JP2012116741A - Ｉｉｉ族窒化物複合基板 - Google Patents

Ｉｉｉ族窒化物複合基板 Download PDF

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昭広 八郷
Hideki Matsubara
秀樹 松原
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Abstract

【課題】支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度が高いＩＩＩ族窒化物複合基板を提供する。
【解決手段】ＩＩＩ族窒化物複合基板１は、サファイア等からなる支持基板１０と、支持基板１０上に形成されている酸化物膜２０と、酸化物膜２０上に形成されているＩＩＩ族窒化物層３０ａと、を含む。ここで、酸化物膜２０は、ＴｉＯ2膜およびＳｒＴｉＯ3膜からなる群から選ばれるいずれかの膜とすることができ、ＮｂおよびＬａからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を不純物として添加することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持基板とＩＩＩ族窒化物層とを含み、酸化物膜とＩＩＩ族窒化物層との接合強度が高いＩＩＩ族窒化物複合基板に関する。
半導体デバイスに好適に用いられるＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ基板（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ族窒化物基板は、製造コストが高い。このため、かかるＩＩＩ族窒化物基板が用いられている半導体デバイスの製造コストが高くなる。
そこで、半導体デバイスに用いる基板として、高価な厚いＩＩＩ族窒化物基板に替えて、薄いＩＩＩ族窒化物層を支持基板に形成した比較的安価なＩＩＩ族窒化物複合基板が提案されている。たとえば、特開２００６−２１０６６０号公報（特許文献１）は、シリコン基板などに、ＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体膜を形成した半導体基板の製造方法を開示する。
特開２００６−２１０６６０号公報
しかし、特開２００６−２１０６６０号公報（特許文献１）に開示されている半導体基板は、支持基板であるシリコン基板などにＩＩＩ族窒化物層を直接重ね合わせて接合しているため、接合強度が弱いという問題点があった。
そこで、本発明は、支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度が高いＩＩＩ族窒化物複合基板を提供することを目的とする。
本発明は、支持基板と、支持基板上に形成されている酸化物膜と、酸化物膜上に形成されているＩＩＩ族窒化物層と、を含むＩＩＩ族窒化物複合基板である。
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物複合基板において、酸化物膜は、ＴｉＯ2膜およびＳｒＴｉＯ3膜からなる群から選ばれるいずれかの膜とすることができる。また、酸化物膜に不純物を添加することができる。ここで、不純物は、ＮｂおよびＬａからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含むことができる。また、支持基板は、ＩＩＩ族窒化物支持基板とすることができる。また、支持基板は、サファイア支持基板とすることができる。
本発明によれば、支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度が高いＩＩＩ族窒化物複合基板が提供される。
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物複合基板の一例を示す概略断面図である。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物複合基板を製造する方法の一例を示す概略断面図である。
［ＩＩＩ族窒化物複合基板］
図１を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物複合基板１は、支持基板１０と、支持基板１０上に形成されている酸化物膜２０と、酸化物膜２０上に形成されているＩＩＩ族窒化物層３０ａと、を含む。本実施形態のＩＩＩ族窒化物複合基板１は、酸化物膜２０を介在させて支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとが接合されているため、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとの接合強度が極めて高い。
（支持基板）
支持基板１０は、その上に酸化物膜２０を形成することができるものであれば特に制限はなく、サファイア支持基板、Ｓｉ支持基板、ＳｉＣ支持基板、ＩＩＩ族窒化物支持基板などが好適に挙げられる。ここで、ＩＩＩ族窒化物複合基板において支持基板とＩＩＩ族窒化物層との間の熱膨張係数の差を低減する観点から、ＩＩＩ族窒化物支持基板が好ましい。ＩＩＩ族窒化物支持基板は、単結晶体であっても、非配向性多結晶体（たとえば焼結体）、配向性多結晶体などの多結晶体であっても、非結晶体であってもよいが、製造コストの低減の観点から、多結晶体、非結晶体であることが好ましい。また、ＩＩＩ族窒化物複合基板の光透過性を向上させる観点から、サファイア支持基板が好ましい。
また、支持基板１０の厚さは、酸化物膜２０およびＩＩＩ族窒化物層３０ａを支持できる厚さであれば特に制限はないが、取り扱い易い観点から３００μｍ以上が好ましく、材料コストを低減する観点から１０００μｍ以下が好ましい。
（酸化物膜）
酸化物膜２０は、その上にＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成することができ、支持基板１０上に形成することができ、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとの接合強度が高いものであれば特に制限はなく、ＴｉＯ2膜、ＳｒＴｉＯ3膜、Ｇａ2Ｏ3膜、Ａｌ2Ｏ3膜などが好適に挙げられる。ＩＩＩ族窒化物層からの光の透過性を高める観点から、屈折率が高い酸化物膜、たとえばＴｉＯ2膜（屈折率が約２．８）およびＳｒＴｉＯ3膜（屈折率が約２．４）からなる群から選ばれるいずれかの膜であることが好ましい。
また、導電性を付与する観点から、酸化物膜２０は、不純物が添加されていることが好ましい。ここで、導電性を高めるとともに、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとの接合強度を高める観点から、不純物は、たとえばＮｂおよびＬａからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含むことが好ましい。また、不純物は、不純物の添加による導電性および接合強度を高める効果が高い観点から、Ｓｂ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｉ、Ｂ、Ｎなどのうちのいずれかを含んでいてもよい。酸化物膜２０に含まれる不純物の濃度は、特に制限はないが、導電性を高める観点から０．０１質量％以上が好ましく、透光性を高める観点から１質量％以下が好ましい。
また、酸化物膜２０の厚さは、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとの接合強度を高める厚さであれば特に制限はないが、接合強度を高める観点から５０ｎｍ以上が好ましく、成膜コストを低減する観点から１０００ｎｍ以下が好ましい。
（ＩＩＩ族窒化物層）
ＩＩＩ族窒化物層３０ａとは、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ族窒化物で形成されている層をいう。ＩＩＩ族窒化物層３０ａは、その上に結晶性の高いエピタキシャル層を成長させる観点から、単結晶体であることが好ましい。
ＩＩＩ族窒化物層３０ａの厚さは、その上に結晶性の高いエピタキシャル層を成長させることができる厚さであれば特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物層３０ａを割れることなく形成する観点から１００ｎｍ以上が好ましく、ＩＩＩ族窒化物層３０ａの厚さの精度を高めるとともにイオン注入による結晶性の低下を抑制する観点から１０００μｍ以下が好ましい。
［ＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法］
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物複合基板１を製造する方法は、特に制限はないが、たとえば、支持基板１０を準備して、その支持基板１０上に酸化物膜２０を形成する工程（図２（Ａ））と、支持基板１０上の酸化物膜２０上にＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成することによりＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程（図２（Ｂ）〜（Ｄ））と、を含む。かかる製造方法により、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとの接合強度が高いＩＩＩ族窒化物複合基板が効率よく得られる。
図２（Ａ）を参照して、支持基板１０を準備して、その支持基板１０上に酸化物膜２０を形成する工程は、支持基板１０を準備するサブ工程と、支持基板１０上に酸化物膜２０を形成するサブ工程と、を含むことができる。
支持基板１０を準備するサブ工程において、支持基板１０は、その材質および形状に適した一般的な方法で準備することができる。たとえば、ＩＩＩ族窒化物支持基板は、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法により得られたＩＩＩ族窒化物結晶体を、所定の形状に加工することにより準備することができる。また、サファイア支持基板は、サファイア結晶体を所定の形状に加工することにより準備することができる。
支持基板１０上に酸化物膜２０を形成するサブ工程において、支持基板１０上に、酸化物膜２０を形成する方法は、その酸化物膜２０の形成に適している限り特に制限はなく、スパッタ法、パルスレーザ堆積法、分子線エピタキシ法、電子線蒸着法、化学気相成長法などの一般的な方法を用いることができる。
図２（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して、支持基板１０上の酸化物膜２０上にＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成することによりＩＩＩ族窒化物複合基板１を得る工程は、ＩＩＩ族窒化物基板３０にその主表面３０ｎから一定の深さの領域にイオンＩを注入するサブ工程（図２（Ｂ））、支持基板１０上の酸化物膜２０上にＩＩＩ族窒化物基板３０のイオン注入領域３０ｉ（イオンが注入された領域をいう。以下同じ。）側の主表面３０ｎを貼り合わせるサブ工程（図２（Ｃ））、ＩＩＩ族窒化物基板３０を、そのイオン注入領域３０ｉで、ＩＩＩ族窒化物層３０ａと残りのＩＩＩ族窒化物基板３０ｂとに分離して、支持基板１０上の酸化物膜２０上にＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成するサブ工程（図２（Ｄ））と、を含むことができる。
図２（Ｂ）に示すＩＩＩ族窒化物基板３０にその主表面３０ｎから一定の深さの領域にイオンＩを注入するサブ工程において、イオンを注入する深さは、特に制限はないが、１００ｎｍ以上１０００μｍ以下が好ましい。イオンを注入する深さが、１００ｎｍより小さいとＩＩＩ族窒化物基板３０をそのイオン注入領域３０ｉで分離することにより形成されるＩＩＩ族窒化物層３０ａが割れやすくなり、１０００μｍより大きいとイオンの分布が広くなり分離する深さを調節することが難しくなるためＩＩＩ族窒化物層３０ａの厚さを調節することが難しくなる。また、注入するイオンの種類は、特に制限はないが、形成するＩＩＩ族窒化物層の結晶性の低下を抑制する観点から、質量が小さいイオンが好ましく、たとえば、水素イオン、ヘリウムイオンなどが好ましい。こうして形成されたイオン注入領域３０ｉは、注入されたイオンにより脆化する。
図２（Ｃ）に示す支持基板１０上の酸化物膜２０上にＩＩＩ族窒化物基板３０のイオン注入領域３０ｉ側の主表面３０ｎを貼り合わせるサブ工程において、その貼り合わせ方法は、特に制限はないが、貼り合わせ後高温雰囲気下においても接合強度を保持できる観点から、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせた後６００℃〜１２００℃程度に昇温して接合することによる直接接合法、プラズマやイオンなどで貼り合わせ面を活性化させ室温（たとえば２５℃）〜４００℃程度の低温で接合することによる表面活性化法などが好ましい。
図２（Ｄ）に示すＩＩＩ族窒化物基板３０を、そのイオン注入領域３０ｉで、ＩＩＩ族窒化物層３０ａと残りのＩＩＩ族窒化物基板３０ｂとに分離して、支持基板１０上の酸化物膜２０上にＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成するサブ工程において、ＩＩＩ族窒化物基板３０をそのイオン注入領域３０ｉで分離する方法は、ＩＩＩ族窒化物基板３０のイオン注入領域３０ｉに何らかのエネルギーを与える方法であれば特に制限はなく、イオン注入領域３０ｉに、応力を加える方法、熱を加える方法、光を照射する方法、および超音波を印加する方法の少なくともいずれかの方法を用いることができる。かかるイオン注入領域３０ｉは、注入されたイオンにより脆化しているため、上記エネルギーを受けることにより、ＩＩＩ族窒化物基板３０は、支持基板１０上の酸化物膜２０上に貼りあわされたＩＩＩ族窒化物層３０ａと、残りのＩＩＩ族窒化物基板３０ｂと、に容易に分離される。
上記のようにして、支持基板１０上の酸化物膜２０上にＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成することにより、支持基板１０と、支持基板１０上に形成されている酸化物膜２０と、酸化物膜２０上に形成されているＩＩＩ族窒化物層３０ａと、を含むＩＩＩ族窒化物複合基板１が得られる。
上記のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法においては、イオン注入法を用いてＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成する場合を説明したが、支持基板上の酸化物膜に、イオンを注入していないＩＩＩ族窒化物基板を貼り合わせた後、ＩＩＩ族窒化物結晶体をその貼り合わせた主表面から所定の深さの面で分離することにより、ＩＩＩ族窒化物層を形成することもできる。この場合、ＩＩＩ族窒化物基板を分離する方法として、特に制限はなく、ワイヤーソー、内周刃、外周刃などを用いた切断などの方法を用いることができる。
（実施例Ａ１〜Ａ１０）
１．支持基板の準備
図２（Ａ）を参照して、ＨＶＰＥ法により成長させたＧａＮ結晶体（図示せず）から直径が５０ｍｍで厚さが５００μｍの１０枚の基板を切り出して、それらの主表面を研磨して、１０枚のＧａＮ支持基板（支持基板１０）を準備した。
２．支持基板上への酸化物膜の形成
図２（Ａ）を参照して、スパッタ法により、１０枚のＧａＮ支持基板（支持基板１０）上に厚さ３００ｎｍの１０種類のＴｉＯ2膜（酸化物膜２０）をそれぞれ成長させた。ここで、１０種類のＴｉＯ2膜とは、不純物が添加されなかったＴｉＯ2膜（実施例Ａ１）、０．０１質量％のＮｂが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ２）、０．０１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ３）、０．０１質量％のＮｂおよび０．０１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ４）、０．１質量％のＮｂが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ５）、０．１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ６）、０．１質量％のＮｂおよび０．１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ７）、１質量％のＮｂが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ８）、１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ９）、ならびに１質量％のＮｂおよび１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ａ１０）であった。結果を表１にまとめた。
３．酸化物膜上へのＩＩＩ族窒化物層の形成
図２（Ｂ）を参照して、ＨＶＰＥ法により成長させたＧａＮ結晶体（図示せず）から直径が５０ｍｍで厚さが５００μｍの１０枚の基板を切り出して、そそれらの主表面を研磨して、１０枚のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板３０）を準備し、それぞれの基板の主表面３０ｎから３００ｎｍの深さに水素イオンを注入した。
図２（Ｃ）を参照して、１０枚のＧａＮ支持基板（支持基板１０）上のＴｉＯ2膜（酸化物膜２０）の主表面と、１０枚のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板３０）のイオン注入側の主表面３０ｎとを、それぞれアルゴンプラズマにより清浄化させた後接合圧力８ＭＰａで貼り合わせた。
図２（Ｄ）を参照して、１０枚の貼り合わせた基板を、３００℃で２時間熱処理することにより、貼り合わせた基板の接合強度を高めるとともに、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）をそのイオン注入領域３０ｉで分離することにより、ＴｉＯ2膜（酸化物膜２０）上に厚さが３００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）を形成して、ＧａＮ支持基板（支持基板１０）、ＴｉＯ2膜（酸化物膜２０）およびＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）がこの順に形成された１０枚のＩＩＩ族窒化物複合基板１が得られた。
４．支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度の測定
得られた１０枚のＩＩＩ族窒化物複合基板１の各々から、主表面の大きさが１２ｍｍ×１２ｍｍのサンプルを５個作製し、各サンプルのＧａＮ支持基板（支持基板１０）およびＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）を測定治具にエポキシ接着剤により固定した。２５℃の雰囲気温度下、０．１ｍｍ／ｓｅｃの引張速度で、サンプルが破断するときのＧａＮ支持基板（支持基板１０）−ＴｉＯ2膜（酸化物膜２０）−ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）間の接合強度を測定した。いずれのサンプルについても、ＴｉＯ2膜（酸化物膜２０）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）との接合界面で破断した。かかる接合強度は、１枚のＩＩＩ族窒化物複合基板について５個のサンプルの接合強度の平均値を測定し、後述する比較例Ｒ１（ＴｉＯ2膜（酸化物膜２０）を介在させずに、ＧａＮ支持基板（支持基板１０）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）とを直接貼り合わせた例）における５個のサンプルの接合強度の平均値（比較例Ｒ１における接合強度の平均値を１とする）に対する相対接合強度として表わした。結果を表１にまとめた。
（比較例Ｒ１）
１．支持基板の準備
実施例Ａ１と同様にして、１枚のＧａＮ支持基板（支持基板）を準備した。
２．支持基板上へのＩＩＩ族窒化物層の形成
実施例Ａ１と同様にして、１枚のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）を準備し、それぞれの基板の主表面３０ｎから３００ｎｍの深さに水素イオンを注入した。
次いで、ＧａＮ支持基板（支持基板）の主表面と、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）のイオン注入側の主表面とを、アルゴンプラズマにより清浄化させた後接合強度８ＭＰａで貼り合わせた。
次いで、貼り合わせた基板を、３００℃で２時間熱処理することにより、貼り合わせた基板の接合強度を高めるとともに、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）をそのイオン注入領域で分離することにより、ＧａＮ支持基板（ＩＩＩ族窒化物支持基板）上に厚さが３００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）が直接形成されたＩＩＩ族窒化物複合基板が得られた。
３．支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度の測定
実施例Ａ１と同様にして、得られたＩＩＩ族窒化物複合基板の支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度を測定した。サンプルは、いずれもＧａＮ支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）との接合界面で破断した。結果を表１および２にまとめた。
Figure 2012116741
表１を参照して、ＴｉＯ2膜（酸化物膜）を介在させてＧａＮ支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とが接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ａ１〜Ａ１０）は、ＴｉＯ2膜（酸化物膜）を介在させずにＧａＮ支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とが直接接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板（比較例Ｒ１）に比べて、大きな接合強度を有していた。また、不純物としてＮｂおよびＬａの少なくとも１種の元素が添加されたＴｉＯ2膜（酸化物膜）を有するＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ａ２〜Ａ１０）は、不純物が添加されなかったＴｉＯ2膜（酸化物膜）を有するＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ａ１）に比べて、大きな接合強度を有していた。
（実施例Ｂ１〜Ｂ１０）
１．支持基板の準備
実施例Ａ１〜Ａ１０と同様にして、１０枚のＧａＮ支持基板（支持基板）を準備した。
２．支持基板上への酸化物膜の形成
スパッタ法により、１０枚のＧａＮ支持基板（支持基板）上に厚さ３００ｎｍの１０種類のＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）をそれぞれ成長させた。ここで、１０種類のＳｒＴｉＯ3膜とは、不純物が添加されなかったＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ１）、０．０１質量％のＮｂが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ２）、０．０１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ３）、０．０１質量％のＮｂおよび０．０１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ４）、０．１質量％のＮｂが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ５）、０．１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ６）、０．１質量％のＮｂおよび０．１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ７）、１質量％のＮｂが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ８）、１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ９）、ならびに１質量％のＮｂおよび１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｂ１０）であった。結果を表２にまとめた。
３．酸化物膜上へのＩＩＩ族窒化物層の形成
実施例Ａ１〜Ａ１０と同様にして、１０枚のそれぞれのＧａＮ支持基板（支持基板）上のＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）上に厚さが３００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）を形成して、ＧａＮ支持基板（支持基板）、ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）およびＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）がこの順に形成された１０枚のＩＩＩ族窒化物複合基板を作製した。
４．支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度の測定
得られた１０枚のＩＩＩ族窒化物複合基板について、実施例Ａ１〜Ａ１０と同様にして、サンプルが破断するときのＧａＮ支持基板（支持基板）−ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）−ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）間の接合強度を測定した。いずれのサンプルについても、ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）との接合界面で破断した。かかる接合強度は、１枚のＩＩＩ族窒化物複合基板について５個のサンプルの接合強度の平均値を測定し、比較例Ｒ１（ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を介在させずに、ＧａＮ支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とを直接貼り合わせた例）における５個のサンプルの接合強度の平均値（比較例Ｒ１における接合強度の平均値を１とする）に対する相対接合強度として表わした。結果を表２にまとめた。
Figure 2012116741
表２を参照して、ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を介在させてＧａＮ支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とが接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｂ１〜Ｂ１０）は、ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を介在させずにＧａＮ支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とが直接接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板（比較例Ｒ１）に比べて、大きな接合強度を有していた。また、不純物としてＮｂおよびＬａの少なくとも１種の元素が添加されたＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を有するＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｂ２〜Ｂ１０）は、不純物が添加されなかったＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を有するＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｂ１）に比べて、大きな接合強度を有していた。
（実施例Ｃ１〜Ｃ１０）
１．支持基板の準備
直径が５０ｍｍで厚さが５００μｍで主表面が研磨された１０枚のサファイア基板を準備した。
２．支持基板上への酸化物膜の形成
スパッタ法により、１０枚のサファイア支持基板（支持基板）上に厚さ３００ｎｍの１０種類のＴｉＯ2膜（酸化物膜）をそれぞれ成長させた。ここで、１０種類のＴｉＯ2膜とは、不純物が添加されなかったＴｉＯ2膜（実施例Ｃ１）、０．０１質量％のＮｂが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ２）、０．０１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ３）、０．０１質量％のＮｂおよび０．０１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ４）、０．１質量％のＮｂが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ５）、０．１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ６）、０．１質量％のＮｂおよび０．１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ７）、１質量％のＮｂが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ８）、１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ９）、ならびに１質量％のＮｂおよび１質量％のＬａが添加されたＴｉＯ2膜（実施例Ｃ１０）であった。結果を表３にまとめた。
３．酸化物膜上へのＩＩＩ族窒化物層の形成
実施例Ａ１〜Ａ１０と同様にして、１０枚のそれぞれのＧａＮ支持基板（支持基板）上のＴｉＯ2膜（酸化物膜）上に厚さが３００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）を形成して、サファイア支持基板（支持基板）、ＴｉＯ2膜（酸化物膜）およびＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）がこの順に形成された１０枚のＩＩＩ族窒化物複合基板を作製した。
４．支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度の測定
得られた１０枚のＩＩＩ族窒化物複合基板について、実施例Ａ１〜Ａ１０と同様にして、サンプルが破断するときのサファイア支持基板（支持基板）−ＴｉＯ2膜（酸化物膜）−ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）間の接合強度を測定した。いずれのサンプルについても、ＴｉＯ2膜（酸化物膜）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）との接合界面で破断した。かかる接合強度は、１枚のＩＩＩ族窒化物複合基板について５個のサンプルの接合強度の平均値を測定し、後述する比較例Ｒ２（ＴｉＯ2膜（酸化物膜）を介在させずに、サファイア支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とを直接貼り合わせた例）における５個のサンプルの接合強度の平均値（比較例Ｒ２における接合強度の平均値を１とする）に対する相対接合強度として表わした。結果を表３にまとめた。
（比較例Ｒ２）
１．支持基板の準備
実施例Ｃ１と同様にして、１枚のサファイア支持基板（支持基板）を準備した。
２．支持基板上へのＩＩＩ族窒化物層の形成
実施例Ａ１と同様にして、１枚のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）を準備し、それぞれの基板の主表面３０ｎから３００ｎｍの深さに水素イオンを注入した。
次いで、サファイア支持基板（支持基板）の主表面と、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）のイオン注入側の主表面とを、アルゴンプラズマにより清浄化させた後接合圧力８ＭＰａで貼り合わせた。
次いで、貼り合わせた基板を、３００℃で２時間熱処理することにより、貼り合わせた基板の接合強度を高めるとともに、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）をそのイオン注入領域で分離することにより、サファイア支持基板（支持基板）上に厚さが３００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）が直接形成されたＩＩＩ族窒化物複合基板が得られた。
３．支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度の測定
実施例Ａ１と同様にして、得られたＩＩＩ族窒化物複合基板の支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度を測定した。サンプルは、いずれもサファイア支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）との接合界面で破断した。結果を表３および４にまとめた。
Figure 2012116741
表３を参照して、ＴｉＯ2膜（酸化物膜）を介在させてサファイア支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とが接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｃ１〜Ｃ１０）は、ＴｉＯ2膜（酸化物膜）を介在させずにサファイア支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とが直接接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板（比較例Ｒ２）に比べて、大きな接合強度を有していた。また、不純物としてＮｂおよびＬａの少なくとも１種の元素が添加されたＴｉＯ2膜（酸化物膜）を有するＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｃ２〜Ｃ１０）は、不純物が添加されなかったＴｉＯ2膜（酸化物膜）を有するＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｃ１）に比べて、大きな接合強度を有していた。
（実施例Ｄ１〜Ｄ１０）
１．支持基板の準備
実施例Ｃ１〜Ｃ１０と同様にして、１０枚のサファイア支持基板（支持基板）を準備した。
２．支持基板上への酸化物膜の形成
スパッタ法により、１０枚のサファイア支持基板（支持基板）上に厚さ３００ｎｍの１０種類のＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）をそれぞれ成長させた。ここで、１０種類のＳｒＴｉＯ3膜とは、不純物が添加されなかったＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ１）、０．０１質量％のＮｂが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ２）、０．０１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ３）、０．０１質量％のＮｂおよび０．０１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ４）、０．１質量％のＮｂが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ５）、０．１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ６）、０．１質量％のＮｂおよび０．１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ７）、１質量％のＮｂが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ８）、１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ９）、ならびに１質量％のＮｂおよび１質量％のＬａが添加されたＳｒＴｉＯ3膜（実施例Ｄ１０）であった。結果を表４にまとめた。
３．酸化物膜上へのＩＩＩ族窒化物層の形成
実施例Ａ１〜Ａ１０と同様にして、１０枚のそれぞれのサファイア支持基板（支持基板）上のＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）上に厚さが３００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）を形成して、ＧａＮ支持基板（支持基板）、ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）およびＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）がこの順に形成された１０枚のＩＩＩ族窒化物複合基板を作製した。
４．支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合強度の測定
得られた１０枚のＩＩＩ族窒化物複合基板について、実施例Ａ１〜Ａ１０と同様にして、サンプルが破断するときのサファイア支持基板（支持基板）−ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）−ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）間の接合強度を測定した。いずれのサンプルについても、ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）との接合界面で破断した。かかる接合強度は、１枚のＩＩＩ族窒化物複合基板について５個のサンプルの接合強度の平均値を測定し、比較例Ｒ２（ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を介在させずに、サファイア支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とを直接貼り合わせた例）における５個のサンプルの接合強度の平均値（比較例Ｒ２における接合強度の平均値を１とする）に対する相対接合強度として表わした。結果を表４にまとめた。
Figure 2012116741
表４を参照して、ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を介在させてサファイア支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とが接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｄ１〜Ｄ１０）は、ＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を介在させずにサファイア支持基板（支持基板）とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層）とが直接接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板（比較例Ｒ２）に比べて、大きな接合強度を有していた。また、不純物としてＮｂおよびＬａの少なくとも１種の元素が添加されたＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を有するＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｄ２〜Ｄ１０）は、不純物が添加されなかったＳｒＴｉＯ3膜（酸化物膜）を有するＩＩＩ族窒化物複合基板（実施例Ｄ１）に比べて、大きな接合強度を有していた。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ ＩＩＩ族窒化物複合基板、１０ 支持基板、２０ 酸化物膜、３０ ＩＩＩ族窒化物基板、３０ａ ＩＩＩ族窒化物層、３０ｂ 残りのＩＩＩ族窒化物基板、３０ｉ イオン注入領域、３０ｎ 主表面。

Claims (6)

  1. 支持基板と、前記支持基板上に形成されている酸化物膜と、前記酸化物膜上に形成されているＩＩＩ族窒化物層と、を含むＩＩＩ族窒化物複合基板。
  2. 前記酸化物膜は、ＴｉＯ2膜およびＳｒＴｉＯ3膜からなる群から選ばれるいずれかの膜である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物複合基板。
  3. 前記酸化物膜は、不純物が添加されている請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物複合基板。
  4. 前記不純物は、ＮｂおよびＬａからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含む請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物複合基板。
  5. 前記支持基板は、ＩＩＩ族窒化物支持基板である請求項１から請求項４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物複合基板。
  6. 前記支持基板は、サファイア支持基板である請求項１から請求項４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物複合基板。
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