(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ膜（Ｘは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ又はＴａ）とＣ膜とを交互に連続的に積層し、かつ、加熱することで得られるＸＣ層を、下地基板の上に形成するＸＣ層形成工程と、
前記ＸＣ層の上にIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
前記下地基板と前記III族窒化物半導体層を分離する分離工程と、
を有するIII族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III族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程では、前記Ｘ膜の厚さＴ１、及び、前記Ｃ膜の厚さＴ２を、２／３≦Ｔ１／Ｔ２≦３／２を満たすように制御するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程では、
前記Ｘ膜の厚さＴ１を、Ｔ１≦１．０ｎｍを満たすように制御し、かつ、前記Ｃ膜の厚さＴ２を、Ｔ２≦１．０ｎｍを満たすように制御するIII族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III族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程では、５ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下の厚さの前記ＸＣ層を形成するIII族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III族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程の後、かつ、前記成長工程の前に、前記ＸＣ層の上に反応性スパッタにより反応性スパッタＸＣ層を形成する反応性スパッタ工程をさらに有し、
前記ＸＣ層の厚さＴ４、及び、前記反応性スパッタＸＣ層の厚さＴ５は、４０ｎｍ≦（Ｔ４＋Ｔ５）≦２００ｎｍを満たすIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記反応性スパッタ工程では、Ｔ５≧７０ｎｍを満たす前記反応性スパッタＸＣ層を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程の前に、前記Ｃ膜より厚い所定厚さに制御されたベースＣ膜を、前記下地基板の上に形成するベースＣ膜形成工程をさらに有し、
前記ＸＣ層形成工程では、前記ベースＣ膜の上に、前記ＸＣ層を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ベースＣ膜形成工程では、１．１ｎｍ以上かつ１．３ｎｍ以下の厚さの前記ベースＣ膜を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程では、ＣｕＫα線を用いたＸＲＤ（x-ray diffraction）により測定したＴｉＣ（１１１）の２θの値が３５．７５°以上３５．９５°以下であり、かつ、ωスキャンによるＴｉＣ（１１１）ロッキングカーブの半値幅の値が６０００ｓｅｃ以上であるＴｉＣ層を形成するIII族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、III族窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶等のIII族窒化物半導体を、青紫色レーザや白色発光ダーオード作製用の基板に使用する試みが行なわれている。しかしながら、窒素の解離圧が高い等の理由から、大口径のＧａＮのバルク結晶を得ることは難しい。
【０００３】
このため、たとえば、ＧａＮ半導体基板の作製には、ＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）法が用いられる。
【０００４】
特許文献１には、ＨＶＰＥ法を用いたＧａＮ半導体基板の製造方法が開示されている。この製造方法では、サファイア基板上に、ストライプ状に配置された断面矩形形状の被覆部および被覆部間に形成された開口部を有するマスクを形成する。このマスクの被覆部は、サファイア基板の<１１−２０>、ＧａＮ半導体の<１−１００>方向に延在する。
【０００５】
マスク形成後、その開口部からＧａＮ半導体層を成長させ、前記マスクの被覆部上面を、完全には覆わない状態で成長を止める。次に、マスクをドライエッチングにより除去し、ＧａＮ半導体層上にさらにＧａＮ半導体層を成長させる。その後、サファイア基板をそのまま剥離し、ＧａＮ半導体基板を得る。
【０００６】
ところが、従来のＧａＮ半導体基板の製造方法では、ＧａＮ半導体層からサファイア基板を剥離する際、ＧａＮ半導体層が損傷を受けることが多く、ひどい場合にはＧａＮ半導体層が粉々に割れてしまうことがあった。
【０００７】
そこで、このような課題を解決するために、サファイア基板を剥離する様々な方法が提案されている。
【０００８】
サファイア基板を剥離する従来の方法としては、たとえば、特許文献２に記載の方法が挙げられる。この方法では、ＧａＮ半導体層を加熱しながらサファイア基板側からレーザ光を照射する。レーザ光としては、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いる。レーザ光はＧａＮ半導体層で吸収され、これによってサファイア基板とＧａＮ半導体層との界面近傍のＧａＮは熱分解され、剥離が起こる。
【０００９】
また、サファイア基板を剥離する従来の方法として、特許文献３に記載された方法もあげられる。この方法では、サファイア基板上に、金属膜（たとえば、アルミニウム膜）を堆積させ、この金属膜上にＧａＮを成長させ、ＧａＮ半導体層を形成する。そして、金属膜をエッチングすることにより、ＧａＮ半導体層からサファイア基板を剥離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−５５０９７号公報
【特許文献２】特開２００２−５７１１９号公報
【特許文献３】特開２００２−２８４６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２に記載された技術では、剥離のための高額なレーザ照射装置が必要であり、レーザ光を走査しながらサファイア基板を剥離しなければならないため、サファイア基板の剥離に手間を要する。
【００１２】
同様に、特許文献３に記載された技術においても剥離のためのエッチング設備が必要であり、エッチング液がサファイア基板とＧａＮ膜の界面に浸透しにくく、特に大きな面積の金属膜を完全にエッチングで除去するには長時間を必要とする。
【００１３】
本発明は、上述した問題を解消できる新たな剥離方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、
Ｘ膜（Ｘは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ又はＴａ）とＣ膜とを交互に連続的に積層し、かつ、加熱することで得られるＸＣ層を、下地基板の上に形成するＸＣ層形成工程と、
前記ＸＣ層の上にIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
前記下地基板と前記III族窒化物半導体層を分離する分離工程と、
を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来にない新たな剥離方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】サファイア基板とIII族窒化物半導体層との間に設けたＴｉＣ層の２θの値と、半値幅と、剥離の歩留まりとの関係を示す図である。
【図２】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の製造工程の一例を示す模式図である。
【図３】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の製造工程の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の製造工程の一例を示す模式図である。
【図５】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の製造工程の一例を示す模式図である。
【図６】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の製造工程の一例を示す模式図である。
【図７】ＨＶＰＥ装置の模式図である。
【図８】分離工程の一例を説明するための模式図である。
【図９】分離工程の一例を説明するための模式図である。
【図１０】分離工程の一例を説明するための模式図である。
【図１１】分離工程の一例を説明するための模式図である。
【図１２】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の作用効果を示す図である。
【図１３】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の作用効果を示す図である。
【図１４】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の作用効果を示す図である。
【図１５】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の作用効果を示す図である。
【図１６】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の作用効果を示す図である。
【図１７】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の作用効果を示す図である。
【図１８】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の作用効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のIII族窒化物半導体基板、及び、III族窒化物半導体基板の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
まず、本実施形態の概要について説明する。本発明者らは、サファイア基板等の異種基板上にＸＣ層（Ｘは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ又はＴａ）を挟んでIII族窒化物半導体層を形成した後、所定条件で当該積層体を加熱することでＸＣ層を分解劣化させ、分解劣化部分を境に異種基板とIII族窒化物半導体層を分離させる剥離方法（以下、「ＸＣ層分解剥離」という場合がある）を発明した。そして、当該剥離方法を鋭意検討した結果、図１に示す規則性を発見した。
【００１９】
図１に示すデータは、ＴｉＣ層のＸＲＤ（x-ray diffraction）の２θピーク値（以下、単に「２θの値」という場合がある）と、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（FWHM: full width at half maximum）（以下、単に「半値幅」という場合がある）と、剥離の歩留まり（以下、単に「歩留まり」という場合がある）との関係を示す。
【００２０】
２θの値は、Ｃｕ Ｋα線を用いたＸＲＤにより測定したＴｉＣ（１１１）の２θピーク値である。また、半値幅は、ωスキャンによるＴｉＣ（１１１）ロッキングカーブから算出した値である。
【００２１】
図１より、ＴｉＣ層の２θの値と半値幅の値とを適切に制御することで、高い歩留まりを得られることが分かる。具体的には、２θの値が３５．７５°以上３５．９５°以下、好ましくは３５．８０°以上３５．９０°以下であり、かつ、半値幅の値が６０００ｓｅｃ以上、好ましくは７０００ｓｅｃ以上、さらに好ましくは８０００ｓｅｃ以上、さらに好ましくは９０００ｓｅｃ以上、かつ、１００００ｓｅｃ以下である場合、高い歩留まりを得られることが分かる。なお、本発明者らは、ＴｉＣ層に代えて、ＡｌＣ層、ＺｒＣ層、Ｈｆ層、Ｖ層又はＴａ層を採用した場合にも同様の規則性を確認している。
【００２２】
本発明者らは、これまで、ＸＣ層を反応性スパッタで生成してきた。しかし、当該方法の場合、ＸＣ層の２θの値及び半値幅の値を制御することが困難であった。そこで、本発明者らは、ＸＣ層の２θの値及び半値幅の値を制御できるＸＣ層の生成方法を用いたＸＣ層分解剥離を新たに発明した。
【００２３】
本実施形態は、上記ＸＣ層分解剥離に関し、ＸＣ層の２θの値及び半値幅の値を制御できるＸＣ層の生成方法を有する点を特徴とする。以下、本実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
本実施形態のIII族窒化物半導体基板（自立基板）の製造方法は、
（１）下地基板上に、ベースＣ膜を形成する工程（ベースＣ膜形成工程）と、
（２）上記ベースＣ膜の上に、ＸＣ層を形成する工程（ＸＣ層形成工程）と、
（３）上記ＸＣ層の少なくとも一部を窒化する工程（窒化工程）と、
（４）窒化されたＸＣ層の上に、III族窒化物半導体層を形成するとともに、加熱により、下地基板とIII族窒化物半導体層とを分離する工程（成長工程及び分離工程）と、
を有する。
【００２５】
なお、（２）ＸＣ層形成工程の後、かつ、（３）窒化工程の前に、以下の工程をさらに有してもよい。
（２）´上記ＸＣ層の上に、反応性スパッタによりＸＣ層（反応性スパッタＸＣ層）を形成する工程（反応性スパッタ工程）。
【００２６】
この場合、（３）窒化工程では、上記反応性スパッタＸＣ層及び上記ＸＣ層の中の少なくとも一部を窒化し、（４）成長工程及び分離工程では、窒化された上記反応性スパッタＸＣ層の上に、III族窒化物半導体層を形成することとなる。
【００２７】
以下、各工程について詳細に説明する。
【００２８】
＜ベースＣ膜形成工程＞
ベースＣ膜形成工程では、下地基板上に、Ｃで構成された膜（ベースＣ膜）を形成する。まず、下地基板を用意する。下地基板は、（４）成長工程及び分離工程で形成されるIII族窒化物半導体層と異なる異種基板とすることができる。下地基板から分離された当該III族窒化物半導体層が、III族窒化物半導体基板（自立基板）となる。本実施形態では、例えば、厚さ５５０μｍの３インチφのサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板１０を下地基板として用意する。
【００２９】
下地基板の厚さは、２５０μｍ以上１５００μｍ以下であり、４００μｍ以上６００μｍ以下が好ましい。下地基板が厚すぎると、以下で説明する（４）成長工程及び分離工程の際に、下地基板とIII族窒化物半導体層との熱膨張係数の差に起因した応力により、割れやクラックが入ってしまう場合がある。下地基板の厚さを、４００μｍ以上６００μｍ以下とすることで、このような不都合を軽減できる。
【００３０】
当該工程では、図２に示すように、サファイア基板１０上に、ベースＣ膜１１を形成する。以下の実施例で詳細を示すが、ベースＣ膜１１の厚さを制御することで、その上に形成されるＸＣ層の半値幅を制御することができる。例えば、ＸＣ層がＴｉＣ層である場合、ベースＣ膜１１の厚さを１．１ｎｍ以上かつ１．３ｎｍ以下に制御することで、ＴｉＣ層の半値幅を６０００ｓｅｃ以上に制御できる。なお、ＸＣ層がＴｉＣ層以外の層である場合も同様に、ベースＣ膜１１の厚さを制御することで、ＸＣ層の半値幅を所望の値に制御できる。
【００３１】
ベースＣ膜１１は、例えば、スパッタリングで形成することができる。ベースＣ膜１１の成膜条件は、例えば以下のようにすることができる。
【００３２】
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：２５〜１０００℃
成膜時間：５〜３００秒
圧力：０．２〜０．５Ｐａ
印加電力：５０〜３００Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：２〜１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
【００３３】
成膜時間や印加電力を調整することで、ベースＣ膜１１の厚さを調整できる。成膜時間が長くなるほど、印加電力が大きくなるほど、厚膜になる。
【００３４】
＜ＸＣ層形成工程＞
ＸＣ層形成工程では、Ｘ膜及びＣ膜を交互に連続的に積層し、かつ、加熱することで得られるＸ層を、下地基板の上に形成する。すなわち、図３に示すように、ベースＣ膜１１の上に、Ｘ膜１２−１及びＣ膜１２−２を交互に連続的に積層する。この積層体を所定温度で加熱すると、Ｘ膜１２−１のＸと、Ｃ膜１２−２のＣがＸＣ化し、ＸＣ層１２が得られる。この時、ベースＣ膜１１の一部も、隣接するＸ膜１２−１と反応してＸＣ化する場合がある。なお、Ｃ膜１２−２は、ベースＣ膜１１よりも薄い。すなわち、ベースＣ膜１１は、Ｃ膜１２−２よりも厚い所定厚さに制御される。加熱温度はＸの種類等に応じて調整される。例えば、ＸがＴｉである場合、積層体の加熱温度は５００℃以上とすることができる。
【００３５】
以下の実施例で詳細を示すが、ベースＣ膜１１、Ｘ膜１２−１、及び、Ｃ膜１２−２の厚さの制御により、サファイア基板１０の配向をＸＣ層１２に引き継がせることができる。例えば、Ｘ膜１２−１の厚さは０．２ｎｍ以上１．０ｎｍ以下、Ｃ膜１２−２の厚さは０．２ｎｍ以上１．０ｎｍ以下、ベースＣ膜１１の厚さは０．２ｎｍ以上かつ１．３ｎｍ以下に制御される。このように制御することで、サファイア基板１０の配向を引き継がせ、例えば、（１１１）配向したＸＣ層１２を形成することができる。
【００３６】
また、これも以下の実施例で詳細を示すが、Ｘ膜１２−１の厚さＴ１、及び、Ｃ膜１２−２の厚さＴ２の比を制御することで、ＸＣ層１２の２θを制御することができる。例えば、ＸＣ層がＴｉＣ層である場合、Ｔ１及びＴ２を、２／３≦Ｔ１／Ｔ２≦３／２を満たすように制御することで、２θの値を３５．７５°以上３５．９５°以下に制御できる。なお、ＸＣ層がＴｉＣ層以外の層である場合も同様に、Ｔ１及びＴ２の比を制御することで、ＸＣ層１２の２θを所望の値に制御できる。
【００３７】
ＸＣ層１２の厚さは、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下に制御される。なお、上記（２）´反応性スパッタ工程を含む場合、ＸＣ層１２と、反応性スパッタＸＣ層との合計膜厚が、４０ｎｍ以上２００ｎｍ以下に制御される。ＸＣ層１２の厚さ、又は、ＸＣ層１２と反応性スパッタＸＣ層との合計膜厚をこのように制御することで、ＸＣ層の結晶性を制御する効果が得られる。上記合計膜厚が大きすぎると、ＸＣ層の結晶性が悪くなり、配向性が悪化する。
【００３８】
なお、Ｘ膜１２−１及びＣ膜１２−２のペアを繰り返す回数は特段制限されない。ＸＣ層１２の所望の厚さ、Ｘ膜１２−１及びＣ膜１２−２の厚さ等に基づいて決定することができる。
【００３９】
Ｘ膜１２−１は、例えば、スパッタリングで形成することができる。以下、Ｘ膜１２−１がＴｉ膜である場合の成膜条件の一例を示す。以下の実施例で示すが、Ｘ膜１２−１を成膜時の印加電力を制御することで、ＸＣ層１２の２θの値を制御できる。
【００４０】
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：２５〜１０００℃
成膜時間：５〜１２０秒
圧力：０．２〜０．５Ｐａ
印加電力：５０〜３００Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：５〜１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
【００４１】
Ｃ膜１２−２は、例えば、スパッタリングで形成することができる。Ｃ膜１２−２の成膜条件は、例えば以下のようにすることができる。
【００４２】
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：２５〜１０００℃
成膜時間：５〜１２０秒
圧力：０．２〜０．５Ｐａ
印加電力：５０〜３００Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：５〜１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
【００４３】
ＸＣ化のための加熱は、Ｘ膜１２−１及びＣ膜１２−２を形成するためのスパッタリング中に行われてもよい。例えば、Ｘ膜１２−１及びＣ膜１２−２を形成する際の成膜温度をＸＣ化のための所定値以上（Ｘ膜１２−１がＴｉ膜の場合、５００℃以上）に設定してもよい。かかる場合、Ｘ膜１２−１及びＣ膜１２−２を繰り返し連続的に形成中に、それまでに形成されたＸ膜１２−１及びＣ膜１２−２がＸＣ化する。なお、Ｘ膜１２−１及びＣ膜１２−２を形成するためのスパッタ工程とは別に、ＸＣ化のための加熱工程を設けてもよい。
【００４４】
＜反応性スパッタ工程＞
反応性スパッタ工程では、図４に示すように、ＸＣ層形成工程で形成されたＸＣ層１２の上に、反応性スパッタによりＸＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成する。
【００４５】
本発明者らは、反応性スパッタＸＣ層１３は、ＸＣ層１２の結晶性を引き継ぐことを確認している。すなわち、２θ及び半値幅を所望の状態に制御されたＸＣ層１２の上に反応性スパッタＸＣ層１３を形成すると、反応性スパッタＸＣ層１３はＸＣ層１２と同等の２θ、及び、半値幅を示す。なお、ＸＣ層１２及び反応性スパッタＸＣ層１３のＸは一致する。
【００４６】
反応性スパッタＸＣ層１３は、ＸＣ層１２の厚さを補う機能を有する。ＸＣ層１２の厚さＴ４、及び、反応性スパッタＸＣ層１３の厚さＴ５は、４０≦（Ｔ４＋Ｔ５）≦２００を満たす。
【００４７】
しかし、以下の実施例で示すように、反応性スパッタＸＣ層１３を設け、この厚さを制御することで、反応性スパッタＸＣ層１３の半値幅を制御することができる。具体的には、膜厚を大きくするほど、半値幅が大きくなる。
【００４８】
このように、反応性スパッタ工程を設けることで、ＸＣ層（ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３）の半値幅を制御するパラメータが増えることとなる。結果、ＸＣ層（ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３）の半値幅を制御しやすくなり好ましい。一方、反応性スパッタ工程を設けない場合、工程数が少なくなり、作業効率が向上するメリットがある。本実施形態の場合、状況に応じてこれらを使い分けることができる。
【００４９】
反応性スパッタＸＣ層１３は、反応性スパッタリングで形成される。成膜条件は設計的事項である。以下、反応性スパッタＸＣ層１３がＴｉＣ層である場合の成膜条件の一例を示す。
【００５０】
成膜方法：反応性スパッタリング
成膜温度：５００〜１０００℃
成膜時間：４．５〜１１４分
圧力：０．２〜０．５Ｐａ
印加電力：１００〜３００Ｗ
スパッタガス：Ａｒガス
スパッタガス流量：５〜５０ｓｃｃｍ
反応性ガス：ＣＨ４
反応性ガス流量：１０．０ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
膜厚：２０ｎｍ〜２００ｎｍ
【００５１】
＜キャップ層形成工程＞
上述しなかったが、（２）ＸＣ層形成工程、及び、（２）´反応性スパッタ工程の後、かつ、（３）窒化工程の前に、キャップ層形成工程を有してもよい。キャップ層形成工程では、ＸＣ層１２の上、又は、反応性スパッタＸＣ層１３の上に、キャップ層が形成される。
【００５２】
キャップ層は、ＸＣが分散したＣ膜とすることができる。成膜条件は設計的事項である。以下、ＸＣが分散したＣ膜が、ＴｉＣが分散したＣ膜である場合の成膜条件の一例を示す。
【００５３】
成膜方法：反応性スパッタリング
成膜温度：２５〜１０００℃
成膜時間：２．５〜２５分
圧力：０．３〜０．５Ｐａ
印加電力：１００〜３００Ｗ
反応性ガス：ＣＨ４
反応性ガス流量：１０．０ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
膜厚：５ｎｍ〜５０ｎｍ
【００５４】
炭化水素の導入量がより多い条件で反応性スパッタリングを行うと、キャップ層中にＸＣをより多く分散させることができる。上記条件の場合、メタンガスの供給量を適当に調整することで、キャップ層中に分散するＸＣの量を調整できる。すなわち、メタンガスの供給量を適当に調整することで、キャップ層中におけるＸとＣの原子数比Ｃ／Ｘを所望の値に調整できる。
【００５５】
また、印加電力をより大きくした条件で反応性スパッタリングを行うと、キャップ層中にＸＣをより多く分散させることができる。すなわち、印加電力を適当に調整することで、キャップ層中に分散するＸＣの量を調整し、キャップ層中におけるＸとＣの原子数比Ｃ／Ｘを所望の値に調整できる。
【００５６】
キャップ層は、Ｃを主成分とした膜であり、Ｃ膜を母材とし、この母材中にＸＣを含む膜である。たとえば、Ｃが海状（マトリクス）であり、ＸＣがこのマトリクス中に分散した形態である。
【００５７】
キャップ層中のＸＣ濃度は、Ｃ単体（ＸＣとして存在するＣを除くＣ）の濃度よりも低い。たとえば、キャップ層中のＸＣ濃度は、３３〜４９％である。
【００５８】
キャップ層の成膜温度は、２５℃以上であればよい。具体的には、６００℃以上、特には、８００℃以上で成膜することが好ましい。このようにすることで、キャップ層が緻密な膜となり、効果的にＸＣ層１２や反応性スパッタＸＣ層１３の酸化を防止することができる。
【００５９】
また、キャップ層の膜厚は、５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であることが好ましいが、なかでも、１０ｎｍ以上であることが好ましい。キャップ層を１０ｎｍ以上とすることで、効果的にＸＣ層１２や反応性スパッタＸＣ層１３の酸化を防止することができる。キャップ層は、ＸＣ層１２又は反応性スパッタＸＣ層１３の全面を完全に被覆していてもよい。
【００６０】
＜窒化工程＞
窒化工程では、ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層の少なくとも一部を窒化する。
【００６１】
例えば、ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層を３００℃以上、１０００℃以下の雰囲気下で部分的に窒化し、窒化されたＸＣ層を形成する。窒化されたＸＣ層は、主にＸＣが存在するＸＣ層と、主にＸＮが存在するＸＮ層との積層構造となる。窒化条件は、例えば以下のようである。
【００６２】
窒化温度：３００℃〜９５０℃
窒化時間：５〜３０分
窒化ガス：ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス
【００６３】
なお、キャップ層を形成した場合、ＸＣ層１２及び反応性スパッタＸＣ層１３はキャップ層で覆われている。しかし、当該窒化処理において、キャップ層中の炭素は窒化ガスによりＣＨ４として気化することとなる。このため、キャップ層中には、ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層まで到達する空隙が生じる。そして、この空隙を通じて窒化ガスがＸＣ層に到達し、これらが部分的に窒化される。
【００６４】
なお、窒化温度は５００℃以上７００℃以下であることがより好ましく、特に好ましくは５５０℃以下である。窒化温度を５００℃以上とすることで窒化速度を速くするという効果がある。
【００６５】
なお、窒化温度を５５０℃より高温にすると、（１）式に示すとおりＣＨ４が分解してＣが析出し、ＣがＸＮに混入することでIII族窒化物半導体層の結晶性が低下する場合がある。Ｃの析出を抑制するには、水素の導入やアンモニア分圧を高めるのが有効である。
【００６６】
ＣＨ４→Ｃ+２Ｈ２・・・・・・・・・・・・・・・・（１）式
【００６７】
また、窒化時間は、３０分以下であることが好ましい。窒化時間を３０分程度とすることで、ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３を適度に窒化することができる。
【００６８】
なお、窒化する際の反応ガスとしては、アンモニアが好ましい。反応ガスとしてアンモニア以外に窒素を使用してもＸＮを形成できるが、（２）式で示すようにＸＮとＣが生成し、ＸＮにＣが混入した場合にはIII族窒化物半導体層の結晶品質に影響を与える可能性がある。
【００６９】
２ＸＣ+Ｎ２→２ＸＮ+２Ｃ・・・・・・・・・・・（２）式
【００７０】
なお、キャップ層を形成した場合、窒化工程により、キャップ層中に含まれるＸＣが部分的に窒化され、窒化されたキャップ層が形成される。また、第１の層１１中に含まれるＸＣが部分的に窒化され、ＸＮとなる場合もある。
【００７１】
＜成長工程及び分離工程＞
成長工程及び分離工程では、窒化されたＸＣ層の上に、III族窒化物半導体層を形成する（成長工程）とともに、加熱により、下地基板（サファイア基板１０）とIII族窒化物半導体層とを分離する（分離工程）。すなわち、III族窒化物半導体層は、窒化されたＸＣ層１２又は窒化された反応性スパッタＸＣ層１３の上に形成される。
【００７２】
成長工程と分離工程とは、別々の工程であってもよいし、単一の工程であってもよい。すなわち、III族窒化物半導体層を形成する処理と、加熱によりサファイア基板１０とIII族窒化物半導体層とを分離する処理とは別々に行ってもよい。または、III族窒化物半導体層を形成する処理時の加熱により、上記分離を行ってもよい。すなわち、III族窒化物半導体層を形成する処理と、加熱によりサファイア基板１０とIII族窒化物半導体層とを分離する処理とを同一の処理で実現してもよい。
【００７３】
まず、成長工程と分離工程とを別々に行う例について説明する。
【００７４】
「成長工程」
当該工程では、図５及び図６に示すように、窒化されたＸＣ層１２（以下、単に「ＸＣ層１２」という場合がある）、又は、窒化された反応性スパッタＸＣ層１３（以下、単に「反応性スパッタＸＣ層１３」という場合がある）の上に、III族窒化物半導体層１４を形成する。なお、キャップ層を形成した場合、窒化されたキャップ層の上に、III族窒化物半導体層１４を形成する。ここでは、III族窒化物半導体層１４として、ＧａＮ半導体層をエピタキシャル成長させるものとする。なお、III族窒化物半導体層１４はＧａＮ半導体層に限られるものではなく、たとえば、ＡｌＧａＮ等であってもよい。ＧａＮ半導体層の成長条件は、例えば以下のようにすることができる。
【００７５】
成膜方法：ＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）法
成膜温度：１０００℃〜１０５０℃
成膜時間：３０分〜５００分
膜厚：１００μｍ〜１５００μｍ
【００７６】
なお、当該成膜温度よりも低温で、III族窒化物半導体の低温成長バッファ層を形成した後、上記成長条件で、III族窒化物半導体のエピタキシャル成長を実施してもよい。
【００７７】
また、III族窒化物半導体のファセットを形成した後、上記成長条件で、III族窒化物半導体のエピタキシャル成長を実施して、平坦膜であるIII族窒化物半導体層１４を得てもよい。
【００７８】
ここで、図７を参照して、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置３について簡単に説明しておく。図７は、ＨＶＰＥ装置３の模式図である。
【００７９】
ＨＶＰＥ装置３は、反応管３１と、反応管３１内に設けられている基板ホルダ３２とを備える。また、ＨＶＰＥ装置３は、III族原料ガスを反応管３１内に供給するIII族原料ガス供給部３３と、窒素原料ガスを反応管３１内に供給する窒素原料ガス供給部３４とを備える。さらに、ＨＶＰＥ装置３は、ガス排出管３５と、ヒータ３６、３７とを備える。
【００８０】
基板ホルダ３２は、反応管３１の下流側に回転軸４１により回転自在に設けられている。ガス排出管３５は、反応管３１のうち基板ホルダ３２の下流側に設けられている。
【００８１】
III族原料ガス供給部３３は、ガス供給管３１１とソースボート３１２とIII族（Ｇａ）原料３１３と反応管３１のうち遮蔽板３８の下の層とを含む。
【００８２】
窒素原料ガス供給部３４は、ガス供給管３４１と反応管３１のうち遮蔽板３８の上の層とを含む。
【００８３】
III族原料ガス供給部３３は、III族原子のハロゲン化物（たとえば、ＧａＣｌ）を生成し、これを基板ホルダ３２上の積層体の窒化されたＸＣ層１２、又は、窒化された反応性スパッタＸＣ層１３、又は、窒化されたキャップ層の表面に供給する。なお、図７においては、積層体を符号Ａで示している。
【００８４】
ガス供給管３１１の供給口は、III族原料ガス供給部３３内の上流側に配置されている。このため、供給されたハロゲン化水素ガス（たとえば、ＨＣｌガス）は、III族原料ガス供給部３３内でソースボート３１２中のIII族原料３１３と接触するようになっている。
【００８５】
これにより、ガス供給管３１１から供給されるハロゲン含有ガスは、ソースボート３１２中のIII族原料３１３の表面または揮発したIII族分子と接触し、III族分子をハロゲン化してIII族のハロゲン化物を含むIII族原料ガスを生成する。なお、このIII族原料ガス供給部３３の周囲にはヒータ３６が配置され、III族原料ガス供給部３３内は、たとえば８００〜９００℃程度の温度に維持される。
【００８６】
反応管３１の上流側は、遮蔽板３８により２つの層に区画されている。図中の遮蔽板３８の上側に位置する窒素原料ガス供給部３４中を、ガス供給管３４１から供給されたアンモニアが通過し、熱により分解が促進される。なお、この窒素原料ガス供給部３４の周囲にはヒータ３６が配置され、窒素原料ガス供給部３４内は、たとえば８００〜９００℃程度の温度に維持される。
【００８７】
図中の右側に位置する成長領域３９には、基板ホルダ３２が配置され、この成長領域３９内でＧａＮ等のIII族窒化物半導体の成長が行われる。この成長領域３９の周囲にはヒータ３７が配置され、成長領域３９内は、たとえば１０００℃〜１０５０℃程度の温度に維持される。
【００８８】
III族窒化物半導体層１４の厚みは、サファイア基板１０（下地基板）およびIII族窒化物半導体層１４の線膨張係数差により発生してしまう応力を小さくするという観点から、たとえば、６００μｍ以下であることが好ましく、特には４５０μｍ以下であることが好ましく、なかでも３００μｍ以下であることが好ましい。さらに、III族窒化物半導体層１４の厚みは、取り扱い性の観点から５０μｍ以上であることが好ましい。
【００８９】
「分離工程」
当該工程では、III族窒化物半導体層１４を形成する処理の後、III族窒化物半導体層１４を含んで構成された積層体を、III族窒化物半導体層１４を形成する際の加熱よりも高い温度で加熱する。
【００９０】
当該加熱により、ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層が分解劣化する。そして、当該分解劣化した部分を分離位置として、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４とが分離する。このように、当該手法の場合、分離位置を、ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層の中のいずれかに制御することができる。すなわち、III族窒化物半導体層１４内等に分離位置が発生する不都合を軽減できる。また、分離位置の制御により、分離後の形状のばらつきを軽減できる。
【００９１】
なお、当該分離処理では、例えば、１０５０℃より大１２００℃以下の温度、さらに好ましくは１０５０℃より大１１９５℃以下、さらに好ましくは１１００℃より大１１９０℃以下の温度で、上記積層体を加熱する。加熱温度が高くなると、ＸＣ層の分解劣化を進めることができる反面、III族窒化物半導体層１４に転位が発生しやすくなる。
【００９２】
また、当該分離工程では、上記温度で、上記積層体を５時間以上３０時間以下加熱する。加熱時間が長くなると、III族窒化物半導体層１４に転位が発生しやすくなるほか、自立基板の製造時間が長くなり、生産効率が悪くなる。
【００９３】
ここで、分離工程における加熱処理の具体例を示す。
【００９４】
＜第１の加熱処理例＞
III族窒化物半導体層１４を形成する処理の後、III族窒化物半導体層１４を形成された後の加熱状態の積層体を常温（室温）まで冷却すると、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４との線膨張係数差に起因する応力に基づいて、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４とが分離してしまう場合がある。このようなメカニズムでの分離の場合、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４との分離位置あるいは分離形状にばらつきが生じやすい。そして、このばらつきに起因したIII族窒化物半導体基板の生産性の低下が懸念される。
【００９５】
そこで、当該加熱処理では、III族窒化物半導体層１４を形成する処理によりIII族窒化物半導体層１４を形成された後の加熱状態の積層体を常温（室温）まで冷却することなく、成長の後連続的に、エピタキシャル成長した温度よりも高い温度で当該積層体を加熱してもよい。当該加熱は、例えば、III族窒化物半導体層１４を形成したＨＶＰＥ装置を使用して行うことができる。
【００９６】
例えば、ＨＶＰＥ装置でIII族窒化物半導体層１４を形成後、積層体をＨＶＰＥ装置内に収容した状態のまま、原料ガス及び反応ガスの供給を停止し、ヒータの温度を所望の値まで上げて、積層体を加熱してもよい。
【００９７】
＜第２の加熱処理例＞
例えば、窒化工程の条件の制御や、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４の厚みの関係の制御等により、III族窒化物半導体層１４を形成後、積層体を常温まで冷却しても、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４との線膨張係数差に起因する応力に基づいてこれらが分離しないように制御できる。このような場合、III族窒化物半導体層１４を形成後、積層体を一度常温まで冷却し、その後、加熱処理を行うことができる。
【００９８】
窒化工程の条件の制御は、例えば、ＮＨ３ガス（窒化ガス）の流量（分圧）の制御である。ＮＨ３ガスの流量が少ないと、III族窒化物半導体層１４を形成する処理後の冷却で、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４とが分離しやすい。一方、ＮＨ３ガスの流量が多いと、III族窒化物半導体層１４を形成する処理後の冷却で、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４とが分離しにくい。
【００９９】
当該例でも、積層体の加熱には、ＨＶＰＥ装置３を使用することができる。例えば、積層体を、図７に示すヒータ３７で取り囲まれている領域内（たとえば、配管４０の下流側であり、成長領域３９内）に配置して、加熱してもよい。
【０１００】
たとえば、図８に示すような表面に凹部５１１が形成された治具５５を用意し、凹部５１１に、積層体Ｂを挿入する。そして、このような治具５５ごと積層体ＢをＨＶＰＥ装置３内に収容する。そして、ヒータ３６、３７を駆動して、複数の積層体Ｂを同時に加熱処理する。この加熱処理時には、III族窒化物半導体層１４の成長は停止した状態である。なお、ＨＶＰＥ装置３とは別に熱処理装置を用意し、積層体を加熱処理してもよい。
【０１０１】
＜第３の加熱処理例＞
当該例でも、積層体を常温まで冷却後、加熱処理を実行する。例えば、積層体ＢをIII族元素の液体中に浸漬させた状態で、加熱する。III族元素の液体は、III族窒化物半導体層１４に含まれるIII族元素と同じ元素の液体である。たとえば、III族窒化物半導体層１４がＧａＮである場合には、III族元素の液体はＧａの液体である。
【０１０２】
III族元素の液体は、少なくとも、積層体の熱処理温度で液体となるものであればよい。たとえば、２５℃で固体であっても、積層体の熱処理温度で液体となればよい。２５℃で固体である場合には、たとえばIII族元素の粉末状を、後述する容器５、６に入れておけばよい。
【０１０３】
例えば、図９および図１０に示すような容器５を用意する。図９は、容器５の底面と直交する断面図である。図１０は容器５の斜視図であり、内部に配置される積層体Ｂを示した図である。
【０１０４】
この容器５は上面が開口した容器本体５０と、この容器本体５０の開口を閉鎖する蓋５３と、ピン５２とを備え、容器本体５０の内部に複数の積層体Ｂを収容できる構成となっている。
【０１０５】
容器５は耐熱性材料で構成され、たとえば、容器本体５０、蓋５３、ピン５２は黒鉛製である。
【０１０６】
容器本体５０の側壁５１には複数のピン５２が挿入されている。複数のピン５２のうち一部のピン５２は、容器５の側壁５１に対する高さ方向の取り付け位置が異なっており、容器５の底面側からピン５２Ａ〜５２Ｄの順に配置されている。
【０１０７】
まず、側壁５１に挿入されているピン５２Ａ〜５２Ｄを容器５の側壁５１から一定程度引きだしておく。ただし、完全にピン５２Ａ〜５２Ｄを引き抜くことはしない。次に、この容器５内にIII族元素の液体を所定量入れ、その後、積層体Ｂを容器５内に入れる。積層体Ｂは、サファイア基板１０が容器５の上側となるように容器５内に挿入する。積層体Ｂは浮力により液体中で浮くこととなる。そして、ピン５２Ａを容器５内側に押し込み、積層体Ｂのサファイア基板１０の外周縁をピン５２で押さえる。
【０１０８】
その後、再度、III族元素の液体を容器５内に充填し、２つ目の積層体Ｂを容器５内に挿入する。そして、上記ピン５２Ａよりも高い位置にあるピン５２Ｂを容器５内側に押し込み、２つめの積層体Ｂのサファイア基板１０の外周縁をピン５２Ｂで押さえる。このような作業を繰り返して、各ピン５２Ａ〜５２Ｄで各積層体Ｂのサファイア基板１０の外周縁を押さえる。
【０１０９】
このような容器５を使用すれば、複数の積層体Ｂを容器５内でIII族元素の液体Ｌに浸漬させることができる。容器５内において、積層体Ｂ全体がIII族元素の液体Ｌに浸漬することとなる。
【０１１０】
その後、容器５の開口部に蓋５３をはめ込む。そして、III族元素の液体Ｌが充填されるとともに、III族元素の液体Ｌに複数の積層体Ｂが浸漬された容器５を、ＨＶＰＥ装置３内に配置する。たとえば、図７に示すように、ヒータ３７で取り囲まれている領域内（たとえば、配管４０の下流側であり、成長領域３９内）に、容器５を配置する。そして、ヒータ３６、３７を駆動して、容器５の外側から、III族元素の液体に浸漬された複数の積層体Ｂを同時に加熱処理する。また、ＨＶＰＥ装置３とは別に熱処理装置を用意し、容器５中の積層体Ｂを加熱処理してもよい。
【０１１１】
また、積層体ＢをIII族元素の液体中に浸漬させるための容器は、図９及び図１０に示すものに限らず、図１１に示す容器６を使用してもよい。
【０１１２】
この容器６は、上面が開口した容器本体６１と、この容器本体６１の開口をふさぐ蓋６２と、容器本体６１内に積層体Ｂを配置するための治具６３とを有する。
【０１１３】
容器６は耐熱性材料で構成され、たとえば、容器本体６１、蓋６２、治具６３は黒鉛製である。
【０１１４】
治具６３は、長手方向に沿って複数の溝が離間して形成された複数本の保持部６３１と、この保持部６３１の長手方向の端部を一体的に固定する固定部６３２とを備える。
【０１１５】
例えば、複数の保持部６３１の溝に、積層体Ｂの外周縁をはめ込むことで、積層体Ｂが治具６３に保持されることとなる。
【０１１６】
治具６３により、複数の積層体Ｂが所定の間隔で離間して設置されることとなる。そして、複数の積層体Ｂを保持する治具６３を、容器本体６１内に挿入する。その後、容器本体６１内にIII族元素の液体を充填し、複数の積層体ＢがIII族元素の液体中に完全に浸漬されることとなる。
【０１１７】
その後、容器本体６１の開口を蓋６２でふさぐ。次に、容器６を、ＨＶＰＥ装置３内に配置する。たとえば、ヒータ３７で取り囲まれている領域内（たとえば、配管４０の下流側であり、成長領域３９内）に、容器６を配置する。ヒータ３６、３７を駆動して、容器６の外側から、III族元素の液体に浸漬された複数の積層体Ｂを同時に加熱処理する。また、ＨＶＰＥ装置３とは別に熱処理装置を用意し、容器６中の積層体Ｂを加熱処理してもよい。
【０１１８】
なお、熱処理工程において、容器５、６の腐食を抑制するために、容器５、６を窒素ガス等の非酸化性ガス雰囲気下に配置することが好ましい。また、容器５、６にIII族元素の液体を充填するとしたが、積層体Ｂの熱処理温度で液体となるIII族元素の粉末を充填してもよい。
【０１１９】
加熱処理は、上記例示したものに限定されず、その他の形態を採用することもできる。
【０１２０】
なお、積層体の加熱は、非酸化性ガス中で熱処理することが好ましい。たとえば、窒素原料ガス供給部３４から窒素ガスを供給してもよく、また、配管４０から非酸化性ガスを供給して、成長領域３９を非酸化性ガス雰囲気としてもよい。
【０１２１】
非酸化性ガスとしては、Ａｒガス等の希ガスおよびＮ２ガスのいずれかから１種以上を選択することができる。非酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行なうことで、III族窒化物半導体層１６の酸化を抑制することができる。
【０１２２】
なかでも、非酸化性ガスとして、Ｎ２ガスを使用することが好ましい。窒素は、アンモニアに比べて窒化力が低いため、Ｎ２ガスを使用することで、III族窒化物半導体層１５表面のＮ原子の脱離を一定程度抑制できる一方で、適度にIII族窒化物の分解が起こり、III族原子を生成することができる。そして、生成したIII族原子により、ＸＣ層の分解劣化が生じ、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４との分離を促進させることができる。
【０１２３】
次に、成長工程と分離工程とを同一の処理で実現する例について説明する。当該例の場合、III族窒化物半導体層１４の成長速度を最適化し、一般的な成長温度でIII族窒化物半導体層１４を成長する。すると、III族窒化物半導体層１４を形成中に、成長時の加熱によりＸＣ層の分解劣化が促進し、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４とが分離する。
【０１２４】
なお、サファイア基板１０から分離した後、III族窒化物半導体層１４を含む側の構造体を酸（たとえば、塩酸水溶液）で洗浄してもよい。また、研磨等により、III族窒化物半導体層１４を除くその他の層を除去してもよい。本実施形態では、このようにして得られたIII族窒化物半導体層１４を含む構造体を、本実施形態のIII族窒化物半導体基板とすることができる。
【０１２５】
なお、本実施形態では、ここまでの工程で得られたIII族窒化物半導体層１４からなる自立基板に、さらに、以下の後工程を実施してもよい。
【０１２６】
＜後工程＞
当該工程では、III族窒化物半導体層１４の成長面を、１００℃以上３００℃以下のリン酸と硫酸の混合液で０．５時間以上３時間以下エッチングする。リン酸と硫酸の比（リン酸：硫酸）は２：１〜１：１０である。例えば、リン酸と硫酸の混合液を所定の容器（例：石英ビーカー）に入れ、ホットプレート等の加熱器具で所定の温度まで加熱する。所定の温度に達した後、当該容器内にIII族窒化物半導体層１４を浸漬し、所定時間保持する。その後、III族窒化物半導体層１４を容器から取り出し、急冷によるクラックを防止するため、自然冷却する。冷却後、超純水で酸を洗い流し終了する。
【０１２７】
以上説明したように、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、サファイア基板等の異種基板上にＸＣ層を挟んでIII族窒化物半導体層を形成した後、所定条件で当該積層体を加熱することでＸＣ層を分解劣化させ、分解劣化部分を境に異種基板とIII族窒化物半導体層を分離させる剥離方法（ＸＣ層分解剥離）に関する。
【０１２８】
そして、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、特徴的な製造方法でＸＣ層を形成することで、ＸＣ層の２θの値及び半値幅を所望の値に制御する。
【０１２９】
本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、Ｘ膜１２−１とＣ膜１２−２とを連続的に交互に積層し、これを加熱することでＸＣ層１２を形成する。このＸ膜１２−１とＣ膜１２−２の厚さの比を制御することで、ＸＣ層１２の２θの値のばらつきを抑え、所望の範囲内に制御できる。例えば、Ｘ膜１２−１がＴｉ膜である場合、Ｘ膜１２−１の厚さＴ１、及び、Ｃ膜１２−２の厚さＴ２を、２／３≦Ｔ１／Ｔ２≦３／２を満たすように制御することで、ＸＣ層（ＴｉＣ層）１２の２θの値を３５．７５°以上３５．９５°以下に制御することができる。
【０１３０】
また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、ＸＣ層１２の下に、ベースＣ膜１１を形成することができる。そして、ベースＣ膜１１の厚さを制御することで、ＸＣ層１２の半値幅を制御することができる。例えば、ＸＣ層１２がＴｉＣ層である場合、ベースＣ膜１１の厚さを１．１ｎｍ以上かつ１．３ｎｍ以下に制御することで、ＸＣ層（ＴｉＣ層）１２の半値幅を６０００ｓｅｃ以上１００００ｓｅｃ以下に制御することができる。
【０１３１】
また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、ＸＣ層１２の上に、反応性スパッタＸＣ層１３を形成することができる。反応性スパッタＸＣ層１３は、ＸＣ層１２の結晶性を引き継ぐ。すなわち、２θ及び半値幅を所望の状態に制御されたＸＣ層１２の上に反応性スパッタＸＣ層１３を形成すると、反応性スパッタＸＣ層１３はＸＣ層１２と同等の２θ、及び、半値幅を示す。このため、ＸＣ層１２の２θ及び半値幅を上述のように制御することで、反応性スパッタＸＣ層１３の２θ及び半値幅を所望の値に制御できる。結果、ＸＣ層１２及び反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層の２θ及び半値幅を所望の値に制御できる。
【０１３２】
また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法では、反応性スパッタＸＣ層１３の厚さを制御することで、反応性スパッタＸＣ層１３の半値幅を制御できる。すなわち、反応性スパッタＸＣ層１３の厚さを制御することで、ＸＣ層１２及び反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層の表面側の半値幅を制御できる。
【０１３３】
また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法では、ベースＣ膜１１、Ｘ膜１２−１及びＣ膜１２−２の厚さを制御することで、下地基板（サファイア基板１０）の配向をＸＣ層１２に引き継がせることができる。具体的には、ベースＣ膜１１の厚さを０．２ｎｍ以上かつ１．３ｎｍ以下、Ｘ膜１２−１の厚さを０．２ｎｍ以上１．０ｎｍ以下、Ｃ膜１２−２の厚さを０．２ｎｍ以上１．０ｎｍ以下に制御することで、サファイア基板１０の配向をＸＣ層１２に引き継がせることができる。結果、例えば、（１１１）配向したＸＣ層１２を形成することができる。
【０１３４】
また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法では、Ｘ膜１２−１を成膜時の印加電力を制御することで、ＸＣ層１２の２θの値を制御できる。
【０１３５】
このように、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、多種多様なパラメータを制御することで、ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層の２θの値及び半値幅を所望の値に制御することができる。上述の通り、ＸＣ層分解剥離には、図１に示すように、２θの値と、半値幅の値と、剥離の歩留まりとの間に所定の規則性がある。ＸＣ層の２θの値及び半値幅を制御できる本実施形態によれば、剥離の歩留まりを向上させることができる。
【０１３６】
例えば、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、ＸＣ層形成工程において、上記多種多様なパラメータを制御することで、Ｃｕ Ｋα線を用いたＸＲＤにより測定した（１１１）の２θの値が３５．７５°以上３５．９５°以下であり、かつ、ωスキャンによる（１１１）ロッキングカーブの半値幅の値が６０００ｓｅｃ以上であるＴｉＣ層を形成することができる。結果、図１の規則性より、サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４との分離の歩留まりを著しく向上させることができる。
【０１３７】
＜＜実施例＞＞
＜ＸＣ層の半値幅の制御＞
ベースＣ膜１１及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３の厚さの制御により、ＸＣ層１２及び／又は反応性スパッタＸＣ層１３からなるＸＣ層の半値幅を制御できることを示す。具体的には、ベースＣ膜１１の厚さ、及び、反応性スパッタＸＣ層１３の厚さを変化させた複数のサンプルにおける上記半値幅を示す。
【０１３８】
まず、厚さ５５０μｍの３インチφのサファイア基板１０を用意した。そして、サファイア基板１０上に、以下の条件で、ベースＣ膜１１、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成した。層構造は、図４に示すようになる。
【０１３９】
「ベースＣ膜１１の成膜条件」
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒、７２秒、８４秒（３つのパターン）
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９、１．１、１．３ｎｍ（成膜時間に応じた３つのパターン）
【０１４０】
「ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の形成条件」
○Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１２秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：１．０ｎｍ
【０１４１】
○Ｃ膜１２−２の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１４２】
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：２０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：２０ｎｍ
【０１４３】
「反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の成膜条件」
成膜方法：反応性スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：０分、３．５分、１７．５分（３つのパターン）
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：３００Ｗ
スパッタガス：Ａｒガス
スパッタガス流量：３０．０ｓｃｃｍ
反応性ガス：ＣＨ４
反応性ガス流量：１０．０ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：０、２０、１００ｎｍ（成膜時間に応じた３つのパターン）
【０１４４】
図１２に、ベースＣ膜１１の成膜時間（厚さ）と、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層の半値幅との関係を示す。
【０１４５】
四角は、１００ｎｍの厚さの反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成したサンプルのデータであり、三角は２０ｎｍの反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成したサンプルのデータであり、ひし形は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成しなかったサンプルのデータである。
【０１４６】
図より、１００ｎｍの厚さの反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成したサンプルにおいては、ベースＣ膜１１の成膜時間を、６０秒、７２秒及び８４秒と変化させている。そして、図のデータより、ベースＣ膜１１の厚さが厚くなるほど、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層の半値幅が線形的に大きくなることが分かる。
【０１４７】
次に、図１３に、反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の厚さと、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層の半値幅との関係を示す。
【０１４８】
四角は、成膜時間６０秒でベースＣ膜１１を形成したサンプルのデータであり、三角は成膜時間７２秒でベースＣ膜１１を形成したサンプルのデータであり、ひし形は成膜時間８４秒でベースＣ膜１１を形成したサンプルのデータである。
【０１４９】
図より、成膜時間８４秒でベースＣ膜１１を形成したサンプルにおいては、反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の厚さを、０ｎｍ、２０ｎｍ及び１００ｎｍと変化させている。そして、図のデータより、反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の厚さが厚くなるほど、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層の半値幅が大きくなることが分かる。
【０１５０】
以上より、ベースＣ膜１１及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の厚さの制御により、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層の半値幅を制御できることが分かる。
【０１５１】
また、図１３より、８４秒以上の成膜時間で、厚さ１．３ｎｍ以上のベースＣ膜１１を形成する場合には、７０ｎｍ以上の厚さの反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成することで、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層の半値幅を６０００ｓｅｃ以上に制御できることが分かる。
【０１５２】
なお、ここでは示していないが、本発明者らは、反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の厚さが７０ｎｍ未満（例えば、０ｎｍ）である場合においても、ベースＣ膜１１の厚さを十分に厚くすることで、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層の半値幅を６０００ｓｅｃ以上に制御できることを確認している。同様に、本発明者らは、ベースＣ膜１１の厚さが１．１ｎｍ未満である場合においても、反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の厚さを十分に厚くすることで、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び／又は反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層の半値幅を６０００ｓｅｃ以上に制御できることを確認している。
【０１５３】
＜ＴｉＣ層の配向＞
ベースＣ膜１１、Ｘ膜１２−１、及び、Ｃ膜１２−２の厚さの制御により、サファイア基板１０の配向をＸＣ層１２に引き継がせることを示す。
【０１５４】
まず、厚さ５５０μｍの３インチφのＣ面サファイア基板１０を用意した。そして、サファイア基板１０上に、以下の条件で、ベースＣ膜１１、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成した。
【０１５５】
「ベースＣ膜１１の成膜条件」
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：８４秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：１．３ｎｍ
【０１５６】
「ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の形成条件」
○Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１２秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：１．０ｎｍ
【０１５７】
○Ｃ膜１２−２の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１５８】
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：９
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：１０ｎｍ
【０１５９】
「反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の成膜条件」
成膜方法：反応性スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１７．５分
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：３００Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：３０ｓｃｃｍ
反応性ガス：ＣＨ４
反応性ガス流量：１０．０ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：１００ｎｍ
【０１６０】
得られたＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）からなるＴｉＣ層は、（１１１）配向していた。すなわち、サファイア基板１０の配向を引き継いでいた。
＜サファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４との分離＞
本発明の製造方法によりサファイア基板１０とIII族窒化物半導体層１４とを剥離できることを示す。
【０１６１】
まず、厚さ５５０μｍの３インチφのサファイア基板１０を用意した。そして、サファイア基板１０上に、以下の条件で、ベースＣ膜１１、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）及び反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）を形成した。
【０１６２】
「ベースＣ膜１１の成膜条件」
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：８４秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：１．３ｎｍ
【０１６３】
「ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の形成条件」
○Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１２秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：１．０ｎｍ
【０１６４】
○Ｃ膜１２−２の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１６５】
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：９
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：１０ｎｍ
【０１６６】
「反応性スパッタＴｉＣ層（反応性スパッタＸＣ層１３）の成膜条件」
成膜方法：反応性スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１７．５分
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：３００Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：３０ｓｃｃｍ
反応性ガス：ＣＨ４
反応性ガス流量：１０．０ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：１００ｎｍ
【０１６７】
その後、以下の条件で窒化処理を行った。
窒化温度：９４０℃
窒化時間：３０分
窒化ガス：ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス
【０１６８】
その後、以下の条件でＧａＮ層を形成した。
成膜方法：ＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）法
成膜温度：１０５０℃
成膜時間：１５０分
厚さ：４００μｍ
【０１６９】
その後、ＧａＮ層を形成した後の積層体を常温まで冷却することなく、以下の条件で加熱した。
加熱温度：１１３０℃
加熱時間：５時間
加熱方法：ＨＶＰＥ装置内
【０１７０】
図１４の上側（ＧａＮ＋Ｓａｐ）に、ＧａＮ層を積層した状態の積層体の平面画像を示す。そして、図１４の下側（Ｓａｐのみ）に、加熱処理してＧａＮ層を剥離した直後のサファイア基板の平面画像を示す。図より、サファイア基板側にＧａＮ層が残ることなく、ＧａＮ層がきれいに剥離されていることが分かる。
【０１７１】
＜ＸＣ層の２θの値の制御＞
Ｘ膜１２−１の厚さＴ１、及び、Ｃ膜１２−２の厚さＴ２の比（Ｔ１／Ｔ２）を制御することで、ＸＣ層１２の２θの値を制御できることを示す。また、Ｘ膜１２−１を成膜する際の印加電力を制御することで、ＸＣ層１２の２θの値を制御できることを示す。
【０１７２】
まず、厚さ５５０μｍの３インチφのサファイア基板１０を用意した。そして、サファイア基板１０上に、以下の９パターンの条件でベースＣ膜１１及びＴｉＣ層（ＸＣ層１２）を形成し、９つのサンプルを得た。
【０１７３】
☆サンプル１（※１５０Ｗ：４０ペア）
「ベースＣ膜１１の成膜条件」
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：８４秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：１．３ｎｍ
【０１７４】
「ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の形成条件」
○Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１２秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：１．０ｎｍ
【０１７５】
○Ｃ膜１２−２の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１７６】
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２の厚さ比（Ｔｉ／Ｃ）：１．１１
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：４０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：５１ｎｍ
【０１７７】
☆ サンプル２（※１５０Ｗ：８０ペア）
以下の条件を除き、サンプル１と同様の条件である。
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：８０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：１０１ｎｍ
【０１７８】
☆ サンプル３（※１５０Ｗ：１２０ペア）
以下の条件を除き、サンプル１と同様の条件である。
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：１２０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：１５１ｎｍ
【０１７９】
☆サンプル４（※１２０Ｗ：４０ペア）
「ベースＣ膜１１の成膜条件」
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１８０】
「ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の形成条件」
○Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１２秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１２０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：０．８ｎｍ
【０１８１】
○Ｃ膜１２−２の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１８２】
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２の厚さ比（Ｔｉ／Ｃ）：０．８９
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：４０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：４３ｎｍ
【０１８３】
☆ サンプル５（※１２０Ｗ：８０ペア）
以下の条件を除き、サンプル４と同様の条件である。
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：８０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：８７ｎｍ
【０１８４】
☆ サンプル６（※１２０Ｗ：１２０ペア）
以下の条件を除き、サンプル４と同様の条件である。
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：１２０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：１２９ｎｍ
【０１８５】
☆サンプル７（※８０Ｗ：４０ペア）
「ベースＣ膜１１の成膜条件」
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１８６】
「ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の形成条件」
○Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１２秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：８０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：０．５ｎｍ
【０１８７】
○Ｃ膜１２−２の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１８８】
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２の厚さ比（Ｔｉ／Ｃ）：０．５６
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：４０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：３７ｎｍ
【０１８９】
☆ サンプル８（※８０Ｗ：８０ペア）
以下の条件を除き、サンプル７と同様の条件である。
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：８０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：７３ｎｍ
【０１９０】
☆ サンプル９（※８０Ｗ：１２０ペア）
以下の条件を除き、サンプル１と同様の条件である。
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：１２０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：１１３ｎｍ
【０１９１】
図１７に、Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の厚さＴ１、及び、Ｃ膜１２−２の厚さＴ２の比（図中、Ｔｉ／Ｃ比）と、２θとの関係を示す。また、図１８に、Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）を成膜する際の印加電力（図中、Ｔｉ成膜電力）と、２θとの関係を示す。図１７には、サンプル３、６及び９の結果をプロットしている。図１８には、サンプル１乃至９の結果をプロットしている。図中、１２０Ｐ、８０Ｐ、４０Ｐは、各々、Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）とＣ膜１２−２のペア数が、１２０、８０、４０であることを意味する。
【０１９２】
図１７より、Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の厚さＴ１、及び、Ｃ膜１２−２の厚さＴ２の比（Ｔ１／Ｔ２）が大きくなると、ＴｉＣ層の２θが線形的に大きくなることが分かる。また、図１８より、Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）を成膜する際の印加電力が大きくなると、ＴｉＣ層の２θが線形的に大きくなることが分かる。以上より、Ｘ膜１２−１の厚さＴ１、及び、Ｃ膜１２−２の厚さＴ２の比（Ｔ１／Ｔ２）を制御することで、ＸＣ層１２の２θの値を制御できることが分かる。また、Ｘ膜１２−１を成膜する際の印加電力を制御することで、ＸＣ層１２の２θの値を制御できることが分かる。
【０１９３】
＜ＸＣ層の２θのばらつきの制御＞
Ｘ膜１２−１とＣ膜１２−２の厚さの比を制御することで、ＸＣ層１２の２θの値のばらつきを抑え、所望の範囲に制御できることを示す。
【０１９４】
まず、厚さ５５０μｍの３インチφの複数のサファイア基板１０を用意した。そして、複数のサファイア基板１０上を、図１５に示すようにトレイ上の所定の位置に配置し、以下の条件で、ベースＣ膜１１、ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）を形成した。
【０１９５】
「ベースＣ膜１１の成膜条件」
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：８４秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：１．３ｎｍ
【０１９６】
「ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の形成条件」
○Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：１２秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｔｉ
厚さ：１．０ｎｍ
【０１９７】
○Ｃ膜１２−２の成膜条件
成膜方法：スパッタリング
成膜温度：８００℃
成膜時間：６０秒
圧力：０．４Ｐａ
印加電力：１５０Ｗ
スパッタガス：Ａｒ
スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ
ターゲット：Ｃ
厚さ：０．９ｎｍ
【０１９８】
Ｔｉ膜（Ｘ膜１２−１）及びＣ膜１２−２のペア数：４０
ＴｉＣ層（ＸＣ層１２）の厚さ：４０ｎｍ
【０１９９】
そして、図１５に示すように、「トレイ上の略中心である原点」、及び、「原点から所定方向に向かって所定の距離離れた複数の位置」を測定箇所として、２θの値を測定した。図１６に、トレイ上の位置と、２θの値との関係を示す。図１６より、２θの値はばらつかず、トレイ上の位置に関係なくほぼ一定であることが分かる。そして、ばらつきを０．００８°以内に抑えることが可能であることが分かる。
【０２００】
ここまで、ＸＣ層がＴｉＣ層である場合を例にとり、様々な効果を示してきたが、本発明者らは、ＴｉＣ層に代えて、ＡｌＣ層、ＺｒＣ層、Ｈｆ層、Ｖ層又はＴａ層を採用した場合にも同様の結果が得られることを確認している。
【０２０１】
＜第２の実施形態＞
本発明者らは、サファイア基板等の異種基板上にＸＣ層（Ｘは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ又はＴａ）を挟んでIII族窒化物半導体層を形成した後、当該積層体を冷却することで、サファイア基板とIII族窒化物半導体層との間の熱膨張係数の違いに基づいた応力を発生させ、サファイア基板とIII族窒化物半導体層とを分離する方法（以下、「冷却分離」という場合がある）を発明した。
【０２０２】
ＸＣ層の存在により、サファイア基板とIII族窒化物半導体層との間の結合力を弱めることができる。結果、上記応力を利用して、容易に、サファイア基板とIII族窒化物半導体層とを分離させることができる。
【０２０３】
ところで、本発明者らは、これまで、ＸＣ層を反応性スパッタで生成してきた。しかし、当該方法の場合、ＸＣ層の２θの値がばらつくという問題があった。そして、２θの値のばらつきにより、分離の仕方がばらつき、歩留まりが悪くなるという問題があった。そこで、本発明者らは、ＸＣ層の２θの値を制御できるＸＣ層の生成方法を利用した冷却分離を新たに発明した。本実施形態は、上記冷却分離に関し、特徴的な方法でＸＣ層を形成する工程を有する。以下、本実施形態について詳細に説明する。
【０２０４】
本実施形態のIII族窒化物半導体基板（自立基板）の製造方法は、
（１）´下地基板上に、ベースＣ膜を形成する工程（ベースＣ膜形成工程）と、
（２）´上記ベースＣ膜の上に、ＸＣ層を形成する工程（ＸＣ層形成工程）と、
（３）´上記ＸＣ層の少なくとも一部を窒化する工程（窒化工程）と、
（４）´窒化されたＸＣ層の上に、III族窒化物半導体層を形成し、その後、冷却することで、下地基板とIII族窒化物半導体層とを分離する工程（成長工程及び分離工程）と、
を有する。
【０２０５】
（１）´ベースＣ膜形成工程の概要は、第１の実施形態で説明した（１）ベースＣ膜形成工程と同様である。しかし、（１）ベースＣ膜形成工程では、ベースＣ膜１１の厚さを例えば１．１ｎｍ以上１．３ｎｍ以下に制御したが、（１）´ベースＣ膜形成工程では、ベースＣ膜１１の厚さを例えば１．３ｎｍ以上１．５ｎｍ以下に制御する。このように制御することで、ＸＣ層の半値幅を大きくすることができる。半値幅が小さすぎるとＸＣ層の結晶性がよくなり、剥離が生じ難くなる。ベースＣ膜１１の厚さを上述のように制御し、ＸＣ層の結晶性を適当な状態にコントロールすることで、剥離を起きやすくできる。なお、ここでは、ベースＣ膜１１の厚さの制御により、ＸＣ層の半値幅を制御する例を示したが、第１の実施形態に準じ、Ｘ膜１２−１とＣ膜１２−２の厚さの比や、反応性スパッタＸＣ層１３の厚さを制御することで、ＸＣ層の半値幅を制御してもよい。
【０２０６】
（２）´ＸＣ層形成工程の概要は、第１の実施形態で説明した（２）ＸＣ層形成工程と同様である。（２）´ＸＣ層形成工程では、（２）ＸＣ層形成工程と同様の手法により、ＸＣ層の２θの値を制御して、そのばらつきを抑える。
【０２０７】
（３）´窒化工程の概要は、第１の実施形態で説明した（３）窒化工程と同様である。なお、当該工程では、ＮＨ３ガス（窒化ガス）の流量（分圧）を、サファイア基板とIII族窒化物半導体層との分離が起こりやすい状態に制御してもよい。ＮＨ３ガスの流量が少ないと、III族窒化物半導体層形成後の冷却により、サファイア基板とIII族窒化物半導体層とが分離しやすい。例えば、ＮＨ３ガスの流量は、３Ｌ／ｍｉｎ以上５Ｌ／ｍｉｎ以下に制御されてもよい。
【０２０８】
（４）´成長工程及び分離工程は、成長工程と分離工程とを別々に行う。成長工程は、第１の実施形態で説明した成長工程と同様である。なお、サファイア基板とIII族窒化物半導体層の厚みの関係を、サファイア基板とIII族窒化物半導体層との分離が起こりやすい状態に制御してもよい。例えば、サファイア基板の厚さを６００ｕｍ以上１５００ｕｍ以下とし、III族窒化物半導体層の厚さを５００ｕｍ以上２０００ｕｍ以下としてもよい。
【０２０９】
成長工程後に行われる分離工程では、サファイア基板及びIII族窒化物半導体層を含む積層体を室温まで冷却する。すると、この冷却中に、サファイア基板とIII族窒化物半導体層の熱膨張係数の違いからこれらの積層体に歪みが生じ、サファイア基板とIII族窒化物半導体層とが分離される。このとき、ＸＣ層により、サファイア基板とIII族窒化物半導体層との間の結合力が弱められ、容易に分離が起きる。
【０２１０】
本実施形態の場合、ＸＣ層の２θの値のばらつきを抑えることができる。結果、サファイア基板とIII族窒化物半導体層との分離の仕方がばらつく不都合を抑え、歩留まりを高めることができる。
【０２１１】
以下、参考形態の例を付記する。
１．  Ｘ膜（Ｘは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ又はＴａ）とＣ膜とを交互に連続的に積層し、かつ、加熱することで得られるＸＣ層を、下地基板の上に形成するＸＣ層形成工程と、
前記ＸＣ層の上にIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
前記下地基板と前記III族窒化物半導体層を分離する分離工程と、
を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
２．  １に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程では、前記Ｘ膜の厚さＴ１、及び、前記Ｃ膜の厚さＴ２を、２／３≦Ｔ１／Ｔ２≦３／２を満たすように制御するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
３．  １又は２に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程では、
前記Ｘ膜の厚さＴ１を、Ｔ１≦１．０ｎｍを満たすように制御し、かつ、前記Ｃ膜の厚さＴ２を、Ｔ２≦１．０ｎｍを満たすように制御するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
４．  １から３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程では、５ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下の厚さの前記ＸＣ層を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
５．  １から３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程の後、かつ、前記成長工程の前に、前記ＸＣ層の上に反応性スパッタにより反応性スパッタＸＣ層を形成する反応性スパッタ工程をさらに有し、
前記ＸＣ層の厚さＴ４、及び、前記反応性スパッタＸＣ層の厚さＴ５は、４０ｎｍ≦（Ｔ４＋Ｔ５）≦２００ｎｍを満たすIII族窒化物半導体基板の製造方法。
６．  ５に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記反応性スパッタ工程では、Ｔ５≧７０ｎｍを満たす前記反応性スパッタＸＣ層を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
７．  １から６のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程の前に、前記Ｃ膜より厚い所定厚さに制御されたベースＣ膜を、前記下地基板の上に形成するベースＣ膜形成工程をさらに有し、
前記ＸＣ層形成工程では、前記ベースＣ膜の上に、前記ＸＣ層を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
８．  ７に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ベースＣ膜形成工程では、１．１ｎｍ以上かつ１．３ｎｍ以下の厚さの前記ベースＣ膜を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
９．  １から８のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記ＸＣ層形成工程では、ＣｕＫα線を用いたＸＲＤ（x-ray diffraction）により測定したＴｉＣ（１１１）の２θの値が３５．７５°以上３５．９５°以下であり、かつ、ωスキャンによるＴｉＣ（１１１）ロッキングカーブの半値幅の値が６０００ｓｅｃ以上であるＴｉＣ層を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【符号の説明】
【０２１２】
３    ＨＶＰＥ装置
５    容器
６    容器
１０  サファイア基板（下地基板）
１１  ベースＣ膜
１２  ＸＣ層
１２−１  Ｘ膜
１２−２  Ｃ膜
１３  反応性スパッタＸＣ層
１４  III族窒化物半導体層
３１    反応管
３２    基板ホルダ
３３    III族原料ガス供給部
３４    窒素原料ガス供給部
３５    ガス排出管
３６、３７    ヒータ
３８    遮蔽板
３９    成長領域
４０    配管
４１    回転軸
５０    容器本体
５１    側壁
５２    ピン
５２Ａ−５２Ｄ    ピン
５３    蓋
５５    治具
６１    容器本体
６２    蓋
６３    治具
１４１  窒化チタン層
１４２  炭化チタン層
１４３  窒化されたキャップ層
３１１    ガス供給管
３１２    ソースボート
３１３    III族原料
３４１    ガス供給管
５１１    凹部
６３１    保持部
６３２    固定部
Ａ    積層体
Ｂ    積層体
Ｌ    液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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