(57)【要約】【課題】反りが小さいイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板、ならびにかかる基板を用いたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】本イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２は、両主面２０ａ，２０ｂ側に両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ所定の深さＤａ，Ｄｂで形成されているイオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂを含む。【選択図】図１
2011100860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両主面側に前記両主面からそれぞれ所定の深さで形成されているイオン注入領域を含むイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項２】
厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下である請求項１に記載のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記イオン注入領域には水素イオンが注入されている請求項１または請求項２に記載のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項４】
各前記イオン注入領域における前記水素イオンのドーズ量は１×１０17ｃｍ-2以上１×１０18ｃｍ-2以下である請求項３に記載のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項５】
ＩＩＩ族窒化物半導体層と、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成が異なる支持基板と、が接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法であって、
厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板の両主面側に前記両主面からそれぞれ所定の深さにイオンを注入してイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程と、
前記イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の第１の主面に前記支持基板を接合する工程と、
前記イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を、前記第１の主面側に前記第１の主面から所定の深さで形成されている第１のイオン注入領域において分離して、前記支持基板に接合した前記ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項６】
ＩＩＩ族窒化物半導体層と、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成が異なる支持基板と、が接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面上に形成されている少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層と、を含むＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法であって、
厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板の両主面側に前記両主面からそれぞれ所定の深さにイオンを注入してイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程と、
前記イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の第１の主面に前記支持基板を接合する工程と、
前記イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を、前記第１の主面側に前記第１の主面から所定の深さで形成されている第１のイオン注入領域において分離して、前記支持基板に接合した前記ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面上に、少なくとも１層の前記ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板、ならびにかかるイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を用いたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ1-xＧａxＮ（０≦ｘ≦１）基板などのＩＩＩ族窒化物半導体基板は、半導体デバイスに好適に用いられているが、製造コストが極めて高い。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体基板が用いられている半導体デバイスの製造コストが極めて高くなる。これは、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に由来するものと考えられる。
【０００３】
すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体基板は、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、昇華法などの気相法により結晶成長を行なうため、結晶成長速度が低く、たとえば１００時間程度の結晶成長時間でも厚さが１０ｍｍ程度のＩＩＩ族窒化物半導体結晶しか得られない。かかる厚さの結晶からは、厚さ２００μｍ〜４００μｍ程度のＩＩＩ族窒化物半導体自立基板は、少量（たとえば、１０枚程度）しか切り出せない。
【０００４】
しかし、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の切り出し枚数を増加させるため、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶から切り出すＩＩＩ族窒化物半導体層の厚さを小さくすると、機械的強度が低下し、自立基板となり得ない。したがって、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶から切り出される薄いＩＩＩ族窒化物半導体層を補強する方法が必要となる。
【０００５】
ＩＩＩ族窒化物半導体層の補強方法として、ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成の異なる支持基板にＩＩＩ族窒化物半導体層を接合した基板（以下、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板という）を製造する方法がある。かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法として、特開２００６−２１０６６０号公報（以下、特許文献１という）は、第１の窒化物半導体基板の表面近傍にイオンを注入する工程と、その第１の窒化物半導体基板の表面側を第２の基板に重ね合わせる工程と、重ね合わせた上記２枚の基板を熱処理する工程と、イオン注入された層を境として上記第１の窒化物半導体基板の大部分を上記第２の基板から引き剥がす工程とを含む半導体基板の製造方法を開示する。
【０００６】
しかし、特許文献１の製造方法においては、厚さが４００μｍ程度のＧａＮ基板が用いられているため、イオンの注入により基板に大きな反りが発生し、イオンを注入した基板を他の基板に接合しさらに分離する際にＧａＮ基板が割れたり、ＧａＮ基板と他の基板とを均一に接合することができないなどの問題があった。
【０００７】
一方、窒化物半導体基板の反りを調節する方法として、特開２００５−１３６１６７号公報（以下、特許文献２という）は、反りのある窒化物半導体基板の凹状に反っている面を機械研削し加工変質層を導入することによって凹状に反っている面を延ばし平坦に近づけ反りを低減することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法を開示する。
【０００８】
特許文献２の製造方法において、イオンが注入された面が凸状に反っている場合には、凹状に反っている面であるイオンが注入されていない面に加工変質層を導入することにより基板の反りの低減が可能である。しかし、かかる場合でも、基板の厚さが１００μｍ以下に小さいと機械研削の際に基板にクラックが発生しやすい問題があった。
【０００９】
また、特許文献２の製造方法において、イオンが注入された面が凹状に反っている場合には、以下の理由により、凹に反っている面であるイオンが注入されていない面に加工変質層を導入することができないという問題があった。すなわち、イオン注入領域（イオンが注入された領域をいう。以下同じ。）は、好ましくは表面から０．０３μｍ以上１００μｍ以下の深さに形成されているため、イオン注入された表面を機械研削するとイオン注入領域の少なくとも一部が除去されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２１０６６０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３６１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題を解決して、反りが小さいイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板、ならびにかかる基板を用いたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、両主面側に両主面からそれぞれ所定の深さで形成されているイオン注入領域を含むイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板である。本発明にかかるイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板において、厚さを５０μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。また、上記イオン注入領域には水素イオンが注入され得る。また、上記イオン注入領域において、各イオン注入領域における水素イオンのドーズ量を１×１０17ｃｍ-2以上１×１０18ｃｍ-2以下とすることができる。
【００１３】
また、本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と、ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成が異なる支持基板と、が接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法である。すなわち、厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板の両主面側に両主面からそれぞれ所定の深さにイオンを注入してイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程と、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の第１の主面に支持基板を接合する工程と、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を、第１の主面側に第１の主面から所定の深さで形成されている第１のイオン注入領域において分離して、支持基板に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法である。
【００１４】
また、本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と、ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成が異なる支持基板と、が接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板と、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板のＩＩＩ族窒化物半導体層の主面上に形成されている少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層と、を含むＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法である。すなわち、厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板の両主面側に両主面からそれぞれ所定の深さにイオンを注入してイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程と、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の第１の主面に支持基板を接合する工程と、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を、第１の主面側に第１の主面から所定の深さで形成されている第１のイオン注入領域において分離して、支持基板に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板のＩＩＩ族窒化物半導体層の主面上に、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、反りが小さいイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板、ならびにかかる基板を用いたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかるイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は基板の第１の主面が凸状に反っているイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の例を示し、（Ｂ）は基板の第１の主面が凹状に反っているイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の例を示す。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法の一例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）はイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程を示し、（Ｂ）はイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板に支持基板を接合する工程を示し、（Ｃ）はイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を分離してＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程を示す。
【図３】本発明において製造されるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明において製造されるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの他の例を示す概略断面図である。
【図５】イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板における第２の主面側に注入された水素イオンのドーズ量と反りとの関係の一例を示すグラフである。
【図６】イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板における第２の主面側に注入された水素イオンのドーズ量と反りとの関係の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
図１を参照して、本発明の一実施形態であるイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２は、両主面２０ａ，２０ｂ側に両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ所定の深さＤａ，Ｄｂで形成されているイオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂを含む。
【００１８】
本実施形態のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２は、かかるイオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂが形成されることにより、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２はイオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂにおいて分離され得る。
【００１９】
ここで、イオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂとは、上記の分離に寄与するドーズ量以上のイオンが存在する領域をいい、両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ深さＤａ−ΔＤａ〜Ｄａ＋ΔＤａおよび深さＤｂ−ΔＤｂ〜Ｄｂ＋ΔＤｂの領域であり、両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ深さＤａおよび深さＤｂの領域においてイオンのドーズ量が最大になる。イオンが注入されている深さＤａ，Ｄｂは、特に制限はないが、分離を制御する観点から、０．０３μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．０３μｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、０．０３μｍ以上１０μｍ以下がさらに好ましい。深さＤａ，Ｄｂが、０．０３μｍより小さいと基板を分離する際に割れやすくなると共に表面を平坦化することが困難となり、１００μｍより大きいとイオンの分布が広くなり分離深さを制御することが困難となる。また、イオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂの深さの分布ΔＤａ，ΔＤｂは、イオンの種類および注入方法によって異なるが、それぞれ概ね０．０２Ｄａ〜０．５Ｄａおよび０．０２Ｄｂ〜０．５Ｄｂ程度である。
【００２０】
また、本実施形態のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２は、かかるイオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂが両主面２０ａ，２０ｂ側に両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ所定の深さＤａ，Ｄｂに形成されているため、いずれか一方の主面にその主面から所定の深さにイオン注入領域が形成されているＩＩＩ族窒化物半導体基板（図示せず）に比べて、基板の反りＷが小さくなる。
【００２１】
図１を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の第１の主面２０ａ側に第１の主面２０ａから深さＤａに第１のイオン注入領域２０ｉａを形成すると、第１の主面２０ａが延びるため、基板の反りＷが大きくなる。こうして、第１のイオン注入領域２０ｉａが形成されて第１の主面２０ａが延びたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の第２の主面２０ｂ（第１の主面に対向する反対側の主面をいう。以下同じ。）側に第２の主面２０ｂから深さＤｂに第２のイオン注入領域２０ｉｂを形成すると、第２の主面２０ｂが延びるため、基板の反りＷが小さくなる。
【００２２】
このため、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板（イオンを注入したＩＩＩ族窒化物半導体基板）を、ＩＩＩ族窒化物半導体基板と化学組成が異なる支持基板に接合する際に、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板が割れたりすることがなく、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板と支持基板とを均一に接合することができる。
【００２３】
ここで、図１を参照して、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２における基板の反りＷは、所定の直径を有する基板の第１の主面２０ａ内または第２の主面２０ｂ内における最凸部と最凹部との高低差で定義する。したがって、基板の第１の主面２０ａまたは第２の主面２０ｂが球面状に湾曲して反っている場合は、基板の反りはこれらの主面２０ａ，２０ｂの中央部と円周部との高低差となる。
【００２４】
図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の反りＷについて、窒素原子が主面に現れているＮ原子主面を第１の主面２０ａとし、ＩＩＩ族元素原子が主面に現れているＩＩＩ族元素原子主面を第２の主面２０ｂとするとき、Ｎ原子主面（第１の主面２０ａ）が凹状でありＩＩＩ族元素原子主面（第２の主面２０ｂ）が凸状）になるような方向の反りは、負の符号（−）をつけて−Ｗと表し（図１（Ａ））、Ｎ原子主面（第１の主面２０ａ）が凸状（すなわち、ＩＩＩ族元素原子主面（第２の主面２０ｂ）が凹状）になるような方向の反りは正の符号（＋）をつけて＋Ｗと表す。ここで，ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の反りＷは、触針式表面粗さ測定機、光干渉式フラットネステスターなどを用いて測定することができる。また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板におけるＮ原子主面（第１の主面）およびＩＩＩ族元素原子主面（第２の主面）は、基板の２箇所に付けたオリエンテーションフラットにより識別できる。また、ＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液などの強アルカリでエッチングすることによっても、識別できる。これは、強アルカリにより、基板のＮ原子主面（第１の主面）は容易にエッチングされて表面が粗くなるが、ＩＩＩ族元素原子主面（第２の主面）はエッチングされないため表面が粗くならないため、両主面の識別が可能となるからである。
【００２５】
本実施形態のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２において、イオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂに注入されているイオンは、イオン注入領域における基板の分離に支障がないかぎり特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０における結晶欠陥の発生などによる結晶性の低下を抑制する観点から、水素イオン、ヘリウムイオンなどの質量が小さい元素のイオンが好ましく、水素イオンが特に好ましい。
【００２６】
本実施形態のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２において、各イオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂに注入されている水素イオンのドーズ量は、特に制限はないが、１×１０17ｃｍ-2以上１×１０18ｃｍ-2以下であることが好ましい。水素イオンのドーズ量が１×１０17ｃｍ-2より小さいとイオン注入領域の脆化が小さくイオン注入領域における基板の分離が困難となり、水素イオンのドーズ量が１×１０18ｃｍ-2より大きいとイオン注入領域の結晶欠陥の発生などによる結晶性の低下が大きくなる。
【００２７】
（実施形態２）
図２を参照して、本発明の他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓと、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓと化学組成が異なる支持基板１０と、が接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法である。
【００２８】
すなわち、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板の両主面２０ａ，２０ｂ側に両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ所定の深さＤａ，ＤｂにイオンＩを注入してイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２を形成する工程（図２（Ａ））と、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａに支持基板１０を接合する工程（図２（Ｂ））と、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２を、第１の主面２０ａ側に第１の主面２０ａから所定の深さＤａで形成されている第１のイオン注入領域２０ｉａにおいて分離して、支持基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓを形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程（図２（Ｃ））と、を備える。
【００２９】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法によれば、上記工程を備えることにより、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の反りを小さくして、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２と支持基板１０とを接合することが可能となり、歩留まりよく反りの小さいＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を製造することができる。以下、各工程について、詳細に説明する。
【００３０】
（イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程）
図２（Ａ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法は、厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の両主面２０ａ，２０ｂ側に両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ所定の深さＤａ，ＤｂにイオンＩを注入してイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２を形成する工程を備える。
【００３１】
上記工程により得られるイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２は、基板の両主面２０ａ，２０ｂ側に両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ深さＤａ，Ｄｂにイオン注入領域２０ｉａ、２０ｉｂが形成されているため、基板の反りが小さいかまたはほとんど無い。なお、図２においては、小さいかまたはほとんど無い反りを省略して基板を描いている。
【００３２】
イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程において、上記のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の両主面２０ａ，２０ｂ側であって両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ所定の深さＤａ，ＤｂにイオンＩを注入することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の両主面２０ａ，２０ｂ側であって両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ深さＤａ−ΔＤａ〜Ｄａ＋ΔＤａおよび深さＤｂ−ΔＤｂ〜Ｄｂ＋ΔＤｂさの領域にイオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂが形成される。かかるイオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂは基板が脆化されているため、かかるイオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂにおいてＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を分離することができる。イオンＩを注入する深さＤａおよび深さＤｂは、特に制限はないが、分離を制御する観点から、０．０３μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．０３μｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、０．０３μｍ以上１０μｍ以下がさらに好ましい。深さＤａまたは深さＤｂが、０．０３μｍより小さいと基板を分離する際に割れやすくなると共に表面を平坦化することが困難となり、１００μｍより大きいとイオンの分布が広くなり分離深さを制御することが困難となる。また、イオン注入領域２０ｉａ，２０ｉｂの深さの分布ΔＤａ，ΔＤｂは、イオンＩの種類および注入方法によって異なるが、それぞれ概ね０．０２Ｄａ〜０．５Ｄａおよび０．０２Ｄｂ〜０．５Ｄｂ程度である。
【００３３】
イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０に注入されるイオンＩは、特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０における結晶欠陥の発生などによる結晶性の低下を抑制する観点から、水素イオン、ヘリウムイオンなどの質量が小さい元素のイオンが好ましく、水素イオンが特に好ましい。
【００３４】
イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する工程において、両主面２０ａ，２０ｂに注入する水素イオンのドーズ量は、特に制限はないが、１×１０17ｃｍ-2以上１×１０18ｃｍ-2以下であることが好ましい。水素イオンのドーズ量が１×１０17ｃｍ-2より小さいとイオン注入領域の脆化が小さくイオン注入領域における基板の分離が困難となり、水素イオンのドーズ量が１×１０18ｃｍ-2より大きいとイオン注入領域の結晶欠陥の発生などによる結晶性の低下が大きくなる。
【００３５】
（イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の第１の主面に支持基板を接合する工程）
図２（Ｂ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａに支持基板１０を接合する工程を備える。
【００３６】
本支持基板１０を接合する工程において用いられるイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２は反りが小さいかまたはほとんど無いため、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２に割れを発生させること無くイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａに支持基板１０を均一に接合することができる。
【００３７】
ここで、支持基板１０と接合するイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａは、特に制限はなく、Ｎ原子主面であってもＩＩＩ族元素原子主面であってもよい。後述するように、図２（Ｃ）を参照して、接合する面がＮ原子主面（第１の主面）であると、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの主面２０ｍがＩＩＩ族元素原子主面であるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。また、接合する面がＩＩＩ族元素原子主面（第２の主面）であると、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの主面２０ｍがＮ原子主面であるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの主面２０ｍがＧａ原子主面であるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る観点から、支持基板１０を接合するイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａは、Ｎ原子主面である場合が多い。
【００３８】
イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａに支持基板１０を接合する方法には、特に制限はないが、接合後高温で接合強度を保持できる点から、接合する面の表面を洗浄して直接張り合わせた後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接合する面を活性化させ室温（たとえば１０℃〜３０℃）〜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く用いられる。
【００３９】
ここで、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａに接合する支持基板１０は、特に制限はないが、製造されたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓ上に、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる環境に耐え得る観点から、耐熱温度は８００℃以上が好ましく、１２００℃以上であることがより好ましい。さらに、８００℃以上においても耐腐食性を有することが好ましく、１２００℃以上においても耐腐食性を有することがより好ましい。ここで、耐腐食性とは、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガスなどの腐食性の結晶成長雰囲気ガスに腐食されないことをいう。かかる観点から、好ましい支持基板として、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ3Ｎ4基板、ＴｉＮ基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＳｉＣ基板、ＡｌＴｉＣ基板、ＺｎＳｅ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＯ2層形成Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＺｎＳ基板、石英基板、Ｍｏ基板、カーボン基板、ダイヤモンド基板、Ｇａ2Ｏ3基板、ＺｒＢ2基板などが挙げられる。また、これらの基板の上に、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗなどの金属膜やこれらの金属の合金膜を保護膜として付けてもよい。なお、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＰ基板などは、耐熱性および耐腐食性は上記基板に比べて劣るが、基板表面に上記の保護膜を付けるなどをすれば使用可能である。
【００４０】
また、支持基板１０は、それが用いられるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの種類によっても好適なものが異なる。たとえば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの光デバイスにおいては、光の取り出し効率が高い観点から光透過性の支持基板が好ましく、両側に電極を有するデバイスの設計を可能にする観点から導電性の支持基板が好ましい。また、ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）などの電子デバイスにおいては、電極形成工程のコストを低減する観点から、導電性の支持基板が好ましい。光透過性の支持基板としては、ＡｌＮ基板、サファイア基板、スピネル基板、Ｇａ2Ｏ3基板、ＭｇＯ基板、ランガサイト基板、ダイヤモンド基板、ＬｉＴａＯ3基板、ＬｉＮｂＯ3基板、石英基板などが挙げられる。導電性の支持基板としては，ＳｉＣ基板などの炭化物基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板などの半導体基板、Ｇａ2Ｏ3基板などの酸化物基板、Ｍｏ基板、Ｗ基板、Ｔｉ基板などの金属基板が挙げられる。
【００４１】
上記の支持基板１０は、必ずしも単結晶である必要はなく、多結晶、焼結体、アモルファスであってもよい。また、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２と支持基板１０との接合を容易にかつ強固にする観点から、支持基板１０は、弾性率が１０ＧＰａ（ギガパスカル：１×１０9Ｐａ、以下同じ）〜５０ＧＰａ程度と塑性変形しやすくかつ表面粗さＲａが０．１ｎｍ〜５ｎｍ程度と適度であるものが好ましい。
【００４２】
また、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２と支持基板１０とは、それらの間に中間層を介在させて、接合させてもよい。かかる中間層は、接合強度を高める観点から、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＡｕおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含む金属層が好ましい。また、かかる金属層の厚さは、接合された基板にクラックおよび大きな反りを発生させない観点から、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度が好ましい。
【００４３】
（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程）
図２（Ｃ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２を、第１の主面２０ａ側に第１の主面２０ａから所定の深さＤａで形成されている第１のイオン注入領域２０ｉａにおいて分離して、支持基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓを形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程を備える。
【００４４】
かかる工程により、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２は、支持基板１０に接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓと残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０ｒとに分離される。こうして、支持基板１０に厚さＴDaのＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓが接合したＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。
【００４５】
第１のイオン注入領域２０ｉａにおいてイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２を分離する方法には、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、第１のイオン注入領域２０ｉａに応力を加える方法であっても、第１のイオン注入領域２０ｉａに熱を加える方法であってもよい。また、第１のイオン注入領域２０ｉａに、光を照射する方法、または、超音波を印加する方法であってもよい。第１のイオン注入領域２０ｉａは、脆化しているため、応力、熱、光、または超音波などによるエネルギーを受けることにより、容易に分離する。
【００４６】
ここで、第１のイオン注入領域２０ｉａは、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａから深さＤａ−ΔＤａ〜深さＤａ＋ΔＤａの広がりを有するが、第１の主面２０ａから深さＤａの領域（面領域）においてイオンのドーズ量が最大となり最も脆くなりやすい。したがって、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２は、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａから深さＤａの領域（面領域）またはその付近において分離する。したがって、イオンが注入された深さＤａとＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの厚さＴDaはほぼ同じ大きさである。
【００４７】
なお、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体接合基板２には、第２の主面２０ｂ側に第２の主面２０ｂから所定の深さＤｂで形成されている第２のイオン注入領域２０ｉｂがあり、かかる第２のイオン注入領域２０ｉｂも脆化している。このため、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体接合基板２は、第２のイオン注入領域２０ｉｂにおいても分離しやすくなっている。ここで、第２のイオン注入領域２０ｉｂに比べて第１のイオン注入領域ｉａにおいて優先的に分離させるための方法としては、第１の主面にイオンを注入する際に、第１の主面に垂直な方向から傾斜した方向からイオン注入したり、第１の主面を回転させたりして、チャネリングを抑制することにより、第１のイオン注入領域における水素イオンの深さ方向の濃度分布を第２のイオン注入領域に比べてシャープにする方法、第１のイオン注入領域における水素イオンのドーズ量を第２のイオン注入領域に比べて多くする方法などがある。
【００４８】
（実施形態３）
図３および図４を参照して、本発明のさらに他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体デバイス３，４の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓと、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓと化学組成が異なる支持基板１０と、が接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１と、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの主面上に形成されている少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０，４０と、を含むＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法である。
【００４９】
図２、図３および図４を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス３の製造方法は、厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の両主面２０ａ，２０ｂ側に両主面２０ａ，２０ｂからそれぞれ所定の深さＤａ，Ｄｂにイオンを注入してイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２を形成する工程（図２（Ａ））と、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａに支持基板１０を接合する工程（図２（Ｂ））と、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２を、第１の主面２０ａ側に第１の主面２０ａから所定の深さＤａで形成されている第１のイオン注入領域２０ｉａにおいて分離して、支持基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓを形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程（図２（Ｃ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの主面上に、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０，４０を形成する工程と、を備える。
【００５０】
ここで、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２を形成する工程、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２の第１の主面２０ａに支持基板１０を接合する工程およびＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程については、実施形態２と同様であり、それらの説明は繰り返さない。
【００５１】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法は、上記のようにして得られたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの主面上に、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０，４０を１層以上成長させることができるため、特性の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス３，４が得られる。
【００５２】
少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０，４０を成長させる方法は、特に制限はないが、作業性が良好な観点から、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法などの気相法が好ましく用いられる。高圧溶融法、アモノサーマル法もしくはフラックス法などの液相法、または昇華法でも可能である。
【００５３】
（実施形態３Ａ）
図３を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス３において、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０を形成する工程の一例として、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの主面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０として、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ中間層３１、ｎ型ＧａＮクラッド層３２、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層３３ｂおよびＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層３３ｗの対を６対重ねて最上層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層３３ｗ上にさらにＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層３３ｂを形成した多重量子井戸構造を有する発光層３３、ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３４、およびｐ型ＧａＮコンタクト層３５を順次成長させる。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の主面の中央部上に、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法により、ｐ側電極３６としてＮｉ／Ａｕ電極を形成する。次いで、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の支持基板１０の主面上に、ＥＢ蒸着法により、ｎ側電極３７としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極を形成する。このようにして、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス３として、特性の高い光デバイス（詳細にはＬＥＤ（発光ダイオード））が得られる。
【００５４】
（実施形態３Ｂ）
図４を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４において、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０を形成する工程の一例として、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓの主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０として、ｎ+型ＧａＮバリア層４１およびｎ-型ＧａＮドリフト層４２を順次成長させる。次いで、ｎ-型ＧａＮドリフト層４２の主面上に、ＥＢ蒸着法により、ショットキー電極４３としてＰｔ電極を形成する。次いで、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の支持基板１０の主面上に、ＥＢ蒸着法により、オーミック電極４４としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極を形成する。このようにして、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４として、特性の高い電子デバイスが得られる。
【実施例】
【００５５】
［イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の作製］
（実施例Ｉ）
１．ＧａＮ基板の準備
ＨＶＰＥ法により成長させた直径２インチ（５．０８ｃｍ）のＧａＮ母結晶を所定の厚さにスライスして、複数のＧａＮウエハを切り出し、各ＧａＮウエハの主面を研磨により平坦化して、複数のＧａＮ基板を得た。次に、複数のＧａＮ基板について、以下の洗浄を行った。６０℃に加熱したイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中で１０分間超音波洗浄を行い、その後７０℃に加熱したＳＣ-１溶液（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2およびＨ2Ｏの混合溶液をいう。以下同じ。）で１０分間洗浄し、純水で１０分間洗浄し、７０℃に加熱したＳＣ-２溶液（ＨＣｌ、Ｈ2Ｏ2およびＨ2Ｏの混合溶液をいう。以下同じ。）で１０分間洗浄し、純水で１０分間洗浄し、希フッ酸水溶液で５分間洗浄し、純水で１０分間洗浄した後、ＩＰＡを用いて蒸気乾燥した。
【００５６】
こうして研磨および洗浄がされた後、各ＧａＮ基板の厚さは、実施例Ｉ−１では２９８μｍ、実施例Ｉ−２では２０４μｍ、実施例Ｉ−３では１０５μｍ、実施例Ｉ−４では６５μｍであった。また、各ＧａＮ基板の反りは、実施例Ｉ−１では−２１μｍ、実施例Ｉ−２では−２７μｍ、実施例Ｉ−３では−２９μｍ、実施例Ｉ−４では−３５μｍであった。このとき、反りＷの方向と符号との関係は、図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して、Ｎ原子主面（第１の主面２０ａ）が凸状でＧａ原子主面（第２の主面２０ｂ）が凹状となる方向の反りを負（−）符号をつけて−Ｗと表し、Ｎ原子主面（第１の主面２０ａ）が凹状でＧａ原子主面（第２の主面２０ｂ）が凹状となる方向の反りを正（＋）符号をつけて＋Ｗと表した。
【００５７】
ここで、各ＧａＮ基板は、加工によりウエハに作製された第一オリエンテーションフラットと第二オリエンテーションフラットにより、Ｎ原子主面（第１の主面）とＧａ原子主面（第２の主面）とを識別した。加工の際、Ｎ原子主面（第１の主面）とＧａ原子主面（第２の主面）の識別は、ＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液などの強アルカリでエッチングすることにより行った。強アルカリにより、基板のＮ原子主面（第１の主面）は容易にエッチングされて表面が粗くなるが、ＩＩＩ族元素原子主面（第２の主面）はエッチングされないため表面が粗くならないため、両主面の識別が可能となる。
【００５８】
なお、上記ＧａＮ基板は、いずれも、表面粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定する算術平均粗さＲａをいう。以下同じ。）が１．５ｎｍ以下、最大高低差Ｐ−Ｖ（最高点Ｐと最低点Ｖとの間の高低差をいう。以下同じ。）が１０ｎｍ以下、全厚み変動ばらつきＴＴＶ（基板の一方の主面を真空吸着してできた平面を基準面とし、その基準面から他方の主面の最も高い場所と最も低い場所との差をいう。以下同じ。）は１０μｍ以下のものを用いた。ここで、ＧａＮ基板の表面粗さＲａおよび最大高低差Ｐ−Ｖは菱化システム社のマイクロマップにより８０μｍ角の範囲内で測定し、ＧａＮ基板の反りＷおよび全厚み変動ばらつきＴＴＶは、光干渉により表面を二次元的に測定できるニデック社のフラットネステスターにより測定した。
【００５９】
２．ＧａＮ基板のＮ原子主面（第１の主面）側へのイオン注入
次に、図１および図２（Ａ）を参照して、上記で得られた複数のＧａＮ基板のＮ原子主面（第１の主面２０ａ）側に水素イオンを注入した。水素イオンのドーズ量は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）で測定したところ、３×１０17ｃｍ-2であった。イオン注入エネルギーは８０ｋｅＶで、イオン注入時の基板の温度は６０℃で、イオン注入傾斜角度は４°（すなわち＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に対して４°の傾斜角度）であった。ここで、イオン注入傾斜角度を４°としたのは、チャネリングを抑制するためである。複数のＧａＮ基板に注入されたイオンの深さＤａは、イオン注入ＧａＮ基板の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察したところ、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約０．５μｍであった。
【００６０】
Ｎ原子主面にイオン注入した後、各ＧａＮ基板の反りは、実施例Ｉ−１では−６６μｍ、実施例Ｉ−２では−７８μｍ、実施例Ｉ−３では−８５μｍ、実施例Ｉ−４では−８７μｍであった。すなわち、いずれのＧａＮ基板においても、反りが大きくなった。
【００６１】
３．ＧａＮ基板のＧａ原子主面（第２の主面）側へのイオン注入
次に、図１および図２（Ａ）を参照して、上記で得られたＮ原子主面（第１の主面２０ａ）側に水素イオンが注入された複数のＧａＮ基板のＧａ原子主面（第２の主面２０ｂ）側に水素イオンを注入した。水素イオンのドーズ量は３×１０17ｃｍ-2であった。イオン注入エネルギーは８０ｋｅＶで、イオン注入時の基板の温度は６０℃で、イオン注入傾斜角度は０°（すなわち＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に平行）であった。複数のＧａＮ基板に注入されたイオンの深さＤｂは、イオン注入ＧａＮ基板の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察したところ、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約０．５μｍであった。
【００６２】
Ｎ原子主面およびＧａ原子主面にイオン注入した後、各ＧａＮ基板の反りは、実施例Ｉ−１では−１９μｍ、実施例Ｉ−２では−２９μｍ、実施例Ｉ−３では−２８μｍ、実施例Ｉ−４では−３６μｍであった。上記の結果を表１にまとめた。
【００６３】
【表１】
2011100860.tif 000003
【００６４】
表１より明らかなように、Ｎ原子主面（第１の主面）およびＧａ原子主面（第２の主面）の両主面側にイオンを注入することにより、イオン注入ＧａＮ基板の反りは、イオン注入前のＧａＮ基板の反りと同程度にまで小さくなった。すなわち、Ｎ原子主面への水素イオンの注入による基板の反りの増大をＧａ原子主面への水素イオンの注入により相殺することができた。
【００６５】
（実施例ＩＩ）
１．ＧａＮ基板の準備
実施例Ｉと同様にして、研磨および洗浄された複数のＧａＮ基板を準備した。各ＧａＮ基板の厚さは３０２μｍであった。また、各ＧａＮ基板の反りは−２６μｍであった。すなわち、負（−）符号の反り、すなわち、Ｎ原子主面（第１の主面）が凸状でＧａ原子主面（第２の主面）が凹状となる方向の反りを有する複数のＧａＮ基板を準備した。
【００６６】
２．ＧａＮ基板のＮ原子主面（第１の主面）側へのイオン注入
次に、図１および図２（Ａ）を参照して、上記で得られた複数のＧａＮ基板のＮ原子主面（第１の主面２０ａ）側に水素イオンを注入した。水素イオンのドーズ量は３×１０17ｃｍ-2であった。イオン注入エネルギーは８０ｋｅＶで、イオン注入時の基板の温度は６０℃で、イオン注入傾斜角度は４°（すなわち＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に対して４°の傾斜角度）であった。ここで、イオン注入角を４°としたのは、チャネリングを抑制するためである。複数のＧａＮ基板に注入されたイオンの深さＤａは、イオン注入ＧａＮ基板の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察したところ、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約０．５μｍであった。
【００６７】
Ｎ原子主面（第１の主面２０ａ）側にイオン注入した後の各ＧａＮ基板の反りは、比較例ＩＩおよび実施例ＩＩ−１〜ＩＩ−５のいずれについても、−６８μｍであった。すなわち、いずれのＧａＮ基板においても、反りが大きくなった。
【００６８】
３．ＧａＮ基板のＧａ原子主面（第２の主面）側へのイオン注入
次に、図１および図２（Ａ）を参照して、上記で得られたＮ原子主面（第１の主面２０ａ）側に水素イオンが注入された複数のＧａＮ基板のうち実施例ＩＩ−１〜ＩＩ−５のＧａＮ基板のＧａ原子主面（第２の主面２０ｂ）側に水素イオンを注入した。水素イオンのドーズ量は、実施例ＩＩ−１では１×１０17ｃｍ-2、実施例ＩＩ−２では３×１０17ｃｍ-2、実施例ＩＩ−３では５×１０17ｃｍ-2、実施例ＩＩ−４では８×１０17ｃｍ-2、実施例ＩＩ−５では１×１０18ｃｍ-2であった。イオン注入エネルギーは８０ｋｅＶで、イオン注入時の基板の温度は６０℃で、イオン注入傾斜角度は０°（すなわち＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に平行）であった。複数のＧａＮ基板に注入されたイオンの深さＤｂは、イオン注入ＧａＮ基板の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察したところ、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約０．５μｍであった。
【００６９】
Ｎ原子主面（第１の主面２０ａ）側およびＧａ原子主面（第２の主面２０ｂ）側にイオン注入した後の各ＧａＮ基板の反りは、実施例ＩＩ−１では−５２μｍ、実施例ＩＩ−２では−３１μｍ、実施例ＩＩ−３では−２０μｍ、実施例ＩＩ−４では−１０μｍ、実施例ＩＩ−５では−５μｍであった。上記の結果を表２にまとめた。
【００７０】
【表２】
2011100860.tif 000004
【００７１】
また、表２に基づいて、少なくともＮ原子主面（第１の主面）側に水素イオンが注入されたイオン注入ＧａＮ基板（イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板）において、Ｇａ原子主面（第２の主面）側に注入された水素イオンのドーズ量と基板の反りとの関係を図５に示した。
【００７２】
表２および図５から明らかなように、Ｎ原子主面（第１の主面）およびＧａ原子主面（第２の主面）にイオンを注入する前のＧａＮ基板の反りの符号が負（−）の場合（すなわち、第１の主面であるＮ原子主面が凸状に反り、第２の主面であるＧａ原子主面が凹状になるような方向に反っている場合）は、Ｎ原子主面（第１の主面）側に注入される水素イオンのドーズ量よりもＧａ原子主面（第２の主面）側に注入される水素イオンのドーズ量が増加する程、Ｎ原子主面（第１の主面）側およびＧａ原子主面（第２の主面）側への水素イオンの注入後の基板の反りが小さくなった。一方、Ｇａ原子主面（第２の主面）側に注入される水素イオンのドーズ量が増加する程、イオン注入のコストが高くなりまたＧａＮ基板の脆化が大きくなる。
【００７３】
（実施例ＩＩＩ）
１．ＧａＮ基板の準備
実施例Ｉと同様にして、研磨および洗浄された複数のＧａＮ基板を準備した。各ＧａＮ基板の厚さは３０７μｍであった。また、各ＧａＮ基板の反りは＋４８μｍであった。すなわち、正（＋）符号の反り、すなわち、Ｎ原子主面（第１の主面）が凹状でＧａ原子主面（第２の主面）が凸状となる方向の反りを有する複数のＧａＮ基板を準備した。
【００７４】
２．ＧａＮ基板のＮ原子主面（第１の主面）側へのイオン注入
次に、図１および図２（Ａ）を参照して、上記で得られた複数のＧａＮ基板のＮ原子主面（第１の主面２０ａ）側に水素イオンを注入した。水素イオンのドーズ量は３×１０17ｃｍ-2であった。イオン注入エネルギーは８０ｋｅＶで、イオン注入時の基板の温度は６０℃で、イオン注入傾斜角度は４°（すなわち＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に対して４°の傾斜角度）であった。ここで、イオン注入角を４°としたのは、チャネリングを抑制するためである。複数のＧａＮ基板に注入されたイオンの深さＤａは、イオン注入ＧａＮ基板の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察したところ、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約０．５μｍであった。
【００７５】
Ｎ原子主面（第１の主面２０ａ）側にイオン注入した後の各ＧａＮ基板の反りは、比較例ＩＩおよび実施例ＩＩＩ−１〜ＩＩＩ−５のいずれについても、＋１８μｍであった。
【００７６】
３．ＧａＮ基板のＧａ原子主面（第２の主面）側へのイオン注入
次に、図１および図２（Ａ）を参照して、上記で得られたＮ原子主面（第１の主面２０ａ）側に水素イオンが注入された複数のＧａＮ基板のうち実施例ＩＩ−１〜ＩＩ−５のＧａＮ基板のＧａ原子主面（第２の主面２０ｂ）側に水素イオンを注入した。水素イオンのドーズ量は、実施例ＩＩＩ−１では１×１０17ｃｍ-2、実施例ＩＩＩ−２では３×１０17ｃｍ-2、実施例ＩＩＩ−３では５×１０17ｃｍ-2、実施例ＩＩＩ−４では８×１０17ｃｍ-2、実施例ＩＩＩ−５では１×１０18ｃｍ-2であった。イオン注入エネルギーは８０ｋｅＶで、イオン注入時の基板の温度は６０℃で、イオン注入傾斜角度は０°（すなわち＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に平行）であった。複数のＧａＮ基板に注入されたイオンの深さＤｂは、イオン注入ＧａＮ基板の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察したところ、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約０．５μｍであった。
【００７７】
Ｎ原子主面（第１の主面２０ａ）側およびＧａ原子主面（第２の主面２０ｂ）側にイオン注入した後の各ＧａＮ基板の反りは、実施例ＩＩＩ−１では＋３６μｍ、実施例ＩＩＩ−２では＋５３μｍ、実施例ＩＩＩ−３では＋６３μｍ、実施例ＩＩＩ−４では＋７３μｍ、実施例ＩＩＩ−５では＋７８μｍであった。上記の結果を表３にまとめた。
【００７８】
【表３】
2011100860.tif 000005
【００７９】
また、表３に基づいて、少なくともＮ原子主面（第１の主面）側に水素イオンが注入されたイオン注入ＧａＮ基板において、Ｇａ原子主面（第２の主面）側に注入された水素イオンのドーズ量と基板の反りとの関係を図６に示す。
【００８０】
表３および図６から明らかなように、Ｎ原子主面（第１の主面）側およびＧａ原子主面（第２の主面）側にイオンを注入する前のＧａＮ基板の反りの符号が正（＋）の場合（すなわち、第１の主面であるＮ原子主面が凹状に反り、第２の主面であるＧａ原子主面が凸状になるような方向に反っている場合）は、Ｎ原子主面（第１の主面）側に注入される水素イオンのドーズ量よりもＧａ原子主面（第２の主面）側に注入される水素イオンのドーズ量が増加する程、Ｎ原子主面（第１の主面）側およびＧａ原子主面（第２の主面）側への水素イオン注入後の基板の反りが大きくなった。すなわち、イオンを注入する前のＧａＮ基板の反りの符号が正（＋）の場合は、Ｎ原子主面（第１の主面）への水素イオンのドーズ量よりもＧａ原子主面（第２の主面）への水素イオンのドーズ量が少ない方がよい。
【００８１】
［ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の作製］
（実施例ＩＶ）
１．支持基板の加工
図２を参照して、本実施例においては、光デバイスであるＬＥＤ用の支持基板１０として単結晶のＧａ2Ｏ3基板（実施例ＩＶ−１）と、電子デバイスであるＳＢＤ用の支持基板１０として多結晶のＭｏ基板（実施例ＩＶ−２）とを準備した。上記支持基板（Ｇａ2Ｏ3基板およびＭｏ基板）を、研磨などにより、両主面における表面粗さＲａがいずれも１．５ｎｍ以下、両主面における最大高低差Ｐ−Ｖがいずれも１０ｎｍ以下、全厚み変動ばらつきＴＴＶが１０μｍ以下、および支持基板の反りが１０μｍ以下にした。
【００８２】
２．支持基板およびイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の洗浄
上記の支持基板および上記の実施例ＩＩ−２と同様にして得られた複数のイオン注入ＧａＮ基板について、以下の洗浄を行った。６０℃に加熱したイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中で１０分間超音波洗浄を行い、その後７０℃に加熱したＳＣ-１溶液（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2およびＨ2Ｏの混合溶液）で１０分間洗浄し、純水で１０分間洗浄し、７０℃に加熱したＳＣ-２溶液（ＨＣｌ、Ｈ2Ｏ2およびＨ2Ｏの混合溶液）で１０分間洗浄し、純水で１０分間洗浄し、希フッ酸水溶液で５分間洗浄し、王水で５分間洗浄し、純水で１０分間洗浄した後、ＩＰＡを用いて蒸気乾燥した。
【００８３】
３．イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の第１の主面の活性化
上記の支持基板に接合させる上記のイオン注入ＧａＮ基板のＮ原子主面（第１の主面）の表面の活性化を行う目的で、基板のＮ原子主面（第１の主面）をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて表面を改質した。ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）ガスを用いた。具体的には、１×１０-6Ｐａの雰囲気圧力下でアルゴンプラズマを５分間照射することにより、イオン注入ＧａＮ基板のＮ原子主面（第１の主面）の表面を活性化させた。ここで、Ｎ原子主面（第１の主面）が支持基板と接合する面である。
【００８４】
なお、本実施例においては、アルゴンプラズマを用いたが、アルゴンガスに替えてヘリウム（Ｈｅ）ガスまたはネオン（Ｎｅ）ガス（いずれも希ガス）、窒素（Ｎ2）ガス（不活性ガス）、またはＧａＮと反応性を有するアンモニア（ＮＨ3）ガス、塩素（Ｃｌ2）ガス、塩化ホウ素（ＢＣｌ4）ガス、塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）ガスなどを用いることもできる。
【００８５】
４．支持基板とイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板との接合
図２（Ｂ）を参照して、上記の支持基板（Ｇａ2Ｏ3基板およびＭｏ基板）のそれぞれとイオン注入ＧａＮ基板とを、上記支持基板の洗浄された主面と上記イオン注入ＧａＮ基板の洗浄および活性化されたＮ原子主面（第１の主面）とが接触するように配置して、２５℃の窒素ガス雰囲下で１気圧（１０１．３ｋＰａ）の圧力で５分間保持することにより、支持基板とイオン注入ＧａＮ基板とを接合させた。
【００８６】
５．ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の形成
図２（Ｂ）および（Ｃ）を参照して、上記のようにして得られた接合基板に０．５ｋｇｆ／ｃｍ2（４９ｋＰａ）の荷重を掛けながら窒素雰囲気中で４６０℃に加熱して１５時間保持した。こうして、イオン注入ＧａＮ基板がＮ原子主面（第１の主面２０ａ）側に形成された第１のイオン注入領域２０ｉａにおいて分離することにより、支持基板１０上にＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓ）が形成されたＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）が得られた。具体的には、実施例ＩＶ−１としてＧａ2Ｏ3基板上にＧａＮ層が形成されたＧａＮ層接合基板が得られ、実施例ＩＶ−２としてＭｏ基板上にＧａＮ層が形成されたＧａＮ層接合基板が得られた。これらのＧａＮ層接合基板について、ＧａＮ層の厚さは、層の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により測定したところ、実施例ＩＶ−１および実施例ＩＶ−２いずれも０．４μｍであった。また、ＧａＮ層の転位密度は、層の表面の１０μｍ角の範囲をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察してその範囲内の転位数から算出したところ、実施例ＩＶ−１が５×１０8ｃｍ-2であり、実施例ＩＶ−２が７×１０8ｃｍ-2であった。また、ＧａＮ層のＸ線回折におけるω−２θ測定において得られる（０００２）面に関するＸ線回折ピークの半値幅は、実施例ＩＶ−１が５１ａｒｃｓｅｃであり、実施例ＩＶ−２が６３ａｒｃｓｅｃであった。また、ＧａＮ層接合基板の反りは、実施例ＩＶ−１が７μｍであり、実施例ＩＶ−２が１７μｍであった。結果を表４にまとめた。
【００８７】
【表４】
2011100860.tif 000006
【００８８】
表４から明らかなように、両主面側にそれぞれ形成されたイオン注入領域を含む反りが小さなイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を用いることにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層の転位密度およびＸ線回折ピークの半値幅が小さく結晶性が高いＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板が得られた。
【００８９】
［ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの作製］
（実施例Ｖ）
１．光デバイスの作製
図３を参照して、実施例ＩＶ−１で得られたＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓ）とＧａ2Ｏ3基板（支持基板１０）とが接合されたＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａＮ層の主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０を成長させた。ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０成長の際の原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ3）、モノシラン（ＳｉＨ4）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）などを用いた。
【００９０】
具体的には、まず、ＭＯＣＶＤ炉の反応室内に配置されたサセプタ上にＧａＮ層接合基板を配置した。次いで、１０５０℃の基板温度および１０１ｋＰａの雰囲気圧力とした反応室内に原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、ＳｉＨ4）を供給することにより、ＧａＮ層接合基板のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓ）の主面上に、厚さ５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ中間層３１を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持して基板温度を１１００℃とした後、原料ガス（ＴＭＧ、ＮＨ3、ＳｉＨ4）を反応室内に供給することにより、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ中間層３１上に厚さ２μｍのｎ型ＧａＮクラッド層３２を成長させた。
【００９１】
次いで、ｎ型ＧａＮクラッド層３２上に、以下の様にして、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層３３ｂおよびＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層３３ｗの対を６対重ねその最上層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層３３ｗ上にさらにＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層３３ｂを重ねた多重量子井戸構造を有する発光層３３を形成した。障壁層の形成においては、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持して基板温度を９００℃とした後、原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3）を反応室内に供給することにより、厚さ１５ｎｍのノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層３３ｂを成長させた。井戸層の形成においては、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持すると共に、基板温度を８００℃とした後、原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3）を反応室内に供給することにより、厚さ５０ｎｍのノンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層３３ｗを形成する。かかる井戸層および障壁層の成長は必要な回数だけ繰り返される。
【００９２】
その後、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持すると共に基板温度を１０５０℃にした後、原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ）を反応室内に供給して、発光層３３上に厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３４を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持すると共に基板温度を１０５０℃に維持して、原料ガス（ＴＭＧ、ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ）を反応室内に供給して、ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３４上に厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層３５を成長させた。
【００９３】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の主面の中央部上に、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法により、ｐ側電極３６としてＮｉ／Ａｕ電極を形成した。次いで、ＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａ2Ｏ3基板（支持基板１０）の主面上に、ＥＢ蒸着法により、ｎ側電極３７としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極を形成した。このようにして、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス３である光デバイス（より具体的にはＬＥＤ（発光ダイオード））が得られた。
【００９４】
上記のようにして得られたＬＥＤに、電流密度が１００Ａ／ｃｍ2となるように電流を印加して、ＬＥＤを発光させて、４５０ｎｍの波長における発光強度とともに発光波長のばらつきを測定した。本実施例のＬＥＤの発光強度および発光波長のばらつきは、それぞれ基板としてＧａＮ層接合基板を同じ厚さのＧａＮ自立基板に替えたこと以外は本実施例と同様の構造を有する典型的なＬＥＤの発光強度および発光波長のばらつきと同等であった。すなわち、本実施例のＬＥＤは、十分なＬＥＤ特性を備えていた。
【００９５】
（実施例ＶＩ）
１．電子デバイスの作製
図４を参照して、実施例ＩＶ−２で得られたＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓ）とＧａ2Ｏ3基板（支持基板１０）とが接合されたＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａＮ層の主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０を成長させた。ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０成長の際の原料としては、実施例Ｖと同様の原料を用いた。
【００９６】
具体的には、まず、ＭＯＣＶＤ炉の反応室内に配置されたサセプタ上にＧａＮ層接合基板を配置した。次いで、１１００℃の基板温度および１０１ｋＰａの雰囲気圧力とした反応室内に原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、ＳｉＨ4）を供給することにより、ＧａＮ層接合基板のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ｓ）の主面上に、Ｓｉをドープした厚さ２μｍのｎ+型ＧａＮバリア層４１（キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3）を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力および基板温度をそれぞれ１０１ｋＰａおよび１１００℃に維持して、原料ガス（ＴＭＧ、ＮＨ3、ＳｉＨ4）を反応室内に供給することにより、ｎ+型ＧａＮバリア層４１上に厚さ１２μｍのｎ-型ＧａＮドリフト層４２（キャリア濃度が２×１０16ｃｍ-3）を成長させた。
【００９７】
上記のようにして得られた電子デバイスは、絶縁耐圧が９６０Ｖ、オン抵抗が２ｍΩ・ｃｍ-2であり、優れた特性を有していた。
【００９８】
なお、実施例ＶにおいてはＬＥＤの例を、実施例ＶＩにおいてはＳＢＤの例を挙げたが、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスは、その他のデバイス、たとえば、ＬＤ（レーザダイオード）、ＨＥＭＴ（高速電子移動トランジスタ）、太陽電池などにも適用が可能である。
【００９９】
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のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１００】
１  ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板、２  イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板、３，４  ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス、１０  支持基板、２０  ＩＩＩ族窒化物半導体基板、２０ａ，２０ｂ，２０ｍ  主面、２０ｉａ，２０ｉｂ  イオン注入領域、２０ｒ  残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板、２０ｓ  ＩＩＩ族窒化物半導体層、３０，４０  ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層、３１  ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ中間層、３２  ｎ型ＧａＮクラッド層、３３  発光層、３３ｂ  Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層、３３ｗ  Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層、３４  ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層、３５  ｐ型ＧａＮコンタクト層、３６  ｐ側電極、３７  ｎ側電極、４１  ｎ+型ＧａＮバリア層、４２  ｎ-型ＧａＮドリフト層、４３  ショットキー電極、４４  オーミック電極。
【図１】
2011100860.tif 000007
【図２】
2011100860.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011100860.tif 000011
【図６】
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