(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板表面に複数の凹部を、平面形状において、互いに相似な２種以上の凹部として形成する第１工程、
隣接する前記凹部間の上に、ラテラル成長により窒化物半導体層を成長させ、前記凹部の底面と前記窒化物半導体層との間に空隙を形成する第２工程及び
前記窒化物半導体層から、前記異種基板を除去する第３工程を有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２】
窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板表面に複数の凹部を、平面形状が略正三角形の複数の枠体によって包囲して形成する第１工程、
隣接する前記凹部間の上に、ラテラル成長により窒化物半導体層を成長させ、前記凹部の底面と前記窒化物半導体層との間に空隙を形成する第２工程及び
前記窒化物半導体層から、前記異種基板を除去する第３工程を有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３】
前記複数の枠体を、その頂点のみを隣接する枠体と共有するように規則的に配置して構成する請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記複数の枠体を、該複数の略正三角形の三つの頂点を該正三角形の中心からそれぞれ同一方向に向けて配置し、かつ、隣接する略正三角形の枠体を頂点のみで接触させて構成する請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記異種基板が結晶基板であり、前記凹部の底面又は側面を、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面及びＭ面のいずれかの面を傾斜させた面とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記異種基板をサファイア基板とし、前記凹部の底面又は側面を、Ｍ面を傾斜させた面とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記凹部間の上面の面積を、前記異種基板の全表面の面積の５０％以下とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記凹部の深さを、２〜５０μｍの範囲とする請求項１〜７のいずれか１つ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】
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）として用いられる窒化物半導体は、半導体層の成長用基板としてはサファイアや炭化ケイ素など、窒化物半導体とは異なる材料からなる異種基板が用いられている。これは、窒化物半導体のバルク単結晶を得るのが困難なためである。
しかし、異種基板上に成長された窒化物半導体層には、両者の格子定数の差異、熱膨張率などに起因して、転位欠陥が発生する。
そのため、転位欠陥の少ない窒化物半導体基板（バルク単結晶層）を得るための方法が種々検討されている。
【０００３】
例えば、ラテラル成長を利用して、異種基板上に窒化物半導体層を形成し、その後異種基板を取り除いて窒化物半導体基板を得る方法が知られている。そして、この窒化物半導体基板を、窒化物半導体層の成長基板として用いることによって、従来のものと比較して転位欠陥の少ない窒化物半導体層を得ることができる。
しかし、格子定数及び熱膨張率等の異なる異種基板上に成長させた窒化物半導体層は、成長後の降温時等に応力が加わって、窒化物半導体層内にクラックが発生しやすいという問題がある。
【０００４】
そのため、その応力を利用して異種基板を取り除く方法が検討されている。
例えば、成長時のシード層を部分的に浸食処理により残留させて浸食残骸部とし、成長後の内部応力や外部応力が、集中的に浸食残骸部に作用するようにして破断させることで、異種基板を取り除く方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６３３７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１１９２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６３２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載されている方法は、異種基板の表面に形成された円柱形状の突起部の高さが約１μｍ以下と比較的低いために、その上に配置されたシード層からの横方向成長がし難く、同時に底部からも結晶が成長する。そのために、底部から成長するエピタキシャル層中に結晶欠陥が多数存在することとなり、得られる窒化物半導体基板では、実際には結晶欠陥を低減するに至っていない。
また、特許文献３に記載されている方法は、ストライプの深さが２５μｍと深いが、ストライプ幅及びその周期に対応する、横方向成長により低転位化可能な領域の幅及びエピタキシャル成長時に結晶の欠陥を引き継ぐと考えられる領域の幅とを考慮すると、後者が幅広であるため、結果的には、結晶欠陥が発生する面積が、エピタキシャル層が形成する全面積に対して、依然として相当な割合を占めており、得られる窒化物半導体基板における結晶欠陥の低減には、やはり至っていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明を以下に示す。
[１]窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板表面に複数の凹部を形成する第１工程、
隣接する前記凹部間の上に、ラテラル成長により窒化物半導体層を成長させ、前記凹部の底面と前記窒化物半導体層との間に空隙を形成する第２工程及び
前記窒化物半導体層から、前記異種基板を除去する第３工程を有することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
[２]前記異種基板が結晶基板であり、前記凹部の底面又は側面を、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面及びＭ面のいずれかの面を傾斜させた面とする[１]に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
[３]前記異種基板をサファイア基板とし、前記凹部の底面又は側面を、Ｍ面を傾斜させた面とする[１]又は[２]に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
[４]前記凹部間の上面の面積を、前記異種基板の全表面の面積の５０％以下とする[１]〜[３]のいずれかに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
[５]前記凹部の深さを、２〜５０μｍの範囲とする[１]〜[４]のいずれかに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
[６]前記複数の凹部を、平面形状において、互いに相似な２種以上の凹部として形成する[１]〜[５]のいずれかに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
[７]前記複数の凹部を、平面形状が略正三角形の複数の枠体によって包囲して形成する[１]〜[６]のいずれかに窒化物半導体基板の製造方法。
[８]前記複数の枠体を、その頂点のみを隣接する枠体と共有するように規則的に配置して構成する[７]に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
[９]前記複数の枠体を、該複数の略正三角形の三つの頂点を該正三角形の中心からそれぞれ同一方向に向けて配置し、かつ、隣接する略正三角形の枠体を頂点のみで接触させて構成する[７]に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法により、結晶欠陥を低減させることができるとともに、窒化物半導体層を異種基板から自然剥離させることができる、高品質の窒化物半導体基板を安価に、かつ低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の窒化物半導体基板の製造方法で形成する要部の凹部パターンを示す平面図である。
【図２】図１の凹部パターンの全体の配列を示す平面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体基板の製造方法を説明するための要部の概略断面工程図である。
【図４】本発明の窒化物半導体基板の製造方法を説明するための要部の概略断面工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１工程）
本発明の窒化物半導体基板の製造方法では、まず、窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板表面に複数の凹部を形成する。
ここで用いられる基板としては、窒化物半導体と異なる材料からなり、窒化物半導体を成長させることが可能な基板であれば特に限定されず、例えば、結晶基板であることが好ましい。具体的には、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面及びＭ面のいずれかを主面（凹部を形成する表面）とするサファイア、シリコン、ＳｉＣ又はＧａＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等が挙げられる。なかでも、サファイア基板が好ましい。なお、基板には１０°以下（例えば、０．１°〜１°）のオフ角が形成されていてもよい。
例えば、意図する窒化物半導体層の表面が（００１）面のＧａＮである場合、異種基板として用いるサファイア基板の主面は（０００１）面を有することが好ましい。また、意図する窒化物半導体層の表面の結晶面に応じて、それに適した異種基板及び異種基板の主面の結晶面を選択することができる。例えば、サファイア基板を用いる場合、凹部を形成する表面は（０００１）面、（１１−２０）面、（１−１００）面等のいずれかが挙げられる。
【００１１】
異種基板表面に複数の凹部を形成する方法としては、当該分野で公知のフォトレジスト及びエッチング工程による方法が挙げられる。
具体的には、図３（Ａ）に示すように、異種基板１上に、ＣＶＤ法等により酸化シリコン等の絶縁膜２（例えば、０．１〜５μｍ程度、好ましくは０．３〜２μｍ程度）を成膜し、この上にレジスト３を塗布し、このレジスト３に所定形状のパターンを露光する。その後、現像処理を行ってレジスト３を所定のパターン形状に形成する（図３（Ｂ）参照）。このレジストパターンを用いて、絶縁膜２を、例えば、バッファードフッ酸等を用いたウェットエッチング又はＲＩＥ法によるドライエッチングなどのエッチング処理に付してパターニングする（図３（Ｃ）参照）。さらに、このパターニングされた絶縁膜２をマスクとして用いて、異種基板１をエッチングすることにより、複数の凹部を形成することができる（図３（Ｄ）参照）。
【００１２】
凹部の深さは特に限定されないが、例えば、２〜５０μｍ程度が適しており、３〜５０μｍ程度が好ましく、９〜４８μｍ程度がより好ましく、１７〜２５μｍ程度がさらに好ましい。凹部の深さは深い方が、より結晶欠陥を抑制することができるとともに、凹部底面からの結晶成長がより有効に抑制され、異種基板と窒化物半導体層との接触が少なく、異種基板と窒化物半導体層との後述する自然剥離を促すことができる。
【００１３】
複数の凹部は、平面形状（平面視）において、互いに相似形状の２種以上の凹部として形成することが好ましい。ここでの相似となる形状としては、多角形、例えば、三角形、四角形、六角形等が挙げられ、特に、正三角形が好ましい。
複数の凹部は、規則的に配置することが好ましい。規則的に配置するとは、複数の凹部を縦、横、斜め方向等に周期的に配置する、互いに接触するように隣接して配置するなどが挙げられる。
複数の凹部は、周期的又は隣接して配置する場合のいずれにおいても、例えば、平面形状が多角形等、特に略正三角形の複数の枠体によって包囲して形成することが好ましい。ここでの枠体とは、多角形、例えば略正三角形の内周と外周とを有する枠体であることが好ましい。
複数の凹部が枠体によって形成される場合、特に、複数の凹部は隣接して配置されることが好ましい。ここでの隣接とは、枠体の一辺が互いに接触するように配置してもよいし、枠体の頂点が接触するように配置していてもよい。
【００１４】
略正三角形の複数の枠体が配置される場合には、互いに接触する正三角形の枠体の３つの頂点が１点で接触し、各辺が接触しないように配置されていることが好ましい。この点で、ストライプ状の凸部を所定の角度（例えば、６０°）で交わらせるように配置されて形成される凹部形状とは区別することができる。この場合、１点で枠体の頂点が互いに接触する３つの正三角形においては、それぞれ、枠体によって包囲された正三角形の中心から枠体の各頂点が同一方向に向けて配置させることが好ましい。言い換えると、３つの正三角形が、１つの頂点を共通にして、６０°の周期で配置されていることが好ましい。さらに言い換えると、三角形の枠体は、頂点部分は若干枠体の幅が太くなるか又はほとんど太くならず、ほとんどの部分において、略均一な太さを有していることが好ましい。これによって、後述する成長核となる窒化物半導体層と異種基板との接触面積を最小限に止めることができる。その結果、後述する窒化物半導体層の成長において、ファセット成長させた場合に、上層となる窒化物半導体層に転位が伝播することを抑止することができ、結晶欠陥を低減させることができる。また、後述する自然剥離をより促すことができ、窒化物半導体基板の製造をより簡便とすることができる。
【００１５】
具体的に説明すると、図１及び図２に示したように、複数の凹部の一単位は、平面形状において、複数の略正三角形の枠体１１によって形成され、それらの頂点Ｐのみを、隣接する枠体１１と共有するように配置されて構成されている。つまり、正三角形の３つの枠体によって、それぞれ３つの凹部Ａ、Ｂ、Ｃが配置され、この３つの枠体の頂点が１点で接触しており（枠体Ａの頂点ａ２、枠体Ｂの頂点ｂ３、枠体Ｃの頂点ｃ１）、各枠体の辺は接触していない。
そして、枠体によって包囲された正三角形の各凹部Ａ、Ｂ、Ｃは、それらの中心から枠体の各頂点が同一方向、つまり、頂点ａ１、ｂ１、ｃ１が同一方向、頂点ａ２、ｂ２、ｃ２が同一方向、頂点ａ３、ｂ３、ｃ３が同一方向に向けて配置しており、複数の正三角形の各辺（特に、外周の縁が直線状に配列するように配置されている。
【００１６】
同じ大きさの正三角形の枠体を上述したように配置する場合、１つの枠体によって包囲されて形成される凹部Ａ、Ｂ、Ｃに、枠体の辺を挟んで、凹部Ａ−Ｂ間、凹部Ｂ−Ｃ間、凹部Ｃ−Ａ間に、これら凹部より若干大きな正三角形の凹部が存在することとなる。
従って、このような複数の凹部の配置においては、互いに相似形状の２種の凹部が複数規則的に配置されたものとなる。つまり、図２のＷとＱとで表されたように、全てが、同一又は互いに相似である形状を有している。このような互いに相似の凹部形状は、例えば、枠体の太さを考慮して、そのサイズを調整することができ、例えば、大小の互いに相似である凹部は、１５０〜５０％の間で大きさ（面積）を異ならせることが好ましい。
なお、枠体は、凸状によって形成されていることが好ましく、その側面は、垂直であってもよく（この場合は、Ｃ面以外の面が好ましい）、内側に凹又は外側に凸の放物線状であってもよいが、例えば、異種基板の種類等によって、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面又はＭ面（特に、Ｍ面）のいずれかを傾斜させた面であることが好ましい。つまり、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面又はＭ面とは異なる面が露出することが好ましい。また、内側に凹状とする場合には、その底面を上述した面のいずれかを傾斜させた面であることがより好ましい。このような傾斜面を設けることにより、単結晶Ｃ面へのＧａＮ成長をしにくくすることができる。つまり、傾斜面を設けることが、空隙を形成させ易くするための一要因と考えられる。
また、枠体を構成する凸部は、少なくともその一部の側面が、異種基板がサファイア基板の場合、サファイアの結晶面に沿って配置されることが好ましい。特に枠体が正三角形形状に形成される場合には、その一辺における一側面は、Ｍ面であることが好ましい。
【００１７】
本願において、「頂点のみでの接触」とは、厳密には接触する領域は「点」を意味するが、凹部のパターン形成方法、その精度等を考慮して、若干のずれがあることを許容する。このずれは、例えば、後述する枠の太さの１／２以下を直径とする略円形の領域又は一辺とする多角形の領域、さらに、１／３以下、１／４以下、１／５以下、１／８以下、１／１０以下を直径（又は一辺）とする領域とすることができる。言い換えると、隣接する枠体（枠自体）の中心線が交差しない程度であることが好ましい。
【００１８】
「三角形」とは、好ましくは正三角形又は略正三角形であり、三角形の一辺の長さは、３０〜１５０μｍ程度が適当であり、５０〜１２０μｍ程度がより好ましい。また、枠体として、内周と外周とを有する場合、外周における一辺の長さが上述した範囲が適当である。三角形の枠体の枠の太さ（図１中、ｔ）は、１０μｍ以下、好ましくは１〜５μｍ程度である。また、頂点部分の枠の太さ（図１中、（Ｂ−Ａ）／２）は、１０μｍ以下、好ましくは１．５〜６μｍ程度である。これにより、後述する窒化物半導体層の成長時間を短縮し、得られる窒化物半導体基板の転位欠陥の密度を最小限に抑えることができる。加えて、フリースタンディング状態にした場合の基板の反りを最小限にすることができる。言い換えると、後述するように、ＬＥＤ、ＬＤ等の素子を構成する半導体層を積層した後の反りを最小限にすることができる。
【００１９】
複数の凹部は、上述したように、規則的に一様に配列されていることが好ましい。これにより、転位欠陥の高密度部分を規則的に、かつ最小限の面積とすることができる。
【００２０】
また、凹部間の上面の面積は、異種基板の全表面の面積の５０％以下とすることが好ましく、３０％以下とすることがより好ましく、２０％以下とすることがさらに好ましく、特に、５％以下とすることが一層好ましい。このような上面の面積とすることで、その上に成長させる窒化物半導体と凹部底面との間に確実に空隙を形成することができるとともに、その空洞によって後述する自然剥離をより促すことが可能となる。
【００２１】
（第２工程）
次いで、隣接する凹部間の上に、ラテラル成長により窒化物半導体層を成長させる。
窒化物半導体層は、式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体からなる層を意味する。その組成は、これに加えて、III族元素としてＢを一部に有してもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換したものであってもよい。また、この窒化物半導体層はｉ型として成長させることが好ましいが、例えば、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素、あるいはＶＩ族元素等のいずれか１以上を含有していてもよい。
ここでの窒化物半導体層とは、単結晶、多結晶、これらが混在した結晶状態、アモルファス層等のいずれでもよいが、凹部間の上面に接触する部位から、成長が進んで、アモルファス状態から単結晶状態の層とすることが好ましく、特に、窒化物半導体層の異種基板側とは反対側の表面で単結晶構造層とすることがより好ましい。
従って、凹部間の上に成長させる窒化物半導体層は、凹部間の上面に直接ラテラル成長させることのみならず、例えば、いわゆる下地層又はバッファ層、中間層、ファセット層等を経て、ラテラル層が、凹部間であって、その凹部間の上面の上方において成長させることができればよい。
ここで、「ラテラル成長」又は「ラテラル層」とは、異種基板表面に対して、±数十°以内の傾斜角度（好ましくは、±数°以内、より好ましくは略０°）で窒化物半導体層が成長すること又は成長した層を意味し、後述するバッファ層、中間層、ファセット層等の成長を含める場合がある。また、ファセット層とは、異種基板表面に対して、４５±数°の傾斜角度（好ましくは、略４５°）で窒化物半導体層が成長した層を意味する。
【００２２】
窒化物半導体の成長方法は、特に限定されないが、例えば、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を用いることができる。なかでも、窒化物半導体を結晶性良く成長させることができるという点を考慮して、ＭＯＣＶＤ又はＨＶＰＥが好ましく、特に、成長を進めた後期においてはＨＶＰＥが好ましい。
本発明においては、異種基板表面の複数の隣接する凹部間の上に形成する窒化物半導体結晶層は、単層でもよいが、積層層として形成することが好ましい。例えば、上述したような、バッファ層、中間層、ファセット層、ラテラル層等のような、組成が同じ又は異なる積層層とすることが好ましい。
【００２３】
例えば、まず、図４（Ａ）に示したように、複数の凹部を有する異種基板上、特に、枠体１１として配置されている凹部間の上面に、下地層として、窒化物半導体層１２ａによるバッファ層、中間層等を形成してもよい。このようなバッファ層としては、いわゆる低温バッファ層と呼ばれるもの等が挙げられる。例えば、このような層は、４５０〜６００℃程度の低温下、得ようとする窒化物半導体層を構成する元素を含むガス（例えば、アンモニアガス、ＴＭＧガス等）を、所定の流量で供給する方法が挙げられる。下地層の膜厚は、０．０数μｍ〜０．数μｍ程度が好ましく、０．１±０．０数μｍ程度がより好ましい。
【００２４】
下地層の上には、さらに、中間層等（図４中、図示せず）として、窒化物半導体層を形成してもよい。この窒化物半導体層は、具体的には、９５０〜１２００℃程度の高温下、窒化物半導体層を構成する元素を含むガス（例えば、アンモニアガス、ＴＭＧガス等）を、所定の流量で供給する方法が挙げられる。この窒化物半導体層は、例えば、数μｍ程度の膜厚で形成することができる。これにより、後述する窒化物半導体層のファセット成長を容易かつ確実に行わせることができる。
【００２５】
この下地層、中間層等は、上述した表面に複数の凹部を有する異種基板を用いた場合には、凹部間の上面に優勢に成長させることができ、実質的に凹部底面には窒化物半導体層が成長しない（図４（Ａ）参照）。このことは、上述したような凹部を形成することにより、実現することができる。
【００２６】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、下地層等による窒化物半導体層１２ａの上に、窒化物半導体層１２ｂによる、いわゆるファセット成長層を形成する。
ファセット成長層の成長方法は、上述した窒化物半導体層の成長方法と同様の方法が挙げられる。
このファセット成長では、凹部間上面にのみ形成された下地層及び／又は中間層の上面が成長核として窒化物半導体層が成長することとなるため、この上面の中央を頂点とするファセット成長により成長させることができる。ここでファセット成長とは、当初の又は本来の窒化物半導体層の成長方向（例えば、異種基板の凹部形成前の上面に対して垂直方向）とは異なる方向に成長することを意味する。例えば、異種基板の凹部上面がＣ面であれば、Ｃ面とは異なる面、好ましくは（１１−２２）面で窒化物半導体層を成長させることである。
このような成長は、原料ガスの流量、成長温度等を制御することにより実現することができる。
【００２７】
ファセット成長させる窒化物半導体層１２ｂの膜厚は、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度が好ましく、５μｍ程度以上３０μｍ程度以下がより好ましく、１０±数μｍ程度がさらに好ましい。
この窒化物半導体層１２ｂによるファセット成長層の成長を続けることにより、窒化物半導体がファセット方向から横方向へと移行してラテラル成長し、ファセット成長面が徐々に平坦な面へと変化する。この際、図４（Ｃ）に示すように、異種基板に形成された凹部内では窒化物半導体層の成長が制御され、凹部内に窒化物半導体層が埋め込まれない。
【００２８】
これによって、この窒化物半導体層において、ファセット成長の頂点（つまり、凹部の中心点）で接合面が形成され、その接合面が密着することによって、転位の進行を有効に阻止することができるか、依然として、貫通転位が存在したとしても、あるいは貫通転位が新たに発生したとしても、その接合した点の直上にのみ貫通転位を進行させることが可能となる。このようにして、ファセット成長層の上に、平坦で、異種基板の凹部形成前の表面に水平（例えば、全面がｃ面）に、窒化物半導体層をラテラル成長させることができ、これに伴って、異種基板の凹部では、窒化物半導体層との間に、空洞を形成することができる。従って、異種基板の凹部上方に積層される窒化物半導体層は、実質的に、凹部間の上面のみで窒化物半導体層と接触し、支持することとなる。
【００２９】
また、上述した一連の窒化物半導体層の成長では、凹部間の上面での窒化物半導体層は、未だ結晶性が良好となっていないか、結晶状にはなっていたとしても、結晶欠陥が残存していることがあり、ファセット成長、ラテラル成長と窒化物半導体１２ｂ、１２ｃ自体の厚みを増す過程で、結晶構造が徐々に整合し、ラテラル成長によって、より結晶性が良好な窒化物半導体層１２ｃを得ることができる。
このようなラテラル成長による窒化物半導体層１２ｃは、例えば、２０〜１００μｍ程度、３０〜７０μｍ程度、３０〜５０μｍ程度の厚みで成長させることが好ましい。
なお、上述したように、ラテラル成長による窒化物半導体層の厚みは、厳密に異種基板表面に対して略０°で結晶成長する層のみならず、いわゆるバッファ層、中間層、ファセット層、ラテラル層等を含む厚みを意味する。
【００３０】
その後、上述したラテラル成長による窒化物半導体層１２ｃの結晶性をより安定にし、かつ、窒化物半導体基板としての強度等を確保するために、さらに窒化物半導体層１２ｄを成長させる。
ここでの窒化物半導体層の成長方法は、上述した窒化物半導体層の成長方法と同様の方法が挙げられる。
この窒化物半導体層は、上述したように、貫通転位が存在するとしても、所定の領域に集中させることができ、全体としては、実質的に貫通転位が極めて少ない層を得ることができる。ここでの貫通転位が極めて少ない領域では、例えば、転位密度を１×１０−７個／ｃｍ２程度以下に抑えることができる。
この窒化物半導体層は、５００〜２０００μｍ程度、５００〜１０００μｍ程度の厚みで成長させることが好ましい。
【００３１】
このように、複数の凹部を有する異種基板の凹部間の上面に窒化物半導体層を成長させることにより、凹部の底面と窒化物半導体層との間に空隙１３を形成しながら、最終的に結晶性の良好な、つまり、略単結晶で、転位密度が少ない窒化物半導体層を形成することができる。
【００３２】
（第３工程）
上述のように得られた窒化物半導体層は、実質的に凹部間の上面のみで接触していたことに起因して、外部からの小さな応力を負荷することにより、容易に異種基板との間で剥離させることができ、異種基板を除去することができる。
この場合の剥離／除去方法は、例えば、結晶成長装置内にて、サファイア異種基板と窒化物半導体層とを放冷することにより、熱膨張率等の差を利用して、剥離させることができる。つまり、高温にて窒化物半導体の結晶を成長させた際、格子定数等の結晶構造がほぼ似た状態になっていると考えられるが、室温まで基板を放冷することにより、異種基板と窒化物半導体層との格子定数等が、室温での本来の状態に戻り、その差異が顕著に発現して分離すると考えられる。特に、上述した他凹部を形成し、その部位に空隙を効果的に配置することにより、異種基板と窒化物半導体結晶との接触面積を低減させることが可能となり、自然剥離をより促進させることができる。
これにより、フリースタンディングの窒化物半導体基板を得ることができる。
ただし、上述した応力の負荷に代えてまたは応力の負荷とともに、異種基板の除去のために、当該分野で公知の方法を利用してもよい。例えば、研磨、エッチング、レーザ照射等を利用することができる。
【００３３】
その後、得られた窒化物半導体層は、任意に、上述したバッファ層、中間層、ファセット成長層、ラテラル成長層、さらにラテラル成長層上に形成された窒化物半導体層の一部を除去してもよい。この除去方法は、例えば、研磨、エッチング、レーザ照射等のいずれを利用してもよい。
【００３４】
このようにして得られたフリースタンディングの窒化物半導体基板（つまり、異種基板を除去したもの）は、通常、反り（表に凸）が生じる。この場合の反りは、上述した各窒化物半導体層の成膜方法、厚み等を適宜調整した、例えば、３００μｍ程度以下（反った基板の高低差）とすることが適している。これにより、ＬＥＤ及びＬＤ等を構成する窒化物半導体層がこの窒化物半導体基板上に積層された場合に、窒化物半導体層自体の反りをこの基板によって相殺又は緩和することができる。
【００３５】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、以下に限定されるものではない。
実施例１
（第１工程）
まず、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイアからなる異種基板１を準備した。
次いで、図３（Ａ）に示すように、サファイア異種基板１上に、ＣＶＤ装置を用いて、膜厚０．７μｍでＳｉＯ2膜２を成膜し、その上にレジスト３を塗布した。このレジスト３に、ステッパにより、マスクパターンを露光した。その後、レジスト３の現像処理を行い、図３（Ｂ）に示すように、レジスト３によるマスクパターンを形成した。
【００３６】
続いて、図２（Ｃ）に示すように、このマスクパターンを用いたＲＩＥによるドライエッチングにより、ＳｉＯ2膜２をエッチングしてパターンを形成した。レジストによるマスクパターンを除去し、ＳｉＯ2膜２をマスクとして用いて、サファイア基板１を、混酸（リン酸と硫酸＝７：３）を用いた３００℃での８５分間程度のウェットエッチング（サファイアエッチングの選択比：約５０）により、２０μｍ程度エッチングした。
残留したＳｉＯ2膜２を除去することにより、図２（Ｄ）及び図１に示すように、サファイア基板１上に、凹部Ｗ、Ｑを有するパターン１０を形成した。
【００３７】
このパターン１０は、図２に示すように、平面形状において相似である２つの凹部Ｑ、Ｗが、正三角形の枠体１１によって包囲されて正三角形形状に形成されている。ここでの、正三角形の外周の一辺の長さＢは約６０μｍ、内周の一辺の長さＡは約５０μｍ、枠体の幅ｔは約３μｍとした。また、枠体１１の高さは、２０μｍとした。
全ての正三角形の枠体１１は、図１に示すように、３つの頂点（例えば、凹部Ａでは頂点ａ１〜ａ３、凹部Ｂでは頂点ｂ１〜ｂ３、凹部Ｃでは頂点ｃ１〜ｃ３）が、各正三角形の中心から、それぞれ同じ方向に向いて配置している。
そして、このパターン１０では、互いに隣接する３つの正三角形の枠体１１は、頂点Ｐのみで点接触し、このような形態で、規則的に一様に配置している。
【００３８】
（第２工程）
複数の凹部を有するサファイア異種基板１上に、窒化物半導体層を成長させた。
まず、このサファイア異種基板１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、５００℃にて、キャリアガスとして水素、原料ガスとして、ＮＨ3を８ｓｌｍ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を３０ｓｃｃｍで供給しながら、７６０ｔｏｒｒにて、０．１μｍ程度の膜厚のＧａＮによる下地（バッファ）層となる窒化物半導体層１２ａを成長させた（図４（Ａ）参照）。
次に、上記と同様に、９５０℃にて、ＮＨ3を５．２ｓｌｍ、ＴＭＧを３０ｓｃｃｍで供給しながら、ファセット成長層として、ＧａＮからなる窒化物半導体層１２ｂを、７６０ｔｏｒｒにて、１０μｍ程度の膜厚で成長させた（図４（Ｂ）参照）。
【００３９】
続いて、得られたサファイア異種基板１をＨＶＰＥ装置に移し、１０２０℃にて、ＨＣｌを１ｓｃｃｍ、ＮＨ3を２ｓｌｍで供給しながら、４０μｍ程度の膜厚でラテラル成長層１２ｃとしてＧａＮを成長させた。この際、貫通転位の進行がファセット面の頂点で阻止される。
引き続き、１０１２℃にて、ＨＣｌを１６０ｓｃｃｍ、ＮＨ3を２ｓｌｍで供給しながら、８３０μｍ程度の膜厚のＧａＮによる窒化物半導体層１２ｄを成長させた（図４（Ｃ）参照）。
【００４０】
これにより、徐々に窒化物半導体層の表面がｃ面に変化しながらファセット面が成長し、最終的に、接合部分、つまり、サファイア異種基板の凹部の底面と窒化物半導体層との間に空隙１３を形成しながら、平坦な面が得られた。
【００４１】
その後、装置内での放冷に起因する自然剥離によって、サファイア異種基板を除去し、さらに、裏面側（サファイア異種基板と接触していた側）を研磨して、膜厚３７０μｍ程度の窒化物半導体基板を得た。
【００４２】
得られた窒化物半導体基板について、転位密度及び特定波長の光に対する吸収係数を測定するとともに、ＣＬ（カソードルミネセンス）像を撮影した。
ここで吸収係数は、分光光度計にて、透過率と反射率とを測定し、計算により得られた吸収率とサンプルの厚みから算出することができる。
【００４３】
【表１】
0005834952.tif 000002
【００４４】
表１から明らかなように、実施例１では、ファセット成長による接合を３方向から等方的に行わせることができるために、その接合は、三角形の凹部の中心点に集中させることができる。従って、貫通転位が存在するとしても、その転位自体が三角形の凹部の中心点に集中することとなり、低転位化を十分に図ることができた。また、基板剥離後の反り（表に凸）を極力抑えることができた。
【００４５】
これにより、得られた窒化物半導体基板上に、窒化物半導体層（例えば、３０〜１０００μｍ程度、好ましくは１００〜９００μｍ程度）を積層して、ＬＥＤ、ＬＤ等の半導体素子を形成する場合、窒化物半導体層自体の反りをこの基板によって相殺又は緩和することができるため、窒化物半導体基板自体の形状安定性が良好となり、あるいは基板上に形成された半導体素子のハンドリング、安定性を改善し、半導体素子のチップ化等の工程の歩留まりを向上させることができる。
【００４６】
実施例２
図３（Ｃ）に示したＳｉＯ２膜の膜厚を０．３μｍ程度とし、図３（Ｄ）に示したサファイア異種基板１のエッチング深さを４μｍ程度とした以外、実施例１と同様に窒化物半導体基板を製造した。
その結果、実質的に実施例１と同様の効果が得られる。
【００４７】
実施例３
図３（Ｃ）に示したＳｉＯ２膜のパターニングをウェットエッチングによって行った以外、実施例２と同様に窒化物半導体基板を製造した。
その結果、実質的に実施例１と同様の効果が得られる。
【００４８】
実施例４
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した窒化物半導体層１２ａ及び窒化物半導体層１２ｂを、いずれもＨＶＰＥ法により成膜した以外、実施例１と同様に窒化物半導体基板を製造した。
その結果、実質的に実施例１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、窒化物半導体を用いる全ての半導体装置の製造に用いることが適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  異種基板
１０  パターン
１１  枠体
１２ａ〜１２ｄ  窒化物半導体層
１３  空隙
【図１】
0005834952.tif 000003
【図２】
0005834952.tif 000004
【図３】
0005834952.tif 000005
【図４】
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