(57)【要約】      （修正有）【課題】下地の基板からの剥離を容易に行うことができ、製造コストを抑制することが可能な窒化物半導体基板の製造方法を提供する。【解決手段】選択横方向成長(ELO法)を用いた厚膜成長による窒化物半導体基板の製造方法であって、基板１あるいは窒化物半導体層２表面に層状物質３を少なくとも２原子層堆積する工程と、層状物質３の面積と１または複数の開口部の面積の和との差が、１または複数の開口部の面積の和よりも大きくなるように層状物質３に１または複数の開口部を作製し、前記１または複数の開口部から基板１あるいは窒化物半導体層２を露出させる工程と、露出した基板１あるいは窒化物半導体層２から横方向選択再成長させて層状物質３上に窒化物半導体層２を形成する工程と、層状物質３に層状物質３の積層方向と垂直な方向に力を加えることによって、層状物質３を劈開する工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板あるいは窒化物半導体層表面に層状物質を少なくとも２原子層堆積する工程と、
前記層状物質に１または複数の開口部を作製して前記１または複数の開口部から前記基板あるいは前記窒化物半導体層を露出させる工程であって、前記層状物質の面積と前記１または複数の開口部の面積の和との差が、前記１または複数の開口部の面積の和よりも大きい、工程と、
前記露出した前記基板あるいは前記窒化物半導体層から横方向選択再成長するように前記窒化物半導体層の結晶成長を行い、前記層状物質上に前記窒化物半導体層を形成する工程と、
前記層状物質に前記層状物質の積層方向と垂直な方向に力を加えることによって、前記層状物質を劈開する工程を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記劈開によって形成された、前記劈開された開口された前記層状物質が上に堆積されている前記基板あるいは前記窒化物半導体層上に、横方向選択再成長するように前記窒化物半導体層の結晶成長を行い、前記層状物質上に前記窒化物半導体層を形成する工程と、
前記層状物質に前記層状物質の層の面方向と垂直な方向に力を加えることによって、前記層状物質を劈開する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
基板あるいは窒化物半導体層表面に層状物質を、１または複数の自然開口部が形成されるように、少なくとも２原子層堆積する工程であって、前記層状物質の面積と前記１または複数の自然開口部の面積の和との差が、前記１または複数の自然開口部の面積の和よりも大きい、工程と、
前記露出した前記基板あるいは前記窒化物半導体層から横方向選択再成長するように前記窒化物半導体層の結晶成長を行い、前記層状物質上に前記窒化物半導体層を形成する工程と、
前記層状物質に前記層状物質の層の面方向と垂直な方向に力を加えることによって、前記層状物質を劈開する工程を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記層状物質材料がグラファイトあるいは窒化ホウ素であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の窒化物半導体基板の製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体材料は０．８―６．２ｅＶと幅広いバンドギャップを有することが予測されている。そのため、赤外から深紫外までの幅広い波長域での発光デバイスおよび受光デバイス等への応用が可能である。加えて、窒化物半導体は、高い絶縁破壊電圧、高い飽和電子速度を有しているため高耐圧・高出力の電子デバイスとしての応用が可能である。以上のように、窒化物半導体の幅広いバンドギャップを活用することで、さまざまな分野での応用が期待できる。
【０００３】
窒化物半導体素子は、異種材料の基板上に結晶成長することが多い。例えば、サファイア、炭化ケイ素、シリコン等が基板として用いられる。これらの異種基板の格子不整合により、作製される窒化物半導体には転移等の結晶欠陥が高密度発生する。これらの高密度の結晶欠陥により、異種基板上に作製された窒化物半導体デバイスにおいては、発光デバイスの発光効率の低下、電子デバイスの出力特性の低下、あるいはデバイス寿命の低減などデバイス特性の劣化が生じる。窒化物半導体デバイスの特性向上のためには、結晶欠陥密度の低減が必要となる。
【０００４】
近年、欠陥密度の低減のため、窒化物半導体基板上に窒化物半導体デバイス構造が作製されている。窒化物半導体基板の作製手法としては、HVEによる厚膜気相成長が幅広く用いられている。この場合、シリカ膜をマスクとした選択横方向成長(ELO法)により結晶欠陥密度の低減を実現している。しかしながら、大量生産の手法は未だ確立されておらず、市場においては数量が未だ希少である。そのため、価格も非常に高額であるという難点がある。また、シリカ膜が内部に埋め込まれておりそれによりシリカマスク上部の窒化物半導体内に小傾角粒界が新たに発生し、デバイス特性に影響を与える可能性がある。これらは、下地の基板から剥離することで解放されうるが、基板を剥離することは困難である。
【０００５】
層状物質である窒化ホウ素を基板と窒化物半導体層の間に挿入することで、容易に窒化物半導体層を剥離する技術が提案されている。（非特許文献１）その他にも、基板のエッチング、レーザーアブレーション等の剥離技術が存在する。これらの、基板剥離技術を用いることで、他基板への転写が容易となりつつある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Y. Kobayashi et al. Nature 484 223 (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、選択横方向成長(ELO法)を用いた厚膜成長による窒化物半導体基板の製造において、下地の基板からの剥離を容易に行うこと、および、窒化物半導体基板の製造コストを抑制することを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、基板あるいは窒化物半導体層表面に層状物質を少なくとも２原子層堆積する工程と、層状物質に１または複数の開口部を作製して１または複数の開口部から基板あるいは窒化物半導体層を露出させる工程であって、層状物質の面積と１または複数の開口部の面積の和との差が、１または複数の開口部の面積の和よりも大きい、工程と、露出した基板あるいは窒化物半導体層から横方向選択再成長するように窒化物半導体層の結晶成長を行い、層状物質上に窒化物半導体層を形成する工程と、層状物質に層状物質の積層方向と垂直な方向に力を加えることによって、層状物質を劈開する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
選択再成長マスクとして、層状物質を使用することで窒化物半導体基板の下地基板からの剥離を容易に行うことができる。また、下地基板を追加の加工を行わずに再利用できるので、窒化物半導体基板の製造コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１にかかる窒化物半導体基板の製造方法を示す模式図であり、図１（ａ）は窒化物半導体層への層状物質の堆積、（ｂ）は層状物質の開口加工、（ｃ）は選択横方向成長によるGaN厚膜成長、（ｄ）は下地基板からの剥離をそれぞれ示す図である。
【図２】本発明の実施例２にかかる窒化物半導体基板の製造方法を示す模式図であり、図２（ａ）は実施例１の下地基板の再利用、（ｂ）は選択横方向成長、（ｃ）は下地基板から剥離、（ｄ）は下地基板の再々利用をそれぞれ示す図である。
【図３】本発明の実施例３にかかる窒化物半導体基板の製造方法を示す模式図であり、図３（ａ）は窒化物半導体層への層状物質の堆積、（ｂ）は選択横方向成長、（ｃ）は下地基板からの剥離をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
本実施例において、以下の工程により窒化物半導体素子を作製した。図１に以下の工程を示す。
（１）窒化物半導体層への層状物質の堆積（図１（ａ））
所定の基板１上にGaN層２をMOCVD法に堆積して作製した下地基板上に層状のBN層３をMOCVD法により30 nm堆積した。
（２）層状物質の開口加工（図１（ｂ））
層状BN層３上に、レジストを塗布しフォトリソグラフィによりレジストに所定のパターンを形成した後にドライエッチングにより層状物質に開口加工を施した。また開口後、フォトレジストを有機溶剤により除去した。
（３）選択横方向成長によるGaN厚膜成長（図１（ｃ））
開口加工した層状BN層を有する下地基板上に、HVPEによりGaNに選択横方向成長を施した。層状物質は濡れ性が低いため、GaN層が露わとなった開口部に原料が優先的に流れこむため、シリカマスクと同様に自然に選択横方向成長が実現される。
（４）下地基板からの剥離（図１（ｄ））
作製した試料に横方向に力を加える事で上のGaN層２を下地基板から剥離することで、窒化物半導体基板を製造した。横方向とは、ここでは、層状BN層の積層方向と垂直な方向である。横方向に力を加えた際、層状BN層は層間で結晶がずれる。また、開口部でGaN層は上下で原子的につながっているが、横方向の力により結晶が劈開され剥離が実現される。なお、劈開は、開口部の面積がマスクの面積に対して小さいほど生じやすい。少なくとも、開口部の面積はマスク面積よりも小さいことが必要である。
【００１２】
なお、下地基板として、基板上に直接層状BN層を堆積したものでも、開口加工が施されていれば、本発明の効果に何ら影響はないが、基板１上にGaN層２を堆積した下地基板上にBN層３を堆積した場合のほうが、転位密度が小さい。また、基板材料はその上に窒化物半導体層の成長が可能であるのであれば、その基板材料の相違は本発明の効果に何ら影響はない。基板上の窒化物半導体はGaN以外でも本発明の効果に何ら影響はない。また、窒化物半導体の堆積は、MOCVD以外のいかなる手法を用いても本発明の効果に何ら影響はない。層状物質の膜厚は、少なくとも２原子層(約1.2 nm)であれば、本発明の効果に何ら影響はない。
【００１３】
層状物質はBN以外にグラフェン等他の層状物質を用いても本発明の効果に何ら影響はない。堆積法も、MOCVD法以外のいかなる手法を用いても本発明の効果に何ら影響はない。
【００１４】
層状物質の開口加工は、フォトリソグラフィとドライエッチング以外のいかなる工程を用いても本発明の効果に何ら影響はない。また、エッチング工程時に、層状物質の下の窒化物半導体層および基板もエッチングしたとしても、本発明の効果に何ら影響はない。
【００１５】
下地基板上の窒化物半導体層の厚膜成長にHVPE法以外のいかなる手法を用いても本発明の効果に何ら影響はない。また、下地基板上の窒化物半導体層はGaN以外でも本発明の効果に何ら影響はない。
【００１６】
マスク(層状物質被覆部)と窓(層状物質開口部)のレイアウトは、窓の面積がマスクの面積よりも小さい範囲であれば、本発明の効果に何ら影響はない。その配置も、例えば、ラインアンドスペースでも島状の配置でも本発明の効果に何ら影響はない。
【００１７】
［実施例２］
本実施例において、以下の工程により、実施例１において作製された下地基板を再利用して窒化物半導体素子を作製した。図２に以下の工程を示す。
（１）実施例１の下地基板の再利用（図２（ａ））
実施例１で使用した剥離された下地基板を、窒化物半導体素子の基板として再利用するために、HVPE装置に導入した。層状BN層３は、実施例１での剥離工程の際にほぼ中間で分離したため、膜厚はおよそ15 nm程度になっている。
（２）選択横方向成長（図２（ｂ））
実施例１と同様に、開口加工した層状BN層３を有する下地基板上に、HVPEによりGaNに選択横方向成長を施した。
（３）下地基板から剥離（図２（ｃ））
実施例１と同様に、横方向に力を加える事で窒化物半導体素子から下地基板を剥離した。
（４）下地基板の再々利用（図２（ｄ））
剥離した下地基板を、窒化物半導体基板の基板として再利用を繰り返すことができる。工程（３）での剥離により層状BN層３はおよそ７．５ nmの厚さとなっている。層状BN層の膜厚が、２原子層(約1.2 nm)以上ある範囲において、下地基板を窒化物半導体基板用の基板として、再利用を繰り返すことが可能である。
【００１８】
下地基板上の窒化物半導体層の厚膜成長にHVPE法以外のいかなる手法を用いても本発明の効果に何ら影響はない。また、下地基板上の窒化物半導体層はGaN以外でも本発明の効果に何ら影響はない。
【００１９】
［実施例３］
本実施例において、層状BN層に開口部が自然形成されたときの、窒化物半導体素子を作製する工程を示す。図３に以下の工程を示す。
（１）窒化物半導体層への層状物質の堆積（図３（ａ））
所定の基板１上にGaN層２をMOCVD法に堆積して作製した下地基板上に層状のBN層３を堆積した。この際、層状BN層３に開口部４が自然形成されるように、成長条件の調整をしている。なお、この際、層状BN層は少なくとも２原子層以上あることが、剥離のために必要である。
（２）選択横方向成長（図３（ｂ））
実施例１，２と同様に、HVPEにより層状BN層上に選択横方向成長により厚膜のGaNを作製した。この場合、GaNは自然開口したところから優先的に選択再成長が生じた。
（３）下地基板からの剥離（図３（ｃ））
実施例１、２と同様に、横方向に力を加える事で剥離した。
【００２０】
なお、下地基板として、基板上に直接層状BN層を堆積したものでも本発明の効果に何ら影響はない。また、基板材料はその上に窒化物半導体層の成長が可能であるのであれば、その基板材料の相違は本発明の効果に何ら影響はない。基板上の窒化物半導体はGaN以外でも本発明の効果に何ら影響はない。また、窒化物半導体の堆積は、MOCVD以外のいかなる手法を用いても本発明の効果に何ら影響はない。層状物質の膜厚は、少なくとも２原子層(約1.2 nm)であれば、本発明の効果に何ら影響はない。
【００２１】
層状物質はBN以外にグラフェン等他の層状物質を用いても本発明の効果に何ら影響はない。堆積法も、MOCVD法以外のいかなる手法を用いても本発明の効果に何ら影響はない。
【００２２】
下地基板上の窒化物半導体層の厚膜成長にHVPE法以外のいかなる手法を用いても本発明の効果に何ら影響はない。また、下地基板上の窒化物半導体層はGaN以外でも本発明の効果に何ら影響はない。
【符号の説明】
【００２３】
１  基板
２  GaN層
３  層状物質
４  自然開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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