(57)【要約】【課題】III族窒化物半導体層と下地基板との分離を容易にし、損傷の少ないIII族窒化物半導体層を形成することができる形成方法、III族窒化物半導体基板の製造方法およびIII族窒化物半導体基板を提供する。【解決手段】マスク１１の第二被覆部１１３の幅寸法を、第一被覆部１１２の幅寸法よりも広くする。これにより、ＧａＮ半導体層１３により第二被覆部１１３を覆うのに要する時間が、ＧａＮ半導体層１３により第一被覆部１１２を覆うのに要する時間よりも長くなる。そのため、第二被覆部１１３上に、ＧａＮ半導体層１３により覆われていない露出部１１３Ａを形成して第一被覆部１１２、および第二被覆部１１３をエッチングすることができるので、空隙１４を確実に形成できる。【選択図】      図１
2007099567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部に挟まれて配置された第一被覆部と、この第一被覆部に連続し、開口部に挟まれて配置された第二被覆部とを備え、前記第二被覆部上面の前記開口部に挟まれた領域の幅が、前記第一被覆部の前記開口部に挟まれた領域の幅よりも広いマスクを、下地基板上に形成する工程と、
前記開口部からIII族窒化物半導体層を選択成長させ、前記III族窒化物半導体層が少なくとも前記マスクの第二被覆部上面全面を覆わないうちに、前記III族窒化物半導体層の成長を止める工程と、
少なくとも前記III族窒化物半導体層により覆われてない前記第二被覆部上面の露出部にエッチャントを接触させて、少なくとも前記第二被覆部の一部をエッチングし、空隙を形成する工程と、
前記空隙を残しつつ、前記III族窒化物半導体層をさらに成長させる工程と、
前記III族窒化物半導体層と前記下地基板とを分離する工程とを備えることを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
マスクを形成する前記工程では、前記マスクの前記第二被覆部が、前記第一被覆部の長手方向と直交する方向に広がっており、
前記第一被覆部の前記開口部に挟まれた領域の幅及び前記第二被覆部の前記開口部に挟まれた領域の幅は、前記第一被覆部の長手方向に直交した方向の幅であるマスクを形成することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
マスクを形成する前記工程では、前記第二被覆部に複数の第一被覆部が連続したマスクを形成することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
マスクを形成する前記工程では、すべての前記第一被覆部が前記第二被覆部に連続したマスクを形成することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
マスクを形成する前記工程では、複数の第一被覆部が、所定の方向に沿ってストライプ状に配置されており、この第一被覆部に交差して、前記所定の方向と異なる方向に延びる第三被覆部を有するマスクを形成することを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載のIII族窒化物半導体層の形成方法において、
前記第一被覆部と前記第三被覆部の交点に前記第二被覆部が形成されていることを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の方法を用いたIII族窒化物半導体基板の製造方法であって、
III族窒化物半導体層と下地基板とを分離する前記工程により、前記III族窒化物半導体層を含むIII族窒化物半導体基板を得ることを特徴とする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より製造されたことを特徴とするIII族窒化物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体層を形成する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶を窒化物系光デバイスや電子デバイス作製用基板として用いることが提案されており、この基板を得るためにバルク結晶を作製する試みが多くの研究機関で行われている。しかしながら、ＧａＮの解離圧が高いために、ＧａＡｓのように融液から大きなバルク結晶を得ることが難しく、ＧａＮ基板として利用できるＧａＮバルク結晶の作製は非常に困難である。
【０００３】
このため、ＧａＮ基板を作製する方法として、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）等の異種材料基板にＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法によってＧａＮ基板となるＧａＮ半導体層を成長させた後、異種材料基板を分離除去することにより、ＧａＮ基板を得る方法が広く採用されている。このようなＧａＮ基板の作製方法に関連する従来技術として、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。この方法によれば、以下の工程によりＧａＮ基板を製造している。
まず、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）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半導体基板の<１−１００>方向に延在する。
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の上面を完全には覆わない状態で成長を止める。これにより、マスクの被覆部上面の一部が露出した露出部が形成される。このときＧａＮ半導体層は、特許文献１の請求項１等に記載されているように、断面略Ｔ字型となる。
次に、マスクをドライエッチングにより除去して空隙を形成し、さらにＧａＮ半導体層を成長させる。その後、サファイア基板を剥離し、ＧａＮ半導体層を有するＧａＮ半導体基板を得る。
【特許文献１】特開２００３−５５０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、以下のような問題がある。
特許文献１のサファイア基板とＧａＮ半導体層を分離する方法は、原理的に空隙の形成が重要である。
特許文献１に記載されたＧａＮ半導体層を成長させる方法は、開口部からＧａＮを核発生させ、サファイア<１−１００>方向（ＧａＮの<１１−２０>方向）へＧａＮ半導体層を横方向成長させている。一般的にこの結晶方位関係で横方向成長を行うと、横成長の先端部分では、サファイア<１−１００>方向（ＧａＮの<１１−２０>方向）に成長速度の揺らぎが生じやすく、その結果、横方向成長の先端面に凹凸が発生する。
被覆部の幅を狭くした場合には、横方向成長するＧａＮ半導体層の成長速度のゆらぎのため、被覆部を覆わないタイミングでＧａＮ半導体層の成長を制御性良く止めることが難しく、被覆部上に露出部を形成することが困難である。
露出部が形成されず、ＧａＮ半導体層により被覆部が完全に覆われてしまうと、エッチングにより被覆部を除去することが困難となる。被覆部を除去できない場合には、空隙を形成することができなくなるため、サファイア基板とＧａＮ半導体層とが分離しにくくなり、ＧａＮ半導体層に損傷を与えてしまう可能性がある。
一方で、被覆部の幅を広くした場合には、露出部の面積が広くなりすぎてしまう。露出部の面積が広すぎると、その後のＧａＮ半導体層の形成初期に空隙へ原料ガスが進入し易く、空隙の内部でＧａＮが成長するので空隙を消滅させてしまうことがある。空隙が消滅してしまうとサファイア基板と、ＧａＮ半導体層とが分離しにくくなり、ＧａＮ半導体層に損傷を与えてしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マスクの被覆部がIII族窒化物半導体層により、完全に覆われてしまうのを防止することで、空隙を確実に形成し、III族窒化物半導体層と下地基板との分離を容易にして損傷の少ないIII族窒化物半導体層を形成することができる形成方法、III族窒化物半導体基板の製造方法およびIII族窒化物半導体基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、開口部に挟まれて配置された第一被覆部と、この第一被覆部に連続し、開口部に挟まれて配置された第二被覆部とを備え、前記第二被覆部上面の前記開口部に挟まれた領域の幅が、前記第一被覆部の前記開口部に挟まれた領域の幅よりも広いマスクを下地基板上に形成する工程と、前記開口部からIII族窒化物半導体層を選択成長させ、前記III族窒化物半導体層が少なくとも前記マスクの第二被覆部上面全面を覆わないうちに、前記III族窒化物半導体層の成長を止める工程と、少なくとも前記III族窒化物半導体層により覆われてない前記第二被覆部上面の露出部にエッチャントを接触させて、少なくとも前記第二被覆部の一部をエッチングし、空隙を形成する工程と、前記空隙を残しつつ、前記III族窒化物半導体層をさらに成長させる工程と、前記III族窒化物半導体層と前記下地基板とを分離する工程とを備えることを特徴とするIII族窒化物半導体層の形成方法を提供することができる。
【０００７】
ここで、本発明においては、第二被覆部が多数の開口部により囲まれている場合、多数の開口部のうち、いずれか一対の開口部により挟まれる領域の幅が、第一被覆部の開口部に挟まれた領域の幅よりも広ければよい。第二被覆部のいずれか一対の開口部により挟まれる領域の幅が、第一被覆部の開口部に挟まれた領域の幅よりも広ければ、III族窒化物半導体層により、第二被覆部を覆うのに要する時間が、第一被覆部を覆うのに要する時間よりも長くなる。これにより、第一被覆部がIII族窒化物半導体層によって覆われても、第二被覆部上面にIII族窒化物半導体層に覆われていない露出部を形成しやすくなる。すなわち、第二被覆部上面にIII族窒化物半導体層の成長ピットを形成することによって、その部分が被覆部をエッチング除去する起点となるのである。
なお、一対の開口部により挟まれる領域の幅のすべてが第一被覆部の開口部に挟まれた領域の幅よりも広ければ、第二被覆部において第一被覆部よりもはやく覆われてしまう領域がなくなるため、より確実に第二被覆部上面にIII族窒化物半導体層に覆われていない露出部を形成することができる。
また、開口部により挟まれる領域の幅が均一でなく、徐々に広がっているような場合には、第二被覆部の開口部により挟まれる領域の最大幅が第一被覆部の開口部により挟まれる領域の最大幅よりも大きければよい。
【０００８】
本発明では、マスクの第二被覆部上面の開口部に挟まれた領域の幅を、第一被覆部の開口部に挟まれた領域の幅よりも広くしているため、III族窒化物半導体層により第一被覆部を覆うのに要する時間に比べ、第二被覆部をIII族窒化物半導体層により覆うのに要する時間のほうが長くなる。III族窒化物半導体層で覆われるのに時間を要する第二被覆部を形成することで、III族窒化物半導体層の横方向成長の速度や開口部から成長するIII族窒化物半導体層の形状にばらつきがあったとしても、第二被覆部を覆わないタイミングでIII族窒化物半導体層の成長を止めることが容易となる。そのため、少なくとも、第二被覆部に露出部を形成することができ、この露出部にエッチャントを接触させて、少なくとも第二被覆部の一部をエッチングすることができる。
さらに、第一被覆部は第二被覆部に連続して形成されているので、第一被覆部上がIII族窒化物半導体層で覆われていても、エッチングが第二被覆部を起点に第一被覆部側へ徐々に進んでいくことで、第一被覆部もエッチングすることが可能となる。
このように、少なくとも、第二被覆部の一部をエッチングすることで、空隙を形成することが可能となり、サファイア基板と、ＧａＮ半導体層との分離を容易に行うことができる。そのため、損傷の少ないIII族窒化物半導体層を形成することができる。
【０００９】
なお、本発明では、第二被覆部上に面積が大きな露出部が形成されてしまい、第二被覆部のエッチングにより形成された空隙が、III族窒化物半導体層の原料ガスの進入により、埋まってしまうようなことがあっても、サファイア基板と、ＧａＮ半導体層との分離を容易に行うことができる。詳細に説明すると、本発明では、マスクの第一被覆部上面の開口部に挟まれた領域の幅は、第二被覆部上面の開口部に挟まれた領域の幅よりも狭いため、第一被覆部に、第二被覆部よりも小さな面積の露出部を形成したり、第二被覆部上に露出部を形成しつつ、第一被覆部上をIII族窒化物半導体層で覆ってしまうことができる。
第一被覆部に、露出部を形成する場合には、第一被覆部の露出部の面積は、第二被覆部の露出部よりも小さくなるため、第一被覆部のエッチングにより形成された空隙内には、第二被覆部のエッチングにより形成された空隙内よりも、III族窒化物半導体層の原料ガスが進入しにくい。すなわち、第一被覆部のエッチングにより形成された空隙は、埋まりにくくなっている。従って、サファイア基板と、ＧａＮ半導体層との分離を容易に行うことができるのである。
【００１０】
一方、第一被覆部上をIII族窒化物半導体層により覆ってしまう場合においては、前述したように、エッチングが第二被覆部を起点に第一被覆部側へ徐々に進んでいくことで、第一被覆部もエッチングすることが可能である。特に、第二被覆部上に面積が大きな被覆部が形成される場合には、第二被覆部の露出部に多量のエッチャントが接触することとなるので、第一被覆部側にエッチングが進みやすい。
第一被覆部のエッチングにより形成された空隙上面は、III族窒化物半導体層により覆われているので、第一被覆部のエッチングにより形成された空隙内にIII族窒化物半導体層の原料ガスがほとんど進入することがない。そのため、サファイア基板と、ＧａＮ半導体層との分離を容易に行うことができるのである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マスクの被覆部がIII族窒化物半導体層により、完全に覆われてしまうのを防止することで、空隙を確実に形成し、III族窒化物半導体層と下地基板との分離を容易にして損傷の少ないIII族窒化物半導体層を形成することができるIII族窒化物半導体層の形成方法、III族窒化物半導体基板の製造方法およびIII族窒化物半導体基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明では、マスクを形成する前記工程では、前記マスクの前記第二被覆部が、前記第一被覆部の長手方向と直交する方向に広がっており、前記第一被覆部の前記開口部に挟まれた領域の幅及び前記第二被覆部の前記開口部に挟まれた領域の幅は、前記第一被覆部の長手方向に直交した方向の幅であるマスクを形成してもよい。
【００１３】
さらに、本発明では、マスクを形成する前記工程では、前記第二被覆部に複数の第一被覆部が連続したマスクを形成してもよい。
第二被覆部に複数の第一被覆部を連続させれば、空隙を形成する工程で、第二被覆部にエッチャントを接触させるだけで複数の第一被覆部を除去することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明では、すべての前記第一被覆部が前記第二被覆部に連続したマスクを形成してもよい。
すべての第一被覆部を第二被覆部に連続させることで、空隙を形成する工程で、第二被覆部にエッチャントを接触させることにより、ほとんどの第一被覆部を除去することが可能となる。
【００１５】
また、本発明では、マスクを形成する前記工程では、複数の第一被覆部が、所定の方向に沿ってストライプ状に配置されており、この第一被覆部に交差して、前記所定の方向と異なる方向に延びる第三被覆部を有するマスクを形成してもよい。
第一被覆部に交差する第三被覆部を形成することで、第三被覆部を介して第一被覆部をエッチングすることが可能となる。
【００１６】
本発明では、前記第一被覆部と前記第三被覆部の交点に前記第二被覆部が形成されていてもよい。
第一被覆部と第三被覆部の交点に第二被覆部を形成することで、第二被覆部のエッチング面を第一被覆部及び第三被覆部の双方の側に進行させて、第一被覆部及び第三被覆部を確実にエッチングすることができる。
【００１７】
さらに、本発明では、上述したIII族窒化物半導体層の形成方法を用いたIII族窒化物半導体基板の製造方法であって、III族窒化物半導体層と下地基板とを分離する前記工程により、前記III族窒化物半導体層を含むIII族窒化物半導体基板を得ることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法が提供できる。
このような製造方法によれば、前述した方法で製造されたIII族窒化物半導体層を含むIII族窒化物半導体基板を製造できるので、損傷の少ないIII族窒化物半導体層を有するIII族窒化物半導体基板を製造することができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第一実施形態）
図１及び図２（Ａ）を参照して本実施形態を説明する。
図１は、本実施形態にかかるＧａＮ半導体基板の製造方法を模式的に示す工程断面図であり、サファイア基板１０の（１−１００）面から見た断面図である。図２（Ａ）は、本実施形態で使用するマスクを上面側からみた平面図である。
本実施形態のIII族窒化物半導体基板であるＧａＮ半導体基板の製造方法は次のようである。
まず、下地基板であるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板１０に、第一被覆部１１２及び第二被覆部１１３を有するマスク１１を形成し、開口部１１１からＧａＮ半導体層１３を選択成長させる。ここで、形成するマスク１１の第二被覆部１１３の幅寸法は、第一被覆部１１２の幅寸法よりも広い。次に、ＧａＮ半導体層１３が少なくともマスク１１の第二被覆部１１３上面全面を覆わないうちに、成長を止め、第二被覆部１１３上面の露出部１１３Ａにエッチャントを接触させる。これにより、第二被覆部１１３上面の露出部１１３Ａからエッチングが進行し、マスク１１を除去して、空隙１４を形成できる。この空隙１４を残しつつ、ＧａＮ半導体層１３をさらに成長させ、その後、ＧａＮ半導体層１３とサファイア基板１０とを分離する。
【００１９】
以下に、ＧａＮ半導体基板の製造方法をより詳細に説明する。
まず、フォトリソグラフィ法とエッチングにより、下地基板であるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板１０上に、二酸化珪素（ＳｉＯ2）のマスク１１を形成する。
マスク１１を形成するには、まず、サファイア基板１０上にＳｉＯ2膜を形成し、このＳｉＯ2膜上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクは、マスク１１と同じパターンを有する。このレジストマスクが形成されたサファイア基板１０をエッチング液に浸すと、レジストマスクの開口部から露出したＳｉＯ2膜が除去され、マスク１１が形成される。
レジストマスクを形成するには、まず、レジスト液をＳｉＯ2膜上に塗布し、乾燥させてレジスト膜を形成する。次に、レジストマスクのパターンと同じパターンのマスクをレジスト膜上に設置する。そして、光を照射することで、前記マスクの開口部から露出したレジスト膜の一部が露光され、その露光された部分を現像液で除去することで、レジストマスクが形成されることとなる。
なお、レジスト膜が光硬化性である場合には、レジストパターンを形成するためのマスクはレジストマスクのパターンを反転したパターンとなる。
【００２０】
マスク１１は、図２（Ａ）にも示すように、複数の開口部１１１（１１１Ａ，１１１Ｂ）と、複数の第一被覆部１１２と、複数の第二被覆部１１３とを備える。
第一被覆部１１２は、平面略矩形形状であり、その長手方向がサファイア基板１０の<１−１００>方向、ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向に沿っている。
複数本の第一被覆部１１２は、サファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に所定の間隔を開けて等間隔にストライプ状に配置されるとともに、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）にも所定の間隔をあけて配置されている。
サファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に並ぶ複数本の第一被覆部１１２間には平面矩形形状の開口部１１１Ａ或いは開口部１１１Ｂが形成される。換言すると、第一の被覆部１１２は、開口部１１１Ａ及び開口部１１１Ｂ、或いは、一対の開口部１１１Ｂに挟まれている。
【００２１】
第二被覆部１１３は、サファイア基板１０の<１１−２０>方向に沿って隣接する一対の開口部１１１Ａ間に挟まれるように形成されている。
また、第二被覆部１１３は、サファイア基板１０の<１−１００>方向に沿って隣接する一対の開口部１１１Ｂにも挟まれるように形成されている。
さらに、この第二被覆部１１３は、複数本の第一被覆部１１２に接続されており、第一被覆部１１２の長手方向と直交する方向に広がった形状となっている。
第二被覆部１１３は、第一被覆部１１２のサファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に隣接する第一被覆部１１２間に形成されており、複数本の第一被覆部１１２に挟まれるように配置されている。本実施形態では、すべての第一被覆部１１２が、第二被覆部１１３に連続している。具体的には、本実施形態では、第二被覆部１１３を挟んで一方の側に３本の第一被覆部１１２が接続され、第二被覆部１１３を挟んで他方の側に３本の第一被覆部１１２が接続されている。
【００２２】
第二被覆部１１３上面の一対の開口部１１１Ａ間に挟まれた領域の幅寸法Ｗ１は、第一被覆部１１２上面の開口部１１１Ａ，１１１Ｂ間或いは開口部１１１Ｂ間に挟まれた幅寸法Ｗ２よりも大きい。
すなわち、第二被覆部１１３上面のサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿った幅寸法Ｗ１は、第一被覆部１１２上面のサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿った幅寸法Ｗ２よりも広くなっている。
【００２３】
また、第二被覆部１１３上面の一対の開口部１１１Ｂで挟まれた領域の幅寸法Ｗ３、すなわち、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿った幅寸法Ｗ３も、第一被覆部１１２上面の幅寸法Ｗ２よりも広くなっている。
【００２４】
開口部１１１は、前述した平面矩形形状の開口部１１１Ｂと、前記開口部１１１Ｂよりもサファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）の長さ寸法が長い開口部１１１Ａとを有する。開口部１１１Ａ，１１１Ｂともに、平面矩形形状であり、その長手方向はサファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿っている。
以上がマスクを形成する工程である。
【００２５】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びアンモニア（ＮＨ３）を供給し、サファイア基板１０およびマスク１１上にＧａＮ低温バッファ層１２を形成する（図１（Ａ））。このＧａＮ低温バッファ層１２を核として、以後の層成長が行われる。
【００２６】
次に、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）及びアンモニア（ＮＨ3）を原料としたＨＶＰＥ法により、マスク１１の開口部１１１からＧａＮ半導体層１３を成長させる。
開口部１１１から成長するＧａＮ半導体層１３は、サファイア基板１０の基板面に対して傾斜するファセット面｛１−１０１｝を有するものとなる（図１（Ｂ））。
【００２７】
さらに、ＧａＮ半導体層１３の成長を続けると、第一被覆部１１２上で横方向成長するＧａＮ半導体層１３が合体する（図１（Ｃ））。このとき、第二被覆部１１３上では、ＧａＮ半導体層１３同士は合体しておらず、第二被覆部１１３上のＧａＮ半導体層１３間には隙間が形成され、第二被覆部１１３の一部が露出している。このような状態で、ＧａＮ半導体層１３の成長を止める。
【００２８】
次に、第二被覆部１１３の露出部１１３Ａに、エッチャントを接触させ、マスク１１を除去する。第二被覆部１１３は、第一被覆部１１２に連続しているため、第二被覆部１１３のエッチング面が、第一被覆部１１２側まで進み、第一被覆部１１２が除去されることとなる。
このようにしてマスク１１を除去することにより、空隙１４（１４Ａ，１４Ｂ）が形成される。前述したように、マスク１１の第一被覆部１１２上面はＧａＮ半導体層１３により覆われているので、第一被覆部１１２が除去されることで形成される空隙１４Ａは、上面がＧａＮ半導体層１３により覆われた状態となる。
なお、マスク１１の第二被覆部１１３が除去されることで形成される空隙１４Ｂは、上面がＧａＮ半導体層１３により覆われていない。
以上が空隙を形成する工程である（図１（Ｄ））。
【００２９】
次に、空隙１４を残しつつ、ＧａＮ半導体層１３をＨＶＰＥ法により、さらに成長させる。この成長により、空隙１４Ｂの上面がふさがれるとともに、ＧａＮ半導体層１３が形成される（図１（Ｅ））。
以上がＧａＮ半導体層１３をさらに成長させる工程である。
【００３０】
その後、ＧａＮ半導体層１３とサファイア基板１０とを分離する。
ＧａＮ半導体層１３とサファイア基板１０の熱膨張係数の違いを利用し、分離を行う。ＧａＮ半導体層１３及びサファイア基板１０を冷却する工程で、空隙１４に隣接する隔壁１３Ａに応力が集中し、ＧａＮ半導体層１３はサファイア基板１０の界面近傍から剥離される（図１（Ｆ））。剥離されたＧａＮ半導体層１３の表面および裏面を研磨することで、最終的に平坦化した自立基板であるＧａＮ基板を作製することができる。
【００３１】
次に、本実施形態の奏する作用効果について説明する。
第二被覆部１１３の幅寸法Ｗ１及びＷ３を、第一被覆部１１２の幅寸法Ｗ２よりも大きくしているため、第一被覆部１１２をＧａＮ半導体層１３により覆う時間に比べ、第二被覆部１１３をＧａＮ半導体層１３により覆う時間のほうが長くなる。ＧａＮ半導体層１３で覆われるのに時間を要する第二被覆部１１３を形成することで、ＧａＮ半導体層１３の横方向成長の速度や開口部１１１から成長するＧａＮ半導体層１３の形状にばらつきがあったとしても、第二被覆部１１３を覆わないタイミングでＧａＮ半導体層１３の成長を止めることが容易となる。
従って、第二被覆部１１３に確実に露出部１１３Ａを形成することができる。
そして、第二被覆部１１３の露出部１１３Ａにエッチャントを接触させて、第二被覆部１１３をエッチングすることができるので、空隙１４Ｂを確実に形成できる。このように、空隙１４Ｂを確実に形成することができるので、ＧａＮ半導体層１３とサファイア基板１０との分離が行いやすくなり、損傷の少ないＧａＮ半導体層１３を形成することができる。
また、第一被覆部１１２は第二被覆部１１３に連続しているため、第二被覆部１１３をエッチングする際に、第二被覆部１１３のエッチング面が、徐々に第一被覆部１１２側まで進み、第一被覆部１１２もエッチングすることが可能となる。
これにより、第一被覆部１１２が除去された空隙１４Ａを形成することができ、ＧａＮ半導体層１３とサファイア基板１０との分離が、より一層、行いやすくなる。
【００３２】
また、第二被覆部１１３の露出部１１３Ａにエッチャントを接触させることで、第一被覆部１１２を除去できるので、第一被覆部１１２の上面をＧａＮ半導体層１３により完全に覆ってしまっても、第一被覆部１１２を除去できる。第一被覆部１１２の上面をＧａＮ半導体層１３により完全に覆うと、第一被覆部１１２が除去されることにより形成される空隙１４Ａの上面がＧａＮ半導体層１３により覆われることとなるので、マスク１１を除去した後、さらにＧａＮ半導体層１３を成長させる工程において、空隙１４Ａ内にＧａＮ半導体層１３の原料が入り込んでしまうことを防止できる。これにより、空隙１４ＡがＧａＮ半導体層１３により埋まってしまうことを防止でき、ＧａＮ半導体層１３とサファイア基板１０とを容易に分離することが可能となる。
また、ＧａＮ半導体層１３を成長させる工程において、空隙１４Ｂ内にＧａＮ半導体層１３の原料が入り込んでしまい、空隙１４Ｂ内でＧａＮ半導体層１３が成長し、空隙１４Ｂが埋まってしまうことがあっても、本実施形態では、空隙１４Ａが埋まることがなく、空隙１４Ａを保つことができるので、ＧａＮ半導体層１３とサファイア基板１０とを容易に分離することが可能となる。
【００３３】
本実施形態では、マスク１１の第二被覆部１１３に複数本の第一被覆部１１２を連続させているので、第二被覆部１１３の露出部１１３Ａにエッチャントを接触させるだけで複数本の第一被覆部１１２を除去することが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態では、第一被覆部１１２及び開口部１１１を平面矩形形状とし、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿って延在する形態としているので、開口部１１１から成長するＧａＮ半導体層１３をサファイア基板１０の基板面に対して傾斜するファセット面｛１−１０１｝を有する構造体とすることができる。ＧａＮ半導体層１３は、サファイア基板１０に対して傾斜するファセットを形成しながら成長が進むため、開口部１１１においてサファイア基板１０から受け継いだ転位がファセット面で折れ曲がり、積層方向上部への転位の伝播を効果的に抑制することができる。
これにより、結晶欠陥の少ないＧａＮ半導体層１３、さらには、結晶欠陥の少ないＧａＮ半導体層１３を有するＧａＮ基板を製造することができる。
【００３５】
（第二実施形態）
前記実施形態では、図２（Ａ）に示すマスク１１を使用したが本実施形態では、図２（Ｂ）に示すようなマスク２１を使用する。図２（Ｂ）は、本実施形態で使用するマスクを上面側からみた平面図である。
このマスク２１には平面略正六角形形状の複数の開口部２１１が形成されている。マスク２１の開口部２１１を構成する６つの側壁面２１１Ａは、ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向（サファイア基板１０の<１−１００>方向）に沿って形成されている。
換言すると、平面略正六角形形状の開口部２１１の各辺がＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向（サファイア基板１０の<１−１００>方向）に沿っている。
ここで、側壁面２１１ＡがＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向（サファイア基板１０の<１−１００>方向）に沿って形成されているとは、側壁面２１１ＡがＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>（サファイア基板１０の<１−１００>方向）に完全に沿っているもののみでなく、側壁面２１１ＡがＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>（サファイア基板１０の<１−１００>方向）に対し、５°以下のオフセット角を有しているものも含む。
６つの開口部２１１で囲まれた平面略円形形状の部分が第二被覆部２１３であり、第二被覆部２１３以外の部分であって、対向する一対の開口部２１１に挟まれた平面矩形形状の部分が第一被覆部２１２である。
第二被覆部２１３には６本の第一被覆部２１２が接続されている。また、第一被覆部２１２は、互いに連続し、網の目状に延びている。すなわち、第一被覆部２１２の一部は直接、第二被覆部２１３に接続され、また、他の第一被覆部２１２は、隣接する第一被覆部２１２を介して第二被覆部２１３に接続されている。
また、第二被覆部２１３は、第一被覆部２１２の長手方向と直交する方向に広がった形状となっている。
【００３６】
第二被覆部２１３の対向する一対の開口部２１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ４は、第一被覆部２１２の幅寸法Ｗ５（第一被覆部２１２の対向する一対の開口部２１１により挟まれた領域の幅寸法Ｗ５）よりも大きくなっている。
ここで、幅寸法Ｗ４は、第二被覆部２１３の一対の開口部２１１に挟まれた領域の最大の幅寸法である。
また、第二被覆部２１３の隣接した一対の開口部２１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ６も、第一被覆部２１２の幅寸法Ｗ５よりも大きくなっている。ここで、隣接した一対の開口部２１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ６は、隣接した一対の開口部２１１の第二被覆部２１３を区画する２辺間の寸法の平均値である。
マスク２１においては、第二被覆部２１３の一対の開口部２１１に挟まれた領域すべての幅寸法が、第一被覆部２１２の幅寸法Ｗ５よりも大きくなっている。
このようなマスク２１を使用して、第一実施形態と同様の方法でＧａＮ基板を製造することができる。
【００３７】
次に、本実施形態の奏する作用効果について説明する。
本実施形態では、第一実施形態で述べたのと同様の作用効果にくわえ、以下の作用効果を奏する。
ＧａＮ半導体層は、結晶方位により成長速度が異なるが、開口部２１１の平面形状を略正六角形形状とすることで、開口部２１１の各辺におけるＧａＮ結晶面方位が等価となる。これにより、ＧａＮ半導体層１３が開口部２１１の各辺をせりあがるように成長する際、開口部２１１の各辺における成長速度を均一なものとすることができる。
また、開口部２１１を構成する側壁面２１１ＡをＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>に沿った面とすることで、ＦＩＥＬＯ（facet-initiated epitaxial lateral overgrowth）とよばれる方法で、ＧａＮ半導体層１３を成長させることができる。このＦＩＥＬＯ法で、ＧａＮ半導体層１３を成長させる場合には、ＧａＮ半導体層１３の横方向の結晶成長が遅く、また、成長するＧａＮ半導体層１３の形状のばらつきも少なくなる。このため、第二被覆部２１３上でのＧａＮ半導体層の成長を制御性良く止めることができ、露出部を確実に形成することができる。
さらに、開口部２１１を構成する側壁面２１１ＡをＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向に沿ったものとすることで、開口部２１１から成長するＧａＮ半導体層１３は、サファイア基板１０の基板面に対して傾斜するファセット面｛１−１０１｝が６方にできた六角錘形状となる。ＧａＮ半導体層１３は、サファイア基板１０に対して傾斜するファセットを形成しながら成長が進むため、開口部２１１においてサファイア基板１０から受け継いだ転位がファセット面で折れ曲がり、積層方向上部への転位の伝播を効果的に抑制することができる。これにより、ＧａＮ半導体層１３中での結晶欠陥の発生をより確実に抑制することができる。
【００３８】
（第三実施形態）
本実施形態では、第一実施形態とは使用するマスクの形状が異なる。
本実施形態で使用するマスクの形状は、図２（Ｃ）に示すような形状である。図２（Ｃ）は、本実施形態で使用するマスクを上面側からみた平面図である。
図２（Ｃ）に示すマスク３１は、複数本、例えば３本の第一被覆部３１２と、この第一被覆部３１２に直交して設けられる第三被覆部３１４と、第一被覆部３１２及び第三被覆部３１４の交点に設けられた第二被覆部３１３とを有する被覆体３１０を備える。被覆体３１０の周囲は開口部３１１により囲まれている。
【００３９】
第一被覆部３１２は、平面略矩形形状であり、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿って延びている。
第三被覆部３１４も平面略矩形形状であり、サファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿って延びている。また、第三被覆部３１４は、各第一被覆部３１２の長手方向の中央に交差している。
【００４０】
第二被覆部３１３は、３本の第一被覆部３１２のうち、中央に配置された第一被覆部３１２と、前記第三被覆部３１４との交点に形成されており、第一被覆部３１２の長手方向に直交する方向に広がっている。本実施形態では第二被覆部３１３は、平面略正方形形状である。
各被覆体３１０において、すべての第一被覆部３１２が第二被覆部３１３に接続されている。本実施形態では、３本の第一被覆部３１２のうち、１本は、直接、第二被覆部３１３に接続されるとともに、他の２本は、第三被覆部３１４を介して第二被覆部３１３に接続されているのである。
【００４１】
第二被覆部３１３の開口部３１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ７は、第一被覆部３１２の開口部３１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ８よりも大きい。
すなわち、サファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿った幅寸法Ｗ７は、第一被覆部３１２のサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿った幅寸法Ｗ８よりも大きい。
また、第二被覆部３１３の開口部３１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ９、すなわち、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿った幅寸法も、第一被覆部３１２の幅寸法Ｗ８よりも大きい。
以上のような被覆体３１０は、所定の間隔を開けて複数形成されており、被覆体３１０の第一被覆部３１２間に、隣接する被覆体３１０の第一被覆部３１２の端部が挿入された形となっている。
【００４２】
このようなマスク３１を使用して第一実施形態と同様、ＧａＮ基板を製造することができる。
なお、マスク３１をエッチングにより除去する工程では、第二被覆部３１３の露出部にエッチャントを接触させることで、第二被覆部３１３がエッチングされ、エッチング面が一部の第一被覆部３１２側に進み、第一被覆部３１２がエッチングされる。また、第二被覆部３１３のエッチング面は、第三被覆部３１４側にも進み、第三被覆部３１４がエッチングされ、さらには、第三被覆部３１４に接続された一部の第一被覆部３１２もエッチングされる。
【００４３】
本実施形態の奏する作用効果について説明する。
本実施形態では、第一実施形態で述べたのと同様の作用効果にくわえ、以下の作用効果を奏する。
第一被覆部３１２をサファイア基板１０の<１−１００>方向に沿って延ばすことで、開口部３１１から成長するＧａＮ半導体層１３を、サファイア基板１０の基板面に対して傾斜するファセット面｛１−１０１｝を有する構造体とすることができる。これにより、ＧａＮ半導体層１３中に結晶欠陥が発生することが抑制される。
さらに、マスク３１のすべての第一被覆部３１２が第二被覆部３１３に接続されているので、第二被覆部３１３をエッチングすることにより、第一被覆部３１２も確実にエッチングすることができる。
【００４４】
（第四実施形態）
本実施形態では、第一実施形態と使用するマスクの形状が異なる。本実施形態で使用するマスクの形状は、図２（Ｄ）に示すような形状である。なお、図２（Ｄ）は、本実施形態で使用するマスクを上面側からみた平面図である。
マスク４１は格子状である。このマスク４１は、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿って延びた複数本の第一被覆部４１２と、サファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿って延びた複数本の第三被覆部４１４と、第一被覆部４１２及び第三被覆部４１４の交点に形成された第二被覆部４１３とを備える。第一被覆部４１２及び第三被覆部４１４で囲まれた部分が開口部４１１となっている。
複数本の第一被覆部４１２は平面略矩形形状であり、ストライプ状に配置されている。また、複数本の第三被覆部４１４も平面略矩形形状であり、ストライプ状に配置される。
【００４５】
第二被覆部４１３は、第一被覆部４１２と第三被覆部４１４との交点のうち、一部の交点に形成されている。一部の第一被覆部４１２のみが、直接、第二被覆部４１３に接続されており、他の第一被覆部４１２は、第三被覆部４１４を介して第二被覆部４１３に接続される。
この第二被覆部４１３は、第一被覆部４１２の長手方向と直交する方向に広がるとともに、第三被覆部４１４の長手方向と直交する方向にも広がっている。
【００４６】
第二被覆部４１３の開口部４１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ１０は、第一被覆部４１２の開口部４１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ１１よりも大きい。
すなわち、第二被覆部４１３のサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿った幅寸法Ｗ１０は、第一被覆部４１２のサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿った幅寸法Ｗ１１よりも大きい。
また、第二被覆部４１３の開口部４１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ１２は、第一被覆部４１２の幅寸法Ｗ１１よりも大きい。
すなわち、第二被覆部４１３のサファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿った幅寸法Ｗ１２は、第一被覆部４１２の幅寸法Ｗ１１よりも大きい。
【００４７】
このようなマスク４１を使用して第一実施形態と同様、ＧａＮ基板を製造することができる。
なお、マスク４１をエッチングにより除去する工程では、第二被覆部４１３の露出部にエッチャントを接触させることで、第二被覆部４１３がエッチングされ、エッチング面が一部の第一被覆部４１２側に進み、第一被覆部４１２がエッチングされる。また、第二被覆部４１３のエッチング面は、第三被覆部４１４側にも進み、第三被覆部４１４がエッチングされ、さらには、第三被覆部４１４に接続された一部の第一被覆部４１２がエッチングされる。
【００４８】
本実施形態の奏する作用効果について説明する。
本実施形態では、第一実施形態で述べたのと同様の作用効果にくわえ、以下の作用効果を奏する。
第一被覆部４１２をサファイア基板１０の<１−１００>方向に沿って延ばすことで、開口部４１１から成長したＧａＮ半導体層１３をサファイア基板１０の基板面に対して傾斜するファセット面｛１−１０１｝を有する構造体とすることができる。これにより、ＧａＮ半導体層１３中に結晶欠陥が発生することが抑制される。
【００４９】
（第五実施形態）
本実施形態では、第一実施形態と使用するマスクの形状が異なる。
本実施形態で使用するマスクの形状は、図３に示すような形状である。図３は、本実施形態で使用するマスクを上面側からみた平面図である。
マスク５１は、格子状となっている。このマスク５１は、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿って延びた複数本の第一被覆部５１２と、この第一被覆部５１２に対して交差する複数本の第三被覆部５１４と、第一被覆部５１２及び第三被覆部５１４の交点に形成された第二被覆部５１３とを備える。第一被覆部５１２及び第三被覆部５１４で囲まれた部分が開口部５１１となっている。
第一被覆部５１２は平面略矩形形状であり、ストライプ状に配置されている。
また、第三被覆部５１４も平面略矩形形状であり、ストライプ状に配置されている。
【００５０】
第三被覆部５１４は、第一被覆部５１２の延在方向に対し、５０°〜７０°、好ましくは６０°傾斜して延びている（角度θ＝５０°〜７０°）。
第二被覆部５１３は、第一被覆部５１２と第三被覆部５１４との交点のうち、一部の交点に形成されている。
すなわち、一部の第一被覆部５１２のみが直接第二被覆部５１３に接続されており、他の第一被覆部５１２は、第三被覆部５１４を介して第二被覆部５１３に接続される。
第二被覆部５１３は、第一被覆部５１２の長手方向と直交する方向に広がるとともに、第三被覆部５１４の長手方向と直交する方向にも広がっている。
【００５１】
第二被覆部５１３の開口部５１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ１３は、第一被覆部５１２の開口部５１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ１４よりも大きい。
すなわち、第二被覆部５１３の第三被覆部５１４の延在方向に沿った幅寸法Ｗ１３は、第一被覆部５１２のサファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿った幅寸法Ｗ１４よりも大きい。
また、第二被覆部５１３の開口部５１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ１５も、第一被覆部５１２の開口部５１１に挟まれた領域の幅寸法Ｗ１４よりも大きい。
すなわち、第二被覆部５１３のサファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿った幅寸法Ｗ１５は、第一被覆部５１２の幅寸法Ｗ１４よりも大きい。
このようなマスク５１を使用して第四実施形態と同様、ＧａＮ基板を製造することができる。
【００５２】
本実施形態の奏する作用効果について説明する。
本実施形態では、第四実施形態で述べたのと同様の作用効果にくわえ、以下の作用効果を奏する。
第三被覆部５１４は第一被覆部５１２に対して５０°〜７０°傾斜して延びているため、開口部５１１から成長するＧａＮ半導体層１３は、ファセット面が４方にできた構造となる。これにより、ＧａＮ半導体層１３中での結晶欠陥の発生をより確実に抑制することができる。
【００５３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成や手法を採用することもできる。
例えば、前記各実施形態では、下地基板としてサファイア基板１０を使用したが、これに限らず他の異種基板を使用してもよい。また、マスク１１としてＳｉＯ２を用いたが、ウェットエッチング、あるいはドライエッチングなどによって除去できれば良く、他の材質を用いても良い。
また、前記各実施形態では、マスク１１，２１，３１，４１，５１の第一被覆部１１２，２１２，３１２，４１２，５１２、第二被覆部１１３，２１３，３１３，４１３，５１３、第三被覆部３１４，４１４，５１４をエッチングにより除去したが、サファイア基板１０と、ＧａＮ半導体層１３との分離が可能な程度であれば、第一被覆部、第二被覆部、第三被覆部が完全に除去されずに、エッチング残りがあってもよい。エッチング残りがある場合でも、ＧａＮ半導体層１３全面にわたって空隙が形成されていることがより好ましい。空隙がＧａＮ半導体層１３全面にわたって形成されていれば、サファイア基板１０と、ＧａＮ半導体層１３とをより一層、容易に分離することができる。
ただし、前記各実施形態のようにすべての被覆部を除去することで、ＧａＮ半導体層１３全体にわたって空隙が形成されるので、サファイア基板１０と、ＧａＮ半導体層１３との分離を容易に行うことができるため、すべてのマスクを除去することが特に好ましい。
【００５４】
また、前記第三実施形態〜第五実施形態では、第一被覆部３１２，４１２，５１２と、第三被覆部３１４，４１４，５１４との交点に第二被覆部３１３，４１３，５１３を形成したが、これに限らず、交点ではない部分に第二被覆部を形成してもよい。
【００５５】
また、前記各実施形態では、第一被覆部１１２、２１２，３１２，４１２，５１２は、サファイア基板１０の<１−１００>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１１−２０>方向）に沿って延びるとしたが、これに限らず、例えば、サファイア基板１０の<１１−２０>方向（ＧａＮ半導体層１３の<１−１００>方向）に沿って延びるとしてもよい。
また、第一被覆部の周縁は、直線的でなくてもよく、曲線的であってもよい。
【００５６】
さらに、マスク１１，２１，３１，４１，５１の第二被覆部１１３，２１３，３１３，４１３，５１３の形状は、前記各実施形態に示したような形状に限らず、例えば、三角形状、平面菱形形状、楕円形状等であってもよい。
第二被覆部の上面の開口部に挟まれた領域の幅寸法が第一被覆部上面の開口部に挟まれた領域の幅寸法よりも大きければ、第二被覆部の形状は任意である。
【００５７】
さらに、前記各実施形態では、ＧａＮ低温バッファ層１２の形成をＭＯＣＶＤ法によって行ったが、ＨＶＰＥ法などによって行ってもよい。
また、開口部から成長するＧａＮ半導体層１３は、結晶欠陥の低減のために面に対して傾斜するファセット面｛１−１０１｝を有する構造体とすることが好ましいが、横方向成長して第二被覆部上で露出部が形成できれば良く、ＧａＮ半導体層１３の断面形状は限定されるものではない。例えば矩形、台形等でも良い。
また、ＧａＮ半導体層１３の作製を行ったが、ＧａＮ半導体層１３にシリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の不純物をドーピングすることでｎ型やｐ型の導電性を持つＧａＮ半導体層を形成することができる。また、ＧａＮ半導体層に限らず、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ半導体層（０<ｘ≦１）やＡｌＸＧａ１−ＸＮ半導体層（０<ｘ≦１）を形成してもよい。
また、前記各実施形態では、ＧａＮ半導体層１３を成長させた直後にサファイア基板１０を分離していたが、これに限らず、ＧａＮ半導体層１３上に発光ダイオード等の発光素子、または、トランジスタ等の電子デバイスを作成した後に、サファイア基板１０を除去し、デバイスを得てもよい。
【００５８】
さらに、前記各実施形態では、単層のＧａＮ半導体層１３を得たが、これに限られるものではない。本発明で製造されるIII族窒化物半導体層は多層構造であってもよい。例えば、下地基板上に第一層としてＧａＮ半導体の層を形成し、この第一層上にさらにIII族窒化物半導体で構成される第二層（例えば、n-ＡｌｘＧａＮ1-ｘ層（０<ｘ≦１））、第三層（例えば、ＩｎｘＧａＮ1-ｘ層（０<ｘ≦１））等を形成して本発明で得られるIII族窒化物半導体層を半導体レーザとしてもよい。
このような半導体レーザを製造する場合には、下地基板上に第一層目のＧａＮ半導体層を形成し、この第一層上に第二層目、第三層目等のIII族窒化物半導体の層を成長させた後、最後に下地基板を分離させる。
これらの各層にシリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の不純物をドーピングすることでｎ型やｐ型の導電性を持つ第一、第二、および第三の層を形成することができる。
【００５９】
また、前記各実施形態では、第一被覆部上面をＧａＮ半導体層で完全に覆い、第二被覆部上にのみ露出部を形成したが、第一被覆部上面にも露出部を形成してもよい。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
第一実施形態と同様の方法で、ＧａＮ基板を製造した。
厚さ４３０μｍの<１−１００>方向へ０．２°オフした（０００１）面のサファイア基板１０の上に、ＥＢ（電子ビーム）蒸着によって厚さ１．２μｍのＳｉＯ２層を形成し、フォトリソグラフィとフッ酸系のウェットエッチングによって、図２(Ａ)に示したようなマスク１１を形成した。
マスク１１において、第一被覆部１１２のサファイア基板１０の<１１−２０>方向に沿った幅寸法Ｗ２を８μｍとした。
また、サファイア基板１０が露出した開口部１１１（１１１Ａ，１１１Ｂ）のサファイア基板１０の<１１−２０>方向に沿った幅寸法を４μｍとした。
さらに、第二被覆部１１３のサファイア基板１０の<１−１００>方向の幅寸法Ｗ３を３０μｍとした。また、第二被覆部１１３のサファイア基板１０の<１１−２０>方向の幅寸法Ｗ１を３２μｍとした。
次に、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）とアンモニアを用いるＭＯＣＶＤ法によって、サファイア基板１０のマスク１１上にＧａＮ低温バッファ層１２を形成した。
具体的には、サファイア基板１０を１０５０℃で１０分間熱処理した後、降温して５００℃で安定させ、ＴＭＧとアンモニアガスを供給してＧａＮ低温バッファ層１２を形成した。ＴＭＧ、アンモニアガスの供給量は、それぞれ１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、５０００ｃｃ／ｍｉｎとし、ＧａＮ低温バッファ層１２は７０ｎｍの厚さとした。
次に、金属ガリウムと塩化水素ガスを反応して得られる塩化ガリウム、およびアンモニアガスを原料として用いるＨＶＰＥ法によって、マスク１１の開口部１１１からＧａＮ半導体層１３を成長させた。
具体的には、昇温時にＧａＮ低温バッファ層１２の分解を抑制するために、サファイア基板１０へアンモニアガスを２０００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給し、サファイア基板１０の温度が１０４０℃で安定したら、アンモニアガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給するとともに、金属ガリウム上へ塩化水素ガスを３０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して塩化ガリウムを生成し、サファイア基板１０へ供給した。これにより、マスク１１の開口部１１１からＧａＮ半導体層１３が成長した。
さらに原料ガスの供給を続けて、ＧａＮ半導体層１３の成長を続けると、第一被覆部１１２上で横方向成長するＧａＮ半導体層１３が合体した。このとき、第二被覆部１１３上では、第二被覆部１１３上のＧａＮ半導体層１３間には隙間が形成され、第二被覆部１１３の一部が露出していた。
次に、ＧａＮ半導体層１３が形成されたサファイア基板１０をフッ酸２５%溶液に５時間浸し、露出部１１３Ａに薬液を接触させることによってマスク１１をエッチングして完全に除去し、空隙１４を形成した。その後超純水で流水洗浄した。
その後、再び、上記で用いたＨＶＰＥ法を用いてＧａＮ半導体層１３の成長を行った。アンモニアガスを供給しながらサファイア基板１０を１０４０℃、および金属ガリウムの温度を８５０℃に昇温して、温度が安定してから金属ガリウム上へ供給する塩化水素ガス、およびアンモニアガスをそれぞれ３００ｃｃ／ｍｉｎ、３０００ｃｃ／ｍｉｎ供給してＧａＮ層１３を形成した。このとき、３００μｍ／ｈｏｕｒの成長速度が得られ、約７時間の成長でＧａＮ半導体層１３を２ｍｍの厚さに成長させた。ＧａＮ半導体層１３を形成後、塩化ガリウムの供給を停止して、自然冷却によりサファイア基板１０を冷却した。この冷却過程でサファイア基板１０とＧａＮ半導体層１３の熱膨張係数の差により、サファイア基板１０とＧａＮ半導体層１３の界面に応力が集中し、サファイア基板１０とＧａＮ半導体層１３を分離することができた。分離したＧａＮ半導体層１３をスライス、または研磨し、ＧａＮ基板を得ることができた。
また、以上の方法によって作製されたＧａＮ半導体層１３の表面の転位密度は、エッチピット密度およびカソードルミネッセンスの暗点密度の測定から２×１０6ｃｍ-2であり、高品質な窒化ガリウム結晶であることが分かった。
【００６１】
（実施例２）
実施例２について、図４を参照して説明する。図４は、ＧａＮ半導体基板の製造方法を模式的に示す工程断面図であり、サファイア基板１０の（１−１００）面から見た断面図である。
厚さ４３０μｍの<１−１００>方向へ０．２°オフした（０００１）面のサファイア基板１０の上に、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）とアンモニアガスを用いたＭＯＣＶＤ法により、低温バッファ層１５を形成した（図４（Ａ））。具体的には、サファイア基板１０を１０５０℃で１０分間熱処理した後、降温して５００℃で安定させ、ＴＭＧとアンモニアガスをそれぞれ１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、５０００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給した。そして、低温バッファ層１５を厚さ３０ｎｍとした。
その後、ＴＭＧの供給を止め、アンモニアガスを供給しながら１０５０℃の温度まで昇温して、温度が安定してからＴＭＧの供給を４０μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で再開して厚さ２μｍのＧａＮ半導体膜１６を形成した（図４（Ｂ））。
その後、実施例１と同様のマスク１１を形成した（図４（Ｃ））。次に実施例１と同様な条件で、厚さ２．５ｍｍのＧａＮ半導体層１３を形成した。そして、自然冷却時にサファイア基板１０およびＧａＮ半導体膜１６からＧａＮ半導体層１３を分離することができた（図４（Ｄ）〜図４（Ｆ））。
以上の方法によって作製されたＧａＮ半導体層１３の表面の転位密度は、エッチピット密度およびカソードルミネッセンスの暗点密度の測定から１×１０6ｃｍ-2であった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第一実施形態に係るＧａＮ半導体基板の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【図２】ＧａＮ半導体基板の製造に使用するマスクを上面側から見た平面図である。
【図３】ＧａＮ半導体基板の製造に使用するマスクを上面側から見た平面図である。
【図４】実施例２におけるＧａＮ半導体基板の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０    サファイア基板
１１，２１，３１，４１，５１    マスク
１２    ＧａＮ低温バッファ層
１３    ＧａＮ半導体層
１３Ａ    隔壁
１４，１４Ａ，１４Ｂ    空隙
１５    ＧａＮ低温バッファ層
１６    ＧａＮ半導体膜
１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ、２１１，３１１，４１１，５１１    開口部
１１２，２１２，３１２，４１２，５１２    第一被覆部
１１３，２１３，３１３，４１３，５１３    第二被覆部
３１４，４１４，５１４    第三被覆部
１１３Ａ    露出部
２１１Ａ    側壁面
３１０    被覆体
【図１】
2007099567.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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