、サファイア基板１
０１を介してＧａＮ層１０２の下面全体に亘って走査し
ながら照射する。なお、図中の矢印は、レーザビームを
表す。このとき、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビーム
が照射された部分では熱が発生し、この熱によってＧａ
Ｎ層１０２の下部が分解される。
【０００９】次に、図１１（ｃ）に示す工程で、サファ
イア基板１０１とＧａＮ層１０２とを分離し、自立した
ＧａＮ基板１０２ａを得る。
イア基板１０１とＧａＮ層１０２とを分離し、自立した
ＧａＮ基板１０２ａを得る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では以下に示す不具合があった。
来の方法では以下に示す不具合があった。
【００１１】代表的なIII−Ｖ族化合物半導体であるＧ
ａＡｓおよびＩｎＰの熱伝導率は、それぞれ０．５４Ｗ
／ｃｍ・Ｋおよび０．６８Ｗ／ｃｍ・Ｋである。また、
放熱用のサブマウントに使用されるＳｉの熱伝導率は
１．５Ｗ／ｃｍ・Ｋである。
ａＡｓおよびＩｎＰの熱伝導率は、それぞれ０．５４Ｗ
／ｃｍ・Ｋおよび０．６８Ｗ／ｃｍ・Ｋである。また、
放熱用のサブマウントに使用されるＳｉの熱伝導率は
１．５Ｗ／ｃｍ・Ｋである。
【００１２】一方、ＧａＮの熱伝導率は１．３Ｗ／ｃｍ
・Ｋである。つまり、上述の材料の熱伝導率と比較し
て、ＧａＮは熱を伝えやすい材料である。従って、Ｇａ
Ｎにレーザビームを照射する上記従来の方法では、レー
ザビームの吸収によりＧａＮ層１０２の下部で発生した
熱は拡散しやすい。このため、図１１（ｂ）に示す工程
において、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビームが照射
された部分を完全に分解するための熱量が不足し、Ｇａ
Ｎの分解効率が悪くなるという不具合がある。ＧａＮの
分解効率が悪くなると、レーザビームの走査回数を増や
して、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビームが照射され
た部分を完全に分解するための熱量を供給することによ
りサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２を分離しなけ
ればならない。従って、図１１（ｂ）に示す工程に要す
る時間が長くなり、生産性が低下する。
・Ｋである。つまり、上述の材料の熱伝導率と比較し
て、ＧａＮは熱を伝えやすい材料である。従って、Ｇａ
Ｎにレーザビームを照射する上記従来の方法では、レー
ザビームの吸収によりＧａＮ層１０２の下部で発生した
熱は拡散しやすい。このため、図１１（ｂ）に示す工程
において、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビームが照射
された部分を完全に分解するための熱量が不足し、Ｇａ
Ｎの分解効率が悪くなるという不具合がある。ＧａＮの
分解効率が悪くなると、レーザビームの走査回数を増や
して、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビームが照射され
た部分を完全に分解するための熱量を供給することによ
りサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２を分離しなけ
ればならない。従って、図１１（ｂ）に示す工程に要す
る時間が長くなり、生産性が低下する。
【００１３】また、サファイアとＧａＮとは格子整合し
ないため、ＧａＮ層１０２には多くの結晶欠陥および歪
みが含まれる。このため、ＧａＮ分解時に応力が解放さ
れる衝撃で、得られるＧａＮ基板１０２ａに割れが生じ
ることがある。特に、レーザビームの走査回数が増える
と、ＧａＮ基板１０２ａに割れが生じる確率が増えてし
まう。
ないため、ＧａＮ層１０２には多くの結晶欠陥および歪
みが含まれる。このため、ＧａＮ分解時に応力が解放さ
れる衝撃で、得られるＧａＮ基板１０２ａに割れが生じ
ることがある。特に、レーザビームの走査回数が増える
と、ＧａＮ基板１０２ａに割れが生じる確率が増えてし
まう。
【００１４】さらに、ＧａＮ基板１０２ａに割れが生じ
ない場合でも、ＧａＮ基板１０２ａの内部にクラックが
残留することがある。残留したクラックを有するＧａＮ
基板１０２ａを用いて、発光ダイオードやレーザダイオ
ードなどのデバイスを作製した場合、クラックが電流リ
ークの原因となり、デバイスの信頼性が低下するという
不具合がある。
ない場合でも、ＧａＮ基板１０２ａの内部にクラックが
残留することがある。残留したクラックを有するＧａＮ
基板１０２ａを用いて、発光ダイオードやレーザダイオ
ードなどのデバイスを作製した場合、クラックが電流リ
ークの原因となり、デバイスの信頼性が低下するという
不具合がある。
【００１５】本発明は、上記不具合を解決するためにな
されたものであり、良質なIII族窒化物半導体基板を提
供することを目的とする。
されたものであり、良質なIII族窒化物半導体基板を提
供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明のIII族窒化物半
導体基板の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層
を形成する工程（ｂ）と、上記第１半導体層上に、上記
第１半導体層よりも熱伝導率が低い熱拡散抑制層を形成
する工程（ｃ）と、上記熱拡散抑制層上に、III族窒化
物半導体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）
と、上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収さ
れる光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に
照射することによって、上記第１半導体層を分解する工
程（ｅ）とを含む。
導体基板の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層
を形成する工程（ｂ）と、上記第１半導体層上に、上記
第１半導体層よりも熱伝導率が低い熱拡散抑制層を形成
する工程（ｃ）と、上記熱拡散抑制層上に、III族窒化
物半導体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）
と、上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収さ
れる光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に
照射することによって、上記第１半導体層を分解する工
程（ｅ）とを含む。
【００１７】本発明によれば、第１半導体層と第２半導
体層との間に、第１半導体層よりも熱伝導率の低い熱拡
散抑制層を形成する。このため、第１半導体層における
光ビームの吸収により発生した熱は、熱拡散抑制層は熱
拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半は第１半導
体層の分解に寄与するので、第１半導体層を効率良く分
解できる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少
なくしても、第１半導体層を完全に分解するための熱量
を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビ
ームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第２半導
体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割
れが生じる危険性を低減できる。
体層との間に、第１半導体層よりも熱伝導率の低い熱拡
散抑制層を形成する。このため、第１半導体層における
光ビームの吸収により発生した熱は、熱拡散抑制層は熱
拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半は第１半導
体層の分解に寄与するので、第１半導体層を効率良く分
解できる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少
なくしても、第１半導体層を完全に分解するための熱量
を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビ
ームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第２半導
体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割
れが生じる危険性を低減できる。
【００１８】上記熱拡散抑制層は、上記第１半導体層を
形成するIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いIII族
窒化物半導体から形成されていてもよい。
形成するIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いIII族
窒化物半導体から形成されていてもよい。
【００１９】上記熱拡散抑制層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（０
＜ｘ≦１）からなる半導体から形成されていてもよい。
＜ｘ≦１）からなる半導体から形成されていてもよい。
【００２０】上記工程（ｃ）では、上記熱拡散抑制層を
形成した後、上記熱拡散抑制層を貫通し上記第１半導体
層に到達する開口部を形成することが好ましい。
形成した後、上記熱拡散抑制層を貫通し上記第１半導体
層に到達する開口部を形成することが好ましい。
【００２１】このことによって、第２半導体層の形成の
際に、第２半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶
が熱拡散抑制層の上面に沿って成長する。従って、第１
半導体層に発生した転位が第２半導体層にはほとんど伝
播しない。つまり、第２半導体層内には転位が非常に少
なくなる。このため、良好な結晶性を有するIII族窒化
物半導体基板が得られる。
際に、第２半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶
が熱拡散抑制層の上面に沿って成長する。従って、第１
半導体層に発生した転位が第２半導体層にはほとんど伝
播しない。つまり、第２半導体層内には転位が非常に少
なくなる。このため、良好な結晶性を有するIII族窒化
物半導体基板が得られる。
【００２２】上記熱拡散抑制層は、金属から形成されて
いてもよい。
いてもよい。
【００２３】上記熱拡散抑制層は、Ｎｉ、ＰｔおよびＴ
ｉのうちから選択される少なくともいずれか１つの金属
から形成されていてもよい。
ｉのうちから選択される少なくともいずれか１つの金属
から形成されていてもよい。
【００２４】上記熱拡散抑制層は、誘電体から形成され
ていてもよい。
ていてもよい。
【００２５】上記熱拡散抑制層は、シリコン酸化膜およ
びシリコン窒化膜のうちから選択される少なくともいず
れか１つの誘電体から形成されていてもよい。
びシリコン窒化膜のうちから選択される少なくともいず
れか１つの誘電体から形成されていてもよい。
【００２６】上記工程（ｅ）の後に、上記熱拡散抑制層
を除去する工程（ｆ）を含むことが好ましい。
を除去する工程（ｆ）を含むことが好ましい。
【００２７】上記工程（ｆ）では、上記熱拡散抑制層を
エッチングによって除去してもよい。
エッチングによって除去してもよい。
【００２８】上記工程（ｆ）では、上記熱拡散抑制層を
研磨によって除去してもよい。
研磨によって除去してもよい。
【００２９】上記基板は、上記第１のIII族窒化物半導
体よりも熱伝導率が低いことが好ましい。
体よりも熱伝導率が低いことが好ましい。
【００３０】このことによって、基板への熱の伝導も抑
えられ、より多くの熱を第１半導体層の分解に寄与させ
ることができる。
えられ、より多くの熱を第１半導体層の分解に寄与させ
ることができる。
【００３１】本発明の別のIII族窒化物半導体基板の製
造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、上記基板上に
III族窒化物半導体からなる第１半導体層を形成する工
程（ｂ）と、上記第１半導体層上に、光反射層を形成す
る工程（ｃ）と、上記光反射層上に、III族窒化物半導
体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）と、上記
基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される光ビ
ームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射する
ことによって、上記第１半導体層を分解する工程（ｅ）
とを含み、上記光反射層は、上記工程（ｅ）で照射され
る上記光ビームを反射する。
造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、上記基板上に
III族窒化物半導体からなる第１半導体層を形成する工
程（ｂ）と、上記第１半導体層上に、光反射層を形成す
る工程（ｃ）と、上記光反射層上に、III族窒化物半導
体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）と、上記
基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される光ビ
ームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射する
ことによって、上記第１半導体層を分解する工程（ｅ）
とを含み、上記光反射層は、上記工程（ｅ）で照射され
る上記光ビームを反射する。
【００３２】本発明によれば、光ビーム照射の際に、第
１半導体層の下部で吸収されなかったレーザビームが光
反射層に反射されて戻り、第１半導体層の熱分解に寄与
する。このため、第１半導体層を熱分解させるために必
要な光ビームの照射エネルギーのしきい値を従来よりも
低下させることができる。また、光ビームの照射エネル
ギーのしきい値を低下させる手段として、光ビームのビ
ーム径を大きくすることができる。従って、光ビームの
走査回数が従来よりも少なくしても、第１半導体層を完
全に分解するための熱量を供給することができ、生産性
が向上する。また、光ビームの走査回数が従来よりも少
なくなるので、第２半導体層が分離されて得られるIII
族窒化物半導体基板に割れが生じる危険性を低減でき
る。
１半導体層の下部で吸収されなかったレーザビームが光
反射層に反射されて戻り、第１半導体層の熱分解に寄与
する。このため、第１半導体層を熱分解させるために必
要な光ビームの照射エネルギーのしきい値を従来よりも
低下させることができる。また、光ビームの照射エネル
ギーのしきい値を低下させる手段として、光ビームのビ
ーム径を大きくすることができる。従って、光ビームの
走査回数が従来よりも少なくしても、第１半導体層を完
全に分解するための熱量を供給することができ、生産性
が向上する。また、光ビームの走査回数が従来よりも少
なくなるので、第２半導体層が分離されて得られるIII
族窒化物半導体基板に割れが生じる危険性を低減でき
る。
【００３３】上記第１半導体層は、上記光ビームのエネ
ルギーよりもバンドギャップの小さいIII族窒化物半導
体からなる第１層と、上記第１層上に形成された上記光
ビームのエネルギーよりもバンドギャップの大きいIII
族窒化物半導体からなる第２層とを有することが好まし
い。
ルギーよりもバンドギャップの小さいIII族窒化物半導
体からなる第１層と、上記第１層上に形成された上記光
ビームのエネルギーよりもバンドギャップの大きいIII
族窒化物半導体からなる第２層とを有することが好まし
い。
【００３４】このことによって、第２層では光ビームが
吸収されない。従って、第１半導体層の下部で吸収され
なかった光ビームが光反射層に反射される際に、減衰が
抑制される。このため、第１半導体層の熱分解に寄与す
る光ビームの照射エネルギーの利用効率は従来よりも大
きくなる。
吸収されない。従って、第１半導体層の下部で吸収され
なかった光ビームが光反射層に反射される際に、減衰が
抑制される。このため、第１半導体層の熱分解に寄与す
る光ビームの照射エネルギーの利用効率は従来よりも大
きくなる。
【００３５】上記工程（ｃ）では、上記光反射層を形成
した後、上記光反射層を貫通し上記第１半導体層に到達
する開口部を形成することが好ましい。
した後、上記光反射層を貫通し上記第１半導体層に到達
する開口部を形成することが好ましい。
【００３６】このことによって、第２半導体層の形成の
際に、第２半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶
が熱拡散抑制層の上面に沿って成長する。従って、第１
半導体層に発生した転位が第２半導体層にはほとんど伝
播しない。つまり、第２半導体層内には転位が非常に少
なくなる。このため、良好な結晶性を有するIII族窒化
物半導体基板が得られる。
際に、第２半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶
が熱拡散抑制層の上面に沿って成長する。従って、第１
半導体層に発生した転位が第２半導体層にはほとんど伝
播しない。つまり、第２半導体層内には転位が非常に少
なくなる。このため、良好な結晶性を有するIII族窒化
物半導体基板が得られる。
【００３７】上記光反射層は、誘電体から形成されてい
てもよい。
てもよい。
【００３８】上記光反射層は、シリコン酸化膜とチタン
酸化膜とが交互に積層された積層膜であってもよい。
酸化膜とが交互に積層された積層膜であってもよい。
【００３９】本発明のさらに別のIII族窒化物半導体基
板の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、上記基
板の内部に光散乱部を形成する工程（ｂ）と、上記基板
上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形成する工
程（ｃ）と、上記基板を透過し、且つ上記半導体層に吸
収される光ビームを、上記基板を介して上記半導体層に
照射することによって、上記半導体層の下部を分解する
工程（ｄ）とを含む。
板の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、上記基
板の内部に光散乱部を形成する工程（ｂ）と、上記基板
上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形成する工
程（ｃ）と、上記基板を透過し、且つ上記半導体層に吸
収される光ビームを、上記基板を介して上記半導体層に
照射することによって、上記半導体層の下部を分解する
工程（ｄ）とを含む。
【００４０】本発明によれば、光ビームが光散乱部によ
って散乱され、半導体層に到達したときのビーム径が大
きくなる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少
なくしても、第１半導体層を完全に分解するための熱量
を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビ
ームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第２半導
体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割
れが生じる危険性を低減できる。
って散乱され、半導体層に到達したときのビーム径が大
きくなる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少
なくしても、第１半導体層を完全に分解するための熱量
を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビ
ームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第２半導
体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割
れが生じる危険性を低減できる。
【００４１】上記工程（ｂ）では、上記基板にイオンを
注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形
成してもよい。
注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形
成してもよい。
【００４２】上記工程（ａ）の後に上記工程（ｃ）を行
ない、上記工程（ｂ）において、上記半導体層を介して
上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の
内部に光散乱部を形成し、上記工程（ｂ）と（ｄ）との
間に、上記半導体層上にIII族窒化物半導体からなるも
う１つの半導体層を形成する工程をさらに含んでもよ
い。
ない、上記工程（ｂ）において、上記半導体層を介して
上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の
内部に光散乱部を形成し、上記工程（ｂ）と（ｄ）との
間に、上記半導体層上にIII族窒化物半導体からなるも
う１つの半導体層を形成する工程をさらに含んでもよ
い。
【００４３】上記工程（ｂ）では、上記光散乱部として
上記基板の下部に複数の凹部を形成してもよい。
上記基板の下部に複数の凹部を形成してもよい。
【００４４】上記複数の凹部をプラズマ照射によって形
成してもよい。
成してもよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。なお、簡単のため、各実施形
態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
の実施の形態を説明する。なお、簡単のため、各実施形
態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【００４６】（実施形態１）本発明の実施形態１におけ
るＧａＮ基板の製造方法を、図１を参照しながら説明す
る。図１は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す
工程断面図である。
るＧａＮ基板の製造方法を、図１を参照しながら説明す
る。図１は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す
工程断面図である。
【００４７】まず、図１（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キ
ャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上
に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。
再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚
さ２００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。次いで、温度
を７００℃まで下げ、III族原料にトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料にアンモニアを用いて、Ｇａ
Ｎ層１２上に厚さ５０ｎｍのＩｎＮ層１３を形成する。
その後、室温まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉
内から取り出す。
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キ
ャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上
に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。
再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚
さ２００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。次いで、温度
を７００℃まで下げ、III族原料にトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料にアンモニアを用いて、Ｇａ
Ｎ層１２上に厚さ５０ｎｍのＩｎＮ層１３を形成する。
その後、室温まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉
内から取り出す。
【００４８】次に、図１（ｂ）に示す工程で、ＧａＮ層
１２およびＩｎＮ層１３が形成されたサファイア基板１
１をＨＶＰＥ炉内に導入する。次いで、III族ラインか
らＧａＣｌ、Ｖ族ラインから窒素キャリアガスとともに
アンモニアガスを供給することによって、ＩｎＮ層１３
上にＧａＮ層１４を形成する。III族ラインから供給さ
れるＧａＣｌは、具体的には、９００℃に加熱したＧａ
メタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとし
てＨＣｌガスを導入することによって生成される。この
とき、サファイア基板１１を１０５０℃まで加熱し、Ｇ
ａＮ層１４を５０μｍ／時の形成速度で６時間成長さ
せ、最終的にＧａＮ層１４の厚さを３００μｍにする。
この後、基板を室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り
出す。
１２およびＩｎＮ層１３が形成されたサファイア基板１
１をＨＶＰＥ炉内に導入する。次いで、III族ラインか
らＧａＣｌ、Ｖ族ラインから窒素キャリアガスとともに
アンモニアガスを供給することによって、ＩｎＮ層１３
上にＧａＮ層１４を形成する。III族ラインから供給さ
れるＧａＣｌは、具体的には、９００℃に加熱したＧａ
メタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとし
てＨＣｌガスを導入することによって生成される。この
とき、サファイア基板１１を１０５０℃まで加熱し、Ｇ
ａＮ層１４を５０μｍ／時の形成速度で６時間成長さ
せ、最終的にＧａＮ層１４の厚さを３００μｍにする。
この後、基板を室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り
出す。
【００４９】次に、図１（ｃ）に示す工程で、レーザビ
ームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基
板１１を介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査し
ながら照射する。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）で、照射エネルギ
ー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のレーザ
ビーム径は１ｍｍである。レーザビームの波長に対して
サファイア基板１１は透明であるので、レーザビームは
サファイア基板１１を透過する。ＧａＮの吸収端波長は
３６０〜３７０ｎｍであるので、透過したレーザビーム
は、サファイア基板１１の上に形成されたＧａＮ層１２
で吸収され、ＧａＮ層１２が分解される。
ームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基
板１１を介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査し
ながら照射する。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）で、照射エネルギ
ー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のレーザ
ビーム径は１ｍｍである。レーザビームの波長に対して
サファイア基板１１は透明であるので、レーザビームは
サファイア基板１１を透過する。ＧａＮの吸収端波長は
３６０〜３７０ｎｍであるので、透過したレーザビーム
は、サファイア基板１１の上に形成されたＧａＮ層１２
で吸収され、ＧａＮ層１２が分解される。
【００５０】次に、図１（ｄ）に示す工程で、サファイ
ア基板１１と、ＩｎＮ層１３およびＧａＮ層１４とを分
離する。このとき、上記図１（ｃ）に示す工程において
ＧａＮ層１２が分解されているので、サファイア基板１
１と、ＩｎＮ層１３およびＧａＮ層１４とを分離するこ
とは容易である。
ア基板１１と、ＩｎＮ層１３およびＧａＮ層１４とを分
離する。このとき、上記図１（ｃ）に示す工程において
ＧａＮ層１２が分解されているので、サファイア基板１
１と、ＩｎＮ層１３およびＧａＮ層１４とを分離するこ
とは容易である。
【００５１】次に、図１（ｅ）に示す工程で、ＧａＮ層
１４の下に形成されているＩｎＮ層１３を研磨により除
去する。このことにより、自立したＧａＮ基板１４ａが
得られる。ＩｎＮ層１３が除去されていないＧａＮ基板
にデバイスを作製した場合、放熱が悪くなり、デバイス
の特性に影響を及ぼす可能性がある。従って、ＩｎＮ層
１３を除去することが好ましい。
１４の下に形成されているＩｎＮ層１３を研磨により除
去する。このことにより、自立したＧａＮ基板１４ａが
得られる。ＩｎＮ層１３が除去されていないＧａＮ基板
にデバイスを作製した場合、放熱が悪くなり、デバイス
の特性に影響を及ぼす可能性がある。従って、ＩｎＮ層
１３を除去することが好ましい。
【００５２】上述の本実施形態の方法では、ＧａＮ層１
２とＧａＮ層１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導
率の低いＩｎＮ層１３形成する。ＩｎＮの熱伝導率は
０．８Ｗ／ｃｍ・Ｋであり、ＧａＮの熱伝導率１．３Ｗ
／ｃｍ・Ｋよりも小さい。このため、ＧａＮ層１２にお
けるレーザビームの吸収により発生した熱は、ＩｎＮ層
１３を伝導しにくい。つまり、ＩｎＮ層１３は熱拡散を
抑制する。従って、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の
分解に寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解でき
る。
２とＧａＮ層１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導
率の低いＩｎＮ層１３形成する。ＩｎＮの熱伝導率は
０．８Ｗ／ｃｍ・Ｋであり、ＧａＮの熱伝導率１．３Ｗ
／ｃｍ・Ｋよりも小さい。このため、ＧａＮ層１２にお
けるレーザビームの吸収により発生した熱は、ＩｎＮ層
１３を伝導しにくい。つまり、ＩｎＮ層１３は熱拡散を
抑制する。従って、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の
分解に寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解でき
る。
【００５３】さらに本実施形態では、ＧａＮ層１２より
も熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．
４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイ
ア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧ
ａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
も熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．
４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイ
ア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧ
ａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
【００５４】従って、レーザビームの走査回数が従来よ
りも少なくしても、ＧａＮ層１２を完全に分解するため
の熱量を供給することができ、生産性が向上する。ま
た、レーザビームの走査回数が従来よりも少なくなるの
で、ＧａＮ基板１４ａに割れが生じる危険性を低減でき
る。
りも少なくしても、ＧａＮ層１２を完全に分解するため
の熱量を供給することができ、生産性が向上する。ま
た、レーザビームの走査回数が従来よりも少なくなるの
で、ＧａＮ基板１４ａに割れが生じる危険性を低減でき
る。
【００５５】なお、本実施形態では、ＧａＮ層１２より
も熱伝導率の低い層としてＩｎＮ層１３を形成したが、
代わりにＩｎxＧａ1-xＮ層（０＜ｘ＜１）を形成しても
よい。一般に、混晶半導体の熱伝導率は、２元化合物に
比べて小さくなる傾向がある。つまり、ＩｎxＧａ1-xＮ
の熱伝導率は、Ｉｎの組成比に関わらずＧａＮの熱伝導
率よりも小さいので、ＧａＮ層１２におけるレーザビー
ムの吸収により発生した熱は、ＩｎＮ層よりも伝導しに
くい。このため、ＧａＮ層１２をより効率良く分解でき
る。
も熱伝導率の低い層としてＩｎＮ層１３を形成したが、
代わりにＩｎxＧａ1-xＮ層（０＜ｘ＜１）を形成しても
よい。一般に、混晶半導体の熱伝導率は、２元化合物に
比べて小さくなる傾向がある。つまり、ＩｎxＧａ1-xＮ
の熱伝導率は、Ｉｎの組成比に関わらずＧａＮの熱伝導
率よりも小さいので、ＧａＮ層１２におけるレーザビー
ムの吸収により発生した熱は、ＩｎＮ層よりも伝導しに
くい。このため、ＧａＮ層１２をより効率良く分解でき
る。
【００５６】なお、ＩｎＮ層１３の厚さが臨界膜厚を越
えると、ＩｎＮ層１３の内部に発生する結晶欠陥が増加
し、クラックが生じることもある。ＩｎＮ層１３の内部
に結晶欠陥が増加したり、クラックが発生すると、Ｉｎ
Ｎ層１３の上に形成されるＧａＮ層１４に転位が発生し
やすくなる。このため、ＩｎＮ層１３の厚さは、臨界膜
厚を越えないことが好ましい。
えると、ＩｎＮ層１３の内部に発生する結晶欠陥が増加
し、クラックが生じることもある。ＩｎＮ層１３の内部
に結晶欠陥が増加したり、クラックが発生すると、Ｉｎ
Ｎ層１３の上に形成されるＧａＮ層１４に転位が発生し
やすくなる。このため、ＩｎＮ層１３の厚さは、臨界膜
厚を越えないことが好ましい。
【００５７】（実施形態２）本発明の実施形態２におけ
るＧａＮ基板の製造方法を、図２を参照しながら説明す
る。図２は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す
工程断面図である。
るＧａＮ基板の製造方法を、図２を参照しながら説明す
る。図２は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す
工程断面図である。
【００５８】まず、図２（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キ
ャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上
に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。
再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚
さ２００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。その後、室温
まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出
す。
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キ
ャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上
に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。
再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚
さ２００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。その後、室温
まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出
す。
【００５９】次に、図２（ｂ）に示す工程で、蒸着法に
よりＧａＮ層１２上に厚さ２００ｎｍのＮｉ層を形成す
る。続いて、このＮｉ層をパターニングすることによっ
て、開口部２３ａを有するＮｉ膜２３を形成する。この
とき、Ｎｉ層のパターニングは、フォトリソグラフィー
およびエッチングによって行ない、図３に示すような、
ＧａＮ層１２に到達する直径２．５μｍの円形の開口部
２３ａを形成する。開口部２３ａは、ＧａＮ層１２の<1
1-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態では５μｍ）で１
列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方向に隣接する各列
の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施形態では２．５μ
ｍ）だけずらして配置されている。なお、本明細書中で
は、<11-20>方向とは、
よりＧａＮ層１２上に厚さ２００ｎｍのＮｉ層を形成す
る。続いて、このＮｉ層をパターニングすることによっ
て、開口部２３ａを有するＮｉ膜２３を形成する。この
とき、Ｎｉ層のパターニングは、フォトリソグラフィー
およびエッチングによって行ない、図３に示すような、
ＧａＮ層１２に到達する直径２．５μｍの円形の開口部
２３ａを形成する。開口部２３ａは、ＧａＮ層１２の<1
1-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態では５μｍ）で１
列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方向に隣接する各列
の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施形態では２．５μ
ｍ）だけずらして配置されている。なお、本明細書中で
は、<11-20>方向とは、
【００６０】
【数１】
【００６１】のことを指し、<1-100>方向とは、
【００６２】
【数２】
【００６３】のことを指す。
【００６４】次に、図２（ｃ）に示す工程で、上記図２
（ｂ）に示す工程で得られた基板をＨＶＰＥ炉内に導入
する。次いで、８００℃、窒素およびアンモニア雰囲気
中で１０分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を
除去した後、基板上にＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ
層１４の形成方法は、上記実施形態１の図１（ｂ）に示
す工程で行なう方法と同じである。
（ｂ）に示す工程で得られた基板をＨＶＰＥ炉内に導入
する。次いで、８００℃、窒素およびアンモニア雰囲気
中で１０分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を
除去した後、基板上にＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ
層１４の形成方法は、上記実施形態１の図１（ｂ）に示
す工程で行なう方法と同じである。
【００６５】このとき、ＧａＮ結晶は、Ｎｉ膜２３上に
は成長せず、開口部２３ａ内に露出したＧａＮ層１２上
から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに続けてい
くと、開口部２３ａ内に露出したＧａＮ層１２から成長
したＧａＮ結晶は、Ｎｉ膜２３上をＮｉ膜２３の上面に
沿って成長し、隣接する開口部２３ａから成長したＧａ
Ｎ結晶と共にＮｉ膜２３を覆う。続いて、さらにＮｉ膜
２３を覆うＧａＮ結晶の上にＧａＮ結晶が成長し、Ｇａ
Ｎ層１４は形成される。このようにしてＧａＮ層１４の
厚さを３００μｍまで成長させた後、室温まで冷却し、
ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
は成長せず、開口部２３ａ内に露出したＧａＮ層１２上
から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに続けてい
くと、開口部２３ａ内に露出したＧａＮ層１２から成長
したＧａＮ結晶は、Ｎｉ膜２３上をＮｉ膜２３の上面に
沿って成長し、隣接する開口部２３ａから成長したＧａ
Ｎ結晶と共にＮｉ膜２３を覆う。続いて、さらにＮｉ膜
２３を覆うＧａＮ結晶の上にＧａＮ結晶が成長し、Ｇａ
Ｎ層１４は形成される。このようにしてＧａＮ層１４の
厚さを３００μｍまで成長させた後、室温まで冷却し、
ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【００６６】次に、図２（ｄ）に示す工程で、上記実施
形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の
下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２
の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレ
ーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５
５ｎｍ）で、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス
幅５ｎｓ、照射時のレーザビーム径は１ｍｍである。Ｇ
ａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波
長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層１２で吸
収され、発熱する。このことによって、ＧａＮ層１２が
分解される。
形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の
下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２
の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレ
ーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５
５ｎｍ）で、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス
幅５ｎｓ、照射時のレーザビーム径は１ｍｍである。Ｇ
ａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波
長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層１２で吸
収され、発熱する。このことによって、ＧａＮ層１２が
分解される。
【００６７】次に、図２（ｅ）に示す工程で、サファイ
ア基板１１と、Ｎｉ膜２３およびＧａＮ層１４とを分離
する。このとき、上記図２（ｄ）に示す工程においてＧ
ａＮ層１２が分解されているので、サファイア基板１１
と、Ｎｉ膜２３およびＧａＮ層１４とを分離することは
容易である。
ア基板１１と、Ｎｉ膜２３およびＧａＮ層１４とを分離
する。このとき、上記図２（ｄ）に示す工程においてＧ
ａＮ層１２が分解されているので、サファイア基板１１
と、Ｎｉ膜２３およびＧａＮ層１４とを分離することは
容易である。
【００６８】次に、図２（ｆ）に示す工程で、ＧａＮ層
１４の下に形成されているＮｉ膜２３を、硝酸を用いた
ウエットエッチングにより除去する。このことにより、
自立したＧａＮ基板１４ａが得られる。Ｎｉ膜２３が除
去されていないＧａＮ基板にデバイスを作製した場合、
Ｎｉ膜２３は熱伝導率が小さいので、デバイスの放熱特
性が悪くなり、デバイスの性能に影響を及ぼす可能性が
ある。従って、Ｎｉ膜２３を除去することが好ましい。
なお、Ｎｉ膜２３の除去は、研磨によって行なってもよ
い。
１４の下に形成されているＮｉ膜２３を、硝酸を用いた
ウエットエッチングにより除去する。このことにより、
自立したＧａＮ基板１４ａが得られる。Ｎｉ膜２３が除
去されていないＧａＮ基板にデバイスを作製した場合、
Ｎｉ膜２３は熱伝導率が小さいので、デバイスの放熱特
性が悪くなり、デバイスの性能に影響を及ぼす可能性が
ある。従って、Ｎｉ膜２３を除去することが好ましい。
なお、Ｎｉ膜２３の除去は、研磨によって行なってもよ
い。
【００６９】本実施形態の方法では、ＧａＮ層１２とＧ
ａＮ層１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率の低
いＮｉ膜２３形成する。ＡｇやＣｕなどの金属は熱伝導
率が大きいが、Ｎｉは熱伝導率が０．８４Ｗ／ｃｍ・Ｋ
であり、ＧａＮの熱伝導率よりも小さい。このため、Ｇ
ａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により発生した
熱は、Ｎｉ膜２３に伝導しにくい。つまり、Ｎｉ膜２３
は熱拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半はＧａ
Ｎ層１２の分解に寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良
く分解できる。
ａＮ層１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率の低
いＮｉ膜２３形成する。ＡｇやＣｕなどの金属は熱伝導
率が大きいが、Ｎｉは熱伝導率が０．８４Ｗ／ｃｍ・Ｋ
であり、ＧａＮの熱伝導率よりも小さい。このため、Ｇ
ａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により発生した
熱は、Ｎｉ膜２３に伝導しにくい。つまり、Ｎｉ膜２３
は熱拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半はＧａ
Ｎ層１２の分解に寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良
く分解できる。
【００７０】さらに本実施形態では、ＧａＮ層１２より
も熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．
４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイ
ア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧ
ａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
も熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．
４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイ
ア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧ
ａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
【００７１】ＧａＮよりも熱伝導率が小さく、且つＧａ
Ｎの成長温度（１０５０℃）以上の融点を有する金属材
料として、Ｎｉの他にＰｔ（０．７１Ｗ／ｃｍ・Ｋ）、
Ｔｉ（０．２２Ｗ／ｃｍ・Ｋ）が挙げられる。従って、
これらの金属からなる膜を、Ｎｉ膜２３の代わりに用い
てもよい。また、金属材料において、熱は格子振動と自
由電子により伝えられるが、一般に自由電子による熱輸
送が支配的である。しかし、合金では自由電子の数が減
少し、格子振動による熱輸送が支配的になるため、熱伝
導率は合金の成分金属よりも小さくなる傾向がある。従
って、Ｎｉ膜２３の代わりに合金膜を用いてもよい。
Ｎの成長温度（１０５０℃）以上の融点を有する金属材
料として、Ｎｉの他にＰｔ（０．７１Ｗ／ｃｍ・Ｋ）、
Ｔｉ（０．２２Ｗ／ｃｍ・Ｋ）が挙げられる。従って、
これらの金属からなる膜を、Ｎｉ膜２３の代わりに用い
てもよい。また、金属材料において、熱は格子振動と自
由電子により伝えられるが、一般に自由電子による熱輸
送が支配的である。しかし、合金では自由電子の数が減
少し、格子振動による熱輸送が支配的になるため、熱伝
導率は合金の成分金属よりも小さくなる傾向がある。従
って、Ｎｉ膜２３の代わりに合金膜を用いてもよい。
【００７２】なお、図２（ｂ）に示す工程において、Ｎ
ｉ膜２３の表面をシリコン酸化膜などで被覆してもよ
い。このことによって、アンモニアあるいは水素等とＮ
ｉ膜２３が化学反応を起こすのを防ぐことができる。勿
論、Ｎｉ膜２３の代わりに上述のＰｔ膜、Ｔｉ膜、合金
膜を用いた場合も、これらの金属膜の表面をシリコン酸
化膜などで被覆してもよい。
ｉ膜２３の表面をシリコン酸化膜などで被覆してもよ
い。このことによって、アンモニアあるいは水素等とＮ
ｉ膜２３が化学反応を起こすのを防ぐことができる。勿
論、Ｎｉ膜２３の代わりに上述のＰｔ膜、Ｔｉ膜、合金
膜を用いた場合も、これらの金属膜の表面をシリコン酸
化膜などで被覆してもよい。
【００７３】本実施形態では、ＧａＮ層１４の形成の際
に、ＧａＮ結晶がＮｉ膜２３上をＮｉ膜２３の上面に沿
って成長するので、ＧａＮ層１２に発生した転位がＧａ
Ｎ層１４にはほとんど伝播しない。つまり、ＧａＮ層１
４内には転位が非常に少なくなる。このため、本実施形
態では良好な結晶性を有するＧａＮ基板を作製すること
が可能である。
に、ＧａＮ結晶がＮｉ膜２３上をＮｉ膜２３の上面に沿
って成長するので、ＧａＮ層１２に発生した転位がＧａ
Ｎ層１４にはほとんど伝播しない。つまり、ＧａＮ層１
４内には転位が非常に少なくなる。このため、本実施形
態では良好な結晶性を有するＧａＮ基板を作製すること
が可能である。
【００７４】また、本実施形態では円形の開口部２３ａ
を有するＮｉ膜２３を形成したが、開口部２３ａの形状
はこれに限定されない。開口部２３ａの形状として、例
えば、ストライプ状、矩形状であっても良い。いずれの
形状の開口部を設けた場合においても、開口部内に露出
するＧａＮ層１２の上面の面積が小さいほど、熱拡散を
防止する効果が大きい。
を有するＮｉ膜２３を形成したが、開口部２３ａの形状
はこれに限定されない。開口部２３ａの形状として、例
えば、ストライプ状、矩形状であっても良い。いずれの
形状の開口部を設けた場合においても、開口部内に露出
するＧａＮ層１２の上面の面積が小さいほど、熱拡散を
防止する効果が大きい。
【００７５】さらに、本実施形態では開口部２３ａが、
ＧａＮ層１２の<11-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態
では５μｍ）で１列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方
向に隣接する各列の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施
形態では２．５μｍ）だけずらして配置されている。開
口部２３ａをこのように配置にすると、ＧａＮ結晶は六
方最密構造であるため、結晶の成長面がＮｉ膜２３の上
では開口部２３ａを中心とする六角形の各辺となる。従
って、互いに隣接する開口部２３ａから成長したＧａＮ
結晶が接触する際には、格子欠陥が生じにくい。つま
り、より格子欠陥の少ないＧａＮ層１４を形成すること
ができ、良質なＧａＮ基板が得られる。
ＧａＮ層１２の<11-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態
では５μｍ）で１列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方
向に隣接する各列の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施
形態では２．５μｍ）だけずらして配置されている。開
口部２３ａをこのように配置にすると、ＧａＮ結晶は六
方最密構造であるため、結晶の成長面がＮｉ膜２３の上
では開口部２３ａを中心とする六角形の各辺となる。従
って、互いに隣接する開口部２３ａから成長したＧａＮ
結晶が接触する際には、格子欠陥が生じにくい。つま
り、より格子欠陥の少ないＧａＮ層１４を形成すること
ができ、良質なＧａＮ基板が得られる。
【００７６】なお、本実施形態では、開口部２３ａを有
するＮｉ膜２３ｂを、ＧａＮ層１４の横方向成長のため
のマスクとしても使用する。このため、新たにＧａＮ層
１４の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無
く、製造工程を簡略化することができる。
するＮｉ膜２３ｂを、ＧａＮ層１４の横方向成長のため
のマスクとしても使用する。このため、新たにＧａＮ層
１４の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無
く、製造工程を簡略化することができる。
【００７７】（実施形態３）本発明の実施形態３におけ
るＧａＮ基板の製造方法を、図４を参照しながら説明す
る。図４は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す
工程断面図である。
るＧａＮ基板の製造方法を、図４を参照しながら説明す
る。図４は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す
工程断面図である。
【００７８】まず、図４（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃の水素雰囲気中でサファイア基板１１を熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニアを用
いて、サファイア基板１１上に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩
衝層（不図示）を形成する。再び温度を１０５０℃まで
上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層１
２を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板
をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃の水素雰囲気中でサファイア基板１１を熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニアを用
いて、サファイア基板１１上に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩
衝層（不図示）を形成する。再び温度を１０５０℃まで
上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層１
２を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板
をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
【００７９】次に、図４（ｂ）に示す工程で、スパッタ
法により、ＧａＮ層１２上に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2
層を形成する。続いて、このＳｉＯ2層をパターニング
することによって開口部４３ａを有するシリコン酸化膜
４３を形成する。このとき、ＳｉＯ2層のパターニング
は、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて行
ない、図３に示す上記実施形態２との開口部２３ａと同
様の、ＧａＮ層１２に到達する直径２．５μｍの円形の
開口部４３ａを形成する。開口部２３ａは、ＧａＮ層１
２の<11-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態では５μ
ｍ）で１列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方向に隣接
する各列の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施形態では
２．５μｍ）だけずらして配置されている。
法により、ＧａＮ層１２上に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2
層を形成する。続いて、このＳｉＯ2層をパターニング
することによって開口部４３ａを有するシリコン酸化膜
４３を形成する。このとき、ＳｉＯ2層のパターニング
は、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて行
ない、図３に示す上記実施形態２との開口部２３ａと同
様の、ＧａＮ層１２に到達する直径２．５μｍの円形の
開口部４３ａを形成する。開口部２３ａは、ＧａＮ層１
２の<11-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態では５μ
ｍ）で１列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方向に隣接
する各列の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施形態では
２．５μｍ）だけずらして配置されている。
【００８０】次に、図４（ｃ）に示す工程で、上記図４
（ｂ）に示す工程で得られた基板をＨＶＰＥ炉内に導入
する。次いで、８００℃、窒素およびアンモニア雰囲気
中で１０分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を
除去した後、基板上にＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ
層１４の形成方法は、上記実施形態１の図１（ｂ）に示
す工程で行なう方法と同じである。
（ｂ）に示す工程で得られた基板をＨＶＰＥ炉内に導入
する。次いで、８００℃、窒素およびアンモニア雰囲気
中で１０分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を
除去した後、基板上にＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ
層１４の形成方法は、上記実施形態１の図１（ｂ）に示
す工程で行なう方法と同じである。
【００８１】このとき、ＧａＮ結晶は、シリコン酸化膜
４３上には成長せず、開口部４３ａ内に露出したＧａＮ
層１２上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに
続けていくと、開口部４３ａ内に露出したＧａＮ層１２
から成長したＧａＮ結晶は、シリコン酸化膜４３上をシ
リコン酸化膜４３の上面に沿って成長し、最終的に隣接
する開口部４３ａから成長したＧａＮ結晶と共にシリコ
ン酸化膜４３を覆う。続いて、さらにシリコン酸化膜４
３を覆うＧａＮ結晶の上にＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ
層１４は形成される。このようにしてＧａＮ層１４の厚
さを３００μｍまで成長させた後、室温まで冷却し、Ｈ
ＶＰＥ炉内から取り出す。
４３上には成長せず、開口部４３ａ内に露出したＧａＮ
層１２上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに
続けていくと、開口部４３ａ内に露出したＧａＮ層１２
から成長したＧａＮ結晶は、シリコン酸化膜４３上をシ
リコン酸化膜４３の上面に沿って成長し、最終的に隣接
する開口部４３ａから成長したＧａＮ結晶と共にシリコ
ン酸化膜４３を覆う。続いて、さらにシリコン酸化膜４
３を覆うＧａＮ結晶の上にＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ
層１４は形成される。このようにしてＧａＮ層１４の厚
さを３００μｍまで成長させた後、室温まで冷却し、Ｈ
ＶＰＥ炉内から取り出す。
【００８２】次に、図４（ｄ）に示す工程で、上記実施
形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の
下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２
の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレ
ーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５
５ｎｍ）で、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス
幅５ｎｓ、照射時のレーザビーム径は１ｍｍである。Ｇ
ａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波
長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層１２で吸
収され、発熱する。このことによって、ＧａＮ層１２が
分解される。
形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の
下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２
の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレ
ーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５
５ｎｍ）で、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス
幅５ｎｓ、照射時のレーザビーム径は１ｍｍである。Ｇ
ａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波
長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層１２で吸
収され、発熱する。このことによって、ＧａＮ層１２が
分解される。
【００８３】次に、図４（ｅ）に示す工程で、サファイ
ア基板１１と、シリコン酸化膜４３およびＧａＮ層１４
とを分離する。このとき、上記図４（ｄ）に示す工程に
おいてＧａＮ層１２が分解されているので、サファイア
基板１１と、シリコン酸化膜４３およびＧａＮ層１４と
を分離することは容易である。
ア基板１１と、シリコン酸化膜４３およびＧａＮ層１４
とを分離する。このとき、上記図４（ｄ）に示す工程に
おいてＧａＮ層１２が分解されているので、サファイア
基板１１と、シリコン酸化膜４３およびＧａＮ層１４と
を分離することは容易である。
【００８４】次に、図４（ｆ）に示す工程で、ＧａＮ層
１４の下に形成されているシリコン酸化膜４３を、フッ
酸とフッ化アンモニウムからなる溶液を用いたウエット
エッチングにより除去する。このことにより、自立した
ＧａＮ基板１４ａが得られる。シリコン酸化膜４３が除
去されていないＧａＮ基板にデバイスを作製した場合、
シリコン酸化膜４３は熱伝導率が小さいので、デバイス
の放熱特性が悪くなり、デバイスの性能に影響を及ぼす
可能性がある。従って、シリコン酸化膜４３を除去する
ことが好ましい。なお、シリコン酸化膜４３の除去は、
研磨によって行なってもよい。
１４の下に形成されているシリコン酸化膜４３を、フッ
酸とフッ化アンモニウムからなる溶液を用いたウエット
エッチングにより除去する。このことにより、自立した
ＧａＮ基板１４ａが得られる。シリコン酸化膜４３が除
去されていないＧａＮ基板にデバイスを作製した場合、
シリコン酸化膜４３は熱伝導率が小さいので、デバイス
の放熱特性が悪くなり、デバイスの性能に影響を及ぼす
可能性がある。従って、シリコン酸化膜４３を除去する
ことが好ましい。なお、シリコン酸化膜４３の除去は、
研磨によって行なってもよい。
【００８５】本実施形態では、ＧａＮ層１２とＧａＮ層
１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率の低いシリ
コン酸化膜４３を形成する。シリコン酸化膜４３を形成
しているＳｉＯ2の熱伝導率は０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ
であり、ＧａＮよりも熱伝導率が非常に小さく、また、
上記実施形態２で用いた金属膜に比べても小さい。この
ため、ＧａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により
発生した熱は、シリコン酸化膜４３を伝導しにくい。つ
まり、シリコン酸化膜４３は熱拡散を抑制する効果が高
い。従って、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の分解に
寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解できる。
１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率の低いシリ
コン酸化膜４３を形成する。シリコン酸化膜４３を形成
しているＳｉＯ2の熱伝導率は０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ
であり、ＧａＮよりも熱伝導率が非常に小さく、また、
上記実施形態２で用いた金属膜に比べても小さい。この
ため、ＧａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により
発生した熱は、シリコン酸化膜４３を伝導しにくい。つ
まり、シリコン酸化膜４３は熱拡散を抑制する効果が高
い。従って、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の分解に
寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解できる。
【００８６】本実施形態のシリコン酸化膜４３のような
非金属材料では、自由電子による熱伝導がない。さら
に、誘電体のような非結晶性材料では原子配列が不規則
であるので、熱伝導の効率が悪い。このため、非金属材
料であり且つ非結晶性材料の熱伝導率は一般に、金属お
よび結晶性材料にくらべて熱伝導率は小さい。従って、
本実施形態のシリコン酸化膜４３の代わりに、非金属材
料であり且つ非結晶性材料からなる膜として、例えば窒
化シリコン（熱伝導率：０．１８Ｗ／ｃｍ・Ｋ）からな
る膜を用いてもよい。
非金属材料では、自由電子による熱伝導がない。さら
に、誘電体のような非結晶性材料では原子配列が不規則
であるので、熱伝導の効率が悪い。このため、非金属材
料であり且つ非結晶性材料の熱伝導率は一般に、金属お
よび結晶性材料にくらべて熱伝導率は小さい。従って、
本実施形態のシリコン酸化膜４３の代わりに、非金属材
料であり且つ非結晶性材料からなる膜として、例えば窒
化シリコン（熱伝導率：０．１８Ｗ／ｃｍ・Ｋ）からな
る膜を用いてもよい。
【００８７】さらに本実施形態では、ＧａＮ層１２より
も熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．
４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイ
ア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧ
ａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
も熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．
４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイ
ア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧ
ａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
【００８８】また、本実施形態においても上記実施形態
２と同様に、ＧａＮ結晶はシリコン酸化膜４３上をシリ
コン酸化膜４３の上面に沿って成長するので、ＧａＮ層
１４には転位が伝播しにくい。このため、本実施形態に
よれば、良好な結晶性を有するＧａＮ基板を作製するこ
とができる。
２と同様に、ＧａＮ結晶はシリコン酸化膜４３上をシリ
コン酸化膜４３の上面に沿って成長するので、ＧａＮ層
１４には転位が伝播しにくい。このため、本実施形態に
よれば、良好な結晶性を有するＧａＮ基板を作製するこ
とができる。
【００８９】また、本実施形態では円形の開口部４３ａ
を有するシリコン酸化膜４３を形成したが、開口部４３
ａの形状はこれに限定されない。開口部４３ａの形状と
して、例えば、ストライプ状、矩形状であっても良い。
いずれの形状の開口部を設けた場合においても、開口部
内に露出するＧａＮ層１２の上面の面積が小さいほど、
熱拡散を防止する効果が大きい。
を有するシリコン酸化膜４３を形成したが、開口部４３
ａの形状はこれに限定されない。開口部４３ａの形状と
して、例えば、ストライプ状、矩形状であっても良い。
いずれの形状の開口部を設けた場合においても、開口部
内に露出するＧａＮ層１２の上面の面積が小さいほど、
熱拡散を防止する効果が大きい。
【００９０】さらに本実施形態では、開口部４３ａが上
記実施形態２と同様に設けられているので、より格子欠
陥の少ないＧａＮ層１４を形成することができ、良質な
ＧａＮ基板が得られる。
記実施形態２と同様に設けられているので、より格子欠
陥の少ないＧａＮ層１４を形成することができ、良質な
ＧａＮ基板が得られる。
【００９１】なお、本実施形態では、シリコン酸化膜４
３を、ＧａＮ層１４の横方向成長のためのマスクとして
も使用する。このため、新たにＧａＮ層１４の横方向成
長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡
略化することができる。
３を、ＧａＮ層１４の横方向成長のためのマスクとして
も使用する。このため、新たにＧａＮ層１４の横方向成
長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡
略化することができる。
【００９２】上記実施形態１〜３において、ＧａＮおよ
びＧａＮよりも熱伝導率の低い材料の例を以下の表１に
示す。上記実施形態１〜３における、ＧａＮよりも熱伝
導率の低いＩｎＮ層１３、Ｎｉ膜２３およびシリコン酸
化膜４３を、それぞれ表１に示す材料から形成される膜
にしてもよい。
びＧａＮよりも熱伝導率の低い材料の例を以下の表１に
示す。上記実施形態１〜３における、ＧａＮよりも熱伝
導率の低いＩｎＮ層１３、Ｎｉ膜２３およびシリコン酸
化膜４３を、それぞれ表１に示す材料から形成される膜
にしてもよい。
【００９３】
【表１】
【００９４】（実施形態４）本発明の実施形態４におけ
るＧａＮ基板の製造方法について、図５を参照しながら
説明する。図５は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法
を表す工程断面図である。
るＧａＮ基板の製造方法について、図５を参照しながら
説明する。図５は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法
を表す工程断面図である。
【００９５】まず、図５（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キ
ャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上
に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。
再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚
さ３００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。その後、室温
まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出
す。
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キ
ャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上
に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。
再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚
さ３００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。その後、室温
まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出
す。
【００９６】なお、サファイア基板１１上に、ＧａＮ緩
衝層を形成せずにＧａＮ層２１を形成してもよい。ま
た、キャリアガスとしてＮ2や、Ｎ2とＨ2の混合ガスを
用いてもよい。
衝層を形成せずにＧａＮ層２１を形成してもよい。ま
た、キャリアガスとしてＮ2や、Ｎ2とＨ2の混合ガスを
用いてもよい。
【００９７】次に、図５（ｂ）に示す工程で、スパッタ
法により、ＧａＮ層１２上に厚さ６１ｎｍのＳｉＯ2層
と、厚さ３５ｎｍのＴｉＯ2層とを交互に形成し、高反
射率膜５３を形成する。本実施形態では、高反射率膜５
３は、５層のＳｉＯ2層と４層のＴｉＯ2層の合計９層か
らなる膜となっている。なお、本実施形態で形成される
高反射率膜５３のＮｄ：ＹＡＧレーザビームの３次高調
波に対する反射率は約９７％である。
法により、ＧａＮ層１２上に厚さ６１ｎｍのＳｉＯ2層
と、厚さ３５ｎｍのＴｉＯ2層とを交互に形成し、高反
射率膜５３を形成する。本実施形態では、高反射率膜５
３は、５層のＳｉＯ2層と４層のＴｉＯ2層の合計９層か
らなる膜となっている。なお、本実施形態で形成される
高反射率膜５３のＮｄ：ＹＡＧレーザビームの３次高調
波に対する反射率は約９７％である。
【００９８】次に、図５（ｃ）に示す工程で、上記実施
形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の
下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２
の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレ
ーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５
５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．２６Ｊ／ｃｍ2、
パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は７ｍｍである。
形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の
下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２
の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレ
ーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５
５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．２６Ｊ／ｃｍ2、
パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は７ｍｍである。
【００９９】ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍ
であるので、レーザビームはサファイア基板１１を透過
し、ＧａＮ層１２に吸収される。その結果、ＧａＮ層１
２の下部は加熱され、熱分解される。このことによっ
て、ＧａＮ層１２の下部にＧａ金属部５４が形成され、
窒素ガスが発散する。このとき、サファイア基板１１と
ＧａＮ層１２とは、レーザビーム照射後も完全に分離せ
ず、Ｇａ金属部５４により弱く接着している。ＧａＮ層
１２は薄く、ハンドリングが困難であるため、サファイ
ア基板１１上にＧａＮ層１２を載せたまま、以降の工程
を行なう。
であるので、レーザビームはサファイア基板１１を透過
し、ＧａＮ層１２に吸収される。その結果、ＧａＮ層１
２の下部は加熱され、熱分解される。このことによっ
て、ＧａＮ層１２の下部にＧａ金属部５４が形成され、
窒素ガスが発散する。このとき、サファイア基板１１と
ＧａＮ層１２とは、レーザビーム照射後も完全に分離せ
ず、Ｇａ金属部５４により弱く接着している。ＧａＮ層
１２は薄く、ハンドリングが困難であるため、サファイ
ア基板１１上にＧａＮ層１２を載せたまま、以降の工程
を行なう。
【０１００】次に、図５（ｄ）に示す工程で、高反射率
膜５３をパターニングすることによって開口部５３ａを
有する高反射率膜５３ｂを形成する。このとき、高反射
率膜５３のパターニングは、フォトリソグラフィーおよ
びエッチングを用いて行ない、ＧａＮ層１２に到達する
ストライプ状の開口部５３ａを形成する。本実施形態で
は、各開口部５３ａの幅は３μｍであり、各開口部５３
ａの間は３μｍである。なお、エッチングの際には、高
反射率膜５３を構成するＳｉＯ2層はフッ酸を用い、Ｔ
ｉＯ2層は熱濃硫酸を用いる。なお、開口部５３ａはス
トライプ状の他に、ドット状、矩形状などの形状にして
もよい。また、本工程は、レーザビーム照射工程の前に
行っても良いが、その場合、開口部５３ａ内に位置する
ＧａＮ層１２が割れて飛んでしまうことがある。そのた
め、パターニングはレーザビーム照射工程の後に行なう
のが好ましい。
膜５３をパターニングすることによって開口部５３ａを
有する高反射率膜５３ｂを形成する。このとき、高反射
率膜５３のパターニングは、フォトリソグラフィーおよ
びエッチングを用いて行ない、ＧａＮ層１２に到達する
ストライプ状の開口部５３ａを形成する。本実施形態で
は、各開口部５３ａの幅は３μｍであり、各開口部５３
ａの間は３μｍである。なお、エッチングの際には、高
反射率膜５３を構成するＳｉＯ2層はフッ酸を用い、Ｔ
ｉＯ2層は熱濃硫酸を用いる。なお、開口部５３ａはス
トライプ状の他に、ドット状、矩形状などの形状にして
もよい。また、本工程は、レーザビーム照射工程の前に
行っても良いが、その場合、開口部５３ａ内に位置する
ＧａＮ層１２が割れて飛んでしまうことがある。そのた
め、パターニングはレーザビーム照射工程の後に行なう
のが好ましい。
【０１０１】次に、図５（ｅ）に示す工程で、８００
℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で１０分間熱処理を
行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上に
ＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ層１４の形成方法は、
上記実施形態１の図１（ｂ）に示す工程で行なう方法と
同じである。
℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で１０分間熱処理を
行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上に
ＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ層１４の形成方法は、
上記実施形態１の図１（ｂ）に示す工程で行なう方法と
同じである。
【０１０２】このとき、ＧａＮ結晶は、高反射率膜５３
ｂ上には成長せず、開口部５３ａ内に露出したＧａＮ層
１２上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに続
けていくと、開口部５３ａ内に露出したＧａＮ層１２か
ら成長したＧａＮ結晶は、高反射率膜５３ｂの上面に沿
って成長し、最終的に隣接する開口部５３ａから成長し
たＧａＮ結晶と共に高反射率膜５３を覆う。続いて、高
反射率膜５３ｂを覆うＧａＮ結晶の上に、さらに新たな
ＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ層１４が形成される。この
ようにしてＧａＮ層１４の厚さを３００μｍまで成長さ
せる。
ｂ上には成長せず、開口部５３ａ内に露出したＧａＮ層
１２上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに続
けていくと、開口部５３ａ内に露出したＧａＮ層１２か
ら成長したＧａＮ結晶は、高反射率膜５３ｂの上面に沿
って成長し、最終的に隣接する開口部５３ａから成長し
たＧａＮ結晶と共に高反射率膜５３を覆う。続いて、高
反射率膜５３ｂを覆うＧａＮ結晶の上に、さらに新たな
ＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ層１４が形成される。この
ようにしてＧａＮ層１４の厚さを３００μｍまで成長さ
せる。
【０１０３】次に、図５（ｆ）に示す工程で、Ｇａ金属
部５４を塩酸で除去することによって、自立したＧａＮ
基板１４ａを得る。
部５４を塩酸で除去することによって、自立したＧａＮ
基板１４ａを得る。
【０１０４】本実施形態では、図５（ｄ）に示すレーザ
ビーム照射工程において、ＧａＮ層１２の下部で吸収さ
れなかったレーザビームが高反射率膜５３に反射されて
戻り、ＧａＮ層１２の熱分解に寄与する。ＧａＮ層１２
を透過せずにＧａＮ層１２の下面に照射されるレーザビ
ーム強度を１とし、レーザビームの３次高調波のＧａＮ
層１２に対する進入長約０．３μｍと、高反射率膜５３
の反射率９７％を考慮すると、反射されてＧａＮ層１２
の下部に戻ってくるレーザビームの強度は、約０．１３
となる。つまり、本実施形態ではＧａＮ層１２の熱分解
に寄与するレーザビームの照射エネルギーの利用効率
は、従来の方法の１．１３倍となる。従って、ＧａＮ層
１２を効率良く熱分解することができる。
ビーム照射工程において、ＧａＮ層１２の下部で吸収さ
れなかったレーザビームが高反射率膜５３に反射されて
戻り、ＧａＮ層１２の熱分解に寄与する。ＧａＮ層１２
を透過せずにＧａＮ層１２の下面に照射されるレーザビ
ーム強度を１とし、レーザビームの３次高調波のＧａＮ
層１２に対する進入長約０．３μｍと、高反射率膜５３
の反射率９７％を考慮すると、反射されてＧａＮ層１２
の下部に戻ってくるレーザビームの強度は、約０．１３
となる。つまり、本実施形態ではＧａＮ層１２の熱分解
に寄与するレーザビームの照射エネルギーの利用効率
は、従来の方法の１．１３倍となる。従って、ＧａＮ層
１２を効率良く熱分解することができる。
【０１０５】また、従来の方法では、ＧａＮ層１０２を
熱分解させるためのレーザビームの照射エネルギーのし
きい値は約０．３０Ｊ／ｃｍ2である。しかし、本実施
形態では、レーザビームの照射エネルギーが０．２６Ｊ
／ｃｍ2であるが、ＧａＮ層１２の熱分解が生じてい
る。つまり、本実施形態によれば、ＧａＮ層１２を熱分
解させるために必要なレーザビームの照射エネルギーの
しきい値を、従来の約８８％に低下させることができ
る。
熱分解させるためのレーザビームの照射エネルギーのし
きい値は約０．３０Ｊ／ｃｍ2である。しかし、本実施
形態では、レーザビームの照射エネルギーが０．２６Ｊ
／ｃｍ2であるが、ＧａＮ層１２の熱分解が生じてい
る。つまり、本実施形態によれば、ＧａＮ層１２を熱分
解させるために必要なレーザビームの照射エネルギーの
しきい値を、従来の約８８％に低下させることができ
る。
【０１０６】ここで、本実施形態におけるＧａＮ層１２
の厚さとＧａＮ層１２の熱分解に寄与するレーザビーム
強度との関係を図６に示す。なお、図６の縦軸は、従来
方法においてＧａＮ層１０２の熱分解に寄与するレーザ
ビーム強度に対する比で表されている。
の厚さとＧａＮ層１２の熱分解に寄与するレーザビーム
強度との関係を図６に示す。なお、図６の縦軸は、従来
方法においてＧａＮ層１０２の熱分解に寄与するレーザ
ビーム強度に対する比で表されている。
【０１０７】図６に示すように、本実施形態では、Ｇａ
Ｎ層１２の膜厚が薄いほど、熱分解に寄与するレーザビ
ーム強度は大きくなり、レーザビームの照射エネルギー
の閾値も低下させることができる。しかし、ＧａＮ層１
２を過剰に薄くすると、ＧａＮ層１２全てが熱分解して
しまう。従って、ＧａＮ層１２全てが熱分解しない程度
にＧａＮ層１２の膜厚を調節する必要がある。
Ｎ層１２の膜厚が薄いほど、熱分解に寄与するレーザビ
ーム強度は大きくなり、レーザビームの照射エネルギー
の閾値も低下させることができる。しかし、ＧａＮ層１
２を過剰に薄くすると、ＧａＮ層１２全てが熱分解して
しまう。従って、ＧａＮ層１２全てが熱分解しない程度
にＧａＮ層１２の膜厚を調節する必要がある。
【０１０８】また、レーザビームの照射エネルギーのし
きい値を低下させる手段として、レーザビームのビーム
径を大きくすることができる。ビーム径の大きなレーザ
ビームを用いれば、レーザビームを照射する際の走査回
数を少なくすることができ、ＧａＮ基板の生産性および
歩留の向上が可能となる。
きい値を低下させる手段として、レーザビームのビーム
径を大きくすることができる。ビーム径の大きなレーザ
ビームを用いれば、レーザビームを照射する際の走査回
数を少なくすることができ、ＧａＮ基板の生産性および
歩留の向上が可能となる。
【０１０９】また、本実施形態では、高反射率膜５３を
形成しているＳｉＯ2およびＴｉＯ2はいずれも誘電体で
あり、上記実施形態３で述べたようにＧａＮよりも熱伝
導率が非常に小さい。このため、ＧａＮ層１２における
レーザビームの吸収により発生した熱は、高反射率膜５
３を伝導しにくい。従って、高反射率膜５３への熱拡散
は小さく、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の分解に寄
与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解できる。
形成しているＳｉＯ2およびＴｉＯ2はいずれも誘電体で
あり、上記実施形態３で述べたようにＧａＮよりも熱伝
導率が非常に小さい。このため、ＧａＮ層１２における
レーザビームの吸収により発生した熱は、高反射率膜５
３を伝導しにくい。従って、高反射率膜５３への熱拡散
は小さく、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の分解に寄
与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解できる。
【０１１０】さらに、本実施形態では、開口部５３ａを
有する高反射率膜５３ｂを、ＧａＮ層１４の横方向成長
のためのマスクとしても使用する。このため、新たにＧ
ａＮ層１４の横方向成長のためのマスクを製造する必要
が無く、製造工程を簡略化することができる。
有する高反射率膜５３ｂを、ＧａＮ層１４の横方向成長
のためのマスクとしても使用する。このため、新たにＧ
ａＮ層１４の横方向成長のためのマスクを製造する必要
が無く、製造工程を簡略化することができる。
【０１１１】（実施形態５）本発明の実施形態５におけ
るIII族窒化物半導体基板の製造方法について、図７を
参照しながら説明する。図７は、本実施形態のIII族窒
化物半導体基板の製造方法を表す工程断面図である。
るIII族窒化物半導体基板の製造方法について、図７を
参照しながら説明する。図７は、本実施形態のIII族窒
化物半導体基板の製造方法を表す工程断面図である。
【０１１２】まず、図７（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キ
ャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上
に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。
再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚
さ５０ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。
面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３０
０μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０
℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した
後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キ
ャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上
に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。
再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚
さ５０ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。
【０１１３】次に、図７（ｂ）に示す工程で、III族原
料にＡｌの原料ガスとしてトリメチルアルミニウムとト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）を、Ｖ族原料にアンモニア
を用いて、ＧａＮ層１２上に厚さ４μｍのＡｌＧａＮ層
５５を形成する。
料にＡｌの原料ガスとしてトリメチルアルミニウムとト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）を、Ｖ族原料にアンモニア
を用いて、ＧａＮ層１２上に厚さ４μｍのＡｌＧａＮ層
５５を形成する。
【０１１４】本実施形態では、ＡｌＧａＮ層５５は、Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎから形成されているが、ＡｌとＧａとの
組成は、レーザビーム照射工程で用いるレーザビームの
照射エネルギーよりもバンドギャップが大きくなるよう
に決定すればよい。その後、室温まで冷却し、得られた
基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎから形成されているが、ＡｌとＧａとの
組成は、レーザビーム照射工程で用いるレーザビームの
照射エネルギーよりもバンドギャップが大きくなるよう
に決定すればよい。その後、室温まで冷却し、得られた
基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
【０１１５】次に、図７（ｃ）に示す工程で、スパッタ
法により、ＡｌＧａＮ層５５上に厚さ６１ｎｍのＳｉＯ
2層と、厚さ３５ｎｍのＴｉＯ2層とを交互に形成し、高
反射率膜５３を形成する。本実施形態では、高反射率膜
５３は、５層のＳｉＯ2層と４層のＴｉＯ2層の合計９層
からなる膜となっている。なお、本実施形態で形成され
る高反射率膜５３のＮｄ：ＹＡＧレーザビームの３次高
調波に対する反射率は約９６％である。
法により、ＡｌＧａＮ層５５上に厚さ６１ｎｍのＳｉＯ
2層と、厚さ３５ｎｍのＴｉＯ2層とを交互に形成し、高
反射率膜５３を形成する。本実施形態では、高反射率膜
５３は、５層のＳｉＯ2層と４層のＴｉＯ2層の合計９層
からなる膜となっている。なお、本実施形態で形成され
る高反射率膜５３のＮｄ：ＹＡＧレーザビームの３次高
調波に対する反射率は約９６％である。
【０１１６】次に、図７（ｄ）に示す工程で、上記実施
形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の
下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２
の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことに
よって、ＧａＮ層１２が分解される。使用するレーザビ
ームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎ
ｍ）であり、照射エネルギー０．２０Ｊ／ｃｍ2、パル
ス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は７ｍｍである。
形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の
下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２
の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことに
よって、ＧａＮ層１２が分解される。使用するレーザビ
ームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎ
ｍ）であり、照射エネルギー０．２０Ｊ／ｃｍ2、パル
ス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は７ｍｍである。
【０１１７】ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍ
であるので、レーザビームはサファイア基板１１を透過
し、ＧａＮ層１２に吸収される。その結果、ＧａＮ層１
２の下部は加熱され、熱分解される。本実施形態では、
ＧａＮ層１２が非常に薄いため、ＧａＮ層１２のほぼ全
体がＧａ金属部５４となり、窒素ガスが発散する。この
とき、サファイア基板１１とＡｌＧａＮ層５５とは、レ
ーザビーム照射後も完全に分離せず、Ｇａ金属部５４に
より弱く接着している。ＡｌＧａＮ層５５は薄く、ハン
ドリングが困難であるため、サファイア基板１１上にＡ
ｌＧａＮ層５５を載せたまま、以降の工程を行なう。
であるので、レーザビームはサファイア基板１１を透過
し、ＧａＮ層１２に吸収される。その結果、ＧａＮ層１
２の下部は加熱され、熱分解される。本実施形態では、
ＧａＮ層１２が非常に薄いため、ＧａＮ層１２のほぼ全
体がＧａ金属部５４となり、窒素ガスが発散する。この
とき、サファイア基板１１とＡｌＧａＮ層５５とは、レ
ーザビーム照射後も完全に分離せず、Ｇａ金属部５４に
より弱く接着している。ＡｌＧａＮ層５５は薄く、ハン
ドリングが困難であるため、サファイア基板１１上にＡ
ｌＧａＮ層５５を載せたまま、以降の工程を行なう。
【０１１８】次に、図７（ｅ）に示す工程で、高反射率
膜５３をパターニングすることによって開口部５３ａを
有する高反射率膜５３ｂを形成する。このとき、高反射
率膜５３のパターニングは、フォトリソグラフィーおよ
びエッチングを用いて行ない、ＡｌＧａＮ層５５に到達
するストライプ状の開口部５３ａを形成する。本実施形
態では、各開口部５３ａの幅は３μｍであり、各開口部
５３ａの間は３μｍである。なお、エッチングの際に
は、高反射率膜５３を構成するＳｉＯ2層はフッ酸を用
い、ＴｉＯ2層は熱濃硫酸を用いる。なお、開口部はス
トライプ状の他に、ドット状、矩形状などの形状にして
もよい。また、本工程は、レーザビーム照射工程の前に
行っても良いが、その場合、開口部５３ａ内に位置する
ＡｌＧａＮ層５５が割れて飛んでいってしまうことがあ
る。そのため、パターニングはレーザビーム照射工程の
後に行なうのが好ましい。
膜５３をパターニングすることによって開口部５３ａを
有する高反射率膜５３ｂを形成する。このとき、高反射
率膜５３のパターニングは、フォトリソグラフィーおよ
びエッチングを用いて行ない、ＡｌＧａＮ層５５に到達
するストライプ状の開口部５３ａを形成する。本実施形
態では、各開口部５３ａの幅は３μｍであり、各開口部
５３ａの間は３μｍである。なお、エッチングの際に
は、高反射率膜５３を構成するＳｉＯ2層はフッ酸を用
い、ＴｉＯ2層は熱濃硫酸を用いる。なお、開口部はス
トライプ状の他に、ドット状、矩形状などの形状にして
もよい。また、本工程は、レーザビーム照射工程の前に
行っても良いが、その場合、開口部５３ａ内に位置する
ＡｌＧａＮ層５５が割れて飛んでいってしまうことがあ
る。そのため、パターニングはレーザビーム照射工程の
後に行なうのが好ましい。
【０１１９】次に、図７（ｆ）に示す工程で、８００
℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で１０分間熱処理を
行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上に
ＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ層１４の形成方法は、
上記実施形態１の図１（ｂ）に示す工程で行なう方法と
同じである。
℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で１０分間熱処理を
行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上に
ＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ層１４の形成方法は、
上記実施形態１の図１（ｂ）に示す工程で行なう方法と
同じである。
【０１２０】このとき、ＧａＮ結晶は、高反射率膜５３
ｂ上には成長せず、開口部５３ａ内に露出したＡｌＧａ
Ｎ層５５上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさら
に続けていくと、開口部５３ａ内に露出したＡｌＧａＮ
層５５から成長したＧａＮ結晶は、高反射率膜５３ｂの
上面に沿って成長し、最終的に隣接する開口部５３ａか
ら成長したＧａＮ結晶と共に高反射率膜５３ｂを覆う。
続いて、高反射率膜５３ｂを覆うＧａＮ結晶の上に、さ
らに新たなＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ層１４が形成さ
れる。このようにしてＧａＮ層１４の厚さを３００μｍ
まで成長させる。
ｂ上には成長せず、開口部５３ａ内に露出したＡｌＧａ
Ｎ層５５上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさら
に続けていくと、開口部５３ａ内に露出したＡｌＧａＮ
層５５から成長したＧａＮ結晶は、高反射率膜５３ｂの
上面に沿って成長し、最終的に隣接する開口部５３ａか
ら成長したＧａＮ結晶と共に高反射率膜５３ｂを覆う。
続いて、高反射率膜５３ｂを覆うＧａＮ結晶の上に、さ
らに新たなＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ層１４が形成さ
れる。このようにしてＧａＮ層１４の厚さを３００μｍ
まで成長させる。
【０１２１】次に、図７（ｇ）に示す工程で、ＡｌＧａ
Ｎ層５５およびＧａＮ層１４とが搭載されたサファイア
基板１１を塩酸につけることにより、サファイア基板１
１からＡｌＧａＮ層５５およびＧａＮ層１４を分離す
る。このことによって、ＡｌＧａＮ層５５とＧａＮ層１
４とからなるIII族窒化物半導体基板が得られる。
Ｎ層５５およびＧａＮ層１４とが搭載されたサファイア
基板１１を塩酸につけることにより、サファイア基板１
１からＡｌＧａＮ層５５およびＧａＮ層１４を分離す
る。このことによって、ＡｌＧａＮ層５５とＧａＮ層１
４とからなるIII族窒化物半導体基板が得られる。
【０１２２】本実施形態では、図７（ｄ）に示すレーザ
ビーム照射工程において、ＧａＮ層１２の下部で吸収さ
れなかったレーザビームが高反射率膜５３に反射されて
戻り、ＧａＮ層１２の熱分解に寄与する。このため、本
実施形態よれば、ＧａＮ層１４の結晶性が非常に良好な
III族窒化物半導体基板が得られる。このことについ
て、以下に詳細に説明する。
ビーム照射工程において、ＧａＮ層１２の下部で吸収さ
れなかったレーザビームが高反射率膜５３に反射されて
戻り、ＧａＮ層１２の熱分解に寄与する。このため、本
実施形態よれば、ＧａＮ層１４の結晶性が非常に良好な
III族窒化物半導体基板が得られる。このことについ
て、以下に詳細に説明する。
【０１２３】ＡｌＧａＮ層５５（Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ）の
バンドギャップは約４．１ｅＶであり、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザビームの３次高調波のエネルギーより大きい。この
ため、ＡｌＧａＮ層５５において、レーザビームは吸収
されない。また、レーザビームのＧａＮ層１２に対する
進入長が約０．３μｍであり、高反射率膜の反射率が９
６％である。上記の条件を考慮すると、ＧａＮ層１２の
下面に照射されるレーザビーム強度を１とした場合、高
反射率膜５３に反射されてＧａＮ層１２の下面に戻って
くるレーザビーム強度は約０．７となる。つまり、本実
施形態ではＧａＮ層１２の熱分解に寄与するレーザビー
ムの照射エネルギーの利用効率は、従来の方法の１．７
倍となる。従って、ＧａＮ層１２を効率良く熱分解する
ことができる。
バンドギャップは約４．１ｅＶであり、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザビームの３次高調波のエネルギーより大きい。この
ため、ＡｌＧａＮ層５５において、レーザビームは吸収
されない。また、レーザビームのＧａＮ層１２に対する
進入長が約０．３μｍであり、高反射率膜の反射率が９
６％である。上記の条件を考慮すると、ＧａＮ層１２の
下面に照射されるレーザビーム強度を１とした場合、高
反射率膜５３に反射されてＧａＮ層１２の下面に戻って
くるレーザビーム強度は約０．７となる。つまり、本実
施形態ではＧａＮ層１２の熱分解に寄与するレーザビー
ムの照射エネルギーの利用効率は、従来の方法の１．７
倍となる。従って、ＧａＮ層１２を効率良く熱分解する
ことができる。
【０１２４】また、従来の方法では、ＧａＮ層１０２を
熱分解させるためのレーザビームの照射エネルギーのし
きい値は約０．３０Ｊ／ｃｍ2である。しかし、本実施
形態では、レーザビームの照射エネルギーが０．２０Ｊ
／ｃｍ2であるが、ＧａＮ層１２の熱分解が生じてい
る。つまり、本実施形態によれば、ＧａＮ層１２を熱分
解させるために必要なレーザビームの照射エネルギーの
しきい値を、従来の約６７％に低下させることができ
る。
熱分解させるためのレーザビームの照射エネルギーのし
きい値は約０．３０Ｊ／ｃｍ2である。しかし、本実施
形態では、レーザビームの照射エネルギーが０．２０Ｊ
／ｃｍ2であるが、ＧａＮ層１２の熱分解が生じてい
る。つまり、本実施形態によれば、ＧａＮ層１２を熱分
解させるために必要なレーザビームの照射エネルギーの
しきい値を、従来の約６７％に低下させることができ
る。
【０１２５】また、レーザビームの照射エネルギーのし
きい値を低下させる手段として、レーザビームのビーム
径を大きくすることができる。ビーム径の大きなレーザ
ビームを用いれば、レーザビームを照射する際の走査回
数を少なくすることができる。このため、結晶性が良好
なIII族窒化物半導体基板が得られ、更にIII族窒化物半
導体基板の生産性および歩留の向上も図ることができ
る。
きい値を低下させる手段として、レーザビームのビーム
径を大きくすることができる。ビーム径の大きなレーザ
ビームを用いれば、レーザビームを照射する際の走査回
数を少なくすることができる。このため、結晶性が良好
なIII族窒化物半導体基板が得られ、更にIII族窒化物半
導体基板の生産性および歩留の向上も図ることができ
る。
【０１２６】なお、上記実施形態４と同様に、本実施形
態においてもＧａＮ層１２の膜厚が薄いほど、熱分解に
寄与するレーザビーム強度は大きくなり、レーザビーム
の照射エネルギーの閾値も低下させることができる。し
かし、ＧａＮ層１２を過剰に薄くすると、ＧａＮ層１２
全てが熱分解してしまう。従って、ＧａＮ層１２全てが
熱分解しない程度にＧａＮ層１２の膜厚を調節する必要
がある。
態においてもＧａＮ層１２の膜厚が薄いほど、熱分解に
寄与するレーザビーム強度は大きくなり、レーザビーム
の照射エネルギーの閾値も低下させることができる。し
かし、ＧａＮ層１２を過剰に薄くすると、ＧａＮ層１２
全てが熱分解してしまう。従って、ＧａＮ層１２全てが
熱分解しない程度にＧａＮ層１２の膜厚を調節する必要
がある。
【０１２７】さらに、本実施形態では、開口部５３ａを
有する高反射率膜５３ｂを、ＧａＮ層２２の横方向成長
のためのマスクとしても使用する。このため、新たにＧ
ａＮ層２２の横方向成長のためのマスクを製造する必要
が無く、製造工程を簡略化することができる。
有する高反射率膜５３ｂを、ＧａＮ層２２の横方向成長
のためのマスクとしても使用する。このため、新たにＧ
ａＮ層２２の横方向成長のためのマスクを製造する必要
が無く、製造工程を簡略化することができる。
【０１２８】（実施形態６）本発明の実施形態６におけ
るＧａＮ基板の製造方法について、図８を参照しながら
説明する。図８は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法
を表す工程断面図である。
るＧａＮ基板の製造方法について、図８を参照しながら
説明する。図８は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法
を表す工程断面図である。
【０１２９】まず、図８（ａ）に示す工程で、両面研磨
した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍの
サファイア基板１１を用意する。次いで、図中の矢印に
示すように、サファイア基板１１の下面からプロトン
（Ｈ+）を注入する。プロトンの注入条件は、イオンエ
ネルギー２００ｋｅＶ、平均飛程１．１２μｍ、注入量
５．０×１０16atoms・cm-2である。
した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍの
サファイア基板１１を用意する。次いで、図中の矢印に
示すように、サファイア基板１１の下面からプロトン
（Ｈ+）を注入する。プロトンの注入条件は、イオンエ
ネルギー２００ｋｅＶ、平均飛程１．１２μｍ、注入量
５．０×１０16atoms・cm-2である。
【０１３０】次に、図８（ｂ）に示す工程で、上述のイ
オン注入によって、サファイア基板１１の下面から深さ
１．１２μｍを中心として約２μｍの厚さを有するイオ
ン注入領域６２が形成される。イオン注入領域６２は、
イオン注入時に損傷を受けるため、非常に欠陥の多い領
域となっている。
オン注入によって、サファイア基板１１の下面から深さ
１．１２μｍを中心として約２μｍの厚さを有するイオ
ン注入領域６２が形成される。イオン注入領域６２は、
イオン注入時に損傷を受けるため、非常に欠陥の多い領
域となっている。
【０１３１】次に、図８（ｃ）に示す工程で、イオン注
入領域６２が形成されたサファイア基板１１をＨＶＰＥ
炉内に導入する。次いで、III族ラインからＧａＣｌ、
Ｖ族ラインから窒素キャリアガスとともにアンモニアガ
スを供給することによって、サファイア基板１１の上面
上にＧａＮ層６４を形成する。III族ラインから供給さ
れるＧａＣｌは、具体的には、９００℃に加熱したＧａ
メタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとし
てＨＣｌガスを導入することによって生成される。この
ことによって、５００℃に加熱されたサファイア基板１
１の上面上にＧａＮからなる厚さ３０ｎｍのバッファ層
（不図示）を形成する。続いて、サファイア基板１１を
１０５０℃まで加熱し、ＧａＮ層６４を５０μｍ／時の
形成速度で６時間成長させ、最終的にＧａＮ層６４の厚
さを３００μｍにする。この後、基板を室温まで冷却
し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
入領域６２が形成されたサファイア基板１１をＨＶＰＥ
炉内に導入する。次いで、III族ラインからＧａＣｌ、
Ｖ族ラインから窒素キャリアガスとともにアンモニアガ
スを供給することによって、サファイア基板１１の上面
上にＧａＮ層６４を形成する。III族ラインから供給さ
れるＧａＣｌは、具体的には、９００℃に加熱したＧａ
メタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとし
てＨＣｌガスを導入することによって生成される。この
ことによって、５００℃に加熱されたサファイア基板１
１の上面上にＧａＮからなる厚さ３０ｎｍのバッファ層
（不図示）を形成する。続いて、サファイア基板１１を
１０５０℃まで加熱し、ＧａＮ層６４を５０μｍ／時の
形成速度で６時間成長させ、最終的にＧａＮ層６４の厚
さを３００μｍにする。この後、基板を室温まで冷却
し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【０１３２】次に、図８（ｄ）に示す工程で、レーザビ
ームをイオン注入領域６２の下面側から、イオン注入領
域６２およびサファイア基板１１を介してＧａＮ層６４
の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことに
よって、ＧａＮ層１２が分解される。使用するレーザビ
ームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎ
ｍ）であり、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス
幅５ｎｓ、照射時のビーム径は１ｍｍである。
ームをイオン注入領域６２の下面側から、イオン注入領
域６２およびサファイア基板１１を介してＧａＮ層６４
の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことに
よって、ＧａＮ層１２が分解される。使用するレーザビ
ームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎ
ｍ）であり、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス
幅５ｎｓ、照射時のビーム径は１ｍｍである。
【０１３３】このとき、レーザビームは、イオン注入領
域６２を通過する。イオン注入領域６２は、非常に欠陥
の多い領域となっており、結晶の均一性は失われてい
る。このため、レーザビームはイオン注入領域６２を通
過後、図８（ｄ）に示すように散乱し、ビーム径が広が
る。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化され
る。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるの
で、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層６
４で吸収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６
４の下部が熱分解される。
域６２を通過する。イオン注入領域６２は、非常に欠陥
の多い領域となっており、結晶の均一性は失われてい
る。このため、レーザビームはイオン注入領域６２を通
過後、図８（ｄ）に示すように散乱し、ビーム径が広が
る。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化され
る。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるの
で、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層６
４で吸収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６
４の下部が熱分解される。
【０１３４】次に、図８（ｅ）に示す工程で、サファイ
ア基板１１とＧａＮ層６４とを分離する。このとき、上
記図８（ｄ）に示す工程においてＧａＮ層６４の下部が
分解されているので、サファイア基板１１とＧａＮ層６
４とを完全に分離することができ、自立したＧａＮ層６
４すなわちＧａＮ基板６４ａを得ることができる。
ア基板１１とＧａＮ層６４とを分離する。このとき、上
記図８（ｄ）に示す工程においてＧａＮ層６４の下部が
分解されているので、サファイア基板１１とＧａＮ層６
４とを完全に分離することができ、自立したＧａＮ層６
４すなわちＧａＮ基板６４ａを得ることができる。
【０１３５】本実施形態の図８（ｃ）に示す基板と、イ
オン注入領域６２を形成しなかったこと以外、図８
（ｃ）に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意
し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板
の下面側から１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比
較した。なお、このときのレーザビーム径は１ｍｍであ
る。
オン注入領域６２を形成しなかったこと以外、図８
（ｃ）に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意
し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板
の下面側から１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比
較した。なお、このときのレーザビーム径は１ｍｍであ
る。
【０１３６】イオン注入領域６２を形成しなかった場
合、ＧａＮ層における照射痕は直径約１ｍｍの円状であ
り、レーザビームはほとんど散乱することなく、ＧａＮ
層へと到達していた。一方、イオン注入領域６２を形成
した本実施形態の図８（ｃ）に示す基板では、ＧａＮ層
６４における照射痕は直径約１．５ｍｍの円形状となっ
っていた。つまり、本実施形態の図８（ｃ）に示す基板
では、レーザビームがＧａＮ層６４に到達したときに、
イオン注入領域６２を形成しなかった場合に比べて約
１．５倍のビーム径になるまで散乱される。
合、ＧａＮ層における照射痕は直径約１ｍｍの円状であ
り、レーザビームはほとんど散乱することなく、ＧａＮ
層へと到達していた。一方、イオン注入領域６２を形成
した本実施形態の図８（ｃ）に示す基板では、ＧａＮ層
６４における照射痕は直径約１．５ｍｍの円形状となっ
っていた。つまり、本実施形態の図８（ｃ）に示す基板
では、レーザビームがＧａＮ層６４に到達したときに、
イオン注入領域６２を形成しなかった場合に比べて約
１．５倍のビーム径になるまで散乱される。
【０１３７】上述のように、本実施形態のＧａＮ基板の
製造方法によれば、サファイア基板１１に形成されたイ
オン注入領域６２において、レーザビームを効果的に散
乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、
レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間
でＧａＮ基板を作製することができる。
製造方法によれば、サファイア基板１１に形成されたイ
オン注入領域６２において、レーザビームを効果的に散
乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、
レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間
でＧａＮ基板を作製することができる。
【０１３８】なお、本実施形態ではイオン注入をサファ
イア基板の下面全体に対して行なったが、サファイア基
板の下面の一部にイオン注入を行なってもよい。
イア基板の下面全体に対して行なったが、サファイア基
板の下面の一部にイオン注入を行なってもよい。
【０１３９】また、サファイア基板１１に注入される元
素は、特に限定されるものではなく、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、
Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ、Ｏ、Ｃ等でも同様
の効果が得られる。勿論、これらの複数種類の元素を注
入してもよい。
素は、特に限定されるものではなく、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、
Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ、Ｏ、Ｃ等でも同様
の効果が得られる。勿論、これらの複数種類の元素を注
入してもよい。
【０１４０】また、イオン注入はＧａＮ層の成長前に行
なったが、レーザビーム照射工程以前であれば、いつ行
なってもよい。
なったが、レーザビーム照射工程以前であれば、いつ行
なってもよい。
【０１４１】なお、ＧａＮ層６４の形成の際の加熱によ
って、イオン注入領域６２の結晶性が回復してしまうと
散乱効果が弱くなるので、イオン注入は照射損傷を実質
的に回復できない程度まで行なうことが好ましい。具体
的なイオン注入条件は、注入する元素によって変わるの
で限定することはできないが、イオンを注入して散乱の
効果を確実に得るためには、注入量が１×１０14〜１×
１０20atoms・cm-2の範囲内であることが好ましい。
って、イオン注入領域６２の結晶性が回復してしまうと
散乱効果が弱くなるので、イオン注入は照射損傷を実質
的に回復できない程度まで行なうことが好ましい。具体
的なイオン注入条件は、注入する元素によって変わるの
で限定することはできないが、イオンを注入して散乱の
効果を確実に得るためには、注入量が１×１０14〜１×
１０20atoms・cm-2の範囲内であることが好ましい。
【０１４２】また、得られたＧａＮ基板６４ａの下部
は、レーザビーム照射時の熱分解により凹凸が生じてい
るので、必要に応じて研磨によって平坦化を行なっても
よい。
は、レーザビーム照射時の熱分解により凹凸が生じてい
るので、必要に応じて研磨によって平坦化を行なっても
よい。
【０１４３】（実施形態７）本発明の実施形態７におけ
るＧａＮ基板の製造方法について、図９を参照しながら
説明する。
るＧａＮ基板の製造方法について、図９を参照しながら
説明する。
【０１４４】まず、図９（ａ）に示す工程で、両面研磨
した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍの
サファイア基板１１を用意し、ＨＶＰＥ炉内に導入す
る。次いで、III族ラインからＧａＣｌ、Ｖ族ラインか
ら窒素キャリアガスとともにアンモニアガスを供給する
ことによって、サファイア基板１１の上面上にＧａＮ層
６５を形成する。III族ラインから供給されるＧａＣｌ
は、具体的には、９００℃に加熱したＧａメタルが充填
されたボートに、窒素をキャリアガスとしてＨＣｌガス
を導入することによって生成される。このことによっ
て、５００℃に加熱されたサファイア基板１１の上面上
にＧａＮからなる厚さ３０ｎｍのバッファ層（不図示）
を形成する。続いて、サファイア基板１１を１０５０℃
まで加熱し、ＧａＮ層６５を５０μｍ／時の形成速度で
約２分間成長させ、最終的にＧａＮ層６５の厚さを１μ
ｍにする。この後、基板を室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉
内から取り出す。
した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍの
サファイア基板１１を用意し、ＨＶＰＥ炉内に導入す
る。次いで、III族ラインからＧａＣｌ、Ｖ族ラインか
ら窒素キャリアガスとともにアンモニアガスを供給する
ことによって、サファイア基板１１の上面上にＧａＮ層
６５を形成する。III族ラインから供給されるＧａＣｌ
は、具体的には、９００℃に加熱したＧａメタルが充填
されたボートに、窒素をキャリアガスとしてＨＣｌガス
を導入することによって生成される。このことによっ
て、５００℃に加熱されたサファイア基板１１の上面上
にＧａＮからなる厚さ３０ｎｍのバッファ層（不図示）
を形成する。続いて、サファイア基板１１を１０５０℃
まで加熱し、ＧａＮ層６５を５０μｍ／時の形成速度で
約２分間成長させ、最終的にＧａＮ層６５の厚さを１μ
ｍにする。この後、基板を室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉
内から取り出す。
【０１４５】次に、図９（ｂ）に示す工程で、図中に示
す矢印のようにＧａＮ層６５にプロトン（Ｈ+）を注入
する。イオン（プロトン）の注入条件は、イオンエネル
ギー１８０ｋｅＶ、平均飛程１．１２μｍ、注入量５．
０×１０16atoms・cm-2である。
す矢印のようにＧａＮ層６５にプロトン（Ｈ+）を注入
する。イオン（プロトン）の注入条件は、イオンエネル
ギー１８０ｋｅＶ、平均飛程１．１２μｍ、注入量５．
０×１０16atoms・cm-2である。
【０１４６】次に、図９（ｃ）に示す工程で、上述のイ
オン注入によって、サファイア基板１１の上部に厚さ約
０．５μｍのイオン注入領域６６が形成される。イオン
注入領域６６は、イオン注入時に損傷を受けるため、非
常に欠陥の多い領域となっている。
オン注入によって、サファイア基板１１の上部に厚さ約
０．５μｍのイオン注入領域６６が形成される。イオン
注入領域６６は、イオン注入時に損傷を受けるため、非
常に欠陥の多い領域となっている。
【０１４７】次に、図９（ｄ）に示す工程で、基板を再
度ＨＶＰＥ炉内に導入し、７００℃、アンモニアガス雰
囲気中で熱処理を行い、ＧａＮ層６５の表面の不純物を
除去する。次いで、サファイア基板１１を１０５０℃ま
で加熱し、５０μｍ／時で６時間成長を行い、厚さ３０
０μｍのＧａＮ層６７を成長させる。この後、基板を室
温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
度ＨＶＰＥ炉内に導入し、７００℃、アンモニアガス雰
囲気中で熱処理を行い、ＧａＮ層６５の表面の不純物を
除去する。次いで、サファイア基板１１を１０５０℃ま
で加熱し、５０μｍ／時で６時間成長を行い、厚さ３０
０μｍのＧａＮ層６７を成長させる。この後、基板を室
温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【０１４８】次に、図９（ｅ）に示す工程で、レーザビ
ームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基
板１１およびイオン注入領域６６を介してＧａＮ層６５
の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことに
よって、ＧａＮ層６５の下部が分解される。使用するレ
ーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５
５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パ
ルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は１ｍｍである。
ームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基
板１１およびイオン注入領域６６を介してＧａＮ層６５
の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことに
よって、ＧａＮ層６５の下部が分解される。使用するレ
ーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５
５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パ
ルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は１ｍｍである。
【０１４９】このとき、レーザビームは、イオン注入領
域６６を通過する。イオン注入領域６６は、非常に欠陥
の多い領域となっており、結晶の均一性は失われてい
る。このため、レーザビームはイオン注入領域６６を通
過後、図９（ｅ）に示すように散乱し、ビーム径が広が
る。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化され
る。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるの
で、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層６
５で吸収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６
５の下部が熱分解される。
域６６を通過する。イオン注入領域６６は、非常に欠陥
の多い領域となっており、結晶の均一性は失われてい
る。このため、レーザビームはイオン注入領域６６を通
過後、図９（ｅ）に示すように散乱し、ビーム径が広が
る。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化され
る。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるの
で、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層６
５で吸収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６
５の下部が熱分解される。
【０１５０】次に、図９（ｆ）に示す工程で、サファイ
ア基板１１およびイオン注入領域６６と、ＧａＮ層６５
および６７とを分離する。このとき、上記図９（ｅ）に
示す工程においてＧａＮ層６５の下部が分解されている
ので、サファイア基板１１とＧａＮ層６５とを完全に分
離することができ、自立したＧａＮ層６５および６７、
すなわちＧａＮ基板６７ａを得ることができる。
ア基板１１およびイオン注入領域６６と、ＧａＮ層６５
および６７とを分離する。このとき、上記図９（ｅ）に
示す工程においてＧａＮ層６５の下部が分解されている
ので、サファイア基板１１とＧａＮ層６５とを完全に分
離することができ、自立したＧａＮ層６５および６７、
すなわちＧａＮ基板６７ａを得ることができる。
【０１５１】なお、図９（ｆ）に示す工程の後、得られ
たＧａＮ基板６７ａの下部は、レーザビーム照射時の熱
分解により凹凸が生じているので、必要に応じて研磨に
よって平坦化を行なってもよい。
たＧａＮ基板６７ａの下部は、レーザビーム照射時の熱
分解により凹凸が生じているので、必要に応じて研磨に
よって平坦化を行なってもよい。
【０１５２】本実施形態の図９（ｄ）に示す基板と、イ
オン注入領域６６を形成しなかったこと以外、図９
（ｄ）に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意
し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板
の下面側から１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比
較した。なお、このときのレーザビーム径は１ｍｍであ
る。
オン注入領域６６を形成しなかったこと以外、図９
（ｄ）に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意
し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板
の下面側から１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比
較した。なお、このときのレーザビーム径は１ｍｍであ
る。
【０１５３】イオン注入領域６６を形成しなかった場
合、ＧａＮ層における照射痕は直径約１ｍｍの円状であ
り、レーザビームはほとんど散乱することなく、ＧａＮ
層へと到達していた。一方、イオン注入領域６６を形成
した本実施形態の図９（ｄ）に示す基板では、ＧａＮ層
６５における照射痕は直径約１．３ｍｍの円形状となっ
っていた。つまり、本実施形態の図９（ｄ）に示す基板
では、レーザビームがＧａＮ層６５に到達したときに、
イオン注入領域６６を形成しなかった場合に比べて約
１．３倍のビーム径になるまで散乱される。
合、ＧａＮ層における照射痕は直径約１ｍｍの円状であ
り、レーザビームはほとんど散乱することなく、ＧａＮ
層へと到達していた。一方、イオン注入領域６６を形成
した本実施形態の図９（ｄ）に示す基板では、ＧａＮ層
６５における照射痕は直径約１．３ｍｍの円形状となっ
っていた。つまり、本実施形態の図９（ｄ）に示す基板
では、レーザビームがＧａＮ層６５に到達したときに、
イオン注入領域６６を形成しなかった場合に比べて約
１．３倍のビーム径になるまで散乱される。
【０１５４】上述のように、本実施形態のＧａＮ基板の
製造方法によれば、サファイア基板１１に形成されたイ
オン注入領域６６において、レーザビームを効果的に散
乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、
レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間
でＧａＮ基板を作製することができる。
製造方法によれば、サファイア基板１１に形成されたイ
オン注入領域６６において、レーザビームを効果的に散
乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、
レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間
でＧａＮ基板を作製することができる。
【０１５５】なお、本実施形態ではイオン注入をサファ
イア基板の上面全体に対して行なったが、サファイア基
板の上面の一部にイオン注入を行なってもよい。
イア基板の上面全体に対して行なったが、サファイア基
板の上面の一部にイオン注入を行なってもよい。
【０１５６】また、サファイア基板１１に注入される元
素は、特に限定されるものではなく、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、
Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ、Ｏ、Ｃ等でも同様
の効果が得られる。勿論、これらの複数種類の元素を注
入してもよい。
素は、特に限定されるものではなく、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、
Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ、Ｏ、Ｃ等でも同様
の効果が得られる。勿論、これらの複数種類の元素を注
入してもよい。
【０１５７】なお、本実施形態では、ＧａＮ層６５を介
してイオン注入するので、ＧａＮ層６５の損傷を低減す
るためには、イオン注入量を１×１０14〜１×１０18at
oms・cm-2とし、基板に直接注入する上記実施形態６より
も、イオン注入量を減らすことが好ましい。
してイオン注入するので、ＧａＮ層６５の損傷を低減す
るためには、イオン注入量を１×１０14〜１×１０18at
oms・cm-2とし、基板に直接注入する上記実施形態６より
も、イオン注入量を減らすことが好ましい。
【０１５８】レーザビームの照射によって、ＧａＮ層６
５内に熱分解した部分と熱分解していない部分とが存在
する場合、ＧａＮ層６５内に局所的な応力が発生する。
しかしながら、本実施形態では、ＧａＮ層６５を介して
イオン注入を行なうので、ＧａＮ層６５にもイオン注入
による損傷が生じ、原子間の結合が弱くなっている部分
が存在する。このため、ＧａＮ層６５内に発生した局所
的な応力は、原子間の結合が弱い部分で緩和される。従
って、ＧａＮ層６５にクラックや割れが発生しにくい。
つまり、クラックや割れの少ない良質なＧａＮ基板を得
ることができる。
５内に熱分解した部分と熱分解していない部分とが存在
する場合、ＧａＮ層６５内に局所的な応力が発生する。
しかしながら、本実施形態では、ＧａＮ層６５を介して
イオン注入を行なうので、ＧａＮ層６５にもイオン注入
による損傷が生じ、原子間の結合が弱くなっている部分
が存在する。このため、ＧａＮ層６５内に発生した局所
的な応力は、原子間の結合が弱い部分で緩和される。従
って、ＧａＮ層６５にクラックや割れが発生しにくい。
つまり、クラックや割れの少ない良質なＧａＮ基板を得
ることができる。
【０１５９】（実施形態８）本発明の実施形態８におけ
るＧａＮ基板の製造方法について、図１０を参照しなが
ら説明する。
るＧａＮ基板の製造方法について、図１０を参照しなが
ら説明する。
【０１６０】まず、図１０（ａ）に示す工程で、両面研
磨した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍ
のサファイア基板１１を用意し、ＨＶＰＥ炉内に導入す
る。次いで、蒸着法によりサファイア基板１１の下面上
に、厚さ１００ｎｍのＮｉ層６８を形成する。
磨した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍ
のサファイア基板１１を用意し、ＨＶＰＥ炉内に導入す
る。次いで、蒸着法によりサファイア基板１１の下面上
に、厚さ１００ｎｍのＮｉ層６８を形成する。
【０１６１】次に、図１０（ｂ）に示す工程で、Ｎｉ層
６８をパターニングすることによって、開口部６８ａを
有するＮｉ膜６８ｂを形成する。このとき、Ｎｉ層６８
のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチ
ングによって行ない、サファイア基板１１に到達するス
トライプ状の開口部６８ａを形成する。なお本実施形態
では、各開口部６８ａは、開口幅が０．２５μｍ、各開
口部６８ａの間隔が０．２５μｍであり、サファイア基
板１１の<11-20>方向に延びるように設けられている。
６８をパターニングすることによって、開口部６８ａを
有するＮｉ膜６８ｂを形成する。このとき、Ｎｉ層６８
のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチ
ングによって行ない、サファイア基板１１に到達するス
トライプ状の開口部６８ａを形成する。なお本実施形態
では、各開口部６８ａは、開口幅が０．２５μｍ、各開
口部６８ａの間隔が０．２５μｍであり、サファイア基
板１１の<11-20>方向に延びるように設けられている。
【０１６２】次に、図１０（ｃ）に示す工程で、Ｎｉ膜
６８ｂをマスクとするＡｒガスを用いたドライエッチン
グによって、サファイア基板１１をエッチングを行な
う。
６８ｂをマスクとするＡｒガスを用いたドライエッチン
グによって、サファイア基板１１をエッチングを行な
う。
【０１６３】次に、図１０（ｄ）に示す工程で、Ｎｉ膜
６８ｂをウエットエッチングによって除去する。このこ
とによって、サファイア基板１１の下部に溝６９を形成
する。本実施形態では、溝６９の深さは０．２５μｍで
ある。
６８ｂをウエットエッチングによって除去する。このこ
とによって、サファイア基板１１の下部に溝６９を形成
する。本実施形態では、溝６９の深さは０．２５μｍで
ある。
【０１６４】次に、図１０（ｅ）に示す工程で、上記実
施形態６と同様の方法で、厚さ３００μｍのＧａＮ層７
０をサファイア基板１１の上面上に形成する。続いて、
得られた基板を室温まで冷却する。
施形態６と同様の方法で、厚さ３００μｍのＧａＮ層７
０をサファイア基板１１の上面上に形成する。続いて、
得られた基板を室温まで冷却する。
【０１６５】次に、図１０（ｆ）に示す工程で、レーザ
ビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア
基板１１を介してＧａＮ層７０の下面全体に亘って走査
しながら照射する。このことによって、ＧａＮ層７０の
下部が熱分解される。使用するレーザビームは、レーザ
の３次高調波（３５５ｎｍ）であり、照射エネルギー
０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径
は１ｍｍである。
ビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア
基板１１を介してＧａＮ層７０の下面全体に亘って走査
しながら照射する。このことによって、ＧａＮ層７０の
下部が熱分解される。使用するレーザビームは、レーザ
の３次高調波（３５５ｎｍ）であり、照射エネルギー
０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径
は１ｍｍである。
【０１６６】このときレーザビームは、図９（ｅ）に示
すように溝６９によって散乱し、ビーム径が広がる。従
って、レーザビームの空間強度分布が均一化される。Ｇ
ａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波
長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層７０で吸
収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６５の下
部が熱分解される。
すように溝６９によって散乱し、ビーム径が広がる。従
って、レーザビームの空間強度分布が均一化される。Ｇ
ａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波
長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層７０で吸
収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６５の下
部が熱分解される。
【０１６７】次に、図１０（ｇ）に示す工程で、サファ
イア基板１１と、ＧａＮ層７０とを分離する。このと
き、上記図１０（ｆ）に示す工程においてＧａＮ層７０
の下部が分解されているので、サファイア基板１１とＧ
ａＮ層７０とを完全に分離することができ、自立したＧ
ａＮ層７０、すなわちＧａＮ基板７０ａを得ることがで
きる。
イア基板１１と、ＧａＮ層７０とを分離する。このと
き、上記図１０（ｆ）に示す工程においてＧａＮ層７０
の下部が分解されているので、サファイア基板１１とＧ
ａＮ層７０とを完全に分離することができ、自立したＧ
ａＮ層７０、すなわちＧａＮ基板７０ａを得ることがで
きる。
【０１６８】本実施形態の図１０（ｅ）に示す基板と、
溝６９を形成しなかったこと以外、図１０（ｅ）に示す
基板と全く同様に形成された基板とを用意し、それぞれ
の基板に、レーザビームをサファイア基板の下面側から
１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比較した。な
お、このときのレーザビーム径は１ｍｍである。
溝６９を形成しなかったこと以外、図１０（ｅ）に示す
基板と全く同様に形成された基板とを用意し、それぞれ
の基板に、レーザビームをサファイア基板の下面側から
１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比較した。な
お、このときのレーザビーム径は１ｍｍである。
【０１６９】溝６９を形成しなかった場合、ＧａＮ層に
おける照射痕は直径約１ｍｍの円状であり、レーザビー
ムはほとんど散乱することなく、ＧａＮ層へと到達して
いた。一方、溝６９を形成した本実施形態の図１０
（ｅ）に示す基板では、ＧａＮ層７０における照射痕は
直径約１．５ｍｍの円形状となっていた。つまり、本実
施形態の図９（ｃ）に示す基板では、レーザビームがＧ
ａＮ層７０に到達したときに、溝６９を形成しなかった
場合に比べて約１．５倍のビーム径になるまで散乱され
る。
おける照射痕は直径約１ｍｍの円状であり、レーザビー
ムはほとんど散乱することなく、ＧａＮ層へと到達して
いた。一方、溝６９を形成した本実施形態の図１０
（ｅ）に示す基板では、ＧａＮ層７０における照射痕は
直径約１．５ｍｍの円形状となっていた。つまり、本実
施形態の図９（ｃ）に示す基板では、レーザビームがＧ
ａＮ層７０に到達したときに、溝６９を形成しなかった
場合に比べて約１．５倍のビーム径になるまで散乱され
る。
【０１７０】上述のように、本実施形態のＧａＮ基板の
製造方法によれば、サファイア基板１１に形成された溝
６９によって、レーザビームを効果的に散乱させ、ビー
ム径を拡大することができる。このため、レーザビーム
の走査回数を低減することができ、短時間でＧａＮ基板
を作製することができる。
製造方法によれば、サファイア基板１１に形成された溝
６９によって、レーザビームを効果的に散乱させ、ビー
ム径を拡大することができる。このため、レーザビーム
の走査回数を低減することができ、短時間でＧａＮ基板
を作製することができる。
【０１７１】なお、本実施形態では溝６９をストライプ
状に形成したが、これに特に限定されるものではない。
例えば、溝６９の代わりに、ドット状、格子状に凹部を
設けてもよい。また、サンドブラストや切削などで生じ
る不規則な凹部でもよい。
状に形成したが、これに特に限定されるものではない。
例えば、溝６９の代わりに、ドット状、格子状に凹部を
設けてもよい。また、サンドブラストや切削などで生じ
る不規則な凹部でもよい。
【０１７２】なお、溝６９あるいは上述の凹部が密に形
成されているほど散乱の効果が大きくなるので好まし
い。特に、本実施形態において、散乱の効果を得るため
には、各溝６９の開口幅および間隔は、入射する光の波
長以下の大きさであることが好ましい。また、溝６９の
側面が斜面となっていてもよい。側面が斜面となってい
る溝６９の形成法としては、サファイア基板１１の下面
に対して斜め方向からプラズマ照射を行なう、あるいは
図１０（ｃ）に示すサファイア基板１１のエッチング工
程で用いるマスクとして、エッチングによって削れ易い
マスク材料（例えば、レジスト）を用いる方法等が挙げ
られる。
成されているほど散乱の効果が大きくなるので好まし
い。特に、本実施形態において、散乱の効果を得るため
には、各溝６９の開口幅および間隔は、入射する光の波
長以下の大きさであることが好ましい。また、溝６９の
側面が斜面となっていてもよい。側面が斜面となってい
る溝６９の形成法としては、サファイア基板１１の下面
に対して斜め方向からプラズマ照射を行なう、あるいは
図１０（ｃ）に示すサファイア基板１１のエッチング工
程で用いるマスクとして、エッチングによって削れ易い
マスク材料（例えば、レジスト）を用いる方法等が挙げ
られる。
【０１７３】（実施形態９）本実施形態では、上記実施
形態１〜８で得られるＧａＮ基板１４ａ、６４ａ、６７
ａおよび７０ａのいずれかを用いて、多数のＧａＮ基板
を作製する方法を説明する。
形態１〜８で得られるＧａＮ基板１４ａ、６４ａ、６７
ａおよび７０ａのいずれかを用いて、多数のＧａＮ基板
を作製する方法を説明する。
【０１７４】例えば、上記実施形態１で得られる、２イ
ンチ径のＧａＮ基板１４ａをＨＶＰＥ炉内に導入する。
７５０℃でＧａＮ基板１４ａをアンモニア雰囲気中で熱
処理した後、 実施形態１と同様に、１０５０℃にまで
加熱し、厚さが１０ｍｍとなるまで成長する。その後、
室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。次いで、
スライサーを用いてｃ軸に直角方向に厚さ３００μｍで
スライスすることによって、３０枚のＧａＮ基板を得る
ことができる。
ンチ径のＧａＮ基板１４ａをＨＶＰＥ炉内に導入する。
７５０℃でＧａＮ基板１４ａをアンモニア雰囲気中で熱
処理した後、 実施形態１と同様に、１０５０℃にまで
加熱し、厚さが１０ｍｍとなるまで成長する。その後、
室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。次いで、
スライサーを用いてｃ軸に直角方向に厚さ３００μｍで
スライスすることによって、３０枚のＧａＮ基板を得る
ことができる。
【０１７５】勿論、上記実施形態２〜８で得られたＧａ
Ｎ基板１４ａ、６４ａ、６７ａ、７０ａを用いて、上述
の方法で全く同様に複数枚のＧａＮ基板を作製すること
ができる。
Ｎ基板１４ａ、６４ａ、６７ａ、７０ａを用いて、上述
の方法で全く同様に複数枚のＧａＮ基板を作製すること
ができる。
【０１７６】本実施形態の方法では、上記実施形態１〜
８のいずれかで作製したＧａＮ基板を種結晶として、Ｇ
ａＮ単結晶を厚く成長させ、厚いＧａＮ単結晶をスライ
サにより切断するので、一挙に複数のＧａＮ基板を作製
することが可能である。さらに、本実施形態の方法で
は、各実施形態１〜８において最初に用いられるサファ
イア基板１１が、１枚だけでよいので低コスト化が可能
である。
８のいずれかで作製したＧａＮ基板を種結晶として、Ｇ
ａＮ単結晶を厚く成長させ、厚いＧａＮ単結晶をスライ
サにより切断するので、一挙に複数のＧａＮ基板を作製
することが可能である。さらに、本実施形態の方法で
は、各実施形態１〜８において最初に用いられるサファ
イア基板１１が、１枚だけでよいので低コスト化が可能
である。
【０１７７】（その他の実施形態）本実施形態では、上
記実施形態１〜８における改変例について説明する。
記実施形態１〜８における改変例について説明する。
【０１７８】上記実施形態１〜８では、III族窒化物半
導体基板の製造方法としてＧａＮ基板の製造方法を例に
述べたが、これに限定されるものではない。III族ライ
ンから供給される原料ガスを適宜変更することによっ
て、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなるIII族窒化物半導体基板
を製造することができる。
導体基板の製造方法としてＧａＮ基板の製造方法を例に
述べたが、これに限定されるものではない。III族ライ
ンから供給される原料ガスを適宜変更することによっ
て、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなるIII族窒化物半導体基板
を製造することができる。
【０１７９】上記実施形態１〜８では、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザビームを用いたが、III族窒化物半導体基板の吸収
端波長よりも大きく、且つ基板の吸収端波長よりも小さ
い波長を有するものであれば良い。例えば、ＫｒＦ：エ
キシマレーザビーム（２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ：エキシ
マレーザビーム（３０８ｎｍ）などを用いることも可能
である。
ーザビームを用いたが、III族窒化物半導体基板の吸収
端波長よりも大きく、且つ基板の吸収端波長よりも小さ
い波長を有するものであれば良い。例えば、ＫｒＦ：エ
キシマレーザビーム（２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ：エキシ
マレーザビーム（３０８ｎｍ）などを用いることも可能
である。
【０１８０】上記実施形態１〜８では、サファイア基板
１１の大きさは２インチとしたが、さらに面積の大きい
基板であっても、割れや欠けなく、III族窒化物半導体
基板を作製することが可能である。
１１の大きさは２インチとしたが、さらに面積の大きい
基板であっても、割れや欠けなく、III族窒化物半導体
基板を作製することが可能である。
【０１８１】また、サファイア基板１１の代わりに、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザビームやＫｒＦエキシマレーザビーム
が透過可能な材料（例えば、スピネル等）を用いてもよ
い。
ｄ：ＹＡＧレーザビームやＫｒＦエキシマレーザビーム
が透過可能な材料（例えば、スピネル等）を用いてもよ
い。
【０１８２】また、III族窒化物半導体基板を形成する
際に、II族、IV族またはVI族元素を含む原料を用いて、
II族、IV族またはVI族元素をドーピングしてもよい。例
えば、ＧａＮ基板にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ等を不純物として
ドーピングすれば、ｎ型の導電性を有するIII族窒化物
半導体膜が得られる。また、ＧａＮ基板にＢｅ、Ｍｇ、
Ｚｎ等を不純物としてドーピングすれば、ｐ型の導電性
を有するIII族窒化物半導体膜が得られる。
際に、II族、IV族またはVI族元素を含む原料を用いて、
II族、IV族またはVI族元素をドーピングしてもよい。例
えば、ＧａＮ基板にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ等を不純物として
ドーピングすれば、ｎ型の導電性を有するIII族窒化物
半導体膜が得られる。また、ＧａＮ基板にＢｅ、Ｍｇ、
Ｚｎ等を不純物としてドーピングすれば、ｐ型の導電性
を有するIII族窒化物半導体膜が得られる。
【０１８３】以上説明したように、本発明のIII族窒化
物半導体基板の製造方法によれば、割れや欠けのない広
い面積を有するIII族窒化物半導体基板を短時間で作製
でき、それによりIII族窒化物半導体基板の量産が可能
となる。
物半導体基板の製造方法によれば、割れや欠けのない広
い面積を有するIII族窒化物半導体基板を短時間で作製
でき、それによりIII族窒化物半導体基板の量産が可能
となる。
【０１８４】本発明の窒化物半導体基板の製造方法によ
り、窒化物半導体層の熱分解に必要なレーザビームの照
射エネルギーのしきい値を低下させることが出来る。ま
た、閾値の低下に伴い、レーザビームのビーム径を大き
くすることが出来るので、母材基板と窒化物半導体層の
分離を行う際に必要なレーザビームの走査回数を減らす
ことが出来る。そのため、レーザビーム照射工程に要す
る時間を短縮し、生産性を向上させることができる。ま
た、レーザビームの照射回数が減少するので、歩留の向
上にも繋がる。
り、窒化物半導体層の熱分解に必要なレーザビームの照
射エネルギーのしきい値を低下させることが出来る。ま
た、閾値の低下に伴い、レーザビームのビーム径を大き
くすることが出来るので、母材基板と窒化物半導体層の
分離を行う際に必要なレーザビームの走査回数を減らす
ことが出来る。そのため、レーザビーム照射工程に要す
る時間を短縮し、生産性を向上させることができる。ま
た、レーザビームの照射回数が減少するので、歩留の向
上にも繋がる。
【０１８５】本実施形態で得られたIII族窒化物半導体
基板は、半導体レーザや電界効果トランジスタ等の半導
体装置を作製するために用いられる。
基板は、半導体レーザや電界効果トランジスタ等の半導
体装置を作製するために用いられる。
【０１８６】
【発明の効果】本発明によれば、良質な結晶性を有する
III族窒化物半導体基板が得られる。
III族窒化物半導体基板が得られる。
【図１】図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態１の
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態２の
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図３】図３は、図２（ｂ）に示す基板の上面図であ
る。
る。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態３の
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態４の
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図６】図６は、ＧａＮ層の厚さと、ＧａＮ層の熱分解
に寄与するレーザビーム強度との関係を示す図である。
に寄与するレーザビーム強度との関係を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態５の
III族窒化物半導体基板の製造方法を表す工程断面図で
ある。
III族窒化物半導体基板の製造方法を表す工程断面図で
ある。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態６の
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態７の
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
ＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態
８のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
８のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、従来のＧａＮ基板
の製造方法を表す工程断面図である。
の製造方法を表す工程断面図である。
１１ サファイア基板
１２、６５ ＧａＮ層
１３ ＩｎＮ層
１４、６４、６７ ＧａＮ層
１４ａ、６４ａ、６７ａ、７０ａ ＧａＮ基板
２３ Ｎｉ膜
２３ａ、４３ａ、５３ａ、６８ａ 開口部
４３ シリコン酸化膜
５３、５３ｂ 高反射率膜
５４ Ｇａ金属部
５５ ＡｌＧａＮ層
６２、６６ イオン注入領域
６８ Ｎｉ層
６８ｂ Ｎｉ膜
６９ 溝
７０ ＧａＮ層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田村 聡之
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 瀧川 信一
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 AA03 BE15 DB08 ED06
EF01 FJ03 HA06 HA12 TB05
TC14 TK11
5F045 AA04 AB09 AB14 AC08 AC12
AD14 AF04 AF09 CA12
Claims (22)
- 【請求項１】 基板を用意する工程（ａ）と、 上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層
を形成する工程（ｂ）と、 上記第１半導体層上に、上記第１半導体層よりも熱伝導
率が低い熱拡散抑制層を形成する工程（ｃ）と、 上記熱拡散抑制層上に、III族窒化物半導体からなる第
２半導体層を形成する工程（ｄ）と、 上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される
光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射
することによって、上記第１半導体層を分解する工程
（ｅ）と、 を含むIII族窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載のIII族窒化物半導体基
板の製造方法において、 上記熱拡散抑制層は、上記第１半導体層を形成するIII
族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いIII族窒化物半導
体から形成されていることを特徴とするIII族窒化物半
導体基板の製造方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載のIII族窒化物半導体基
板の製造方法において、 上記熱拡散抑制層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）か
らなる半導体から形成されていることを特徴とするIII
族窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１に記載のIII族窒化物半導体基
板の製造方法において、 上記工程（ｃ）では、上記熱拡散抑制層を形成した後、
上記熱拡散抑制層を貫通し上記第１半導体層に到達する
開口部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体
基板の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載のIII族窒化物半導体基
板の製造方法において、 上記熱拡散抑制層は、金属から形成されていることを特
徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項６】 請求項５に記載のIII族窒化物半導体基
板の製造方法において、 上記熱拡散抑制層は、Ｎｉ、ＰｔおよびＴｉのうちから
選択される少なくともいずれか１つの金属から形成され
ていることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造
方法。 - 【請求項７】 請求項４に記載のIII族窒化物半導体基
板の製造方法において、 上記熱拡散抑制層は、誘電体から形成されていることを
特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載のIII族窒化物半導体基
板の製造方法において、 上記熱拡散抑制層は、シリコン酸化膜およびシリコン窒
化膜のうちから選択される少なくともいずれか１つの誘
電体から形成されていることを特徴とするIII族窒化物
半導体基板の製造方法。 - 【請求項９】 請求項１に記載のIII族窒化物半導体基
板の製造方法において、 上記工程（ｅ）の後に、上記熱拡散抑制層を除去する工
程（ｆ）を含むことを特徴とするIII族窒化物半導体基
板の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のIII族窒化物半導体
基板の製造方法において、 上記工程（ｆ）では、上記熱拡散抑制層をエッチングに
よって除去することを特徴とするIII族窒化物半導体基
板の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項９に記載のIII族窒化物半導体
基板の製造方法において、 上記工程（ｆ）では、上記熱拡散抑制層を研磨によって
除去することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製
造方法。 - 【請求項１２】 請求項１に記載のIII族窒化物半導体
基板の製造方法において、 上記基板は、上記第１のIII族窒化物半導体よりも熱伝
導率が低いことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の
製造方法。 - 【請求項１３】 基板を用意する工程（ａ）と、 上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層
を形成する工程（ｂ）と、 上記第１半導体層上に、光反射層を形成する工程（ｃ）
と、 上記光反射層上に、III族窒化物半導体からなる第２半
導体層を形成する工程（ｄ）と、 上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される
光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射
することによって、上記第１半導体層を分解する工程
（ｅ）とを含み、 上記光反射層は、上記工程（ｅ）で照射される上記光ビ
ームを反射することを特徴とするIII族窒化物半導体基
板の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載のIII族窒化物半導
体基板の製造方法において、 上記第１半導体層は、上記光ビームのエネルギーよりも
バンドギャップの小さいIII族窒化物半導体からなる第
１層と、上記第１層上に形成された上記光ビームのエネ
ルギーよりもバンドギャップの大きいIII族窒化物半導
体からなる第２層とを有することを特徴とするIII族窒
化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１３に記載のIII族窒化物半導
体基板の製造方法において、 上記工程（ｃ）では、上記光反射層を形成した後、上記
光反射層を貫通し上記第１半導体層に到達する開口部を
形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製
造方法。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載のIII族窒化物半導
体基板の製造方法において、 上記光反射層は、誘電体から形成されていることを特徴
とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１６に記載のIII族窒化物半導
体基板の製造方法において、 上記光反射層は、シリコン酸化膜とチタン酸化膜とが交
互に積層された積層膜であることを特徴とするIII族窒
化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項１８】 基板を用意する工程（ａ）と、 上記基板の内部に光散乱部を形成する工程（ｂ）と、 上記基板上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形
成する工程（ｃ）と、 上記基板を透過し、且つ上記半導体層に吸収される光ビ
ームを、上記基板を介して上記半導体層に照射すること
によって、上記半導体層の下部を分解する工程（ｄ）
と、 を含むIII族窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項１９】 請求項１８に記載のIII族窒化物半導
体基板の製造方法において、 上記工程（ｂ）では、上記基板にイオンを注入すること
によって、上記基板の内部に光散乱部を形成することを
特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項２０】 請求項１９に記載のIII族窒化物半導
体基板の製造方法において、 上記工程（ａ）の後に上記工程（ｃ）を行ない、 上記工程（ｂ）において、上記半導体層を介して上記基
板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に
光散乱部を形成し、 上記工程（ｂ）と（ｄ）との間に、上記半導体層上にII
I族窒化物半導体からなるもう１つの半導体層を形成す
る工程をさらに含むことを特徴とするIII族窒化物半導
体基板の製造方法。 - 【請求項２１】 請求項１８に記載のIII族窒化物半導
体基板の製造方法において、 上記工程（ｂ）では、上記光散乱部として上記基板の下
部に複数の凹部を形成することを特徴とするIII族窒化
物半導体基板の製造方法。 - 【請求項２２】 請求項２１に記載のIII族窒化物半導
体基板の製造方法において、 上記複数の凹部をプラズマ照射によって形成することを
特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
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Cited By (14)
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