JP2009221078A - Ｉｉｉ族窒化物半導体基板形成用基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】手間を要さずにIII族窒化物半導体基板を得ることができるIII族窒化物半導体基板形成用基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】III族窒化物半導体基板形成用基板１は、下地基板１１と、この下地基板１１上に設けられ、炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタルから選択される炭化物層を窒化した層１２と、炭化物層を窒化した層１２上に設けられたIII族窒化物半導体膜１３とを備える。III族窒化物半導体基板形成用基板１は、III族窒化物半導体膜１３上に、III族窒化物半導体層を成長させ、下地基板１１を除去し、III族窒化物半導体基板を得るために使用されるものである。
【選択図】図１
【解決手段】III族窒化物半導体基板形成用基板１は、下地基板１１と、この下地基板１１上に設けられ、炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタルから選択される炭化物層を窒化した層１２と、炭化物層を窒化した層１２上に設けられたIII族窒化物半導体膜１３とを備える。III族窒化物半導体基板形成用基板１は、III族窒化物半導体膜１３上に、III族窒化物半導体層を成長させ、下地基板１１を除去し、III族窒化物半導体基板を得るために使用されるものである。
【選択図】図１
Description
本発明は、III族窒化物半導体基板形成用基板およびその製造方法に関する。
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶等のIII族窒化物半導体のバルク結晶を、青紫色レーザや白色発光ダーオード作製用の基板に使用する試みが行なわれている。しかしながら、ＧａＮのようなIII族窒化物半導体の結晶では、窒素の解離圧が高いことにより、ＧａＡｓのように溶液から大きなバルク結晶を得ることが難しく、工業的に利用できるバルクIII族窒化物半導体結晶の作製は非常に困難である。
このため、たとえば、ＧａＮ半導体基板の作製には、ＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）法が主に用いられている。
特許文献１には、ＨＶＰＥ法を用いたＧａＮ半導体基板の製造方法が開示されている。この製造方法では、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上に、ストライプ状に配置された断面矩形形状の被覆部および被覆部間に形成された開口部を有するマスクを形成する。このマスクの被覆部は、サファイア基板の<１１−２０>、ＧａＮ半導体の<１−１００>方向に延在する。
マスク形成後、その開口部からＧａＮ半導体層を成長させ、前記マスクの被覆部上面を、完全には覆わない状態で成長を止める。次に、マスクをドライエッチングにより除去し、ＧａＮ半導体層上にさらにＧａＮ半導体層を成長させる。その後、サファイア基板をそのまま剥離し、ＧａＮ半導体基板を得る。
ところが、従来のＧａＮ半導体基板の製造方法では、ＧａＮ半導体層からサファイア基板を剥離する際、ＧａＮ半導体層が損傷を受けることが多く、ひどい場合にはＧａＮ半導体層が粉々に割れてしまうことがあった。
特許文献１には、ＨＶＰＥ法を用いたＧａＮ半導体基板の製造方法が開示されている。この製造方法では、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上に、ストライプ状に配置された断面矩形形状の被覆部および被覆部間に形成された開口部を有するマスクを形成する。このマスクの被覆部は、サファイア基板の<１１−２０>、ＧａＮ半導体の<１−１００>方向に延在する。
マスク形成後、その開口部からＧａＮ半導体層を成長させ、前記マスクの被覆部上面を、完全には覆わない状態で成長を止める。次に、マスクをドライエッチングにより除去し、ＧａＮ半導体層上にさらにＧａＮ半導体層を成長させる。その後、サファイア基板をそのまま剥離し、ＧａＮ半導体基板を得る。
ところが、従来のＧａＮ半導体基板の製造方法では、ＧａＮ半導体層からサファイア基板を剥離する際、ＧａＮ半導体層が損傷を受けることが多く、ひどい場合にはＧａＮ半導体層が粉々に割れてしまうことがあった。
そこで、このような課題を解決するために、サファイア基板を剥離する様々な方法が提案されている。
サファイア基板を剥離する従来の方法としては、たとえば、特許文献２に記載の方法が挙げられる。この方法では、ＧａＮ半導体層を加熱しながらサファイア基板側からレーザ光を照射する。レーザ光としては、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いる。レーザ光はＧａＮ半導体層で吸収され、これによってサファイア基板とＧａＮ半導体層との界面近傍のＧａＮは熱分解され、剥離が起こる。
サファイア基板を剥離する従来の方法としては、たとえば、特許文献２に記載の方法が挙げられる。この方法では、ＧａＮ半導体層を加熱しながらサファイア基板側からレーザ光を照射する。レーザ光としては、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いる。レーザ光はＧａＮ半導体層で吸収され、これによってサファイア基板とＧａＮ半導体層との界面近傍のＧａＮは熱分解され、剥離が起こる。
また、サファイア基板を剥離する従来の方法として、特許文献３に記載された方法もあげられる。
この方法では、サファイア基板上に、金属膜（たとえば、アルミニウム膜）を堆積させ、この金属膜上にＧａＮを成長させ、ＧａＮ半導体層を形成する。そして、金属膜をエッチングすることにより、ＧａＮ半導体層からサファイア基板を剥離する。
特開２００３−５５０９７号公報
特開２００２−５７１１９号公報
特開２００２−２８４６００号公報
この方法では、サファイア基板上に、金属膜（たとえば、アルミニウム膜）を堆積させ、この金属膜上にＧａＮを成長させ、ＧａＮ半導体層を形成する。そして、金属膜をエッチングすることにより、ＧａＮ半導体層からサファイア基板を剥離する。
しかしながら、特許文献２に記載された技術では、剥離のための高額なレーザ照射装置が必要であり、レーザ光を走査しながらサファイア基板を剥離しなければならないため、サファイア基板の剥離に手間を要する。
同様に、特許文献３に記載された技術においても剥離のためのエッチング設備が必要であり、エッチング液がサファイア基板とＧａＮ膜の界面に浸透しにくく、特に大きな面積の金属膜を完全にエッチングで除去するには長時間を必要とする。
同様に、特許文献３に記載された技術においても剥離のためのエッチング設備が必要であり、エッチング液がサファイア基板とＧａＮ膜の界面に浸透しにくく、特に大きな面積の金属膜を完全にエッチングで除去するには長時間を必要とする。
本発明の目的は、III族窒化物半導体基板を得るにあたり上述した問題を解消し、手間を要さずにIII族窒化物半導体基板を得ることができるIII族窒化物半導体基板形成用基板およびその製造方法を提供することである。
本発明によれば、下地基板と、この下地基板上に設けられ、炭化アルミニウム層を窒化した層と、前記炭化アルミニウム層を窒化した層上に設けられたIII族窒化物半導体膜とを備えるIII族窒化物半導体基板形成用基板が提供される。
本発明のIII族窒化物半導体基板形成用基板は、III族窒化物半導体基板を得るために使用されるものであり、III族窒化物半導体膜上にIII族窒化物半導体層を積層させ、下地基板を除去することで、III族窒化物半導体基板が得られる。
本発明においては、前記炭化アルミニウム層を窒化した層は、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと、炭素とを含有する。
ここで、III族窒化物半導体基板形成用基板を使用したIII族窒化物半導体基板の形成方法について説明する。
III族窒化物半導体基板形成用基板のIII族窒化物半導体膜上にIII族窒化物半導体層を形成する過程において、炭化アルミニウム層を窒化した層中に、III族窒化物半導体から供給される窒素原子が拡散し、炭化アルミニウムから窒化アルミニウムと、炭素とが生成される。
そして、III族窒化物半導体層を形成する間にＡｌＮはIII族窒化物半導体と混晶を形成し、最終的にIII族窒化物半導体基板形成用基板の下地基板との境界面にＣが濃縮したIII族窒化物半導体層が形成される。
ＣはIII族窒化物半導体層や下地基板に対して不活性であるため、Ｃが濃縮した境界面では、III族窒化物半導体層と下地基板との結合強度が低下し、極めて小さな応力で下地基板を分離することが可能となる。
従って、本発明のIII族窒化物半導体基板形成用基板を使用することで、容易にIII族窒化物半導体基板を得ることができる。
ここで、III族窒化物半導体基板形成用基板を使用したIII族窒化物半導体基板の形成方法について説明する。
III族窒化物半導体基板形成用基板のIII族窒化物半導体膜上にIII族窒化物半導体層を形成する過程において、炭化アルミニウム層を窒化した層中に、III族窒化物半導体から供給される窒素原子が拡散し、炭化アルミニウムから窒化アルミニウムと、炭素とが生成される。
そして、III族窒化物半導体層を形成する間にＡｌＮはIII族窒化物半導体と混晶を形成し、最終的にIII族窒化物半導体基板形成用基板の下地基板との境界面にＣが濃縮したIII族窒化物半導体層が形成される。
ＣはIII族窒化物半導体層や下地基板に対して不活性であるため、Ｃが濃縮した境界面では、III族窒化物半導体層と下地基板との結合強度が低下し、極めて小さな応力で下地基板を分離することが可能となる。
従って、本発明のIII族窒化物半導体基板形成用基板を使用することで、容易にIII族窒化物半導体基板を得ることができる。
以上の原理をより詳細に説明すると以下のようである。
炭化アルミニウムは窒化によって（1）式に示すようにＡｌＮとＣＨ４を生成する。炭化アルミニウムを窒化すると下地基板と接する部分にはＡｌ４Ｃ３が残り、その上にはＡｌ４Ｃ３の結晶情報を引き継いだＡｌＮを有する、窒化された炭化アルミニウム層が形成される。
炭化アルミニウムは窒化によって（1）式に示すようにＡｌＮとＣＨ４を生成する。炭化アルミニウムを窒化すると下地基板と接する部分にはＡｌ４Ｃ３が残り、その上にはＡｌ４Ｃ３の結晶情報を引き継いだＡｌＮを有する、窒化された炭化アルミニウム層が形成される。
Ａｌ４Ｃ３からＡｌＮへの結晶情報の引継ぎは、炭化物と窒化物の結晶構造が同一で、格子不整合が小さいため極めて良好である。さらに、Ａｌ４Ｃ３、ＡｌＮの結晶構造が六方晶に属するため、III族窒化物半導体膜を成長させるのに適している。
Ａｌ４Ｃ３+４ＮＨ３→4ＡｌＮ+３ＣＨ4・・・（1）式
窒化された炭化アルミニウム層の上部にIII族窒化物半導体膜を成長させる過程においては、式（１）に示したように、ＡｌＮ上にIII族窒化物半導体を成長させることとなるが、下地基板上に残ったＡｌ４Ｃ３は、III族窒化物半導体から供給される窒素原子がＡｌＮを介して拡散し、（2）式で示す窒化反応が進行する。
Ａｌ４Ｃ３+4Ｎ→4ＡｌＮ+3Ｃ・・・・・・・・・・・・（2）式
従って、本発明の形成用基板の炭化アルミニウム層を窒化した層は、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウム、と、炭素とを含有する構成となる。
この形成用基板を使用し、III族窒化物半導体層を成長させると、ＡｌＮはIII族窒化物半導体と混晶を形成し、最終的に下地基板との境界面にＣが濃縮したIII族窒化物半導体層が形成される。
この形成用基板を使用し、III族窒化物半導体層を成長させると、ＡｌＮはIII族窒化物半導体と混晶を形成し、最終的に下地基板との境界面にＣが濃縮したIII族窒化物半導体層が形成される。
ＣはIII族窒化物半導体や下地基板に対して不活性であるため、Ｃが濃縮した境界面では、III族窒化物半導体層と下地基板との結合強度が低下し、極めて小さな応力で下地基板を分離することが可能となる。
従って、本発明によれば、従来のように手間をかけることなくIII族窒化物半導体層から、下地基板を容易に除去することができ、III族窒化物半導体基板の製造方法が簡便なものとなる形成用基板を提供することができる。
なお炭化アルミニウムは、定比組成でＣ／Ｍモル比（Ｍは、Ａｌ）３／４であるが、定比組成に限定せず、主成分として炭化アルミニウムが形成されていればよい。
なお炭化アルミニウムは、定比組成でＣ／Ｍモル比（Ｍは、Ａｌ）３／４であるが、定比組成に限定せず、主成分として炭化アルミニウムが形成されていればよい。
この際、前記III族窒化物半導体膜の厚みが、２０ｎｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。
前記III族窒化物半導体膜の厚みを、２０ｎｍ以上とすることで、炭化アルミニウム層を窒化した前記層を、確実に炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと、炭素とを含有するものとすることができる。これにより、III族窒化物半導体層を成長させた後、下地基板を分離除去することが容易となる。
なお、III族窒化物半導体膜の厚みが２０ｎｍ未満の場合には、炭化アルミニウム層を窒化した層を炭素を含むものとすることが困難となり、III族窒化物半導体層を成長させた後、下地基板を分離除去することが困難となる可能性がある。
また、III族窒化物半導体膜の厚みを５０μｍ以下とすることで、炭化アルミニウム層を窒化した層を、確実に、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと、炭素とを含有するものとすることができる。これにより、III族窒化物半導体層を成長させた後、下地基板を分離除去することが容易となる。
なお、III族窒化物半導体膜の厚みが５０μｍを超える場合には、炭化アルミニウム層を窒化した層と、下地基板との界面全面に炭素の層が形成されてしまう可能性があり、下地基板が剥離してしまうおそれがある。
なお、III族窒化物半導体膜の厚みが２０ｎｍ未満の場合には、炭化アルミニウム層を窒化した層を炭素を含むものとすることが困難となり、III族窒化物半導体層を成長させた後、下地基板を分離除去することが困難となる可能性がある。
また、III族窒化物半導体膜の厚みを５０μｍ以下とすることで、炭化アルミニウム層を窒化した層を、確実に、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと、炭素とを含有するものとすることができる。これにより、III族窒化物半導体層を成長させた後、下地基板を分離除去することが容易となる。
なお、III族窒化物半導体膜の厚みが５０μｍを超える場合には、炭化アルミニウム層を窒化した層と、下地基板との界面全面に炭素の層が形成されてしまう可能性があり、下地基板が剥離してしまうおそれがある。
さらに、前記炭化アルミニウム層を窒化した層の厚みが２０ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下であることが好ましい。
前記炭化アルミニウム層を窒化した層の厚みを２０ｎｍ以上とすることで、III族窒化物半導体基板を形成する過程において、炭化アルミニウムがほとんど窒化アルミニウムとなり、III族窒化物半導体膜が下地基板と密着してしまい、下地基板が分離除去されにくくなってしまうことを抑制することができる。
また、炭化アルミニウム層を窒化した層の厚みを１４０ｎｍ以下とすることで、III族窒化物半導体基板を形成する過程において、下地基板が分離除去されにくくなってしまうことを抑制することができる。
すなわち、炭化アルミニム層を窒化した層の厚みを１４０ｎｍを超えるものとした場合には、III族窒化物半導体基板形成用基板上にIII族窒化物半導体層を形成した際においても炭化アルミニウム層が残留し、炭化アルミニウム層により、下地基板とIII族窒化物半導体層とが強固に結合するため、下地基板を分離することが困難となる場合がある。
また、炭化アルミニウム層を窒化した層の厚みを１４０ｎｍ以下とすることで、III族窒化物半導体基板形成用基板を用いて作成されるIII族窒化物半導体基板の結晶性を良好なものとすることができる。
前記炭化アルミニウム層を窒化した層の厚みを２０ｎｍ以上とすることで、III族窒化物半導体基板を形成する過程において、炭化アルミニウムがほとんど窒化アルミニウムとなり、III族窒化物半導体膜が下地基板と密着してしまい、下地基板が分離除去されにくくなってしまうことを抑制することができる。
また、炭化アルミニウム層を窒化した層の厚みを１４０ｎｍ以下とすることで、III族窒化物半導体基板を形成する過程において、下地基板が分離除去されにくくなってしまうことを抑制することができる。
すなわち、炭化アルミニム層を窒化した層の厚みを１４０ｎｍを超えるものとした場合には、III族窒化物半導体基板形成用基板上にIII族窒化物半導体層を形成した際においても炭化アルミニウム層が残留し、炭化アルミニウム層により、下地基板とIII族窒化物半導体層とが強固に結合するため、下地基板を分離することが困難となる場合がある。
また、炭化アルミニウム層を窒化した層の厚みを１４０ｎｍ以下とすることで、III族窒化物半導体基板形成用基板を用いて作成されるIII族窒化物半導体基板の結晶性を良好なものとすることができる。
さらに、前記炭化アルミニウム層を窒化した層は、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと、炭素とを含むことが好ましい。
このようにすることで、本発明にかかるIII族窒化物半導体基板形成用基板上にIII族窒化物半導体層を形成した際において、下地基板の剥離性を良好なものとすることができる。
このようにすることで、本発明にかかるIII族窒化物半導体基板形成用基板上にIII族窒化物半導体層を形成した際において、下地基板の剥離性を良好なものとすることができる。
さらに、前記下地基板と、前記炭化アルミニウム層を窒化した層との界面に炭素の層が形成されておらず、前記炭化アルミニウム層を窒化した層中に炭素が分散していることが好ましい。
このようにすることで、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板からIII族窒化物半導体膜が剥離してしまうことを抑制することができる。
このようにすることで、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板からIII族窒化物半導体膜が剥離してしまうことを抑制することができる。
また、本発明によれば、上述したIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法を提供することができる。
すなわち、本発明によれば、下地基板と、炭化アルミニウム層を窒化した層と、前記炭化アルミニウム層を窒化した層上に設けられたIII族窒化物半導体膜とを備えるIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法であって、前記下地基板上に、炭化アルミニウム層を形成する工程と、前記炭化アルミニウム層を窒化する工程と、窒化された前記炭化アルミニウム層の上にIII族窒化物半導体膜を設ける工程と、を含むIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法が提供される。
すなわち、本発明によれば、下地基板と、炭化アルミニウム層を窒化した層と、前記炭化アルミニウム層を窒化した層上に設けられたIII族窒化物半導体膜とを備えるIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法であって、前記下地基板上に、炭化アルミニウム層を形成する工程と、前記炭化アルミニウム層を窒化する工程と、窒化された前記炭化アルミニウム層の上にIII族窒化物半導体膜を設ける工程と、を含むIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法が提供される。
この際、前記炭化アルミニウム層を窒化する工程では、前記下地基板と、前記炭化アルミニウム層との界面に炭素の層が析出しない程度に前記炭化アルミニウム層を窒化することが好ましい。
さらには、III族窒化物半導体膜を設ける前記工程では、前記III族窒化物半導体膜を３００℃以上、１０５０℃以下、１０分以上、４０分以下で成長させることが好ましい。
このようにすることで、下地基板がIII族窒化物半導体膜から分離されず、かつ、III族窒化物半導体層を形成した際に、下地基板を分離することができるIII族窒化物半導体基板形成用基板を提供することができる。
さらには、III族窒化物半導体膜を設ける前記工程では、前記III族窒化物半導体膜を３００℃以上、１０５０℃以下、１０分以上、４０分以下で成長させることが好ましい。
このようにすることで、下地基板がIII族窒化物半導体膜から分離されず、かつ、III族窒化物半導体層を形成した際に、下地基板を分離することができるIII族窒化物半導体基板形成用基板を提供することができる。
本発明によれば、手間を要さずにIII族窒化物半導体基板を得ることができるIII族窒化物半導体基板形成用基板およびその製造方法が提供される。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
はじめに、本実施形態の概要について説明する。
図１に示すように、本実施形態のIII族窒化物半導体基板形成用基板１は、下地基板１１と、この下地基板１１上に設けられ、炭化アルミニウム層を窒化した層１２と、炭化アルミニウム層を窒化した層１２上に設けられたIII族窒化物半導体膜１３とを備える。
このIII族窒化物半導体基板形成用基板１は、III族窒化物半導体膜１３上に、III族窒化物半導体層を成長させ、下地基板１１を除去し、III族窒化物半導体基板を得るために使用されるものである。このIII族窒化物半導体基板形成用基板１は、III族窒化物半導体基板形成用のいわゆるテンプレートとして使用されるものである。
はじめに、本実施形態の概要について説明する。
図１に示すように、本実施形態のIII族窒化物半導体基板形成用基板１は、下地基板１１と、この下地基板１１上に設けられ、炭化アルミニウム層を窒化した層１２と、炭化アルミニウム層を窒化した層１２上に設けられたIII族窒化物半導体膜１３とを備える。
このIII族窒化物半導体基板形成用基板１は、III族窒化物半導体膜１３上に、III族窒化物半導体層を成長させ、下地基板１１を除去し、III族窒化物半導体基板を得るために使用されるものである。このIII族窒化物半導体基板形成用基板１は、III族窒化物半導体基板形成用のいわゆるテンプレートとして使用されるものである。
次に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板形成用基板１について詳細に説明する。
下地基板１１は、サファイア基板、ZnO基板、SiC基板、GaAs基板、Ga2O3基板、スピネル基板等である。
炭化アルミニウム層を窒化した層１２は、下地基板１１上に設けられている。
下地基板１１は、サファイア基板、ZnO基板、SiC基板、GaAs基板、Ga2O3基板、スピネル基板等である。
炭化アルミニウム層を窒化した層１２は、下地基板１１上に設けられている。
この炭化アルミニウム層を窒化した層１２は、金属炭化物である炭化アルミニウムと、金属窒化物である窒化アルミニウムと、炭素とを含有する。
この層１２は、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭素を含有する第一層１２１と、この第一層１２１上に設けられた窒化アルミニウム層である第二層１２２とを有する。
なお、ここでは、層１２が第一層１２１と第二層１２２とで構成されるとしたが、これに限らず、層１２は２層に明確に分離していない状態であってもよい。
炭素は、第一層１２１中に分散して析出しており、下地基板１１と第一層１２１との界面全面を覆っていない。換言すると、第一層１２１と下地基板１１との間には炭素の層が形成されていない。
この層１２の厚みは、２０ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下であることが好ましい。
なかでも、２０ｎｍ以上、７０ｎｍ以下であることがとくに好ましい。
この層１２は、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭素を含有する第一層１２１と、この第一層１２１上に設けられた窒化アルミニウム層である第二層１２２とを有する。
なお、ここでは、層１２が第一層１２１と第二層１２２とで構成されるとしたが、これに限らず、層１２は２層に明確に分離していない状態であってもよい。
炭素は、第一層１２１中に分散して析出しており、下地基板１１と第一層１２１との界面全面を覆っていない。換言すると、第一層１２１と下地基板１１との間には炭素の層が形成されていない。
この層１２の厚みは、２０ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下であることが好ましい。
なかでも、２０ｎｍ以上、７０ｎｍ以下であることがとくに好ましい。
III族窒化物半導体膜１３は、たとえば、GaxAl1-xN(0≦ｘ≦1)、GaｘIn1-xN（0≦ｘ≦1）である。なかでもIII族窒化物半導体膜１３はＧａＮであることが好ましい。
このIII族窒化物半導体膜１３は、２０nm以上、５０μｍ以下であることが好ましい。なかでも、７０nm以上、５０μｍ以下であることが特に好ましい。
このIII族窒化物半導体膜１３は、２０nm以上、５０μｍ以下であることが好ましい。なかでも、７０nm以上、５０μｍ以下であることが特に好ましい。
このようなIII族窒化物半導体基板形成用基板１は以下のようにして製造することができる。図２を参照して説明する。
はじめに、III族窒化物半導体基板形成用基板１の製造方法の概要について説明する。
(i)下地基板１１上に、炭化アルミニウム層１４を形成する工程と、
(ii)炭化アルミニウム層１４を窒化し、窒化された炭化アルミニウム層１５を形成する工程と、
(iii)窒化された炭化物層１５の上にIII族窒化物半導体膜１３を設ける工程と、
を含む。
はじめに、III族窒化物半導体基板形成用基板１の製造方法の概要について説明する。
(i)下地基板１１上に、炭化アルミニウム層１４を形成する工程と、
(ii)炭化アルミニウム層１４を窒化し、窒化された炭化アルミニウム層１５を形成する工程と、
(iii)窒化された炭化物層１５の上にIII族窒化物半導体膜１３を設ける工程と、
を含む。
以下、III族窒化物半導体基板形成用基板１の製造方法について、詳述する。
（炭化アルミニウム層の形成工程）
まず、下地基板１１上に、炭化アルミニウム層１４を形成する（図２（Ａ））。炭化アルミニウム層１４は、有機アルミニウムガス（例えば、トリメチルアルミニウム）を原料ガスとして形成される。
炭化アルミニウム層１４の成膜条件は、例えば以下のようにする。
（炭化アルミニウム層の形成工程）
まず、下地基板１１上に、炭化アルミニウム層１４を形成する（図２（Ａ））。炭化アルミニウム層１４は、有機アルミニウムガス（例えば、トリメチルアルミニウム）を原料ガスとして形成される。
炭化アルミニウム層１４の成膜条件は、例えば以下のようにする。
成膜方法：有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法
原料ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、水素（Ｈ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガス
成膜温度：３００℃〜１０００℃
成膜時間：５分〜６０分
膜厚：２０ｎｍ〜１４０ｎｍ
原料ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、水素（Ｈ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガス
成膜温度：３００℃〜１０００℃
成膜時間：５分〜６０分
膜厚：２０ｎｍ〜１４０ｎｍ
キャリアガスとしては、水素、窒素、アルゴンなどトリメチルアルミニウムと反応し難いガスを選択すればよいが、ここでは水素ガスまたは／および窒素ガスをキャリアガスとして使用している。
キャリアガスとして窒素ガスを使用する場合、窒素ガスのモル分圧をＴＭＡｌのモル分圧に対して一定以上にすると、炭化アルミニウムでなく、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が形成されてしまうことがある。そのため、窒素ガスのモル分圧をＴＭＡｌのモル分圧に対して所定値以下にする必要がある。本実施形態では、ＴＭＡｌのモル分圧に対する窒素ガスのモル分圧比を１．８×１０５以下としている（ＴＭＡｌ、１８℃）。好ましくはキャリアガスとして水素ガスのみを使用すればＡｌＮの形成は起こらない。
また、炭化アルミニウム層１４の成膜温度は、３００℃〜１０００℃であればよいが、４００℃以上であることが好ましく、６００℃以下であることが好ましい。
キャリアガスとして窒素ガスを使用する場合、窒素ガスのモル分圧をＴＭＡｌのモル分圧に対して一定以上にすると、炭化アルミニウムでなく、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が形成されてしまうことがある。そのため、窒素ガスのモル分圧をＴＭＡｌのモル分圧に対して所定値以下にする必要がある。本実施形態では、ＴＭＡｌのモル分圧に対する窒素ガスのモル分圧比を１．８×１０５以下としている（ＴＭＡｌ、１８℃）。好ましくはキャリアガスとして水素ガスのみを使用すればＡｌＮの形成は起こらない。
また、炭化アルミニウム層１４の成膜温度は、３００℃〜１０００℃であればよいが、４００℃以上であることが好ましく、６００℃以下であることが好ましい。
（炭化アルミニウム層を窒化する工程）
次に、図２（Ｂ）に示すように、炭化アルミニウム層１４を３００℃〜９００℃の雰囲気下で窒化し、窒化した炭化アルミニウム層１５を形成する。
炭化アルミニウム層１４の窒化条件は、例えば以下のようにする。
次に、図２（Ｂ）に示すように、炭化アルミニウム層１４を３００℃〜９００℃の雰囲気下で窒化し、窒化した炭化アルミニウム層１５を形成する。
炭化アルミニウム層１４の窒化条件は、例えば以下のようにする。
窒化ガス：アンモニア（ＮＨ３）ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス
窒化温度：３００℃〜９００℃
窒化時間：５分〜６０分
なお、窒化温度は５００℃以上７００℃以下であることがより好ましく、特に好ましくは５５０℃以下である。５５０℃より高温にすると、（５）式に示すとおりＣＨ４が分解してＣが析出し、ＣがＡｌＮに混入することでIII族窒化物半導体層の結晶性が低下する場合がある。Ｃの析出を抑制するには、水素の導入やアンモニア分圧を高めるのが有効である。
ＣＨ４→Ｃ+２Ｈ２・・・・・・・・・・・・・・・・(５)式
また、窒化時間は、３０分以下であることがより好ましい。窒化時間を３０分程度とすることで、炭化アルミニウム層１４を適度に窒化することができる。
窒化温度：３００℃〜９００℃
窒化時間：５分〜６０分
なお、窒化温度は５００℃以上７００℃以下であることがより好ましく、特に好ましくは５５０℃以下である。５５０℃より高温にすると、（５）式に示すとおりＣＨ４が分解してＣが析出し、ＣがＡｌＮに混入することでIII族窒化物半導体層の結晶性が低下する場合がある。Ｃの析出を抑制するには、水素の導入やアンモニア分圧を高めるのが有効である。
ＣＨ４→Ｃ+２Ｈ２・・・・・・・・・・・・・・・・(５)式
また、窒化時間は、３０分以下であることがより好ましい。窒化時間を３０分程度とすることで、炭化アルミニウム層１４を適度に窒化することができる。
なお、炭化アルミニウム層１４を窒化する際の反応ガスとしては、アンモニアが好ましい。反応ガスとしてアンモニア以外に窒素を使用してもＡｌＮを形成できるが、（６）式で示すようにＡｌＮとＣが生成し、ＡｌＮにＣが混入した場合にはIII族窒化物半導体基板の結晶品質に影響を与える可能性がある。
Ａｌ４Ｃ３+２Ｎ２→4ＡｌＮ+３Ｃ・・・・・・・・・・・（６）式
炭化アルミニウム層１４の窒化は、ＭＯＶＰＥ装置内で炭化アルミニウム層の形成工程から連続で行うことができる。
なお、図２（Ｂ）に示す符号１５１は、炭化アルミニウムの層を示し、符号１５２は、窒化アルミニウムの層を示している。すなわち、基板１１と接する部分にはＡｌ４Ｃ３が残り、その上にはＡｌ４Ｃ３の結晶情報を引き継いだＡｌＮ層が形成されていることを示している。
この窒化工程では、下地基板１１と層１５１との界面全面を炭素が覆わず、さらに、この界面に炭素の層が形成されない程度に炭化アルミニウム層１４を窒化する。
Ａｌ４Ｃ３+２Ｎ２→4ＡｌＮ+３Ｃ・・・・・・・・・・・（６）式
炭化アルミニウム層１４の窒化は、ＭＯＶＰＥ装置内で炭化アルミニウム層の形成工程から連続で行うことができる。
なお、図２（Ｂ）に示す符号１５１は、炭化アルミニウムの層を示し、符号１５２は、窒化アルミニウムの層を示している。すなわち、基板１１と接する部分にはＡｌ４Ｃ３が残り、その上にはＡｌ４Ｃ３の結晶情報を引き継いだＡｌＮ層が形成されていることを示している。
この窒化工程では、下地基板１１と層１５１との界面全面を炭素が覆わず、さらに、この界面に炭素の層が形成されない程度に炭化アルミニウム層１４を窒化する。
（III族窒化物半導体膜１３の形成工程）
次に、窒化した炭化アルミニウム層１５上に、III族窒化物半導体膜１３を設ける（図１参照）。
III族窒化物半導体膜１３は、たとえば、ＧａＮであり、成膜条件は、たとえば、以下のようにすることができる。
次に、窒化した炭化アルミニウム層１５上に、III族窒化物半導体膜１３を設ける（図１参照）。
III族窒化物半導体膜１３は、たとえば、ＧａＮであり、成膜条件は、たとえば、以下のようにすることができる。
成膜方法：ＭＯＶＰＥ法
成膜温度：３００℃〜１０５０℃
成膜ガス：トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス
膜厚：２０ｎｍ〜５０μｍ
成膜時間：１０分〜４０分
なお、III族窒化物半導体膜１３の形成は、ＭＯＶＰＥ装置内で炭化アルミニウム層を窒化する工程から連続で行うことができる。
このIII族窒化物半導体膜１３の形成工程において、 III族窒化物半導体膜１３の膜厚が増加していく過程で炭化アルミニウムの層１５１はIII族窒化物半導体膜１３から供給される窒素原子で窒化され、窒化アルミニウムとカーボンを生成する。従って、図１に示したように、炭素、炭化アルミニウム、窒化アルミニウムを含む層１２１と、窒化アルミニウム層１２２とが形成されることとなる。これが、炭化物層を窒化した層１２に該当する。
ここで、III族窒化物半導体膜１３の形成は、下地基板１１が炭化物層を窒化した層１２から剥離しない程度、すなわち、下地基板１１と、層１２との界面に炭素の層が析出せず、界面全面を炭素が覆わない程度に行う必要がある。たとえば、３００℃で成膜する場合には、成膜時間を４０分とし、７００℃で成膜する場合には、成膜時間を１５分とする。さらに、１０００℃で成膜する場合には、成膜時間を１１分とし、１０５０℃で成膜する場合には、成膜時間を１０分とする。
このようにして製造されたIII族窒化物半導体基板形成用基板１は、常温まで冷却されるが、この冷却工程において、下地基板１１が剥離してしまうことはない。
以上の工程はＭＯＶＰＥ装置の中で一貫して行うことが可能であるため、大気に浮遊する微粒子やガスによる汚染がなく短時間でかつ簡便にIII族窒化物半導体基板形成用基板１の製造が可能である。
成膜温度：３００℃〜１０５０℃
成膜ガス：トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス
膜厚：２０ｎｍ〜５０μｍ
成膜時間：１０分〜４０分
なお、III族窒化物半導体膜１３の形成は、ＭＯＶＰＥ装置内で炭化アルミニウム層を窒化する工程から連続で行うことができる。
このIII族窒化物半導体膜１３の形成工程において、 III族窒化物半導体膜１３の膜厚が増加していく過程で炭化アルミニウムの層１５１はIII族窒化物半導体膜１３から供給される窒素原子で窒化され、窒化アルミニウムとカーボンを生成する。従って、図１に示したように、炭素、炭化アルミニウム、窒化アルミニウムを含む層１２１と、窒化アルミニウム層１２２とが形成されることとなる。これが、炭化物層を窒化した層１２に該当する。
ここで、III族窒化物半導体膜１３の形成は、下地基板１１が炭化物層を窒化した層１２から剥離しない程度、すなわち、下地基板１１と、層１２との界面に炭素の層が析出せず、界面全面を炭素が覆わない程度に行う必要がある。たとえば、３００℃で成膜する場合には、成膜時間を４０分とし、７００℃で成膜する場合には、成膜時間を１５分とする。さらに、１０００℃で成膜する場合には、成膜時間を１１分とし、１０５０℃で成膜する場合には、成膜時間を１０分とする。
このようにして製造されたIII族窒化物半導体基板形成用基板１は、常温まで冷却されるが、この冷却工程において、下地基板１１が剥離してしまうことはない。
以上の工程はＭＯＶＰＥ装置の中で一貫して行うことが可能であるため、大気に浮遊する微粒子やガスによる汚染がなく短時間でかつ簡便にIII族窒化物半導体基板形成用基板１の製造が可能である。
次に、図３を参照し、以上のようにして製造されたIII族窒化物半導体基板形成用基板１を用いたIII族窒化物半導体基板の製造方法について説明する。
はじめに、図３（Ａ）に示すように、III族窒化物半導体膜１３上にIII族窒化物半導体層２１をエピタキシャル成長させる。
III族窒化物半導体層２１は、III族窒化物半導体膜１３と同じIII族窒化物であり、たとえば、ＧａＮである。
III族窒化物半導体層２１の成長条件は、たとえば、以下のようにすることができる。
はじめに、図３（Ａ）に示すように、III族窒化物半導体膜１３上にIII族窒化物半導体層２１をエピタキシャル成長させる。
III族窒化物半導体層２１は、III族窒化物半導体膜１３と同じIII族窒化物であり、たとえば、ＧａＮである。
III族窒化物半導体層２１の成長条件は、たとえば、以下のようにすることができる。
成膜方法：ＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）法
成膜温度：１０００℃〜１０５０℃
成膜時間：３０分〜２７０分
膜厚：２５０μｍ〜２０００μｍ
ＨＶＰＥ装置（図示略）中には、Ｇａソースが配置され、このＧａソースに対し、ＨＣｌガスを供給する。ＨＣｌガスと、Ｇａソースを反応させ、ＧａＣｌをIII族窒化物半導体膜１３近傍の領域に輸送する。III族窒化物半導体膜１３近傍の領域には、ＮＨ3ガスも供給されているので、ＮＨ3ガスと、ＧａＣｌが反応してＧａＮが成長し、III族窒化物半導体層２１が形成されることとなる。III族窒化物半導体層２１の膜厚が増加していく過程で窒化アルミニウム１２２はＧａＮと混晶を形成する。炭化アルミニウム１２１はＧａＮから供給される窒素原子で窒化され、窒化アルミニウムとカーボンを生成する。窒化アルミニウムはＧａＮと混晶を形成するため、最終的に図３（Ａ）に示すように、下地基板１１との境界面にＣが濃縮したＧａＮ半導体層が生成する。なお、図３（Ａ）において、符号１６は、Ｃの濃縮部である炭素の層を示している。
成膜温度：１０００℃〜１０５０℃
成膜時間：３０分〜２７０分
膜厚：２５０μｍ〜２０００μｍ
ＨＶＰＥ装置（図示略）中には、Ｇａソースが配置され、このＧａソースに対し、ＨＣｌガスを供給する。ＨＣｌガスと、Ｇａソースを反応させ、ＧａＣｌをIII族窒化物半導体膜１３近傍の領域に輸送する。III族窒化物半導体膜１３近傍の領域には、ＮＨ3ガスも供給されているので、ＮＨ3ガスと、ＧａＣｌが反応してＧａＮが成長し、III族窒化物半導体層２１が形成されることとなる。III族窒化物半導体層２１の膜厚が増加していく過程で窒化アルミニウム１２２はＧａＮと混晶を形成する。炭化アルミニウム１２１はＧａＮから供給される窒素原子で窒化され、窒化アルミニウムとカーボンを生成する。窒化アルミニウムはＧａＮと混晶を形成するため、最終的に図３（Ａ）に示すように、下地基板１１との境界面にＣが濃縮したＧａＮ半導体層が生成する。なお、図３（Ａ）において、符号１６は、Ｃの濃縮部である炭素の層を示している。
（下地基板の剥離工程）
次に、図３（Ｂ）に示すように、下地基板１１との境界面にＣが濃縮したＧａＮ半導体層から、下地基板１１を剥離して除去する。
具体的には、ＧａＮ半導体層を形成したＨＶＰＥ装置の温度を降温し、前記ＧａＮ半導体層を常温まで、冷却する。
この冷却中に、前記ＧａＮ半導体層と下地基板１１の熱膨張係数の違いからこれらの積層体に歪みが生じ、前記ＧａＮ半導体層と下地基板１１とが分離されることとなる。Ｃは下地基板１１に対して不活性であるため、Ｃが濃縮した境界面では、下地基板１１との結合強度が低下し、極めて小さな応力で下地基板１１を分離することが可能となる。
その後、剥離したＧａＮ半導体層の表面および裏面を研磨することで、平坦化した自立基板であるＧａＮ基板を作製することができる。
次に、図３（Ｂ）に示すように、下地基板１１との境界面にＣが濃縮したＧａＮ半導体層から、下地基板１１を剥離して除去する。
具体的には、ＧａＮ半導体層を形成したＨＶＰＥ装置の温度を降温し、前記ＧａＮ半導体層を常温まで、冷却する。
この冷却中に、前記ＧａＮ半導体層と下地基板１１の熱膨張係数の違いからこれらの積層体に歪みが生じ、前記ＧａＮ半導体層と下地基板１１とが分離されることとなる。Ｃは下地基板１１に対して不活性であるため、Ｃが濃縮した境界面では、下地基板１１との結合強度が低下し、極めて小さな応力で下地基板１１を分離することが可能となる。
その後、剥離したＧａＮ半導体層の表面および裏面を研磨することで、平坦化した自立基板であるＧａＮ基板を作製することができる。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
窒化した層１２は、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと、炭素とを含有する。
III族窒化物半導体膜１３上にIII族窒化物半導体層２１を形成する過程において、窒化した層１２中に、III族窒化物半導体から供給される窒素原子が拡散し、炭化アルミニウムから窒化アルミニウムと、炭素とが生成される。
そして、III族窒化物半導体層２１を形成する間にＡｌＮはIII族窒化物半導体と混晶を形成し、最終的に下地基板１１との境界面にＣが濃縮したIII族窒化物半導体層が形成される。
ＣはIII族窒化物半導体層や下地基板１１に対して不活性であるため、Ｃが濃縮した境界面では、III族窒化物半導体層と下地基板１１との結合強度が低下し、極めて小さな応力で下地基板１１を分離することが可能となる。
従って、本実施形態のIII族窒化物半導体基板形成用基板１を使用することで、容易にIII族窒化物半導体基板を得ることができる。
窒化した層１２は、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと、炭素とを含有する。
III族窒化物半導体膜１３上にIII族窒化物半導体層２１を形成する過程において、窒化した層１２中に、III族窒化物半導体から供給される窒素原子が拡散し、炭化アルミニウムから窒化アルミニウムと、炭素とが生成される。
そして、III族窒化物半導体層２１を形成する間にＡｌＮはIII族窒化物半導体と混晶を形成し、最終的に下地基板１１との境界面にＣが濃縮したIII族窒化物半導体層が形成される。
ＣはIII族窒化物半導体層や下地基板１１に対して不活性であるため、Ｃが濃縮した境界面では、III族窒化物半導体層と下地基板１１との結合強度が低下し、極めて小さな応力で下地基板１１を分離することが可能となる。
従って、本実施形態のIII族窒化物半導体基板形成用基板１を使用することで、容易にIII族窒化物半導体基板を得ることができる。
また、III族窒化物半導体膜１３の厚みを、２０ｎｍ以上とすることで、炭化アルミニウム層を窒化した層１２を、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと炭素とを含有するものとすることができる。これにより、III族窒化物半導体層２１を成長させた後、下地基板１１を分離除去することが容易となる。
なお、III族窒化物半導体膜１３の厚みが２０nm未満の場合には、窒化された前記層１２は炭素を含むものとすることが困難となり、III族窒化物半導体層２１を成長させた後、下地基板１１を分離除去することが困難となる可能性がある。
なお、III族窒化物半導体膜１３の厚みが２０nm未満の場合には、窒化された前記層１２は炭素を含むものとすることが困難となり、III族窒化物半導体層２１を成長させた後、下地基板１１を分離除去することが困難となる可能性がある。
また、III族窒化物半導体膜１３の厚みを５０μｍ以下とすることで、炭化アルミニウム層を窒化した層１２を、炭化アルミニウムと、窒化アルミニウムと、炭素とを含有するものとすることができる。これにより、III族窒化物半導体層２１を成長させた後、下地基板１１を分離除去することが容易となる。
なお、III族窒化物半導体膜１３の厚みが５０μｍを超える場合には、炭化アルミニウム層を窒化した層１２と、下地基板１１との界面全面を炭素が覆ってしまう可能性があり、下地基板１１が剥離してしまうおそれがある。
なお、III族窒化物半導体膜１３を７０ｎｍ以上とすることで、III族窒化物半導体層２１の結晶性を良好なものとすることができる。
なお、III族窒化物半導体膜１３の厚みが５０μｍを超える場合には、炭化アルミニウム層を窒化した層１２と、下地基板１１との界面全面を炭素が覆ってしまう可能性があり、下地基板１１が剥離してしまうおそれがある。
なお、III族窒化物半導体膜１３を７０ｎｍ以上とすることで、III族窒化物半導体層２１の結晶性を良好なものとすることができる。
さらに、炭化アルミニウム層を窒化した層１２の厚みを２０ｎｍ以上とすることで、III族窒化物半導体膜１３が下地基板１１と密着してしまうことを抑制することができる。
すなわち、層１２の厚みが２０ｎｍ未満である場合には、層１２はほとんど窒化アルミニウムとなり、III族窒化物半導体膜１３が下地基板１１に窒化アルミニウムを介して強固に結合してしまうことがある。そのため、III族窒化物半導体層２１を成長させた後、下地基板１１を分離除去することが困難となる場合がある。
なお、炭化アルミニウム層を窒化した層１２の厚みを７０ｎｍ以下とすることにより、III族窒化物半導体層２１の結晶性を良好なものとすることができる。
すなわち、層１２の厚みが２０ｎｍ未満である場合には、層１２はほとんど窒化アルミニウムとなり、III族窒化物半導体膜１３が下地基板１１に窒化アルミニウムを介して強固に結合してしまうことがある。そのため、III族窒化物半導体層２１を成長させた後、下地基板１１を分離除去することが困難となる場合がある。
なお、炭化アルミニウム層を窒化した層１２の厚みを７０ｎｍ以下とすることにより、III族窒化物半導体層２１の結晶性を良好なものとすることができる。
炭化アルミニウム層を窒化した層１２の厚みを１４０ｎｍ以下とすることで、III族窒化物半導体膜１３が下地基板１１と密着してしまうことを抑制することができる。
すなわち、層１２の厚みが１４０ｎｍを超える場合には、III族窒化物半導体層２１を成長させた後においても炭化アルミニウム層が残留し、炭化アルミニウム層により、下地基板１１と、III族窒化物半導体膜１３が強固に結合するため、下地基板１１を分離除去することが困難となる場合がある。
さらに、炭化アルミニウム層を窒化した層１２の厚みを１４０ｎｍ以下とすることで、III族窒化物半導体基板形成用基板１を用いて作成されるIII族窒化物半導体基板の結晶性を良好なものとすることができる。
すなわち、層１２の厚みが１４０ｎｍを超える場合には、III族窒化物半導体層２１を成長させた後においても炭化アルミニウム層が残留し、炭化アルミニウム層により、下地基板１１と、III族窒化物半導体膜１３が強固に結合するため、下地基板１１を分離除去することが困難となる場合がある。
さらに、炭化アルミニウム層を窒化した層１２の厚みを１４０ｎｍ以下とすることで、III族窒化物半導体基板形成用基板１を用いて作成されるIII族窒化物半導体基板の結晶性を良好なものとすることができる。
さらに、本実施形態では、III族窒化物半導体基板形成用基板１において下地基板１１と、炭化物層を窒化した層１２との界面全面に炭素が析出しておらず、炭素の層も形成されていない。
このようにすることで、III族窒化物半導体基板形成用基板１において下地基板１１からIII族窒化物半導体膜１３が剥離してしまうことを抑制することができる。
このようにすることで、III族窒化物半導体基板形成用基板１において下地基板１１からIII族窒化物半導体膜１３が剥離してしまうことを抑制することができる。
また、本発明者らは、以前、下地基板を容易に除去することができるIII族窒化物半導体基板の製造方法を提案している。この方法は、下地基板上に、炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタルから選択されるいずれかの炭化物層を形成し、この炭化物層を窒化した後、III族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させ、III族窒化物半導体層から、前記下地基板を除去し、前記III族窒化物半導体層を含むIII族窒化物半導体基板を得る方法である。
この方法では、炭化物層の形成から下地基板の除去までの工程を連続的に行うことが好ましい。
これに対し、本実施形態のIII族窒化物半導体基板形成用基板１を使用することで、炭化物層の形成から下地基板の除去までの工程を連続的に行う必要がなくなる。
この方法では、炭化物層の形成から下地基板の除去までの工程を連続的に行うことが好ましい。
これに対し、本実施形態のIII族窒化物半導体基板形成用基板１を使用することで、炭化物層の形成から下地基板の除去までの工程を連続的に行う必要がなくなる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、III族窒化物半導体膜１３をＭＯＶＰＥ法により形成したが、これに限らず、ＨＶＰＥ法により形成してもよい。またはスパッタ法により炭化アルミニウム層を形成し、III族窒化物半導体膜１３をＨＶＰＥ法により形成してもよい。
たとえば、前記実施形態では、III族窒化物半導体膜１３をＭＯＶＰＥ法により形成したが、これに限らず、ＨＶＰＥ法により形成してもよい。またはスパッタ法により炭化アルミニウム層を形成し、III族窒化物半導体膜１３をＨＶＰＥ法により形成してもよい。
また、前記実施形態では、III族窒化物半導体層をＨＶＰＥ法により形成したが、これに限らず、たとえば、フラックス法、アモノサーマル法で形成してもよい。
また、III族窒化物半導体層を形成する際に、ＦＩＥＬＯ法により形成してもよい。具体的には、III族窒化物半導体基板形成用基板１表面に、マスクとなるＳｉＯ2膜を作製し、サファイア基板（下地基板１１）の<１−１００>方向（（ＧａＮの<１１−２０>方向））に沿った方向でストライプ状の開口部を設け、開口部内で｛１−１０１｝を側壁とするファセット構造を形成させながらＧａＮ半導体層を成長させると、最終的に生成するＧａＮ半導体層中に結晶欠陥が伝達されることが抑制される。このため、得られるＧａＮ半導体基板の品質を向上させることができる。
また、前記実施形態では、窒化ガスを用い、炭化アルミニウム層の窒化を行ったが、これに限らず、たとえば、炭化アルミニウム層上に窒化アルミニウム層を形成することで、前記炭化物層を窒化してもよい。
以下、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の例により制限されるものではない。
（実施例１）
前記実施形態で説明したのと同様のプロセスを行い、III族窒化物半導体基板形成用基板を製造した。
（炭化アルミニウム層の形成工程）
成膜方法：ＭＯＶＰＥ法
成膜温度：５００℃
成膜時間：５分
成膜ガス：ＴＭＡｌ２０ｃｃ／ｍｉｎ（１８℃）、Ｈ２ガス６Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス１０．５Ｌ／ｍｉｎ
膜厚 ：７０ｎｍ
（実施例１）
前記実施形態で説明したのと同様のプロセスを行い、III族窒化物半導体基板形成用基板を製造した。
（炭化アルミニウム層の形成工程）
成膜方法：ＭＯＶＰＥ法
成膜温度：５００℃
成膜時間：５分
成膜ガス：ＴＭＡｌ２０ｃｃ／ｍｉｎ（１８℃）、Ｈ２ガス６Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス１０．５Ｌ／ｍｉｎ
膜厚 ：７０ｎｍ
（炭化アルミニウム層を窒化する工程）
窒化温度：５００℃
窒化時間：３０分
窒化ガス：ＮＨ３ガス５Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２ガス６Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス４．５Ｌ／ｍｉｎ
窒化温度：５００℃
窒化時間：３０分
窒化ガス：ＮＨ３ガス５Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２ガス６Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス４．５Ｌ／ｍｉｎ
（ＧａＮ半導体膜の形成工程）
成膜方法：ＭＯＶＰＥ法
成膜温度：５００℃
成膜ガス：ＴＭＧ ４ｃｃ／ｍｉｎ（１０℃）、ＮＨ３ガス５Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２ガス６Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス４．５Ｌ／ｍｉｎ
膜厚 ： ７０ ｎｍ
成膜時間：３０分
成膜方法：ＭＯＶＰＥ法
成膜温度：５００℃
成膜ガス：ＴＭＧ ４ｃｃ／ｍｉｎ（１０℃）、ＮＨ３ガス５Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２ガス６Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス４．５Ｌ／ｍｉｎ
膜厚 ： ７０ ｎｍ
成膜時間：３０分
このようにして得られたIII族窒化物半導体基板形成用基板を常温まで冷却したが、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
次に、このIII族窒化物半導体基板形成用基板を用いてＧａＮ半導体層をエピタキシャル成長させ、III族窒化物半導体基板を得た。
次に、このIII族窒化物半導体基板形成用基板を用いてＧａＮ半導体層をエピタキシャル成長させ、III族窒化物半導体基板を得た。
（ＧａＮ半導体層をエピタキシャル成長させる工程）
成膜方法：ＨＶＰＥ法
成膜温度：１０４０℃
成膜ガス：ＨＣｌガス ０．１５Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガス１．５Ｌ／ｍｉｎ
ソース ：Ｇａソース（８５０℃）
膜厚 ：３1０μｍ
温度プロファイル：図４
なお、図４において、ＧａＣｌの下側の矢印は、５０分〜８０分、９０〜１８０分の間でＧａＣｌが発生していることを示し、ＮＨ３の上側の矢印は、矢印で示す間中、ＮＨ３ガスを供給している時間を示している。
成膜方法：ＨＶＰＥ法
成膜温度：１０４０℃
成膜ガス：ＨＣｌガス ０．１５Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガス１．５Ｌ／ｍｉｎ
ソース ：Ｇａソース（８５０℃）
膜厚 ：３1０μｍ
温度プロファイル：図４
なお、図４において、ＧａＣｌの下側の矢印は、５０分〜８０分、９０〜１８０分の間でＧａＣｌが発生していることを示し、ＮＨ３の上側の矢印は、矢印で示す間中、ＮＨ３ガスを供給している時間を示している。
（サファイア基板の剥離工程）
ＧａＮ半導体層を形成したＨＶＰＥ装置中の温度を降温し、常温まで、冷却した。冷却過程において、下地基板は良好に剥離され、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ６００arcsecであった。
ＧａＮ半導体層を形成したＨＶＰＥ装置中の温度を降温し、常温まで、冷却した。冷却過程において、下地基板は良好に剥離され、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ６００arcsecであった。
（実施例２）
ＧａＮ半導体膜の厚みを２０ｎｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例２においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
また、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は剥離でき、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ６5０arcsecであった。
ＧａＮ半導体膜の厚みを２０ｎｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例２においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
また、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は剥離でき、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ６5０arcsecであった。
（実施例３）
ＧａＮ半導体膜の厚みを５０μｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例３においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
実施例３においても、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は良好に剥離され、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ２５０arcsecであった。
ＧａＮ半導体膜の厚みを５０μｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例３においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
実施例３においても、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は良好に剥離され、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ２５０arcsecであった。
（実施例４）
ＧａＮ半導体膜の厚みを２０μｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例４においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
実施例４においても、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は良好に剥離でき、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ３００arcsecであった。
ＧａＮ半導体膜の厚みを２０μｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例４においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
実施例４においても、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は良好に剥離でき、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ３００arcsecであった。
（実施例５）
炭化アルミニウム層の厚みを２０ｎｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例５においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
また、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は良好に剥離され、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ２５０arcsecであった。
炭化アルミニウム層の厚みを２０ｎｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例５においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
また、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は良好に剥離され、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ２５０arcsecであった。
（実施例６）
炭化アルミニウム層の厚みを１４０ｎｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例６においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
また、実施例６においても、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は良好に剥離され、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ７００arcsecであった。
炭化アルミニウム層の厚みを１４０ｎｍとした。
他の条件は実施例１と同じである。
実施例６においても、III族窒化物半導体基板形成用基板において下地基板が剥離してしまうことはなかった。
また、実施例６においても、ＧａＮ半導体基板の製造の際には、下地基板は良好に剥離され、膜厚約３００μｍのＧａＮ半導体基板を得ることができた。このＧａＮ半導体基板の（0002）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を測定したところ７００arcsecであった。
１ III族窒化物半導体基板形成用基板
１１ 下地基板
１２ 炭化物層を窒化した層
１３ III族窒化物半導体膜
１４ 炭化アルミニウム層
１５ 窒化した炭化アルミニウム層
１６ Ｃの濃縮部である炭素の層
２１ 族窒化物半導体層
１２１ 第一層
１２２ 第二層
１５１ 炭化アルミニウムの層
１５２ 窒化アルミニウムの層
１１ 下地基板
１２ 炭化物層を窒化した層
１３ III族窒化物半導体膜
１４ 炭化アルミニウム層
１５ 窒化した炭化アルミニウム層
１６ Ｃの濃縮部である炭素の層
２１ 族窒化物半導体層
１２１ 第一層
１２２ 第二層
１５１ 炭化アルミニウムの層
１５２ 窒化アルミニウムの層
Claims (8)
- 下地基板と、
この下地基板上に設けられ、炭化アルミニウム層を窒化した層と、
前記炭化アルミニウム層を窒化した層上に設けられたIII族窒化物半導体膜とを備えるIII族窒化物半導体基板形成用基板。 - 請求項１に記載のIII族窒化物半導体基板形成用基板において、
前記III族窒化物半導体膜の厚みが、２０ｎｍ以上、５０μｍ以下であるIII族窒化物半導体基板形成用基板。 - 請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体基板形成用基板において、
前記炭化アルミニウム層を窒化した層の厚みが２０ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下であるIII族窒化物半導体基板形成用基板。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板形成用基板において、
前記炭化アルミニウム層を窒化した層は、
炭化アルミニウムと、
窒化アルミニウムと、
炭素とを含むIII族窒化物半導体基板形成用基板。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板形成用基板において、
前記下地基板と、前記炭化アルミニウム層を窒化した層との界面に炭素の層が形成されておらず、前記炭化アルミニウム層を窒化した層中に炭素が分散しているIII族窒化物半導体基板形成用基板。 - 下地基板と炭化アルミニウム層を窒化した層と、
前記炭化アルミニウム層を窒化した層上に設けられたIII族窒化物半導体膜とを備えるIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法であって、
前記下地基板上に、炭化アルミニウム層を形成する工程と、
前記炭化アルミニウム層を窒化する工程と、
窒化された前記炭化アルミニウム層の上にIII族窒化物半導体膜を設ける工程と、
を含むIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法。 - 請求項６に記載のIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法において、
前記炭化アルミニウム層を窒化する工程では、前記下地基板と、前記炭化アルミニウム層との界面に炭素の層が析出しない程度に前記炭化アルミニウム層を窒化するIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法。 - 請求項６または７に記載のIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法において、
III族窒化物半導体膜を設ける前記工程では、前記III族窒化物半導体膜を３００℃以上、１０５０℃以下、１０分以上、４０分以下で成長させるIII族窒化物半導体基板形成用基板の製造方法。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002284600A (ja) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Hitachi Cable Ltd | 窒化ガリウム結晶基板の製造方法及び窒化ガリウム結晶基板 |
| JP2003023220A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Toshiba Corp | 窒化物半導体素子 |
| JP2005032765A (ja) * | 2003-07-07 | 2005-02-03 | Toshiba Ceramics Co Ltd | ＡｌＮ半導体及びその製造方法 |
-
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| CN110436932A (zh) * | 2019-08-19 | 2019-11-12 | 福建华清电子材料科技有限公司 | 一种颗粒弥散增韧氮化铝陶瓷基板及其制备方法 |
| CN110436932B (zh) * | 2019-08-19 | 2021-09-07 | 福建华清电子材料科技有限公司 | 一种颗粒弥散增韧氮化铝陶瓷基板及其制备方法 |
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