(57)【要約】      （修正有）【課題】窒化ガリウム結晶基板作成時のクラックの発生による歩留まり低下を防ぐ。【解決手段】単結晶サファイア基板、サファイア基板上に単結晶窒化ガリウム膜を成長させた基板または単結晶半導体基板から選ばれるいずれかの出発基板上に金属膜または金属窒化膜を堆積させる工程と、前記金属膜または前記金属窒化膜上に窒化ガリウム膜を堆積させる工程と、前記窒化ガリウム膜を堆積させた基板にマイクロ波を照射して前記金属膜または前記金属窒化膜を選択的に加熱し、前記窒化ガリウム膜を堆積させた基板から前記出発基板を剥離して自立した窒化ガリウム基板を得る工程、とを有する窒化ガリウム結晶基板の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶サファイア基板、サファイア基板上に単結晶窒化ガリウム膜を成長させた基板または単結晶半導体基板から選ばれるいずれかの出発基板上に金属膜または金属窒化膜を堆積させる工程と、前記金属膜または前記金属窒化膜上に窒化ガリウムを堆積させる工程と、前記窒化ガリウムを堆積させた基板にマイクロ波を照射して前記金属膜または前記金属窒化膜を選択的に加熱し、前記窒化ガリウムを堆積させた基板から前記出発基板を分離または剥離して自立した窒化ガリウム基板を得る工程、とを有することを特徴とする窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項２】
前記金属膜または前記金属窒化膜の直上に前記窒化ガリウムを堆積させることを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項３】
前記金属膜または前記金属窒化膜の上に窒化アルミニウムを堆積させてから前記窒化ガリウムを堆積させることを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項４】
前記窒化ガリウムを堆積させる手段は、ハイドライド気相成長法であることを特徴とする請求項１、２または３記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項５】
前記マイクロ波の発振器は、ジャイロトロンであることを特徴とする請求項１、２または３記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項６】
前記金属膜または前記金属窒化膜は、Ｃ軸配向していることを特徴とする請求項１、２または３記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項７】
前記金属膜は、アルミニウム、金、銀、銅、白金、鉄、ニッケル、チタン、ジルコニウム、パラジウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ニオブ、クロム、コバルト、モリブデン、レニウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、タンタル、タングステンおよびマンガンから選ばれる少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１、２または３記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項８】
前記金属窒化膜は、アルミニウム、鉄、ニッケル、チタン、ジルコニウム、パラジウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ニオブ、クロム、コバルト、モリブデン、レニウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、タンタル、タングステンおよびマンガンから選ばれる少なくとも一種の窒化物からなることを特徴とする請求項１、２または３記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項９】
前記金属膜または前記金属窒化膜を堆積させる厚さは、５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１、２または３記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項１０】
前記窒化ガリウムを堆積させる厚さは、５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１、２または３記載の窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【請求項１１】
単結晶サファイア基板、サファイア基板上に単結晶窒化ガリウム膜を成長させた基板または単結晶半導体基板のいずれかから選ばれる第一の出発基板上に金属膜または金属窒化膜を堆積させ、前記金属膜または前記金属窒化膜上に窒化ガリウムを堆積させ、前記窒化ガリウムを堆積させた基板にマイクロ波を照射して前記金属膜または前記金属窒化膜を選択的に加熱し、前記窒化ガリウムを堆積させた基板から前記第一の出発基板を分離または剥離して自立した窒化ガリウム基板を得、該窒化ガリウム基板を第二の出発基板としてこの上に金属膜または金属窒化膜を堆積させ、前記金属膜または前記金属窒化膜上に窒化ガリウムを堆積させ、該窒化ガリウムを堆積させた基板にマイクロ波を照射して前記金属膜または前記金属窒化膜を選択的に加熱し、前記窒化ガリウムを堆積させた基板から前記第二の出発基板を分離または剥離して自立した窒化ガリウム基板を得ることを特徴とする窒化ガリウム結晶基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム結晶基板の製造方法に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）および窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）等のＧａＮ系化合物半導体は、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の光素子用材料として脚光を浴びている。さらに、ＧａＮ系化合物半導体は、耐熱性や耐環境性に優れているため、この特徴を活かして電子デバイス素子用材料としての開発も始まっている。
【０００３】
ＧａＮ系化合物半導体は、バルク結晶成長が難しく、実用に耐えるＧａＮの基板は未だ得られていない。現在広く実用化されているＧａＮ成長用の基板はサファイアであり、単結晶サファイア基板の上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）等でＧａＮをエピタキシャル成長させる方法が一般に用いられている。
【０００４】
サファイア基板は、ＧａＮと格子定数が異なるため、サファイア基板上に直接ＧａＮを成長させたのでは単結晶膜を成長させることができない。このため、サファイア基板上に一旦低温でＡｌＮのバッファ層を成長させ、この低温成長バッファ層で格子の歪みを緩和させてからその上にＧａＮを成長させる方法が知られている。しかし、この低温成長バッファ層を用いたＧａＮの成長でも、やはり基板と結晶の格子のずれは如何ともし難く、ＧａＮは無数の欠陥を有することになる。この欠陥は、ＧａＮ系ＬＤを製作する上で障害となることが予想される。また、サファイア基板とＧａＮとの線膨張係数差から、エピタキシャル成長後の基板に反りが発生し、最悪割れに至るという問題もある。このようなことから、ＧａＮバルク基板の開発が切に望まれている。
【０００５】
また、大型バルクＧａＮ結晶の育成は、非常に難しいが、最近になってＨＶＰＥ法などの方法でＧａＮの厚膜を基板上にヘテロエピタキシャル成長させ、その後基板を除去してＧａＮの自立基板を得る方法が提案されている。
【０００６】
ところで、サファイア基板上に成長したＧａＮ膜をエッチングで分離する技術は現在のところ開発されていない。サファイア基板を研磨で機械的に除去する方法が試みられているが、研磨の過程で基板の反りが増大し、エピタキシャル基板が割れてしまう率が高く、実用化には到っていない。
【０００７】
サファイア基板上にＨＶＰＥ法でＧａＮを厚く成長させ、その後レーザパルスを照射してＧａＮ膜のみを剥離する方法が報告されている（例えば、非特許文献１）。
【０００８】
また、ＧａＡｓ基板上にＨＶＰＥ法でＧａＮを厚く成長させ、その後ＧａＡｓ基板をエッチングで除去する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００９】
さらに、金属バッファ層を介してＧａＮ層を成長させた後、金属層のみをエッチング除去することでＧａＮ自立基板を作成する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３８（１９９９），Ｐｔ．２，Ｎｏ．３Ａ
【特許文献１】
特開２０００−０１２９００号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８４６００号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非特許文献１に記載された方法でも基板にクラックが入りやすいという問題がある。また、特許文献１に記載された方法では、比較的高歩留まりで大型のＧａＮ基板を得ることができるが、ＧａＮ結晶成長中にＧａＡｓ基板が分解してしまい、ＧａＮ中にＡｓが不純物として混入してしまうという問題がある。
【００１２】
特許文献２は、これらの問題を解決する手段として提案されたものであるが、この方法によっても金属層がエッチングされる過程でＧａＮ層と下地基板が部分的に固着している領域が発生し、これがＧａＮ層中に不均一な歪を発生させてクラックを生じさせ、ＧａＮ自立基板の収率を低下させる原因になっている。
【００１３】
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、簡便な方法でもって低欠陥密度でしかも不純物汚染の少ない窒化ガリウム単結晶の自立基板を収率良く得るための製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、単結晶サファイア基板、サファイア基板上に単結晶窒化ガリウム膜を成長させた基板または単結晶半導体基板から選ばれるいずれかの出発基板上に金属膜または金属窒化膜を堆積させる工程と、前記金属膜または前記金属窒化膜上に窒化ガリウムを堆積させる工程と、前記窒化ガリウムを堆積させた基板にマイクロ波を照射して前記金属膜または前記金属窒化膜を選択的に加熱し、前記窒化ガリウムを堆積させた基板から前記出発基板を剥離して自立した窒化ガリウム基板を得る工程、とを有する窒化ガリウム結晶基板の製造方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明において、ＧａＮ結晶を堆積（成長）させる出発基板としては、単結晶サファイア基板、サファイア基板上に単結晶ＧａＮ膜を成長させた基板または単結晶半導体基板から選ばれるいずれかの基板が使用される。単結晶半導体基板としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰからなるものが挙げられる。本発明は、これら出発基板上に金属膜または金属窒化膜を堆積させた後にＧａＮ結晶を堆積させ、マイクロ波照射により金属膜または金属窒化膜を選択的に加熱してその近傍の材料のみを融解または分解して基板とＧａＮ結晶を剥離または分離するものである。
【００１６】
出発基板上に金属膜または金属窒化膜を堆積する方法としては、蒸着法、スパッタ法または各種ＣＶＤ法などを利用できる。金属窒化膜を堆積する方法としては、基板上に直接金属の窒化物を堆積させて膜を形成しても良いが、金属膜を堆積させてから当該金属膜を窒化する方法であってもよい。
【００１７】
本発明において利用できる金属膜または金属窒化膜は、次の（１）〜（３）を満足する必要がある。
【００１８】
（１）金属膜または金属窒化膜上に単結晶ＧａＮをエピタキシャル成長させるためには、金属膜または金属窒化膜は少なくともＣ軸配向している必要がある（サファイアやＧａＮのＣ面やＡ面上には、ある種の立方晶系金属の（１１１）面に配向した膜や六方晶系金属の（０００１）面に配向した膜を成長させることができる。また、シリコンやガリウム砒素等の立方晶系単結晶の（１１１）面にも同様の配向膜を成長させることができる）。
【００１９】
（２）ＧａＮを成長させることができる温度（５００℃程度以上）において、融解してしまうことがなく、また、サファイア基板、ＧａＮ、成長雰囲気のアンモニアガスや水素と反応しても上記Ｃ軸配向性が乱れない。
【００２０】
（３）サファイア基板やＧａＮ膜よりもマイクロ波吸収性に優れ、選択的に加熱されることで金属膜自体またはＧａＮ膜かサファイア基板の金属膜に近接する領域だけを融解または分解して、容易にＧａＮ膜を基板から分離させることができること。
【００２１】
上記条件を満たすことができる金属膜として、アルミニウム、金、銀、銅、白金、鉄、ニッケル、チタン、ジルコニウム、パラジウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ニオブ、クロム、コバルト、モリブデン、レニウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、タンタル、タングステン、マンガンといったものを挙げることができるし、また、上記条件を満たすことができる金属窒化膜として、アルミニウム、鉄、ニッケル、チタン、ジルコニウム、パラジウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、パナジウム、ニオブ、クロム、コバルト、モリブデン、レニウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、タンタル、タングステン、マンガンの窒化物といったものを挙げることができる。これらは、単体でもって、または二種以上の合金（例えば、ＮｉＡｌ、ＮｉＧａ、ＣｏＡｌ、ＣｏＧａなど）でもって使用される。
【００２２】
これらの膜は、基板とＧａＮ膜との格子定数差や特に熱膨張係数差に起因する歪を緩和し、成長するＧａＮの欠陥密度を低減すると同時に、反りの少ないＧａＮ基板を作製するという効果も担っている。
【００２３】
金属膜または金属窒化膜は、その表面が平坦で、かつ基板表面全面を覆っていることが望ましいが、微小な穴等があっても、その上に成長されるＧａＮ膜は、最終的に穴を埋め込んで平坦に成長することが可能である。
【００２４】
本発明において、基板上に成長させる金属膜または金属窒化膜の厚さは、５０〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。これは、５０ｎｍよりも薄くなると膜が基板全面を覆うことが難しくなり、その上に成長するＧａＮ単結晶の核発生が不均一になってＧａＮ膜の結晶性が劣化するためであり、また、マイクロ波による加熱が生じにくくなり、基板と窒化ガリウム層の剥離が難しくなるという問題も生じる。金属膜または金属窒化膜の厚さが１０００ｎｍよりも厚くなると、膜の配向性が乱れてその上に成長するＧａＮ膜の結晶性が劣化しやすくなる。
【００２５】
金属膜または金属窒化膜上に成長させるＧａＮ膜の厚さは、５０μｍ以上であることが望ましい。これは、シリコン基板を除去した後、ＧａＮ膜を自立基板として用いる場合に、その厚さが５０μｍよりも薄いと、機械的強度が不足して割れやすくなり、また反りなどの変形しやすくなるためである。
【００２６】
金属膜または金属窒化膜を緩衝層としても用いることで、出発基板とＧａＮ膜との格子定数差や熱膨張係数差に起因する歪は大幅に緩和することが可能であるが、ＧａＮ膜中の欠陥密度を低減するためには、出発基板は、ＧａＮ膜と格子定数、熱膨張係数が近いものほど好ましい。したがって、本発明により得られたＧａＮ自立基板を出発基板として用いて、再度本発明を実施することにより、より欠陥密度の低い窒化ガリウム自立基板を得ることができるようになる。
【００２７】
金属膜としてアルミニウムを用いる場合、アルミニウム膜上に最初に成長させる窒化物結晶は、６６０℃以下の温度で成長させることが好ましい。これは、６６０℃以上の温度に加熱すると、アルミニウムが融解して配向性が乱れ、その上に成長させる窒化物膜が単結晶にならなくなってしまうからである。一旦金属アルミニウム膜上に窒化物膜が堆積されてしまえば、アルミニウム膜が融解してもその上に成長するＧａＮ膜の結晶性が乱れることはなくなる。同様の理由により、金属上に最初に成長させる窒化物結晶の成長温度は、当該金属の融点以下の温度で成長させることが好ましい。
【００２８】
ＧａＮ膜の成長方法は、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）を用いることが好ましい。これは、結晶成長速度が速く、厚膜を得るのが容易であるためであるが、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）などの別の方法によっても、また、ＧａＮ膜を途中までＭＯＣＶＤ法で成長させ、その後ＨＶＰＥ法でＧａＮ膜を厚く成長させるなど、複数の成長法を組み合わせて用いても差し支えない。
【００２９】
本発明においては、金属膜または金属窒化膜表面にサーファクタント効果を有するシリコンなどの元素を吸着させてからＧａＮ膜を成長させると、欠陥密度をより低減させることができる。また、金属膜または金属窒化膜自体にパターニングを施し、その上に選択的にＧａＮ膜を成長させてＧａＮ膜中の欠陥密度を低減させることも可能である。さらに、マスクを用いた選択成長を組み合わせて、より低転位のＧａＮ基板を得ることも可能である。
【００３０】
本発明において、マイクロ波とは、周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波の通称である。マイクロ波は、周波数が高いほど被加熱物の誘電損率が高くなる。また、発熱量は周波数に比例するので、周波数が高いほど被加熱物を効果的に加熱できるようになる。本発明において用いるマイクロ波は、金属膜または金属窒化膜を広範囲にかつ均一に加熱し、膜自体またはその近傍の材料を融解または分解させるという目的のため、１０ＧＨｚ以上の周波数であることが望ましい。１０ＧＨｚよりも低い周波数では、基板の分離に十分な発熱が得られない場合が生じる可能性がある。
【００３１】
マイクロ波の発振器としては、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン等があるが、マグネトロンやクライストロンでは周波数の高いマイクロ波を得ようすると出力が低下してしまい、基板の剥離に十分な発熱が得られない可能性があるため、本発明においては、ジャイロトロンを用いて発生させたマイクロ波を用いることが好ましい。
【００３２】
本発明は、マイクロ波を用いて出発基板とＧａＮ膜との間に挟みこんだ金属膜または金属窒化膜を選択的に加熱し、基板とＧａＮ膜を分離させるものであるが、分離のメカニズムにおいては、必ずしも金属膜または金属窒化膜自体が融解または分解する必要はなく、金属膜または金属窒化膜が加熱されることにより、膜と接するＧａＮ膜または基材およびその界面が融解または分解して分離することでもよい。さらに、金属膜または金属窒化膜自体またはその近傍の材料を融解または分解させる方法に限らず、金属膜または金属窒化膜自体またはその近傍の材料を加熱、軟化させた状態で外力を加えて基板を剥離する方法でもよい。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に説明する。
【００３４】
（実施例１）
直径２インチの単結晶サファイアＣ面基板上に、ＭＯＶＰＥ法でＴＭＧとＮＨ３を原料としてアンドープＧａＮ膜を５００ｎｍ成長した基板を用意した。このＧａＮエピタキシャル基板上に、金属Ｔｉ膜を２０ｎｍ蒸着し、これを電気炉に入れてＮＨ３を２０％混合したＨ２の気流中で１０５０℃で２０分間の熱処理を行い、Ｔｉ膜を窒化した。さらに、これをＨＶＰＥ炉に入れＧａＮを３００μｍ堆積した。成長に用いた原料はＮＨ３とＧａＣｌで、キャリアガスとしてＨ２を用いた。成長条件は、常圧、基板温度１０４０℃である。こうして得られた基板の断面構造を図１に模式的に示す。図１において、１は単結晶サファイアＣ面基板、２はＧａＮ膜、３はＣ軸配向性金属膜または金属窒化膜、４はＧａＮ膜である。
【００３５】
次に、得られた基板をマイクロ波加熱装置に入れて加熱を行った。マイクロ波は、ジャイロトロン発振器を用いて発生させたもので、周波数は２８ＧＨｚ、発振出力は３ｋｗの連続発振である。加熱雰囲気は、Ｎ２フロー、常圧で、加熱時間は１０分間である。この加熱の結果、ＴｉＮ膜が選択的に加熱され、加熱プロセスの途中でＧａＮ膜がサファイア基板から自然に剥離してＧａＮ基板が得られた。なお、加熱されたのはＴｉＮ膜であるが、ＴｉＮ膜とその下のＧａＮ膜が非常に薄いため、剥離がどこから起こったかは特定できなかった。ＴｉＮ膜からの剥離ではなく、ＴｉＮ膜の下のＧａＮ膜が剥離したか、ＧａＮ膜／サファイア基板界面が壊れて剥離した可能性もある。
【００３６】
得られたＧａＮ基板の表面は非常に平坦で、顕微鏡およびＳＥＭ観察により、サファイア基板上に低温成長バッファ層を介して成長した既存のＧａＮエピタキシャル基板と比較して、同等かそれ以上の良好な表面状態となっていることを確認した。この基板のＸ線回折測定を行ったところ、ＧａＮ（０００２）面回折のＦＷＨＭは、基板内のどこを測定しても約９０ｓｅｃ．と良好で均一な結晶性を有していることが確認できた。また、得られたＧａＮ基板の反りを測定したところ、ＧａＮ基板の反りの曲率半径は約２．５ｍと非常に平坦なＧａＮ基板ができていることが確認できた。従来のサファイア基板上にＧａＮを３００μｍ成長すると、そのエピタキシャル基板の反りの曲率半径は約５０ｃｍとなるので、本法により得られるＧａＮ基板は、その反りが大幅に低減できたといえる。
【００３７】
また、得られたＧａＮ基板の表面を原子間力顕微鏡で観察し、表面のピットの密度を測定したところ、５×１０５個／ｃｍ２と非常に少なく、結晶性の高いＧａＮ基板が得られていることを確認した。
【００３８】
（実施例２）
直径２インチの単結晶サファイアＣ面基板上に、金属アルミニウム（Ａｌ）膜を０．１μｍ蒸着した。Ａｌ膜を蒸着した基板のＸ線回折測定を行ったところ、サファイアの（０００１）面とともに、Ａｌの（１１１）面に相当する回折ピークも観察され、Ａｌ膜がＣ軸に配向していることが確認できた。
【００３９】
この基板をＭＯＣＶＤ炉内に入れ、水蒸気雰囲気中６５０℃で３０分間加熱して表面のクリーニングを行うと同時に金属Ａｌの配向度を向上させた。これに続き、同炉内でＴＭＡとＮＨ３を原料として、６５０℃で金属Ａｌの表面にＴｉＡｌ膜を０．１μｍ成長させた。さらに、基板温度を１０５０℃にまで上げ、ＴＭＧとＮＨ３を原料としてＧａＮ膜を１μｍ成長させた。
【００４０】
この基板をＨＶＰＥ炉に移し、表面にＧａＮ膜を３００μｍ堆積した。成長に用いた原料はＮＨ３とＧａＣｌ、成長条件は、常圧、基板温度１０５０℃で、成長速度は８０μｍ／時間である。
【００４１】
次に、得られた基板をマイクロ波加熱装置に入れて加熱を行った。マイクロ波は、ジャイロトロン発振器を用いて発生させたもので、周波数は２８ＧＨｚ、発振出力は３ｋｗの連続発振である。加熱雰囲気は、Ｎ２フロー、常圧で、加熱時間は１０分間である。この加熱の結果、Ａｌ膜が選択的に加熱され、加熱直後にＧａＮ層をピンセットで圧したところ、簡単にサファイア基板から剥離してＧａＮ基板が得られた。ＧａＮ基板の片面には、ＴｉＡｌの薄膜が付着していたので、これをダイヤモンド砥粒を含む研磨液を用いて研磨し、取り除いた。
【００４２】
得られたＧａＮ基板の反りを測定したところ、ＧａＮ基板の反りの曲率半径は約４ｍと非常に平坦な基板ができていることが確認できた。また、得られたＧａＮ基板の表面を原子間力顕微鏡で観察し、表面のピットの密度を測定したところ、２×１０７個／ｃｍ２と非常に少なく、結晶性の高いＧａＮ基板が得られていることを確認した。
【００４３】
（実施例３）
直径２インチの単結晶サファイアＣ面基板をＭＯＣＶＤ炉内に入れ、ＴＭＧとＮＨ３を原料として、まず６００℃でＧａＮ膜を５０ｎｍ成長させ、その後基板温度を１０５０℃に上げてＧａＮ膜を１μｍ成長させた。
【００４４】
この基板上に金を０．１μｍ蒸着し、Ｘ線回折測定を行ったところ、金の（１１１）面に相当する回折ピークが観察され、金がＣ軸に配向した膜になっていることが確認された。
【００４５】
この基板を再度ＭＯＣＶＤ炉内に入れ、ＴＭＡとＮＨ３を原料として、基板温度８５０℃でＧａＮ膜を０．１μｍ成長させ、さらに、基板温度を１０５０℃にまで上げ、ＧａＮ膜を２μｍ成長させた。
【００４６】
この基板をＨＶＰＥ炉に移し、表面にＧａＮ膜を３００μｍ堆積した。成長に用いた原料はＮＨ３とＧａＣｌ、成長条件は、常圧、基板温度１０５０℃で、成長速度は８０μｍ／時間である。
【００４７】
次に、得られたエピタキシャル基板をマイクロ波加熱装置に入れて加熱を行った。マイクロ波は、ジャイロトロン発振器を用いて発生させたもので、周波数は２８ＧＨｚ、発振出力は３ｋｗの連続発振である。加熱雰囲気は、Ｎ２フロー、常圧で、加熱時間は１０分間である。この加熱の結果、Ａｕ膜が選択的に加熱され、加熱プロセスの途中でＧａＮ層がサファイア基板から自然に剥離してＧａＮの自立基板が得られた。
【００４８】
得られたＧａＮ基板の表面を原子間力顕微鏡で観察し、表面のピットの密度を測定したところ、４×１０７個／ｃｍ２と非常に少なく、結晶性の高いＧａＮ基板が得られていることを確認した。
【００４９】
（実施例４）
直径２インチのシリコン（１１１）基板上にＭＢＥ装置を用いてＡｌ膜を基板温度を４００℃にして３０ｎｍ蒸着した。続いて、同装置内で基板温度を６５０℃にしてＡｌ膜の表面にＡｌＮ膜を０．１μｍ成長させた。さらに、基板温度を７５０℃にまで上げ、ＧａＮ膜を１μｍ成長させた。
【００５０】
この基板をＨＶＰＥ炉に移し、表面にＧａＮ膜を３００μｍ堆積した。成長に用いた原料はＮＨ３とＧａＣｌ、成長条件は、常圧、基板温度１０５０℃で、成長速度は８０μｍ／時間である。
【００５１】
次に、得られたエピタキシャル基板をマイクロ波加熱装置に入れて加熱を行った。マイクロ波は、ジャイロトロン発振器を用いて発生させたもので、周波数は２８ＧＨｚ、発振出力は３ｋｗの連続発振である。加熱雰囲気は、Ｎ２フロー、常圧で、加熱時間は１０分間である。この加熱の結果、Ａｌ膜が選択的に加熱され、加熱プロセスの途中でＧａＮ膜がサファイア基板から自然に剥離してＧａＮ基板が得られた。ＧａＮ基板の片面には、ＡｌＮの薄膜が付着していたので、これをダイヤモンド砥粒を含む研磨液を用いて研磨し、取り除いた。
【００５２】
得られたＧａＮ基板の表面を原子間力顕微鏡で観察し、表面のピットの密度を測定したところ、２×１０７個／ｃｍ２と非常に少なく、結晶性の高いＧａＮ基板が得られていることを確認した。
【００５３】
（実施例５）
表面が（１１１）面となっている直径２インチのＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をＭＢＥ装置に入れ、基板温度を４００℃にしてその上にＡｌ膜を５０ｎｍ堆積した後、炉内にプラズマでクラッキングした窒素を導入してＡｌの表面層だけを窒化した。
【００５４】
この基板をＨＶＰＥ炉に入れ、表面にＧａＮ膜を３００μｍ堆積した。成長に用いた原料はＮＨ３とＧａＣｌ、成長条件は、常圧、基板温度１０５０℃で、成長速度は８０μｍ／時間である。
【００５５】
次に、得られたエピタキシャル基板をマイクロ波加熱装置に入れて加熱を行った。マイクロ波は、ジャイロトロン発振器を用いて発生させたもので、周波数は２８ＧＨｚ、発振出力は３ｋｗの連続発振である。加熱雰囲気は、Ｎ２フロー、常圧で、加熱時間は１０分間である。この加熱の結果、Ａｌ膜が選択的に加熱され、加熱プロセスの途中でＧａＮ膜がサファイア基板から自然に剥離してＧａＮ基板が得られた。
【００５６】
得られたＧａＮ基板の反りを測定したところ、ＧａＮ基板の反りの曲率半径は約４ｍと非常に平坦な基板ができていることが確認できた。
【００５７】
（実施例６）
直径３インチのサファイア（０００１）基板上にスパッタ装置を用いてＴｉＮ膜を０．１μｍ堆積した。これをＨＶＰＥ炉に入れ、ＴｉＮ膜の上にＧａＮ膜を３５０μｍ堆積した。成長に用いた原料はＮＨ３とＧａＣｌ、成長条件は、常圧、基板温度１０５０℃で、成長速度は８０μｍ／時間である。成長中はジクロルシランをドーパントガスとして流し、ＧａＮ膜中にシリコンをドーピングした。
【００５８】
次に、得られた基板をマイクロ波加熱装置に入れて加熱を行った。マイクロ波は、ジャイロトロン発振器を用いて発生させたもので、周波数は２８ＧＨｚ、発振出力は３ｋｗの連続発振である。加熱雰囲気は、Ａｒフロー、常圧で、加熱時間は１５分間である。この加熱の結果、ＴｉＮ膜が選択的に加熱され、加熱プロセスの途中でＧａＮ膜がサファイア基板から自然に剥離してＧａＮ基板が得られた。
【００５９】
得られたＧａＮ基板のキャリア濃度を測定したところ、８×１０１８ｃｍ−３であった。こうして、高キャリアのｎ型ＧａＮ基板が得られることを確認した。
【００６０】
（実施例７）
実施例１の方法により得られたＧａＮ基板上に、スパッタ装置を用いてＴｉＮ膜を０．１μｍ堆積した。これをＨＶＰＥ炉に入れ、ＴｉＮ膜の上にＧａＮ膜を３５０μｍ堆積した。成長に用いた原料はＮＨ３とＧａＣｌ、成長条件は、常圧、基板温度１０５０℃で、成長速度は８０μｍ／時間である。
【００６１】
取り出したエピタキシャル基板をマイクロ波加熱装置に入れて加熱を行った。マイクロ波は、ジャイロトロン発振器を用いて発生させたもので、周波数は２８ＧＨｚ、発振出力は３ｋｗの連続発振である。加熱雰囲気は、Ｎ２フロー、常圧で、加熱時間は１０分間である。この加熱の結果、ＴｉＮ膜が選択的に加熱され、加熱プロセスの途中でＧａＮ膜がサファイア基板から自然に剥離してＧａＮ基板が得られた。
【００６２】
得られたＧａＮ基板の表面を原子間力顕微鏡で観察し、表面のピットの密度を測定したところ、７×１０６個／ｃｍ２と非常に少なく、結晶性の高いＧａＮ基板が得られていることを確認した。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば次のような効果が達成される。
【００６４】
（１）出発基板の除去が容易に行えるため、大口径で形の整ったＧａＮ基板（自立したＧａＮ単結晶基板）を容易にしかも再現良く得ることができるようになる。
【００６５】
（２）出発基板の除去が容易に行えるため、クラックや傷のないＧａＮ基板を容易に得ることができるようになる。
【００６６】
（３）サファイア基板とＧａＮ膜との格子定数差や熱膨張差に起因する歪を金属膜または金属窒化膜が緩和するため、欠陥密度が低く、結晶品質の良いＧａＮ基板を得ることができるようになる。
【００６７】
（４）安全で、環境汚染の少ない材料および方法でもってＧａＮ基板を得ることができるようになる。
【００６８】
（５）本発明により得られるＧａＮ基板は、ＧａＮ系デバイス用の基板として広く用いることができる。特に、欠陥密度が低く結晶品質の良いＧａＮ基板をレーザダイオード用の基板として用い、この上に発光素子を形成すれば、高出力かつ長寿命な発光素子を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】出発基板の上に金属膜または金属窒化膜を介してＧａＮ膜を成長させた基板の断面構造を示す模式図。
【符号の説明】
１：単結晶サファイアＣ面基板
２：ＧａＮ膜
３：Ｃ軸配向性金属膜または金属窒化膜
４：ＧａＮ膜
【図１】
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