(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記母材基板の主面に凹凸状領域を選択的に形成する第１の工程と、
前記母材基板における前記凹凸状領域の上に該凹凸状領域の凹部を埋めると共にその上面が平坦となるように、窒化物からなる半導体層を成長する第２の工程と、
前記半導体層における前記母材基板との界面にレーザ光を照射して、前記半導体層を前記母材基板から剥離することにより、前記半導体層から半導体基板を形成する第３の工程とを備えてい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】
前記第３の工程は、レーザ光を、前記母材基板における前記凹凸状領域のうちの少なくとも凸部に照射することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程は、前記母材基板の主面に互いに並行に延びる複数の凹状溝を形成し、
前記第３の工程は、レーザ光を、前記母材基板における前記複数の凹状溝同士に挟まれてなる凸部に沿って走査しながら照射することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記母材基板は、主面の面方位が｛０００１｝面であるサファイアからなり、
前記各凹状溝の晶帯軸の方向は、前記母材基板における＜１−１００＞方向であることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、前記母材基板の主面にそれぞれが島状の複数の凸部を形成し、
前記第３の工程は、パルス状のレーザ光を、前記母材基板における前記複数の凸部と同期するように走査しながら照射することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記第３の工程は、レーザ光を、前記母材基板における前記凹凸状領域のうちの複数の凸部に同時に照射することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程は、前記母材基板における前記凹凸状領域のうち、凹部が占める面積を凸部が占める面積の５分の１倍以上且つ１００倍以下とすることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記第３の工程は、レーザ光を前記母材基板の主面と反対側の面から照射することを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視光発光ダイオード装置又は青紫色レーザ装置に用いる窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のIII-Ｖ族窒化物半導体は、青色又は緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）装置、青色半導体レーザ装置又は高温動作が可能な高速トランジスタ装置等に用いる化合物半導体材料として好適である。
【０００３】
ところで、従来から、窒化物半導体を成長させる基板には、例えば特許第３０９１５９３号公報に開示されているような、サファイアからなる絶縁性基板が良く知られている。
【０００４】
しかしながら、組成が窒化物半導体層とは異なるサファイア等からなる異種の基板上に窒化物半導体を成長させると、成長する窒化物半導体と該基板との間の熱膨張係数の差によって、基板が反ったり、クラックが発生したりして、窒化物半導体の結晶性が劣化することが知られている。
【０００５】
そこで、近年、基板を窒化物半導体により形成し、窒化物半導体からなる基板上に、同種の窒化物半導体からなる素子構造を形成することにより、異種の基板に起因する問題を解決する試みがなされている。
【０００６】
例えば、窒化物半導体基板の製造方法の一例として、母材となる基板（母材基板）の上に窒化物半導体層を比較的に厚く成長し、成長した窒化物半導体層と母材基板との界面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射された窒化物半導体層が局所的に加熱されて昇華し、窒化物半導体層が母材基板から剥離することにより、窒化物半導体層から窒化物半導体基板を得るという方法が検討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の窒化物半導体基板の製造方法は、レーザ光によって母材基板から窒化物半導体層を剥離する場合に、レーザ光の走査の途中、すなわち、窒化物半導体層と母材基板とにおけるレーザ光を照射されている界面のみが剥離し、他の部分が接合したままの状態となる。その際、窒化物半導体層と母材基板との接合部分に応力が集中して、窒化物半導体層中にクラックが発生するという問題がある。その結果、、室温程度のレーザ光を照射することによって、窒化物半導体基板を歩留まり良く製造することが困難となる。
【０００８】
この問題を回避するため、基板温度を上昇させてレーザ照射を行なう方法も知られているが、このような基板温度を上昇する方法では、基板の昇温及び降温のたびに時間が掛かってしまい、やはり量産性に劣る。
【０００９】
また、母材基板上に窒化物半導体を成長する際に、窒化物半導体に対して格子不整合による貫通欠陥が導入されるため、得られる窒化物半導体基板における欠陥密度が大きいという問題もある。
【００１０】
しかも、レーザ光はそのビーム径を小さく集光されているため、母材基板と窒化物半導体層との接合面のすべてを剥離するには、レーザ光の照射を効率良く行なう必要がある。例えば、窒化物半導体を昇華させるには、レーザ光の光密度を約０．１Ｊ／ｃｍ2 以上とする必要があり、この光密度を得るために、レーザ光のビーム径を小さく集光している。従って、ビーム径が基板の面積と比べて小さいため、窒化物半導体層の全面にわたってレーザ光を走査する必要があり、生産性の向上を図ることができない。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題を解決し、クラック等を発生させることなく、さらに、欠陥密度が小さく且つ生産性に優れた窒化物半基板を確実に得られるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化物半導体層を成長させる母材基板の主面を凹凸状にする構成とする。
【００１３】
具体的に、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板の主面に凹凸状領域を選択的に形成する第１の工程と、母材基板における凹凸状領域の上に該凹凸状領域の凹部を埋めると共にその上面が平坦となるように、窒化物からなる半導体層を成長する第２の工程と、半導体層における母材基板との界面にレーザ光を照射して、半導体層を母材基板から剥離することにより、半導体層から半導体基板を形成する第３の工程とを備えている。
【００１４】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法によると、母材基板の主面に凹凸状領域を形成しておき、その後、凹凸状領域の上に母材基板の凹凸状領域の凹部を埋めると共にその上面が平坦となるように、窒化物からなる半導体層を成長する。このため、その後、半導体層における母材基板との界面に対してレーザ光を照射すると、レーザ光が照射された部分の応力は、窒化物からなる半導体層における母材基板の凹部を埋めた部分と他の部分とが、基板面に平行に劈開することにより開放されるため、基板面に垂直な方向のクラック及び割れが生じない。
【００１５】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法において、第３の工程がレーザ光を母材基板における凹凸状領域のうちの少なくとも凸部に照射することが好ましい。このようにすると、半導体層の全面を走査する必要がなくなるので、レーザの照射時間を短縮することができ、その結果、生産性を向上することができる。
【００１６】
この場合に、第１の工程が、母材基板の主面に互いに並行に延びる複数の凹状溝を形成し、第３の工程が、レーザ光を、母材基板における複数の凹状溝同士に挟まれてなる凸部に沿って走査しながら照射することが好ましい。このようにすると、複数の凹状溝同士に挟まれてなる凸部は、いわゆるストライプ状となるなめ、レーザ光の走査を効率良く行なえる。
【００１７】
その上、母材基板は、主面の面方位が｛０００１｝面であるサファイアからなり、各凹状溝の晶帯軸の方向が母材基板における＜１−１００＞方向であることが好ましい。
【００１８】
また、この場合に、第１の工程が、母材基板の主面にそれぞれが島状の複数の凸部を形成し、第３の工程が、パルス状のレーザ光を、母材基板における複数の凸部と同期するように走査しながら照射することが好ましい。このようにすると、パルス状のレーザ発振は高出力化が容易となるため、半導体層の母材基板からの剥離が容易となるので、生産性がさらに向上する。
【００１９】
また、この場合に、第３の工程が、レーザ光を、母材基板における凹凸状領域のうちの複数の凸部に同時に照射することが好ましい。このように、複数の凸部を同時に照射すると、照射時間を短縮できるため、生産性が確実に向上する。
【００２０】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法において、第１工程が、母材基板における凹凸状領域のうち、凹部が占める面積を凸部が占める面積の５分の１倍以上且つ１００倍以下とすることが好ましい。このようにすると、窒化物からなる半導体層を母材基板から剥離する際に、クラックや割れの発生をより確実に防ぐと共に、母財界板から半導体層の全面がより確実に剥離されるようになる。
【００２１】
また、本発明の窒化物半導体基板の製造方法において、第３の工程が、レーザ光を母材基板の主面と反対側の面から照射することが好ましい。
【００２２】
なお、本願明細書では、便宜上、ミラー指数の上にバーを付す代わりに、該指数の前に負符号「−」を付してその反転を表わしている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１（ａ）〜図１（ｄ）乃至図３（ａ）〜図３（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００２５】
まず、図１（ａ）に示すように、径が約５．１ｃｍ（２インチ）で厚さが約７００μｍのサファイア（酸化アルミニウムの単結晶）からなる母材基板１１を用意する。母材基板１１の主面の面方位は（０００１）面であり、主面とその反対側の面（裏面）とは共に鏡面仕上げがされている。
【００２６】
サファイアは、そのバンドギャップが８．７ｅＶであるため、該バンドギャップに相当するエネルギーの波長である１４２．５ｎｍよりも長い波長の光を透過する。そのため、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光又は波長が３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波光はサファイアを透過する。
【００２７】
（母材基板加工工程）
次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、母材基板１１の主面上に、厚さが約２μｍ、幅が約１０μｍ及び間隔が約３０μｍのストライプ状のレジストパターン１２を形成する。このときのストライプの方向は、サファイアの晶帯軸の＜１−１００＞方向である。
【００２８】
なお、本願明細書においては、晶帯軸の＜１−１００＞方向とは、晶帯軸の［１−１００］方向と等価な方向のいずれか１つを指し、特定の一方向を表わさない。例えば、＜１−１００＞方向と等価な方向は、［１−１００］、［−１１００］、［０１−１０］、［０−１１０］、［１０−１０］及び［−１０１０］である。同様に、面方位の｛１−１００｝面とは、面方位の（１−１００）面と等価な方向のいずれか１つの面を指す。
【００２９】
次に、図１（ｃ）に示すように、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、レジストパターン１２をマスクとして母材基板１１にエッチングを行なう。エッチングガスには塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用い、約５Ｐａの圧力で出力値が約２００Ｗのプラズマを発生し、１時間程度のエッチングを行なって、母材基板１１の主面に、深さが約１μｍのストライプ状の凹状溝１１ａを形成する。
【００３０】
なお、本工程においては、２００Ｗ程度の出力のプラズマを用いているため、レジストパターン１２の両側部はエッチングされて、それぞれ丸みが生じている。
【００３１】
次に、図１（ｄ）に示すように、レジストパターン１２を除去すると、主面が凹凸状の凹凸状領域２０を有する母材基板１１を得ることができる。
【００３２】
ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて凹凸状領域２０の詳細を説明する。図２（ａ）は凹凸状領域２０の平面構成を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面構成を示している。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、凹状溝１１ａの幅は底部において約３０μｍであり、該凹状溝１１ａ同士に挟まれてなる凸部領域１１ｂの幅は下部において約１０μｍである。ここで、凸部領域１１ｂにおける両側面はその上部が下部に対して約０．５μｍずつ小さくなるようにサイドエッチングされている。
【００３４】
また、図２（ａ）に示すように、凹状溝１１ａ、すなわち凸部領域１１ｂが延びる方向は、サファイアの晶帯軸の＜１−１００＞方向である。以下、凸部領域１１ｂが延びる方向をストライプ方向と呼ぶ。
【００３５】
（窒化物半導体成長工程）
次に、図３（ａ）に示すように、III 族源である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とＶ族源であるアンモニア（ＮＨ3 ）とを原料とするハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法により、母材基板１１の凹凸状領域２０の上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体層１３を成長する。III 族源の塩化ガリウムは、金属ガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）とを、９００℃程度の大気圧下で反応させて生成する。
【００３６】
また、母材基板１１の主面上で窒化ガリウムの核形成密度を増大させるため、半導体層１３を成長するよりも前に、基板温度を約１０００℃に保ち、塩化ガリウムのみを１５分間程度供給する（以下、このプロセスをＧａＣｌ処理と呼ぶ）。なお、核形成密度を増大させるには、ＧａＣｌ処理に代えて、母材基板１１上に、窒化ガリウムからなり４００℃〜８００℃程度の比較的に低温で成長させる、いわゆる低温バッファ層を設けても良く、また、母材基板１１の主面に対してアンモニアによる窒化処理を行なっても良い。さらには、低温バッファ層と窒化処理とを組み合わせても良い。
【００３７】
以下、半導体層１３の成長の詳細を説明する。
【００３８】
ＧａＣｌ処理を行なった後、母材基板１１上に塩化ガリウム及びアンモニアを導入して、窒化ガリウムからなる半導体層１３の成長を始める。ここでは、母材基板１１の主面の面方位が（０００１）面であるため、半導体層１３においてもその（０００１）面を主面として成長する。１０００℃程度の成長温度とすると、（０００１）面上における成長速度と比べて、他の面、すなわち凸部領域１１ｂの側面上における成長速度の方が大きい。その結果、基板面に対して平行な方向、いわゆる横方向への成長速度が２〜３倍程度と大きくなるため、凹状溝１１ａは次第に埋め込まれる。なお、凹状溝１１ａが完全に埋め込まれるためには、半導体層１３の厚さを凹状溝１１ａの幅以上とすることが好ましい。
【００３９】
また、ストライプ方向を母材基板１１を構成するサファイアの晶帯軸の＜１−１００＞方向としており、該サファイアと窒化ガリウムとは面内の面方位が３０°ずれて成長する。このため、凹状溝１１ａが埋め込まれる際の窒化ガリウムにおける凹状溝１１ａの側面上に位置する部分は、平坦な｛１−１０１｝面となる。このため、半導体層１３の成長を続けていくと、凹状溝１１ａは、ピット等の欠陥を生じずに、平坦に埋め込まれて成長する。
【００４０】
続いて、凹状溝１１ａが埋め込まれた後も、半導体層１３の厚さが凸部領域１１ｂの上で約２００μｍとなるまで成長を行なう。これにより、凹凸状領域２０の凹状溝１１ａは半導体層１３により埋め込まれるため、半導体層１３の表面は平坦となる。その後、室温付近にまで基板温度を降下させると、半導体層１３と母材基板１１との熱膨張係数の差によって、図３（ａ）に示すように母材基板１１に反りが生じる。
【００４１】
第１の実施形態においては、母材基板１１と半導体層１３とが平面状態で接合している場合と比べて、母材基板１１の主面が凹凸状であるため、生じる反りが小さくなる。例えば、ストライプ方向の曲率半径が８０ｃｍ程度となり、該ストライプ方向と基板面内で垂直な方向の曲率半径が１ｍ程度となることを確認している。なお、比較のために、母材基板１１の主面に凹凸状領域２０を設けないで半導体層１３を成長し、母材基板１１の曲率半径を調べると６０ｃｍ程度であった。
【００４２】
（レーザ照射工程）
半導体層１３に対するレーザ照射は、図４に示すようなレーザ照射装置を用いる。
【００４３】
図４に示すように、レーザ出射部１から出射されたレーザ光１０は、スキャンレンズ２によって２次元に走査されて、半導体層１３に照射される。ここでは、半導体層１３に対して、レーザ光１０を母材基板１１の主面と反対側の面から照射している。レーザ光１０は光路上に置かれた複数の集光レンズ３によって、半導体層１３上におけるレーザ光１０のビーム径を調節することができる。さらに、レーザ照射装置は、レーザ光１０の透過率が高く且つ可視光の反射率が高いミラー４と、該ミラー４を介して入力される可視光１０ａを受ける画像認識部５とを備えている。画像認識部５は、入力される可視光１０ａにより、半導体層１３におけるレーザ照射位置を認識して、スキャンレンズ２の回転位置を制御する。
【００４４】
第１の実施形態においては、レーザ光源に波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧの３次高調波を用いている。パルス幅は約３０ｎｓで、パルス周期は約５０ｋＨｚとしている。レーザ光１０を集光して約２０μｍ径の円形状ビームとすることにより、１．０Ｊ／ｃｍ2 程度の光密度を得ている。サファイアはレーザ光１０に対して透明であるため、前述したように、母材基板１１の裏面側から該母材基板１１を通して半導体層１３にレーザ光１０を照射している。
【００４５】
レーザ光１０を照射する際には、前述したように、母材基板１１と共に半導体層１３が反っているため、集光レンズ３を調整してレーザ光１０のスポット径が一定となるように制御を行なうことが好ましい。
【００４６】
第１の実施形態においては、レーザ光１０を半導体層１３の凸部領域１１ｂとの界面に沿って選択的に照射する。半導体層１３の凸部領域１１ｂとの界面に沿ってレーザ光１０が連続的に照射されるように、レーザ光１０の走査速度を５０ｃｍ／ｓとする。このとき、凸部領域１１ｂ上において走査方向に隣り合う照射位置の中心間隔は約１０μｍとしている。従って、照射位置の中心間隔がレーザ光１０のビーム径の約２０μｍよりも小さいため、パルス状の照射であっても半導体層１３と母材基板１１との界面を連続的に照射することができる。その上、パルス照射時に走査を止めることなく、すなわち光軸を走査したままで照射を行なったとしても、レーザ光１０を半導体層１３に対して連続的に照射することができる。
【００４７】
図３（ｂ）は照射工程の途中段階の母材基板１１の断面を示している。
【００４８】
半導体層１３はレーザ光を吸収して加熱される。レーザ光のパルス幅が３０ｎｓと短く且つ光密度が大きいため、半導体層１３は、レーザ光が照射された部分が局所的に加熱される。この加熱により、窒化ガリウムからなる半導体層１３におけるレーザ光の照射部分が熱分解されて、ガリウム層１１ｃと窒素ガスとを生じる。
【００４９】
なお、第１の実施形態においては、凸部領域１１ｂの幅よりもレーザ光のビーム径のほうが大きいため、凹状溝１１ａの底部にも部分的にガリウム層１１ｃを生じる。
【００５０】
ガリウム層１１ｃは２５℃以上の温度では液体であり、それ以下の温度でも非常に軟らかい材料であるため、ガリウム層１１ｃを介した母材基板１１と半導体層１３との結合力は極めて小さくなる。その結果、熱膨張係数差による応力が、母材基板１１と半導体層１３との接合部分に集中する。
【００５１】
また、半導体層１３の熱分解によって窒素ガスが発生するため、半導体層１３の熱分解した領域及びその近傍は、窒素ガスにより極めて圧力が高い状態となる。
【００５２】
第１の実施形態は、母材基板１１の主面に凹凸状となる凹凸状領域２０を設けて、該凹凸状領域２０の上に窒化ガリウムからなる半導体層１３を成長している。ここで、このときの半導体層１３に加わる応力を図５に基づいて説明する。
【００５３】
従来のように、平坦な主面を持つ母材基板の出面上に半導体層を成長させる場合は、母材基板と半導体層とは互いの界面の全体で熱膨張係数差による応力を受ける。
【００５４】
第１の実施形態においては、半導体層１３における母材基板１１の隣接する凸部領域１１ｂ同士の上面を結ぶ領域３０に応力が集中する。その上、半導体層１３は熱膨張係数が小さいため、その界面に半導体層１３よりも熱膨張係数が大きい母材基板１１があると、膨張しようとする方向に第１の応力３１を発生する。それに対して、母材基板１１は収縮しようとする方向に第２の応力３２を発生し、これにより、半導体層１３における母材基板１１の凹状溝１１ａに埋め込まれた領域が圧縮される。その結果、第１の応力３１と第２の応力３２とが、半導体層１３の凸部領域１１ｂの上面から主面に平行な方向に該半導体層１３を切断する力となって作用する。
【００５５】
なお、図５に示すように、第１の応力３１と第２の応力３２とによって、半導体層１３に基板面に平行にクラック３３を生じる場合もある。但し、成長後の状態では母材基板１１の凸部領域１１ｂにおいて、半導体層１３と母材基板１１とが接合しているため、半導体層１３が容易に切断されることはない。
【００５６】
従って、レーザ照射によって、半導体層１３と母材基板１１の凸部領域１１ｂとの界面が熱分解する上に、第１の応力３１及び第２の応力３２と、さらに、熱分解により発生した窒素ガスが半導体層１３を押す力とが、半導体層１３の凹状溝１１ａの上側部分に集中する。その上、窒化ガリウムからなる半導体層１３の主面の面方位が（０００１）面であるため、主面に平行な面内で劈開されやすいという性質を持っている。
【００５７】
その結果、レーザ照射によって、母材基板１１の凸部領域１１ｂの上側で半導体層１３が熱分解されると、その応力は半導体層１３における母材基板１１の凹状溝１１ａの上側部分に加わることになり、該半導体層１３が凹状溝１１ａの上側で、半導体層１３を構成する窒化ガリウムの（０００１）面に沿って劈開する。このとき、同時に、高圧の窒素ガスも、半導体層１３が凹状溝１１ａの上側で劈開することにより発散する。
【００５８】
さらに、後述するように、母材基板１１の凹凸状領域２０における凹部と凸部の面積比を最適化すると、母材基板１１の凸部領域１１ｂに対して、１回のレーザ照射によって、半導体層１３の凹状溝１１ａに埋め込まれた部分の半分以上の面積が劈開する。従って、各凸部領域１１ｂへのレーザ照射を繰り返すと、半導体層１３の凹状溝１１ａに埋め込まれた部分を母材基板１１から完全に剥離（分離）することができる。
【００５９】
なお、第１の実施形態においては、レーザ光を凹凸状領域２０を有する母材基板１１を通して基板の主面に対して垂直に照射しているため、凸部領域１１ｂの側面では、照射強度が低下して、半導体層１３の熱分解が完全には起こらない。
【００６０】
以上説明したように、母材基板１１の凸部領域１１ｂの上部における第２の応力３２が、半導体層１３の剥離に重要な役割を果たしている。一方、凸部領域１１ｂの側面における熱分解は剥離には大して寄与しない。むしろ、剥離せず接合したままの方が、凸部領域１１ｂの上部に発生する第２の応力３２を集中させることに効果がある。このため、凸部領域１１ｂの側面の基板面に対する角度は垂直に近いほど好ましく、３０°以上であれば良い。
【００６１】
このような剥離のメカニズムにより、レーザ照射中の半導体層１３には、母材基板１１の主面に垂直な方向に伸展するクラックが生じないことを確認している。
【００６２】
従って、図３（ｃ）に示すように、半導体層１３の凸部領域１１ｂとの界面のすべてにレーザ光を照射することにより、母材基板１１の凹状溝１１ａに半導体層１３の残部１３ａを残したまま、半導体層１３は母材基板１１から剥離する。
【００６３】
次に、図３（ｄ）に示すように、塩化水素によってガリウム層１１ｃを除去し、その後、半導体層１３における母材基板１１との接合面の凹凸部分を研磨して除去することにより、窒化ガリウムからなる半導体層１３から窒化物半導体基板１３Ａを得る。このときの窒化物半導体基板１３Ａは、径が約５．１ｃｍ（２インチ）で、その厚さは約１８０μｍであり、クラックや周縁部に欠けた部分がなく、バルクの状態で存在する。
【００６４】
以上説明したように、第１の実施形態によると、半導体層１３における母材基板１１の凸部領域１１ｂとの界面にのみ選択的にレーザ照射を行なうため、従来のように半導体層１３の全面に対して照射する場合と比べて、レーザの照射時間を削減できるので、レーザ照射工程のスループットを向上することができる。
【００６５】
第１の実施形態においては、母材基板１１における凸部領域１１ｂの総面積は基板の面積の４分の１であるため、レーザ光の照射時間は少なくとも４分の１とすることができる。実際には、基板の全面を照射する場合は、レーザ照射位置が前回に照射した部分に対してもその一部が重なるように照射するため、第１の実施形態に係るレーザ光の照射時間は４分の１以下となる。
【００６６】
具体的には、ビーム径が２０μｍのレーザ光で、照射位置が互いに１０μｍずつ重なるように照射した場合、第１の実施形態においては、径が２インチの半導体層１３に対して約４分でレーザ光の照射が終了する。一方、従来のように半導体層１３の全面に１０μｍずつ重なるように照射すると、レーザ光の照射工程に、およそ３０分もの時間が必要となる。
【００６７】
また、第１の実施形態においては、母材基板１１の凸部領域１１ｂが凹凸状領域２０上でストライプ状に延びているため、レーザ光の光軸の走査が単純化されるので、効率的に照射を行なうことができる。
【００６８】
また、第１の実施形態においては、主面に凹凸状領域２０を有する母材基板１１上に、窒化ガリウムからなる半導体層１３を埋め込み成長しているため、図６に示すように、半導体層１３における母材基板１１の凹状溝１１ａの上側部分において、貫通欠陥３３が凹状溝１１ａの中央付近に向かって伸展し、複数の貫通欠陥３３同士が結合することにより、貫通欠陥３３の数が低減する。このため、半導体層１３の表面における貫通欠陥の密度は凹状溝１１ａの上側では、約１×１０6 ｃｍ-2である。
【００６９】
従って、得られた窒化物半導体基板１３Ａを用いて素子を形成する場合には、貫通欠陥３３が低減された領域に素子の機能部分を設けるのが好ましい。なお、凹状溝１１ａ以外の領域の貫通欠陥３３は、半導体層１３における凸部領域１１ｂ上に凹部を設けて凹凸状領域を新たに設け、再度、新たな凹凸状領域の上に窒化ガリウムを成長することにより低減することができる。
【００７０】
ところで、従来のサファイアからなる基板上に成長した窒化ガリウムからなる半導体層における欠陥密度は、１×１０9 ｃｍ-2程度である。
【００７１】
このように、第１の実施形態によると、レーザ光の照射時間を４分の１以下と著しく低減できる上に、欠陥密度をも低減された窒化物半導体基板１３Ａを確実に得ることができる。
【００７２】
なお、第１の実施形態においては、母材基板１１の主面に凹凸状領域２０を形成する方法として、ＲＩＥ法を用いたが、これに限らず、凹凸状領域２０の形成条件及び形成方法は、特に限定されず、例えば、イオンミリング法又はＥＣＲエッチング法等を用いることができる。さらには、サンドブラスト又は研磨等による物理的手段を用いても良く、また、選択成長等の堆積法を用いても良い。
【００７３】
また、母材基板１１が多層構造を持つ場合には、その表面の少なくとも１層に凹凸状領域２０を設ければ良い。
【００７４】
また、第１の実施形態においては、母材基板１１の凹状溝１１ａの深さを約１μｍとしたが、浅くし過ぎると、凹状溝１１ａに埋め込まれる半導体層１３が受ける応力（第２の応力３２）が小さくなるため、半導体層１３がその（０００１）面に沿って劈開されにくくなる。従って、凹状溝１１ａの深さは、深い方が好ましく、０．１μｍ以上とするのが好ましい。
【００７５】
また、第１の実施形態においては、ストライプ方向をサファイアの晶帯軸の＜１−１００＞方向としたが、母材基板１１に用いる材料によっては、該母材基板１１と窒化ガリウムからなる半導体層１３との面方位の関係が異なる場合がある。その場合は、窒化ガリウムの晶帯軸の＜１１−２０＞方向がストライプ方向と一致することが好ましい。例えば、母材基板１１として、炭化珪素（ＳｉＣ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた場合には、該母材基板１１と窒化ガリウムの面方位が一致するため、ストライプ方向を窒化ガリウムの晶帯軸の＜１１−２０＞方向とすることが好ましい。
【００７６】
また、第１の実施形態においては、半導体層１３の成長温度を約１０００℃としたが、母材基板１１の凹状溝１１ａを平坦に埋め込むためには好ましい温度範囲があり、９００℃以上とすることが好ましい。また、温度を高くする程、凹状溝１１ａが埋め込まれ易い傾向にある。一方、温度を極端に高くすると、窒化ガリウムの成長よりも昇華が支配的となって半導体層１３が成長しなくなるため、第１の実施形態の成長条件では、半導体層１３の成長温度は１５００℃以下とすることが好ましい。
【００７７】
また、第１の実施形態においては、母材基板１１の凹状溝１１ａの幅を約３０μｍとし、凸部領域１１ｂの幅を約１０μｍとしたが、凹部及び凸部の面積比には好ましい範囲がある。すなわち、凹状溝１１ａの幅が占める面積の上限は、凸部領域１１ｂのみに対する照射によって窒化ガリウムの面方位の（０００１）面に沿った劈開が生じて、半導体層１３の全体が母材基板１１から剥離されることが条件である。従って、この条件から、凹状溝１１ａの幅が占める面積は、凸部領域１１ｂの幅が占める面積の約１００倍以下とすることが好ましい。一方、凹状溝１１ａの幅が占める面積は小さくし過ぎると、レーザ光の照射を行なったときの応力（第２の応力３２）が開放されないため、半導体層１３に、基板面に垂直な方向のクラックを生じて、所望の窒化物半導体基板１３Ａを得られなくなる。そこで、凹状溝１１ａの幅が占める面積は、凸部領域１１ｂの幅が占める面積の５分の１以上とすることが好ましい。
【００７８】
また、第１の実施形態においては、レーザ光の光密度を約１．０Ｊ／ｃｍ2 としたが、レーザ光の光密度には下限があり、半導体層１３を分解できる以上の光密度が必要である。窒化ガリウムを分解するために必要な光密度は、半導体層１３に直射した場合では、約０．１ｍＪ／ｃｍ2 以上である。レーザ光が半導体層１３に到達した時点では、母材基板１１の表面における反射及び散乱、及び母材基板１１と半導体層１３との界面における反射及び散乱等により、入射されるレーザ光のうちの十数％は低減されていると考えられる。
【００７９】
また、第１の実施形態においては、凸部領域１１ｂをストライプパターンとしたが、他のパターンでも、直線状に連続するパターンであれば、レーザ光の光軸の走査が単純化されて好ましい。さらに、渦巻状のような一筆書きパターンとすると、１回の走査で半導体層１３の全体をレーザ照射できるため好ましい。なお、この場合においても、凸部領域１１ｂのパターンの側面は、窒化ガリウムの｛１−１０１｝面と一致するように設けることがより好ましい。
【００８０】
また、第１の実施形態においては、レジストパターン１２をエッチングマスクとしたが、マスク材はレジストに限られず、他の材料であっても、サファイアとのエッチング選択比が極端に小さくない限りは用いることができる。例えば、レジストに代えて、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなる誘電体膜、又はニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）又はタングステン（Ｗ）等の金属膜を用いることができる。
【００８１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８２】
図７（ａ）〜図７（ｃ）乃至図９（ａ）〜図９（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００８３】
第２の実施形態は、凹凸状領域２０における凸部の形状をストライプパターンに代えてドットパターンとしている。ここでは、第１の実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００８４】
まず、図７（ａ）に示すように、径が約５．１ｃｍ（２インチ）で厚さが約７００μｍのサファイアからなる母材基板１１を用意する。母材基板１１の主面の面方位は（０００１）面であり、主面とその反対側の面（裏面）とは共に鏡面仕上げがされている。
【００８５】
（母材基板加工工程）
次に、図７（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、母材基板１１の主面上に、１つの径が約１０μｍで隣接間の中心位置の距離が約３０μｍのドットパターンを有するレジストパターン１２Ａを形成する。
【００８６】
レジストパターン１２Ａは、図８の平面図に示すように、一辺が３０μｍの正三角形を最密に並べたときの各正三角形の頂点の位置に配置されている。このときの正三角形の一辺がサファイアの面方位の｛１−１００｝面と一致するようにパターニングされている。なお、母材基板１１の周縁部において、ドットパターンが欠けていると、欠けた部分において半導体層１３は良好に成長しない虞があるため、母材基板１１の周縁部にはドットパターンを配置しないようにしている。
【００８７】
次に、図７（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同等の条件のＲＩＥ法により、レジストパターン１２Ａをマスクとして母材基板１１にエッチングを行なって、母材基板１１の主面が１μｍ程度の深さに掘り下げられてなる低部１１ｄを形成する。その後、レジストパターン１２Ａを除去することにより、該レジストパターン１２Ａが転写されてなり、それぞれがドット状を有する複数の凸部１１ｅを形成する。凸部１１ｅの断面形状は図２（ｂ）とほぼ同等であり、凸部１１ｅの幅は約１０μｍである。凸部１１ｅの側面は上部の径が下部の径よりも約０．５μｍ小さくなるサイドエッチングがなされている。また、隣接する凸部１１ｅ同士の中心位置の距離は約３０μｍである。
【００８８】
（窒化物半導体成長工程）
次に、図９（ａ）に示すように、アンモニアと塩化ガリウムとを原料とするＨＶＰＥ法により、第１の実施形態と同等の条件により、母材基板１１の凹凸状領域２０の上に、窒化ガリウムからなる半導体層１３を成長する。
【００８９】
凸部１１ｅの平面形状は円形（ドット）状であるが、窒化ガリウムの｛１−１０１｝面の成長速度は比較的小さいため、厚さが１μｍ程度の半導体層１３を成長した段階で、凸部１１ｅの側面は、６つの｛１−１０１｝面と主面の（０００１）面とにより囲まれた窒化ガリウムに覆われる。その上、凸部１１ｅの配置を図７（ｃ）及び図８のように設定しているため、隣り合う凸部１１ｅから張り出してくる窒化ガリウムが｛１−１０１｝面で合体して、その結果、低部１１ｄは平坦に埋め込まれる。半導体層１３により低部１１ｄが埋め込まれた後も、半導体層１３の厚さが凸部１１ｅの上側で約２００μｍとなるまで成長させる。これにより、凹凸状領域２０の低部１１ｄは半導体層１３により埋め込まれ、半導体層１３の表面は平坦となる。その後、室温付近にまで基板温度を降下させると、半導体層１３と母材基板１１との熱膨張係数の差によって、図９（ａ）に示すように母材基板１１に反りが生じる。このときに生じた反りは、基板面上の方向にはほとんど依存せず、その曲率半径は１ｍ程度となる。
【００９０】
（レーザ照射工程）
第２の実施形態においても、図４に示したレーザ照射装置を用いる。照射条件も同等としている。例えば、レーザ光のビーム径は約２０μｍであり、レーザ光の出射のパルス周期は約５０ｋＨｚである。このとき、凸部１１ｅの径は約１０μｍであり、ビーム径の約２０μｍよりも小さいため、１回のパルス照射で１つの凸部１１ｅを照射することができる。
【００９１】
第２の実施形態の特徴として、レーザ光の出射周期を凸部１１ｅの形成位置に同期して照射している。具体的には、前述したように隣接する凸部１１ｅ同士の中心位置の距離は約３０μｍであり、パルス周波数が５０ｋＨｚであることから、走査速度を１５０ｃｍ／ｓとすることにより、ドット状で且つ列状に配置された凸部１１ｅの位置に同期してパルス照射を行なうことができる。このとき、図４に示した画像認識部５からの位置情報をスキャンレンズ２にフィードバックして、照射位置を微調整しながらレーザ光の照射を行なうことが好ましい。
【００９２】
前述したように、半導体層１３は、照射されたレーザ光を吸収して加熱される。レーザ光のパルス幅が約３０ｎｓと短く且つ光密度が大きいため、半導体層１３はレーザ光が照射された部分が局所的に加熱される。この加熱により、半導体層１３におけるレーザ光の照射部分が熱分解されて、ガリウム層１１ｃと窒素ガスとを生じる。
【００９３】
第２の実施形態においては、母材基板１１のレーザ照射位置である凸部１１ｅの周囲には、低部１１ｄが形成されているため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、レーザ光の照射によって、半導体層１３における凸部１１ｅの近傍部分が熱分解されると、凸部１１ｅの上部の収縮に向かう応力は、半導体層１３における低部１１ｄの上側部分が該半導体層１３を構成する窒化ガリウムの面方位の（０００１）面で劈開することにより解放される。また、熱分解により生じた高圧の窒素ガスも、半導体層１３が母材基板１１から剥離することにより発散される。
【００９４】
このような剥離のメカニズムにより、第２の実施形態においては、レーザ照射中に半導体層１３に対して、母材基板１１の主面に垂直な方向に伸展するクラックが生じない。
【００９５】
従って、図９（ｂ）に示すように、半導体層１３の凸部１１ｅとの界面のすべてにレーザ光を照射することにより、母材基板１１の低部１１ｄの上に半導体層１３の残部１３ａを残したまま、半導体層１３は母材基板１１から剥離する。
【００９６】
次に、図９（ｃ）に示すように、塩化水素によってガリウム層１１ｃを除去し、その後、半導体層１３における母材基板１１との接合面の凹凸部分を研磨して除去することにより、窒化ガリウムからなる半導体層１３から窒化物半導体基板１３Ａを得る。このときの窒化物半導体基板１３Ａは、径が約５．１ｃｍ（２インチ）で、その厚さは約１８０μｍであり、クラックや周縁部に欠けた部分がなく、バルクの状態で存在する。
【００９７】
以上説明したように、第２の実施形態によると、半導体層１３の凸部１１ｅとの界面にのみ選択的にレーザ照射を行なうため、従来のように半導体層１３の全面に対して照射する場合と比べて、レーザの照射時間を削減できるので、レーザ照射工程のスループットを向上することができる。
【００９８】
その上、ドット状の各凸部１１ｅが分散して配置されているため、１つの凸部１１ｅに対して１つのレーザパルスを照射することにより、半導体層１３の凸部１１ｅとの界面を局所的に加熱して剥離している。その結果、レーザの照射位置が互いに重なるように照射する必要がなくなるため、第１の実施形態と比べても、レーザ光の照射時間をさらに短縮することができる。
【００９９】
具体的には、第２の実施形態においては、ビーム径が約２０μｍのレーザ光を用い、径が２インチの半導体層１３に対してわずか約１分３０秒でレーザ光の照射を終了することができる。一方、従来の照射方法では、前述したように、レーザ光の照射工程に３０分程度の時間を要しており、第２の実施形態に係る製造方法は、レーザ照射工程の著しい短縮を可能とする。
【０１００】
また、第２の実施形態においては、凸部１１ｅを周期的なドットパターンとしているため、レーザ光の光軸の走査が単純化されるので、効率的にレーザ照射を行なうことができる。
【０１０１】
また、第２の実施形態においては、主面に凹凸状領域２０を有する母材基板１１の主面上に、窒化ガリウムからなる半導体層１３を埋め込み成長しているため、半導体層１３の表面における貫通欠陥密度は低部１１ｄの上側では約１×１０6 ｃｍ-2である。
【０１０２】
以上示したように、第２の実施形態によると、半導体層１３に対するレーザ照射時間を約１分３０秒と著しく低減できる上に、欠陥密度が著しく低減した領域を有する窒化物半導体基板１３Ａを得ることができる。
【０１０３】
なお、第２の実施形態においては、各凸部１１ｅの平面形状を円形状としたが、レーザ光のビーム径に納まる形状であれば、その平面形状は問われない。
【０１０４】
また、凸部１１ｅの配置パターンは、より好ましくは、図８に示したように、凸部１１ｅが配置された辺の方向が、窒化ガリウムの面方位の｛１−１０１｝面と一致するように構成するのが良い。
【０１０５】
また、第２の実施形態においては、凸部１１ｅの配置パターンを、正三角形が最密に並んだ場合の各正三角形の頂点位置としたが、他の配置パターンであっても、レーザ照射される面積を少なくして、レーザ照射工程を短縮することができる。
【０１０６】
さらに、この場合において、前述したように、成長する窒化ガリウムの｛１−１０１｝面同士が合体するように凸部１１ｅを配置することが好ましい。また、この場合において、凸部１１ｅを周期的に配置することにより、レーザ光の光軸の走査を単純化することが、より好ましい。
【０１０７】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０８】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）及び図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１０９】
第３の実施形態は、母材基板における凹凸状領域２０を構成するドットパターンに対するレーザの照射方法を変えている。ここでは、第２の実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【０１１０】
まず、図１０（ａ）に示すように、径が約５．１ｃｍ（２インチ）で厚さが約７００μｍのサファイアからなる母材基板１１を用意する。母材基板１１の主面の面方位は（０００１）面であり、主面とその反対側の面（裏面）とは共に鏡面仕上げがされている。
【０１１１】
（母材基板加工工程）
次に、図１０（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、母材基板１１の主面上に、１つの径が約１０μｍで隣接間の中心位置の距離が約３０μｍのドットパターンを有するレジストパターン１２Ａを形成する。このときのドットパターンの平面形状は図８に示したパターンと同一である。
【０１１２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、第２の実施形態と同等の条件のＲＩＥ法により、レジストパターン１２Ａをマスクとして母材基板１１にエッチングを行なって、母材基板１１の主面が１μｍ程度の深さに掘り下げられてなる低部１１ｄを形成する。その後、レジストパターン１２Ａを除去することにより、該レジストパターン１２Ａが転写されてなる、それぞれがドット状の複数の凸部１１ｅを形成する。凸部１１ｅの断面形状は図２（ａ）とほぼ同等であり、凸部１１ｅの幅は約１０μｍである。凸部１１ｅの側面は上部の径が下部の径よりも約０．５μｍ小さくなるサイドエッチングがなされている。また、隣接する凸部１１ｅ同士の中心位置の距離は約３０μｍである。
【０１１３】
（窒化物半導体成長工程）
次に、図１１（ａ）に示すように、アンモニアと塩化ガリウムとを原料とするＨＶＰＥ法により、第２の実施形態と同等の条件により、母材基板１１の凹凸状領域２０の上に、窒化ガリウムからなる半導体層１３を、その厚さが凸部１１ｅの上側で約２００μｍとなるまで成長させる。これにより、凹凸状領域２０の低部１１ｄは半導体層１３により埋め込まれ、半導体層１３の表面は平坦となる。その後、室温付近にまで基板温度を降下させると、半導体層１３と母材基板１１との熱膨張係数の差によって、図１１（ａ）に示すように母材基板１１に反りが生じる。このときに生じた反りは、基板面上の方向にはほとんど依存せず、その曲率半径は１ｍ程度となる。
【０１１４】
（レーザ照射工程）
第３の実施形態においては、図４に示したレーザ照射装置におけるレーザ出射部１の出力値を大きくしている。レーザ光には、波長が３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を用いる。レーザ光が高出力であるため、レーザ光のビーム径を５ｍｍ程度にまで大きくしても、約２．０Ｊ／ｃｍ2 の光密度を得ることができる。但し、パルス周期は高出力であるために小さく、約１０Ｈｚである。パルス幅は約１０ｎｓとしており、母材基板１１と半導体層１３との界面を局所的に加熱するのに十分なパルス幅である。
【０１１５】
ここでも、第１及び第２の実施形態と同様に、サファイアはレーザ光に対して透明であるため、母材基板１１の裏面側から該母材基板１１を通して半導体層１３にレーザ光を照射する。
【０１１６】
レーザ光の半導体層１３に対する照射は、少なくとも半導体層１３における凸部１１ｅとの界面を照射する必要があるため、ここでは、半導体層１３の全面にわたって照射する。具体的には、照射部分が２ｍｍずつ重なるように、母材基板１１の周縁部から内側に向かって順次照射する。なお、レーザ光の走査時の線速度を約３０ｃｍ／ｓとすることにより、２ｍｍずつ照射位置を重ねることができる。すなわち、母材基板１１の外縁部に沿ってレーザ照射を行ない、１周分のレーザ照射を終えると照射位置を３ｍｍだけ母材基板１１の内側にずらすことにより、半径方向の照射位置を２ｍｍずつ重ねることができる。
【０１１７】
前述したように、半導体層１３は、照射されたレーザ光を吸収して加熱される。レーザ光のパルス幅が約１０ｎｓと短く且つ光密度が大きいため、半導体層１３は、レーザ光が照射された部分が局所的に加熱される。この加熱により、半導体層１３におけるレーザ光の照射部分が熱分解されて、ガリウム層１１ｃと窒素ガスとを生じる。
【０１１８】
第３の実施形態においては、母材基板１１のレーザ照射位置には、低部１１ｄが形成されているため、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、レーザ光の照射によって、半導体層１３における母材基板１１との界面部分が熱分解されると、凸部１１ｅの上部の収縮に向かう応力は、半導体層１３におけるレーザ光が照射されていない低部１１ｄの上側部分が該半導体層１３を構成する窒化ガリウムの面方位の（０００１）面で劈開することにより解放される。また、熱分解により生じた高圧の窒素ガスも、半導体層１３が（０００１）面で劈開することにより発散される。
【０１１９】
このような剥離のメカニズムにより、第３の実施形態においては、レーザ照射中に半導体層１３に対して、その主面に垂直な方向に伸展するクラックが生じない。第３の実施形態においては、半導体層１３の母材基板１１との界面の全面を照射することにより、半導体層１３の母材基板１１との界面のほぼ全面にガリウム層１１ｃを生じる。また、約２．０Ｊ／ｃｍ2 とレーザ光強度が大きいため、母材基板１１の凸部１１ｅの側面にもガリウム層１１ｃを生じる。このガリウム層１１ｃの結合力は非常に小さいため、図１１（ｂ）に示すように、半導体層１３を持ち上げるだけで半導体層１３が母材基板１１から容易に剥離される。このとき、母材基板１１の低部１１ｄの上側には、半導体層１３における（０００１）面のクラックによって劈開された残部１３ａが生じることがある。
【０１２０】
次に、図１１（ｃ）に示すように、塩化水素によってガリウム層１１ｃを除去し、その後、半導体層１３における母材基板１１との接合面の凹凸部分を研磨して除去することにより、窒化ガリウムからなる半導体層１３から窒化物半導体基板１３Ａを得る。このときの窒化物半導体基板１３Ａは、径が約５．１ｃｍ（２インチ）で、その厚さは約１８０μｍであり、クラックや周縁部に欠けた部分がなく、バルクの状態で存在する。
【０１２１】
以上説明したように、第３の実施形態によると、母材基板１１の凹凸状領域２０には、複数の凸部１１ｅが約３０μｍの間隔で分散して形成されているが、照射するレーザ光のビーム径が５ｍｍと大きいため、一度に約１万個以上の凸部１１ｅに照射できるので、照射時間を著しく低減することができる。具体的には、第３の実施形態においては、径が２インチの半導体層１３に対してわずか１分程度でレーザ照射を終えることができる。
【０１２２】
なお、第３の実施形態においては、レーザ照射時にレーザ光が母材基板１１の凸部１１ｅの一部にのみ照射されて、その近傍の半導体層１３が熱分解される場合がある。この場合でも、半導体層１３には、母材基板１１の主面に垂直な方向のクラックが生じることはなく、半導体層１３における低部１１ｄの上側部分が半導体層１３の面方位の（０００１）面に沿って劈開する。このため、パルス照射のビーム径を大きくしても、母材基板１１の収縮応力が集中して半導体層１３にクラックが導入されたり、割れたりすることを防ぐことができる。
【０１２３】
また、第３の実施形態においても、主面に凹凸状領域２０を有する母材基板１１の主面上に、窒化ガリウムからなる半導体層１３を埋め込み成長しているため、半導体層１３の表面における貫通欠陥密度は低部１１ｄの上側では約１×１０6 ｃｍ-2である。
【０１２４】
以上説明したように、レーザ光のビーム径を大きくすることにより、レーザ照射時間を著しく低減できる上に、クラックや割れがなく、欠陥密度を著しく低減した領域を有する窒化物半導体基板１３Ａを得ることができる。
【０１２５】
なお、第３の実施形態においては、半導体層１３の全面に対してレーザ光の照射を行なっているが、半導体層１３における少なくとも母材基板１１の凸部１１ｅとの界面部分を照射すれば良い。その場合には、半導体層１３の全面を照射する場合と比べて、レーザ光の照射時間を短くすることができる。
【０１２６】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。
【０１２７】
第４の実施形態は、第２の実施形態に係る凹凸状領域２０における凸部１１ｅ同士の間隔を変更して最適なドットパターンの配置を得るようにする。
【０１２８】
ここでは、図７（ｃ）に示す凹凸領域２０において、凸部１１ｅが占める面積と低部１１ｄが占める面積との比を変化させることにより、母材基板１１と半導体層１３との剥離の様子を調べる。
【０１２９】
例えば、第１の例として、凹凸状領域２０において低部１１ｄが占める面積が凸部１１ｅが占める面積の約５分の１未満とすると、半導体層１３にレーザ光を照射して半導体層１３の一部を熱分解するときに、該半導体層１３がその面方位の（０００１）面で劈開する領域が不十分となるため、半導体層１３の表面方向に伸展するクラックが発生する。
【０１３０】
なお、低部１１ｄの面積が凸部１１ｅの面積の約５分の１とする場合は、凸部１１ｅ同士がつながってしまい、低部１１ｄは凸部１１ｅ内に断面凹状に散在するような状態になっている。
【０１３１】
第２の例として、凹凸状領域２０において低部１１ｄが占める面積が凸部１１ｅが占める面積の約５分の１以上とすると、作製した複数の試料において、半導体層１３に発生するクラックが該半導体層１３の表面方向には伸展せず、径が約５．１ｃｍ（２インチ）の窒化ガリウムからなるバルク状の基板が得られる場合がある。
【０１３２】
従って、より好ましくは、低部１１ｄが占める面積を凸部１１ｅが占める面積の２分の１以上とすることにより、複数の試料のほぼ全点において２インチの窒化ガリウムからなるバルク状の基板を得ることができる。
【０１３３】
第３の例として、低部１１ｄが占める面積が凸部１１ｅが占める面積よりも大きい場合を検証する。
【０１３４】
低部１１ｄが占める面積が凸部１１ｅが占める面積の約１００倍を超えると、凸部１１ｅのすべてにレーザ光を照射したとしても、半導体層１３がその（０００１）面で劈開する領域が低部１１ｄとの界面の全体に達し得ない。このため、母材基板１１から半導体層１３を剥離することができなくなる。半導体層１３を母材基板１１から確実に剥離するには、低部１１ｄが占める面積を凸部１１ｅが占める面積の１００倍以下とする必要がある。
【０１３５】
より好ましくは、凹凸状領域２０において低部１１ｄが占める面積を凸部１１ｅが占める面積の２０倍以下とすることにより、作製した複数の試料のほぼ全点において２インチの窒化ガリウムからなるバルク状の基板を得ることができる。
【０１３６】
なお、低部１１ｄが占める面積が大き過ぎるため、母材基板１１から半導体層１３が剥離できなかった場合には、母材基板１１と半導体層１３との接合領域に対してレーザ光の照射を再度行なうことにより、半導体層１３全面の剥離が可能となることは言うまでもない。
【０１３７】
なお、第４の実施形態において、凸部１１ｅの配置が凹凸状領域２０上で極端に偏っている場合、例えば、母材基板１１の主面上の半分の領域にすべての凸部１１ｅが集中しているような場合には、前述した結果が当てはまらないことは言うまでもない。しかしながら、例えば、凹凸状領域２０の数十個の凸部１１ｅを含む領域において凸部１１ｅの密度を調べ、その密度がほぼ均一であるような場合には、前述した結果を援用することができる。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法によると、母材基板の主面に凹凸状領域を形成するため、レーザ光が照射された部分の応力が、窒化物からなる半導体層における母材基板の凹部を埋めた部分と他の部分とが基板面に平行に劈開することにより開放されるため、基板面に垂直な方向のクラック及び割れが生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示し、（ａ）は凹凸状領域の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法に用いるレーザ出射装置の模式的な構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法において母材基板と半導体層との界面に生じる応力を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法において母材基板上に成長した半導体層に生じる貫通欠陥を模式的に示した断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法におけるドットパターン形成用のレジストパターンを示す平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【符号の説明】
１      レーザ出射部
２      スキャンレンズ
３      集光レンズ
４      ミラー
５      画像認識部
１０    レーザ光
１０ａ  可視光
１１    母材基板
１１ａ  凹状溝
１１ｂ  凸部領域
１１ｃ  ガリウム層
１１ｄ  低部
１１ｅ  凸部
１２    レジストパターン
１２Ａ  レジストパターン
１３    半導体層
１３ａ  残部
１３Ａ  窒化物半導体基板
２０    凹凸状領域
３１    第１の応力
３２    第２の応力
３３    貫通欠陥
【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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