(57)【要約】【課題】窒化物半導体基板の製造において、種基板の主面に窒化物半導体層を結晶成長させる際に、反りが低減された種基板に窒化物半導体層を結晶成長させることによって、結晶軸の配向性の良い良質な窒化物半導体基板を製造する製造方法を提供する。【解決手段】基板１１の主面に種結晶１２を有する種基板１０を、窒化物半導体層１３の結晶成長に最適な温度まで昇温し、種結晶１２上に窒化物半導体層１３を結晶成長させた後に、窒化物半導体層１３と種基板１０とを剥離して窒化物半導体基板１を製造する製造方法であって、種基板１０の製造時に、予め、昇温によって種基板１０が反る量に相当する反り量を、昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに、種基板１０を反らせておく。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に種結晶を有する種基板を、窒化物半導体層の結晶成長に最適な温度まで昇温し、前記種結晶上に前記窒化物半導体層を結晶成長させた後に、前記窒化物半導体層と前記種基板とを剥離して窒化物半導体基板を製造する製造方法であって、
前記種基板の製造時に、予め、前記昇温によって前記種基板が反る量に相当する反り量を、前記昇温によって前記種基板が反る方向と逆向きに、前記種基板を反らせておく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】
請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法であって、
前記種基板製造時において、前記種結晶は、該種結晶の主面に凸部を形成させたことにより得られたものであること
を特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法であって、
前記窒化物半導体層は、前記種結晶上に複数の貫通孔を有するマスクを配置した後に該各貫通孔を介して前記種結晶上に結晶成長させたものであり、該結晶成長後に、前記窒化物半導体層から前記種基板とともに前記マスクを剥離すること
を特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法であって、
前記種基板製造時において、前記種基板は、前記反り量となるまで前記基板の主面に種結晶を成長させたことによって得られたものであること
を特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法であって、
前記種基板製造時において、前記種基板は、該種基板の厚みを薄くすることによって前記反り量となるまで反らせたことによって得られたものであること
を特徴とする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】
近年、光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）の需要、特に青色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤといった発光ダイオードの需要が急増している。青色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤには、エピタキシャル成長によって製造されたＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びそれらに類似する窒化物半導体が使われている。さらに、窒化物半導体は、電子の移動度が大きい点やバンドギャップが広い点から、高出力、高周波数のトランジスタ動作が可能なため、電子デバイス材料としても注目されている。
【０００３】
一般的に、発光ダイオードやトランジスタに用いられる窒化物半導体（例えば、ＧａＮ）の結晶は、サファイア基板上やシリコン基板上に気相エピタキシャル成長法によって形成される。この方法で得られるＧａＮの結晶の転位密度は、通常約１０8ｃｍ-2〜１０9ｃｍ-2と比較的大きいため、結晶の品質が悪い。これは、サファイア基板（又はシリコン基板）とＧａＮとの格子定数差が大きいことに起因する。このような転位密度の問題を解決するためには、サファイア基板上（又はシリコン基板上）にＧａＮ結晶を結晶成長させたエピタキシャル基板を製造するのではなく、ＧａＮの結晶そのものを基板とするＧａＮ単結晶基板を製造することが最適である。
【０００４】
ＧａＮ単結晶基板の製造方法が開示されている文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、又はＨＶＰＥ法によって、サファイア基板の主面上に種結晶（ＧａＮ）を結晶成長させた種基板を製造し、この種基板の主面上に、ナトリウム（Ｎａ）をフラックスとした液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法によって、最適な結晶成長温度（８００℃〜１０００℃程度）でＧａＮ単結晶を結晶成長させ、その後、結晶成長温度から室温（２５℃程度）に降温時により生じる応力によって、種基板とＧａＮ単結晶とを自然分離させて、ＧａＮ単結晶からなるＧａＮ単結晶基板を製造する方法が開示されている。
【０００５】
この製造方法によれば、ＧａＮ単結晶の転位密度を１０4ｃｍ-2程度の値となり、エピタキシャル基板の転位密度（１０8ｃｍ-2〜１０9ｃｍ-2）よりも小さくすることができ、ＧａＮの結晶の品質を向上させることができる。
【０００６】
さらに、特許文献１には、ＧａＮ単結晶と種基板とを自然剥離させる際に、ＧａＮ単結晶にかかる応力によって、ＧａＮ単結晶にクラックが入ることを防止するため、ＧａＮ単結晶と種基板との界面に複数の間隙を設けて製造されるＧａＮ単結晶基板の製造方法が開示されている。
【０００７】
これにより、結晶成長温度から室温に降温させる際の熱変化によって生じる応力が生じても、種基板とＧａＮ単結晶との界面に備える間隙から種基板とＧａＮ単結晶とを剥離させることができるため、ＧａＮ単結晶にクラックが入ることを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２４７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のＧａＮ単結晶成長基板の製造方法では、ナトリウム（Ｎａ）をフラックスとした液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法によってＧａＮ単結晶を結晶成長させる際に、室温（２５℃程度）から結晶成長温度（８００℃〜１０００℃）まで種基板を加熱する必要がある。この昇温中に、種基板の基板と種結晶層の熱膨張係数の違いにより種基板に反りが生じ、ＧａＮ単結晶を結晶成長させる直前では、種基板は反った状態となる。
【００１０】
反りが生じた種基板の主面にＧａＮ単結晶を結晶成長させると、その反り形状に基づいて種基板の主面にＧａＮ単結晶が結晶成長するため、ＧａＮ単結晶の結晶軸の配向性が悪くなり、結晶性の悪いＧａＮ単結晶基板が製造されてしまう問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、窒化物半導体基板の製造において、種基板の主面に窒化物半導体層を結晶成長させる際に、反りが低減された種基板に窒化物半導体層を結晶成長させることによって、結晶軸の配向性の良い良質な窒化物半導体基板を製造する製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法は、基板の主面に種結晶を有する種基板を、窒化物半導体層の結晶成長に最適な温度まで昇温し、前記種結晶上に前記窒化物半導体層を結晶成長させた後に、前記窒化物半導体層と前記種基板とを剥離して窒化物半導体基板を製造する製造方法であって、前記種基板の製造時に、予め、前記昇温によって前記種基板が反る量に相当する反り量を、前記昇温によって前記種基板が反る方向と逆向きに、前記種基板を反らせておくことを特徴とする。
【００１３】
このような特定事項によると、種基板を製造する際に、予め、窒化物半導体層の結晶成長に最適な温度までの昇温により種基板が反る量に相当する反り量を、その昇温によって種基板が反る方向と逆向きに、種基板を反らせておくため、この種基板の製造後、窒化物半導体層の結晶成長に最適な温度まで種基板を昇温させても、種基板の反りが緩和する方向に応力がかかる。すなわち、結晶成長直前の種基板は、反りが低減され、ほぼ平坦な状態となるため、種基板上に窒化物半導体層を結晶成長させても、窒化物半導体層の結晶軸の配向性の良い良質な窒化物半導体基板を製造することができる。
【００１４】
上記の窒化物半導体基板の製造方法であって、前記種基板製造時において、前記種結晶は、該種結晶の主面に凸部を形成させたことにより得られたものであることとする。
【００１５】
このような特定事項により、種結晶の主面に凸部を形成し、その凸部上に窒化物半導体層を結晶成長させるため、窒化物半導体層と種結晶の主面との接触面積を小さくすることができ、容易に窒化物半導体層と種基板とを剥離することができる。
【００１６】
上記の窒化物半導体基板の製造方法であって、前記窒化物半導体層は、前記種結晶上に複数の貫通孔を有するマスクを配置した後に該各貫通孔を介して前記種結晶上に結晶成長させたものであり、該結晶成長後に、前記窒化物半導体層から前記種基板とともに前記マスクを剥離することとする。
【００１７】
このような特定事項により、種結晶上に貫通孔を有するマスクを配置することによって、そのマスクの貫通孔を介して窒化物半導体層を結晶成長させるため、特段に複雑な工程を要せず簡易な方法によって、窒化物半導体層と種結晶との接触面積をさらに小さくすることができる。これにより、種結晶と窒化物半導体層との自然剥離を、さらに容易に行うことができる。
【００１８】
上記の窒化物半導体基板の製造方法であって、前記種基板製造時において、前記種基板は、該種基板の厚みを薄くすることによって前記反り量となるまで反らせたことによって得られたものであることとする。
【００１９】
このような特定事項により、結晶成長工程前に、簡易な方法である加工によって種基板を反らせることができる。
【００２０】
上記の窒化物半導体基板の製造方法であって、種基板製造時において、種基板は、熱処理によって反り量となるまで反らせたことによって得られたものであることとする。
【００２１】
このような特定事項により、加工によって基板を反らせる場合と異なり、加工屑の発生を抑えることができる。
【００２２】
上記の窒化物半導体基板の製造方法であって、前記種基板製造時において、前記種基板は、前記反り量となるまで前記基板の主面に種結晶を成長させたことによって得られたものであることとする。
【００２３】
このような特定事項により、種結晶の成長と同時に基板を反らせるため、新たに基板を反らせる工程を必要とせず少ない工程によって、種基板を反らせることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、窒化物半導体基板の製造において、種基板の主面に窒化物半導体層を結晶成長させる際に、反りが低減された種基板に窒化物半導体層を結晶成長させることによって、結晶軸の配向性の良い良質な窒化物半導体基板を製造する製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、第一実施形態の種基板製造工程を示す説明図である。
【図１Ｂ】本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、第二実施形態の種基板製造工程を示す説明図である。
【図２】本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、（ａ）は、第三実施形態の種基板の平面図、（ｂ）は、（ａ）のII−II線に沿う断面図、（ｃ）は、第三実施形態の種基板の変形例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る窒化物半導体基板を製造する結晶成長装置の模式図である。
【図４】本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、第一実施形態の窒化物半導体層を結晶成長させる過程を示す説明図である。
【図５】本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、窒化物半導体層を結晶成長時に用いられるマスクの平面図である。
【図６】本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、第三実施形態の窒化物半導体層を結晶成長させる過程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法は、基板１１の主面に種結晶１２を有する種基板１０を、窒化物半導体層１３（図４参照）の結晶成長に最適な温度まで昇温し、種結晶１２上に窒化物半導体層１３を結晶成長させた後に、窒化物半導体層１３と種基板１０とを自然剥離して窒化物半導体基板１を製造する製造方法であって、種基板１０の製造時に、予め、昇温によって種基板１０が反る量に相当する反り量を、昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに、種基板１０を反らせておくことを特徴とする。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、種基板を製造する種基板製造工程、及び、種基板上に窒化物半導体層を結晶成長させて窒化物半導体基板を製造する結晶成長工程について順を追って説明する。
【００２８】
○第一実施形態
[種基板製造工程]
まず、種基板１０の製造工程について図１Ａを参照しながら説明する。
【００２９】
図１Ａは、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、種基板製造工程を示す説明図である。
【００３０】
基板１１の材料としては、例えば、サファイアや、炭化ケイ素、シリコンなどを用いることができる。基板１１の厚さは、基板１１のハンドリングや、その後に基板１１上に成長させる種結晶１２の品質の観点から、０．３ｍｍ以上が好ましく、基板の価格の観点から２．０ｍｍ以下が好ましい。本実施形態では、直径５０ｍｍ、厚み０．４３ｍｍ、主面がＣ面のサファイア基板を用いている。
【００３１】
この基板１１を、予め、後述する結晶成長工程における昇温によって種基板１０が反る量に相当する反り量を、昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに、基板１１を反らせる。ここで、「反り量」とは、基板１１の凹面を水平面に載置した際、基板の凹面の中心から水平面までの距離Ｌとする（図１Ａ参照）。なお、この反り量は斜入射干渉式測定装置等の公知な測定装置によって測定することができる。
【００３２】
基板１１を反らせた後に、基板１１の主面に種結晶１２を結晶成長させる。種結晶１２は、従来公知の結晶成長方法である有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法やハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法などによって結晶成長させる。本実施形態では、ＭＯＣＶＤ法によってＧａＮを種結晶１２として基板１１に結晶成長させる。より詳細に説明すると、まず、ＭＯＣＶＤ装置のチャンバー内に反りを有する基板１１をセットした後に、チャンバー内の圧力を１００Ｔｏｒｒ、温度を１２４０℃として水素雰囲気としてチャンバー内をクリーニングする。チャンバー内をクリーニング後に、チャンバー内を７１５℃に降温し、圧力を４００Ｔｏｒｒとし、原料ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）をチャンバー内に供給して基板１１上に低温ＧａＮバッファ層を成長させる。低温ＧａＮバッファ層を成長後、チャンバー内を１３１０℃に昇温し、圧力を２００Ｔｏｒｒとし、低温ＧａＮバッファ層上に所望の膜厚のＧａＮの種結晶１２を結晶成長させる。
【００３３】
種結晶１２の膜厚は、種結晶１２の品質の観点及び後述する種結晶１２と窒化物半導体層１３との自然剥離のしやすさの観点から３μｍ〜２０μｍが好ましい。また、種基板の反り量は、後述する結晶成長工程における昇温によって、種基板１０が反る量に相当する反り量として、その反り量を７０μｍ〜１１０μｍとすることが好ましい。なお、一般的に種結晶１２膜厚を厚くすることで、種基板１０の反り量を大きくすることができる。
【００３４】
以上により、種基板製造工程によって、予め、後述する結晶成長工程による昇温によって種基板１０が反る量に相当する反り量を、昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに反らせた種基板１０を製造することができる。
【００３５】
なお、本実施形態のサファイア基板の主面は、Ｃ面として説明をしたが、サファイア基板の主面がＡ面やＲ面など他の結晶面であっても構わない。
【００３６】
[結晶成長工程]
次に、前述した種基板１０上に窒化物半導体層１３を結晶成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程について、図３〜図５を参照しながら説明する。
【００３７】
図３は、本発明に係る窒化物半導体基板を製造する結晶成長装置の模式図、図４は、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、第一実施形態の窒化物半導体層を結晶成長させる過程を示す説明図、図５は、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、窒化物半導体層を結晶成長時に用いられるマスクの平面図である。
【００３８】
種基板１０上に窒化物半導体層１３を結晶成長させるには、結晶成長装置３０が用いられる。結晶成長装置３０は、耐圧容器３１と、耐圧容器３１内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給源３８とを備えている（図３参照）。
【００３９】
耐圧容器３１は、その内部をガス排気配管３６を介して減圧する真空ポンプ（不図示）と接続されている。耐圧容器３１の内部には、前述した種基板１０を収容する坩堝３３と、坩堝３３を収容する反応容器３２と、反応容器３２を加熱するヒーター３４と、を備えている。
【００４０】
坩堝３３の直径は、前述した種基板１０を収容できる程度の大きさであり、さらに、坩堝３３の材料は、結晶成長時の高温雰囲気下において、耐熱性を有している必要がある。本実施形態では、直径８０ｍｍ程度の高純度アルミナ製の坩堝が用いられる。
【００４１】
反応容器３２は、その材料をステンレスやハステロイ等の耐熱性部材とし、反応容器３２の周囲を取り囲むようにヒーター３４が配置されている。また、反応容器３２には、窒素ガス供給源３８から窒素ガスを供給するガス供給配管３５が差し入れられており、ガス供給配管３５には、反応容器３２内の圧力を調整する圧力調整器３７が備えられている。
【００４２】
この結晶成長装置３０を用いて、窒化物半導体層１３を結晶成長させ、窒化物半導体基板１を製造する。つまり、種基板１０を、窒化物半導体層１３の結晶成長に最適な温度まで昇温し、種結晶１２上に窒化物半導体層１３を結晶成長させた後に、窒化物半導体層１３と種基板１０とを自然剥離して窒化物半導体基板１を製造する。
【００４３】
ここで、本実施形態で結晶成長させる窒化物半導体層１３は、種結晶１２上に複数の貫通孔２１を有するマスク２０を配置した後に各貫通孔２１を介して種結晶１２上に結晶成長させたものである。そして結晶成長後は、窒化物半導体層１３から種基板１０とともにマスク２０も自然剥離される。
【００４４】
マスク２０は、複数の貫通孔２１が規則的に配置されたものである（図５参照）。貫通孔２１の形状は、貫通孔２１内に容易に窒化物半導体層１３を結晶成長させるため、円形が望ましいが、四角形、六角形等の形状であっても構わない。
【００４５】
各貫通孔２１同士の間隔をｄとし、貫通孔２１の幅はＷとする。間隔ｄは、窒化物半導体層の結晶性の観点及び後述する窒化物半導体層１３と基板１１との剥離性の観点から０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。また、幅Ｗは、窒化物半導体層の結晶成長のしやすさの観点から０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。なお、マスク材料はサファイアやアルミナ等の高温耐性のある材料が用いられる。本実施形態で用いるマスクは、直径６０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのサファイア製であり、貫通孔２１の間隔ｄを０．５ｍｍ、貫通孔２１の幅ｗを０．５ｍｍとする。
【００４６】
以下、具体的な製造過程について、図４を参照しながら順を追って説明する。
【００４７】
まず、坩堝３３内に、Ｇａ金属、Ｇａ合金、Ｇａ化合物等の原料、Ｎａからなるフラックス、前述した主面が凸形状の反りを有する種基板１０を収容した後に、種基板１０の主面にマスク２０を配置する。そして、坩堝３３を反応容器３２内に導入し、反応容器３２を耐圧容器３１内に設置する。さらに、耐圧容器３１内を密閉し、耐圧容器３１内を不活性ガスによる置換を行って、耐圧容器３１内の雰囲気を一定に保つとともに、耐圧容器３１内の圧力を１ＭＰａとする。なお、Ｎａをフラックスとして用いることにより、後述する結晶成長にて、比較的、低圧力、低温条件下で窒化物半導体層の結晶成長を可能とするが、Ｎａの他にもアルカリ金属（例えば、カリウム）を用いても構わない。
【００４８】
次に、ヒーター３４によって反応容器３２を窒化物半導体層１３（例えば、ＧａＮ）の結晶成長温度（８００℃〜１０００℃程度）まで昇温する。これによりＧａ金属等の原料とフラックスとが溶融した溶液３９（図３参照）が製造されるとともに、昇温に伴って種基板１０に応力が加わり、種基板１０の反りが緩和される。つまり、種基板１０の反り量が低減される。
【００４９】
ヒーター３４によって窒化物半導体層１３の結晶成長温度まで昇温した後に、圧力調整器３７を調整して耐圧容器３１内を３．６ＭＰａとし、窒素ガス供給源３８から反応容器３２内に窒素ガスを供給する。これにより、窒素ガス、Ｇａ金属、フラックス等と種基板１０の主面の種結晶１２が反応し、窒化物半導体層１３がマスク２０の各貫通孔２１を介して種結晶１２上に結晶成長される。このとき、種基板１０の反りは十分に低減されている。つまり、結晶成長直前の種基板１０の形状はほぼ平坦な状態となっているため、種基板１０の主面に窒化物半導体層１３を結晶成長させても、結晶軸が揃っており、配向性のよい窒化物半導体層１３を種基板１０の主面に成長させることができる。結晶成長時間を１２０時間とすると、窒化物半導体層１３の厚みは約１．４ｍｍとなる。
【００５０】
窒化物半導体層１３を結晶成長させた後、ヒーター３４を切って、反応容器３２内の温度を１０時間かけて室温まで降温させる。この降温時に生じる応力が種基板１０及び窒化物半導体層１３に加わることより、種基板１０と窒化物半導体層１３とが自然分離する。このとき、窒化物半導体層１３は、種基板１０上にマスクの貫通孔を介して結晶成長されており、種基板１０と窒化物半導体層１３との接触面積が小さいため少ない応力によって種基板１０と窒化物半導体層１３とを分離できる。よって、窒化物半導体層１３にクラックの発生を防止することができる。
【００５１】
その後、分離した窒化物半導体層１３を結晶成長装置３０から取り出し、有機溶剤や酸による洗浄工程を必要に応じて行うことにより、窒化物半導体基板１が製造される。
【００５２】
○第二実施形態
次に、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法の第二実施形態について図１Ｂを参照しながら説明する。なお本実施形態は、第一実施形態と、種基板製造工程において、種基板を反らせる方法のみ異なるため、以下、その相違点のみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
図１Ｂは、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、第二実施形態の種基板製造工程を示す説明図である。
【００５４】
[種基板製造工程]
本実施形態では、第一実施形態で説明した、種結晶１２の結晶成長前に基板１１を反らせるのではなく、基板１１上に種結晶１２を結晶成長させる際に、基板１１を所定の反り量となるまで種結晶１２を成長させることによって種基板１０を反らせることとする。これにより、基板１１上に種結晶１２を結晶成長させるほど、種結晶１２の膜厚が厚くなり、これに起因して基板１１を所定の反り量まで反らせることができるので、新たに基板を反らせる工程を必要とせず少ない工程によって種基板１０を反らせることができる。
【００５５】
なお、種基板１０作製後に、基板１１を加工して、基板１１の厚さを変化させることによって、種基板１０の反りを変化させても構わない。
【００５６】
その後、第一実施形態で説明した結晶成長工程を施すことにより、ＧａＮ単結晶の結晶軸の配向性の良い良質な窒化物半導体基板の製造方法を提供することができる。
【００５７】
□実施例１〜３について
次に、本実施形態の実施例１〜３について説明する。
【００５８】
本実施例は、種基板製造工程において種結晶１２の結晶成長時の種結晶１２の膜厚の条件を変えることにより、反り量が異なる種基板１０をそれぞれ製造し、各種基板１０に結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布を測定したものである。配向分布の測定は、Ｘ線回折測定のロッキングカーブ測定によって行った。
【００５９】
・実施例１
種基板製造工程において、ＧａＮの種結晶１２の厚みを７．０μｍとすると、種基板１０の反り量は７０μｍとなった。この種基板１０に対して結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布は、０．２０°となった。
【００６０】
・実施例２
種基板製造工程において、ＧａＮの種結晶１２の厚みを８．０μｍとすると、種基板１０の反り量は８５μｍとなった。この種基板１０に対して結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布は、０．１４°となった。
【００６１】
・実施例３
種基板製造工程において、ＧａＮの種結晶１２の厚みを９．０μｍとすると、種基板１０の反り量は９０μｍとなった。この種基板に対して結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布は、０．１６°となった。
【００６２】
実施例１〜３によって製造された窒化物半導体基板１は、いずれも配向分布が０．２０°を下回っている。一般的に、配向分布が０．２０°以下となると、結晶性が良いとされていることより、実施例１〜３の窒化物半導体基板１は、結晶性の良いものといえる。実施例１〜３の結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
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【００６４】
□実施例４〜６について
次に、本実施形態の実施例４〜６について説明する。
【００６５】
本実施例は、種基板製造工程において、基板１１に種結晶１２を結晶成長させた後に、基板を機械研磨によって基板１１の厚みの条件を変えることにより、反り量が異なる種基板１０をそれぞれ製造し、各種基板１０に結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布を測定したものである。前述同様、配向分布の測定は、Ｘ線回折測定のロッキング測定による半値幅測定によって行った。
【００６６】
・実施例４
種基板製造工程において、機械研磨により基板１１の厚みを０．３５μｍとすると、種基板１０の反り量は７３μｍとなった。この種基板１０に対して結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布は、０．１７°となった。
【００６７】
・実施例５
種基板製造工程において、機械研磨により基板１１の厚みを０．４０μｍとすると、種基板１０の反り量は８２μｍとなった。この種基板１０に対して結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布は、０．１２°となった。
【００６８】
・実施例６
種基板製造工程において、基板１１の厚みを０．４３μｍとすると、種基板１０の反り量は８５μｍとなった。この種基板１０に対して結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布は、０．１４°となった。
【００６９】
実施例４〜６によって製造された窒化物半導体基板１は、いずれも配向分布が０．２０°を下回っており、結晶性の良い窒化物半導体基板１といえる。実施例４〜６の結果を表２に示す。
【００７０】
【表２】
2014162713.tif 000004
【００７１】
○第三実施形態
次に、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法の第三実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態との相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
[種基板製造工程]
まず、種基板１０の製造工程について図面を参照しながら説明する。図２は、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、（ａ）は、第三実施形態の種基板の平面図、（ｂ）は、（ａ）のII−II線に沿う断面図、（ｃ）は、第三実施形態の種基板の変形例を示す断面図である。
【００７３】
本実施形態の種基板製造工程は、種基板１０製造時において、予め、後述する結晶成長工程における昇温によって種基板１０が反る量に相当する反り量を、昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに、種基板１０を反らせておくとともに、種結晶１２は、種結晶１２の主面に凸部１２ａ形成させたこととする。
【００７４】
本実施形態の種基板１０の反り量は、種基板１０の主面に凸部１２ａを形成させるため、第一実施形態及び第二実施形態で説明した反り量（７０μｍ〜１１０μｍ）まで反らせる必要はなく、０μｍ〜４０μｍ程度の反り量となるように種基板１０を反らせれば十分である。
【００７５】
種結晶１２の主面のパターニングは、基板１１に種結晶１２を成長させた後に、種結晶１２の主面に、公知の方法によるフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等によって形成される。本実施形態では、所定のパターンを種結晶の主面に形成した後に、種結晶１２をエッチングして複数のドット（凸部１２ａ）を形成している（図２（ｃ）参照）。
【００７６】
ここで、種結晶１２の主面のパターニングは、後述する結晶成長工程における窒化物半導体層１３の結晶成長の制御性のため、規則的に配置されたドット形状のものとする（図２（ａ）参照）。なお、ドット形状に限らず、凸部を有するストライプ形状であっても構わない。
【００７７】
ドットの各凸部１２ａ同士の間隔をｄとし、凸部１２ａの幅はＷとする。間隔ｄは、窒化物半導体層１３の結晶性の観点及び後述する窒化物半導体層１３と基板１１との剥離性の観点から０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。また、凸部１２ａの幅Ｗは、窒化物半導体層の結晶成長のしやすさの観点から０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。本実施形態では、各凸部１２ａ同士の間隔ｄは、０．５ｍｍ、凸部１２ａの幅Ｗは、０．５ｍｍとした。
【００７８】
また、種結晶１２の主面のパターニング面に対して表面処理等を行うことで、種基板１０の反り量を変化させることができる。
【００７９】
以上により、予め、後述する結晶成長工程による昇温によって種基板１０が反る量に相当する反り量を、昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに反らせ、かつ、種結晶１２は、種結晶１２の主面に複数の凹凸形状を形成させることができる。
【００８０】
なお、種結晶１２のエッチングは、図２（ｂ）に示したように種結晶１２を基板１１に到達するまでエッチングするのではなく、種結晶１２の途中でエッチングを止めて、凹凸形状を形成しても構わない（図２（ｃ）参照）。このような凹凸形状を変化させることによって、種基板１０の反り量を変化させることができる。
【００８１】
[結晶成長工程]
次に、前述した種基板１０上に窒化物半導体層１３を結晶成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程について、図６を参照しながら説明する。
【００８２】
図６は、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、第三実施形態の窒化物半導体層を結晶成長させる過程を示す説明図である。
【００８３】
本実施形態の窒化物半導体基板は、第一実施形態で説明した結晶成長装置３０を用いて製造される。
【００８４】
まず、坩堝３３内に、Ｇａ金属、Ｇａ合金、Ｇａ化合物等の原料、Ｎａからなるフラックス、主面にドット（凸部１２ａ）を有する種基板１０を収容する。そして、坩堝３３を反応容器３２内に導入し、反応容器３２を耐圧容器３１内に設置する。さらに、耐圧容器３１内を密閉し、耐圧容器３１内を不活性ガスによる置換を行って、耐圧容器３１内の雰囲気を一定に保つとともに、耐圧容器３１内の圧力を１ＭＰａとする。
【００８５】
次に、ヒーター３４によって反応容器３２を結晶成長温度である８００℃〜１０００℃程度まで昇温する。これによりＧａ金属等の原料とフラックスとが溶融した溶液３９（図３参照）が製造されるとともに、昇温に伴って種基板１０に応力が加わり、種基板１０の反りが緩和される。つまり、種基板１０の反り量が低減される。
【００８６】
ヒーター３４によって窒化物半導体層１３（ＧａＮ）の結晶成長温度まで昇温した後に、圧力調整器３７を調整して耐圧容器３１内を３．６ＭＰａとし、窒素ガス供給源３８から反応容器３２内に窒素ガスを供給する。これにより、窒素ガス、Ｇａ金属、フラックス等と種基板１０の主面の種結晶１２が反応し、種結晶１２のドット（凸部１２ａ）上及び種結晶１２の側面に窒化物半導体層１３が結晶成長される。ここで、基板１１上には窒化物半導体層１３が結晶成長されないため、種結晶１２と窒化物半導体層１３との接触面積を小さくすることができる。また、種基板１０の反りは十分に低減されており、結晶成長直前の種基板１０の形状はほぼ平坦な状態となっているため、種基板１０の主面に窒化物半導体層１３を結晶成長させても、結晶軸が揃うこととなる。よって、配向性のよい窒化物半導体層１３を種基板１０の主面に成長させることができる。結晶成長時間を１２０時間とすると、窒化物半導体層１３（ＧａＮ）の厚みは１．４ｍｍとなる。
【００８７】
窒化物半導体層１３を結晶成長させた後、ヒーター３４を切って、反応容器３２内の温度を１０時間かけて室温まで降温させる。この降温時に生じる応力が種基板１０及び窒化物半導体層１３に加わることより、基板１１と種結晶１２とが自然分離する。このとき、種結晶１２と窒化物半導体層１３との接触面積が小さいため、窒化物半導体層１３にかかる応力を低減することができ、窒化物半導体層１３にクラックの発生を防止することができる。
【００８８】
その後、分離した窒化物半導体層１３を結晶成長装置３０から取り出し、有機溶剤や酸による洗浄工程を必要に応じて行うことにより、窒化物半導体基板１が製造される。
【００８９】
□実施例７、８について
次に、本実施形態の実施例７、８について説明する。
【００９０】
・実施例７
本実施例は、種基板製造工程において、基板１１に種結晶１２を結晶成長させた後に、種結晶１２の主面にドット（凸部１２ａ）を形成して、反り量１０μｍとする種基板１０を製造した。
【００９１】
その後、この種基板１０に結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布は、０．１４°となった。
【００９２】
・実施例８
本実施例は、種基板製造工程において、基板１１に種結晶１２を結晶成長させた後に、種結晶１２の主面にドット（凸部１２ａ）を形成し、反り量を２０μｍとする種基板１０を製造した。
【００９３】
その後、この種基板１０に結晶成長工程を施して製造された窒化物半導体基板１の配向分布は、０．１０°となった。
【００９４】
実施例７及び実施例８によって製造された窒化物半導体基板は、いずれも配向分布が０．２０°を下回っており、結晶性の良い窒化物半導体基板といえる。実施例７及び実施例８の結果を表３に示す。
【００９５】
【表３】
2014162713.tif 000005
【００９６】
以上、実施形態１から実施形態３までに説明したとおり、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法は、種基板１０を製造する際に、予め、窒化物半導体層１３の結晶成長に最適な温度まで昇温することによって種基板１０が反る量に相当する反り量を、その昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに、種基板１０を反らせておくため、種基板１０の製造後に窒化物半導体層１３の結晶成長に最適な温度まで昇温させても、種基板１０は反りの影響を受けずに窒化物半導体層１３を成長させることができる。
【００９７】
すなわち、窒化物半導体層１３の結晶成長前の種基板１０は、ほぼ平坦な状態にあるため、種基板１０上に窒化物半導体層１３を結晶成長させても、窒化物半導体層１３の結晶軸は揃っており、良質な窒化物半導体基板を製造することができる。
【００９８】
○本発明の構成及び効果
本発明に係る窒化物半導体基板１の製造方法は、基板１１の主面に種結晶１２を有する種基板１０を、窒化物半導体層１３の結晶成長に最適な温度まで昇温し、種結晶１２上に窒化物半導体層１３を結晶成長させた後に、窒化物半導体層１３と種基板１０とを剥離して窒化物半導体基板１を製造する製造方法であって、種結晶１２の製造時に、予め、昇温によって種基板１０が反る量に相当する反り量を、昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに、種基板１０を反らせておくことを特徴とする。
【００９９】
このような特定事項によると、種基板１０を製造する際に、予め、窒化物半導体層１３の結晶成長に最適な温度までの昇温により、種基板１０が反る量に相当する反り量を、その昇温によって種基板１０が反る方向と逆向きに、種基板１０を反らせておくため、種基板１０の製造後に窒化物半導体層１３の結晶成長に最適な温度まで昇温させても、種基板１０の反りが緩和する方向に応力がかかる。すなわち、窒化物半導体層１３の結晶成長直前の種基板１０は、ほぼ平坦な状態となるため、種基板１０上に窒化物半導体層１３を結晶成長させても、窒化物半導体層１３の結晶軸の配向性の良い良質な窒化物半導体基板１を製造することができる。
【０１００】
上記の窒化物半導体基板の製造方法であって、種基板１０製造時において、種結晶１２は、種結晶１２の主面に凸部１２ａを形成させたことにより得られたものであることとする。
【０１０１】
このような特定事項により、種結晶１２の主面に凸部１２ａを形成し、その凸部１２ａ上に窒化物半導体層１３を結晶成長させると、窒化物半導体層１３と種結晶１２主面との接触面積を小さくすることができるため、容易に窒化物半導体層１３と種基板１０とを剥離することができる。
【０１０２】
上記の窒化物半導体基板１の製造方法であって、窒化物半導体層１３は、種結晶１２上に複数の貫通孔２１を有するマスク２０を配置した後に各貫通孔２１を介して種結晶１２上に結晶成長させたものであり、結晶成長後に、窒化物半導体層１３から種基板１０とともにマスク２０を剥離することとする。
【０１０３】
このような特定事項により、種結晶１２上に貫通孔２１を有するマスク２０を配置することにより、そのマスク２０の貫通孔２１を介して窒化物半導体層１３を結晶成長させるため、特段に複雑な工程を要せず簡易な方法によって、窒化物半導体層１３と種結晶１２との接触面積をさらに小さくすることができる。これにより、種結晶１２と窒化物半導体層１３との自然剥離を、さらに容易に行うことができる。
【０１０４】
上記の窒化物半導体基板１の製造方法であって、種基板１０製造時において、種基板１０は、該種基板の厚みを薄くすることによって前述の反り量となるまで反らせたことによって得られたものであることとする。
【０１０５】
このような特定事項により、結晶成長工程前に、簡易な方法である加工によって基板１１を反らせることができる。
【０１０６】
上記の窒化物半導体基板１の製造方法であって、種基板１０製造時において、種基板１０は、前述の反り量となるまで基板１１の主面に種結晶１２を成長させたことによって得られたものであることとする。
【０１０７】
このような特定事項により、種結晶１２の成長と同時に基板１１を反らせるため、新たに基板１１を反らせる工程を必要とせず少ない工程によって、種基板１０を反らせることができる。
【０１０８】
なお、上記に示した本発明の実施形態及び実施例はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【符号の説明】
【０１０９】
１      窒化物半導体基板
１０    種基板
１１    基板
１２    種結晶
１２ａ  凸部
１３    窒化物半導体層
２０    マスク
２１    貫通孔
３０    結晶成長装置
３１    耐圧容器
３２    反応容器
３３    坩堝
３４    ヒーター
３５    ガス供給配管
３６    ガス排気配管
３７    圧力調整器
３８    窒素ガス供給源
３９    溶液
【図１Ａ】
2014162713.tif 000006
【図１Ｂ】
2014162713.tif 000007
【図２】
2014162713.tif 000008
【図３】
2014162713.tif 000009
【図４】
2014162713.tif 000010
【図５】
2014162713.tif 000011
【図６】
2014162713.tif 000012