(57)【要約】【課題】反りの少ない半導体ウエハを製造するために好適に用いられる支持基板および支持基板と半導体膜とを含む複合基板、ならびに支持基板および複合基板を用いた半導体ウエハの製造方法を提供する。【解決手段】支持基板１１は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む。複合基板１は、上記の支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている半導体膜１３と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、
前記アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、前記不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、
結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む支持基板。
【請求項２】
１１００℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以上である請求項１に記載の支持基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の支持基板と、前記支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む複合基板。
【請求項４】
アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、前記アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、前記不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む支持基板と、前記支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む複合基板を準備する工程と、
前記複合基板の前記半導体膜上に少なくとも１層の半導体層を成長させることにより半導体層付複合基板を形成する工程と、
前記半導体層付複合基板から前記支持基板を除去することにより半導体ウエハを形成する工程と、を含む半導体ウエハの製造方法。
【請求項５】
前記複合基板に含まれる前記支持基板は、１１００℃におけるヤング率が１５０ＧＰａ以上である請求項４に記載の半導体ウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの製造に好適に用いられる支持基板および支持基板と半導体膜とを含む複合基板、ならびに支持基板および複合基板を用いた半導体ウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮウエハなどのＩＩＩ族窒化物の半導体ウエハは、発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスの基板および／または半導体層として好適に用いられる。かかる半導体ウエハを製造するための下地基板としては、その下地基板と半導体ウエハとの間で、格子定数および熱膨張係数を一致させるまたは一致に近づける観点から、半導体ウエハと化学組成が同じまたは近似しているものが優れている。ところが、半導体ウエハがＧａＮウエハなどの場合は、下地基板として最も優れるＧａＮ基板は非常に高価であり、また、主面の直径が２インチを超える大口径のＧａＮ基板の入手は困難である。
【０００３】
このため、ＧａＮウエハを形成するための下地基板として、一般に、サファイア基板が用いられている。しかしながら、サファイア結晶とＧａＮ結晶とでは、それらの格子定数および熱膨張係数が大きく異なる。
【０００４】
このため、サファイア結晶とＧａＮ結晶との間の格子定数の不整合を緩和して結晶性が良好なＧａＮウエハを形成するために、たとえば、特開平０４−２９７０２３号公報（特許文献１）は、サファイア基板にＧａＮ結晶を成長させる際に、サファイア基板上にＧａＮバッファ層を形成し、そのＧａＮバッファ層上にＧａＮ結晶層を成長させることを開示する。
【０００５】
また、ＧａＮ結晶の熱膨張係数に近い熱膨張係数の支持基板とＧａＮ単結晶膜との複合基板を用いて結晶性が高く反りの小さいＧａＮ系膜を得るために、たとえば、特開２０１２−１２１７８８号公報（特許文献２）は、主面内の熱膨張係数がＧａＮ結晶の熱膨張係数に比べて０．８倍より大きく１．２倍より小さい酸化物焼結体支持基板と支持基板の主面側に配置されているＧａＮ単結晶膜とを含む複合基板のＧａＮ単結晶膜上にＧａＮ系膜を成長させた後、支持基板をエッチングにより除去することを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０４−２９７０２３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特開平０４−２９７０２３号公報（特許文献１）においては、サファイア結晶の熱膨張係数がＧａＮ結晶の熱膨張係数に比べて非常に大きいため、主面の直径が大きくなるほど、反りの小さいＧａＮ膜を得ることが困難という問題があった。
【０００８】
一方、上記の特開２０１２−１２１７８８号公報（特許文献２）においては、複合基板の単結晶膜上に１０００℃を超える高温でＧａＮ系膜を成長させると、支持基板のヤング率が低下するため、反りの小さいＧａＮ系膜を得ることが困難いう問題点があった。
【０００９】
そこで、反りの少ない半導体ウエハを製造するために好適に用いられる支持基板および支持基板と半導体膜とを含む複合基板、ならびに支持基板および複合基板を用いた半導体ウエハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様にかかる支持基板は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む。
【００１１】
本発明の別の態様にかかる複合基板は、上記の態様にかかる支持基板と、支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様にかかる半導体ウエハの製造方法は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む支持基板と、支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む複合基板を準備する工程と、複合基板の半導体膜上に少なくとも１層の半導体層を成長させることにより半導体層付複合基板を形成する工程と、半導体層付複合基板から支持基板を除去することにより半導体ウエハを形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１３】
上記によれば、反りの少ない半導体ウエハを製造するために好適に用いられる支持基板および支持基板と半導体膜とを含む複合基板、ならびに支持基板および複合基板を用いた半導体ウエハの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のある態様にかかる支持基板のある例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の別の態様にかかる複合基板のある例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の別の態様にかかる複合基板を製造する方法のある例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の別の態様にかかる複合基板を製造する方法の別の例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の別の態様にかかる複合基板を製造する方法のさらに別の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明のさらに別の態様にかかる半導体ウエハの製造方法のある例を示す概略断面図である。
【図７】本発明のある態様にかかる支持基板における温度とヤング率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜本発明の実施形態の説明＞
本発明のある実施形態にかかる支持基板は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む。本実施形態の支持基板は、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であることからエッチングによる除去が容易であるとともに、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であることから１０００℃を越える高温雰囲気下においても支持基板のヤング率が高く維持されるために反りの小さい半導体ウエハの製造が可能である。
【００１６】
本実施形態の支持基板は、１１００℃におけるヤング率を１５０ＧＰａ以上とすることができる。これにより、１１００℃の高温雰囲気下においても支持基板のヤング率が１５０ＧＰａ以上に高く維持されるために反りの小さい半導体ウエハの製造が可能である。
【００１７】
本発明の別の実施形態にかかる複合基板は、上記の実施形態の支持基板と、支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む。本実施形態の複合基板は、複合基板に含まれる支持基板が、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であることからエッチングによる除去が容易であるとともに、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であることから１０００℃を越える高温雰囲気下においても支持基板のヤング率が高く維持されるために、反りの小さい半導体ウエハの製造が可能である。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態にかかる半導体ウエハの製造方法は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む支持基板と、支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む複合基板を準備する工程と、複合基板の半導体膜上に少なくとも１層の半導体層を成長させることにより半導体層付複合基板を形成する工程と、半導体層付複合基板から支持基板を除去することにより半導体ウエハを形成する工程と、を含む。本実施形態の半導体ウエハの製造方法は、複合基板に含まれる支持基板が、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であることからエッチングによる除去が容易であるとともに、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であることから１０００℃を越える高温雰囲気下においても支持基板のヤング率が高く維持されるために、反りの小さい半導体ウエハの製造が可能である。
【００１９】
本実施形態の半導体ウエハの製造方法は、複合基板に含まれる支持基板の１１００℃におけるヤング率を１５０ＧＰａ以上とすることができる。これにより、１１００℃の高温雰囲気下においても支持基板のヤング率が１５０ＧＰａ以上に高く維持されるために反りの小さい半導体ウエハの製造が可能である。
【００２０】
＜本発明の実施形態の詳細＞
［実施形態１：支持基板］
（支持基板）
図１に示すように、本実施形態の支持基板１１は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む。
【００２１】
本実施形態の支持基板１１は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む。アルミニウム原子およびケイ素原子は、結晶相として少なくともムライト相およびアルミナ相を形成し、任意にそれらの相（ムライト相およびアルミナ相）以外の領域を形成する。ここで、それらの相以外の領域とは、たとえば、シリカ相、アルカリ土類金属元素原子の酸化物相、アルカリ土類金属元素原子およびアルミニウム原子の酸化物相、アルカリ土類金属元素原子およびケイ素原子の酸化物相、アルカリ土類金属元素原子、アルミニウム原子およびケイ素原子の酸化物相、不可避不純物金属元素原子を含む相などが挙げられる。また、０．００１質量％以上１０質量％以下のアルカリ土類金属元素原子は、ムライト相、アルミナ相、および任意にそれらの相以外の領域に、アルカリ土類金属元素原子含有領域を形成する。また、０．００１質量％未満のジルコニウム原子は、ムライト相、アルミナ相、および任意にそれらの相以外の領域に、ジルコニウム原子含有領域を形成する。
【００２２】
本実施形態の支持基板１１は、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含むことから、支持基板１１の線熱膨張係数αSを、図２に示す複合基板１の半導体膜１３の線熱膨張係数αfおよび図６に示す半導体ウエハの半導体層の線熱膨張係数αlと同じまたは近似（たとえば、０．８≦αS／αf≦１．２および０．８≦αS／αl≦１．２、好ましくは０．８５≦αS／αf≦１．１および０．８５≦αS／αl≦１．１）となるように調整することにより、図６に示すように、支持基板１１とその主面１１ｍ側に配置された半導体膜１３とを含む複合基板１の半導体膜１３上に少なくとも１層の半導体層２０を成長させているときの反り量を低減できるため、反りの少ない半導体ウエハの製造が可能である。
【００２３】
さらに、支持基板１１の１１００℃におけるヤング率を高くする観点から、支持基板１１におけるムライト相の含有量は、３５質量％以上５５質量％以下が好ましく、３５質量％以上４７．５質量％以下がより好ましく、３５質量％以上４２．５質量％以下がさらに好ましい。また、上記と同じ観点から、支持基板１１におけるアルミナ相の含有量は、４５質量％以上６５質量％以下が好ましく、５２．５質量％以上６５質量％以下がより好ましく、５７．５質量％以上６５質量％以下がさらに好ましい。ここで、ムライト相およびアルミナ相の同定および含有量の分析は、ＸＲＤ（Ｘ線回折）法により行なう。
【００２４】
ここで、複合基板１の半導体膜１３およびその上に成長させる少なくとも１層の半導体層２０がＧａＮを含むＩＩＩ族窒化物半導体で形成されている場合は、ＧａＮのｃ軸に垂直な方向の線熱膨張係数（本発明においては、２５℃基準の８００℃における線熱膨張係数をいう。以下同じ。）が５．９×１０-6℃-1であることから、複合基板１の半導体膜１３およびその上に成長させる半導体層２０の反りを低減する観点から、支持基板１１の線熱膨張係数αSが５．０×１０-6℃-1以上６．５×１０-6℃-1以下であることがさらに好ましく、５．５×１０-6℃-1以上６．０×１０-6℃-1以下であることが特に好ましい。
【００２５】
本実施形態の支持基板１１は、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であることから、かかるアルカリ土類金属元素原子により、ムライト相、アルミナ相および任意にそれらの相以外の領域の少なくとも一部に形成されるアルカリ土類金属元素原子含有領域がアルカリ土類金属元素原子含有領域以外の領域に比べてエッチングされやすいため、エッチングによる除去が容易である。
【００２６】
本実施形態の支持基板１１は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子および不可避不純物金属元素を含む。アルミニウム原子およびケイ素原子は、結晶相として少なくともムライト相およびアルミナ相を形成し、任意にそれらの相（ムライト相およびアルミナ相）以外の領域を形成する。ここで、それらの相以外の領域とは、たとえば、シリカ相、アルカリ土類金属元素原子の酸化物相、アルカリ土類金属元素原子およびアルミニウム原子の酸化物相、アルカリ土類金属元素原子およびケイ素原子の酸化物相、アルカリ土類金属元素原子、アルミニウム原子およびケイ素原子の酸化物相、不純物原子を含む相などが挙げられる。また、０．００１質量％以上１０質量％以下のアルカリ土類金属元素原子は、ムライト相、アルミナ相、および任意にそれらの相以外の領域に、アルカリ土類金属元素原子含有領域を形成する。こうして形成されるアルカリ土類金属元素原子含有領域がアルカリ土類金属元素原子含有領域以外の領域に比べてエッチングされやすいため、エッチングによる除去が容易であるため、本実施形態の支持基板１１はエッチングにより除去されやすい。
【００２７】
支持基板１１におけるムライト相、アルミナ相および任意にそれらの相以外の領域の少なくとも一部に形成されるアルカリ土類金属元素原子含有領域は、それぞれのもとの相または領域の構造（結晶構造または非結晶構造をいう。以下同じ。）を維持していてもよく、それぞれのもとの相または領域の構造から変化していてもよい。ここで、支持基板１１において、アルカリ土類金属元素原子含有領域がもとの相または領域の構造を維持しやすい観点から、アルカリ土類金属元素原子の含有量は、０．００１質量％以上１質量％未満が好ましく、０．００１質量％以上０．１質量％以下がより好ましい。また、アルカリ土類金属元素原子含有領域がもとの相または領域の構造から変化しやすい観点から、アルカリ土類金属元素原子の含有量は、１質量％以上１５質量％以下が好ましく、５質量％以上１５質量％以下がより好ましい。
【００２８】
支持基板１１におけるアルカリ土類金属元素原子の含有量は、支持基板１１がエッチングにより除去されやすい観点から、０．００１質量％以上であり、０．０１質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がより好ましい。また、支持基板１１におけるアルカリ土類金属元素原子の含有量は、半導体層２０を成長させる際の支持基板１１の反りを低減する観点から、１０質量％以下であり、５質量％以下が好ましく、１質量％未満がより好ましい。ここで、アルカリ土類金属元素原子含有領域の同定およびアルカリ土類金属元素原子の含有量の分析は、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）法により行なう。
【００２９】
本実施形態の支持基板１１は、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であることから、１０００℃越える高温雰囲気下においても支持基板のヤング率が高く維持されるために反りの小さい半導体ウエハの製造が可能である。
【００３０】
支持基板１１におけるジルコニウム原子の含有量は、半導体層２０を成長させる際の１０００℃越える高温雰囲気下においても支持基板のヤング率を高く維持することにより、図６に示すように、支持基板１１とその主面１１ｍ側に配置された半導体膜１３とを含む複合基板１の半導体膜１３上に少なくとも１層の半導体層２０を成長させているときの反り量を低減して、反りの小さい半導体ウエハ３の製造を可能とする観点から、０．００１質量％未満であり、０．０００１質量％未満が好ましく、０．００００１質量％未満がより好ましい。ここで、ジルコニウム原子などの不可避不純物金属元素原子含有領域の同定および不可避不純物金属元素原子の含有量の分析は、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）法により行なう。
【００３１】
なお、アルカリ土類金属元素原子、およびジルコニウム原子を含む不可避不純物金属元素原子は、ムライト相およびアルミナ相の少なくとも１つの結晶相に含まれる場合ならびにそれらの相（ムライト相およびアルミナ相）以外の領域に含まれる場合のいずれかの場合または両方の場合があるため、アルカリ土類金属元素原子、ジルコニウム原子を含む不可避不純物金属元素原子、ムライト相およびアルミナ相の質量百分率の和が必ずしも１００質量％になるとは限らない。
【００３２】
本実施形態の支持基板１１は、１０００℃を越える高温雰囲気下においても支持基板１１のヤング率が高く維持される観点から、１１００℃におけるヤング率が、１５０ＧＰａ以上であることが好ましく、１７５ＧＰａ以上であることがより好ましく、２００ＧＰａ以上であることがさらに好ましい。ここで、支持基板１１の室温（２５℃）〜１２００℃までの温度範囲におけるヤング率は、低温・高温弾性率測定装置（共振法）により測定する。
【００３３】
本実施形態の支持基板１１の厚さは、特に制限はないが、図２および図６に示すように、その主面１１ｍ側に配置する半導体膜１３および半導体膜１３上に成長させる半導体層２０を支持するのに十分な機械的強度を発現する観点から、１００μｍ以上が好ましく、２５０μｍ以上がより好ましい。また、支持基板１１の厚さは、複合基板１全体の質量を軽減する観点から、１０００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。
【００３４】
（支持基板の製造方法）
本実施形態の支持基板１１の製造方法は、特に制限はなく、原料として、たとえば、Ａｌ原子を含む酸化物であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、Ｓｉ原子を含む酸化物であるシリカ（ＳｉＯ2）、Ａｌ原子およびＳｉ原子を含む複酸化物であるムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）およびアルカリ土類金属元素原子ＭIIを含む金属単体または化合物（たとえば、酸化物（ＭIIＯ）、炭酸化物（ＭIIＣＯ3）、アルカリ土類金属元素原子ＭII、Ａｌ原子およびＳｉ原子を含む複合酸化物（ＭIIＡｌ2Ｓｉ2Ｏ8）など）を、所定の化学量論比で均一に混合し、得られた混合物を成形し、得られた成形体を焼結し、得られた焼結体を所定の形状に切断しその主面を平坦化する方法などが挙げられる。
【００３５】
ここで、上記の原料は、得られる支持基板１１中の不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量を０．００１質量％未満とする観点から、高純度のもの、たとえば純度が９９．９９９質量％以上のもの、好ましくは純度が９９．９９９９質量％以上のものを用いる。また、同様の観点から、焼結の際には、ジルコニウム原子を含む焼結助剤を使用しない。
【００３６】
また、焼結雰囲気は、特に制限はないが、酸素欠損を抑制する観点から、酸素雰囲気、大気雰囲気などが好ましい。また、焼結温度は、特に制限はないが、緻密な焼結体を形成する観点から、１５５０℃以上１７００℃以下が好ましく、１６００℃以上１６５０℃以下がより好ましい。
【００３７】
［実施形態２：複合基板］
図２に示すように、本実施形態の複合基板１は、実施形態１の支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている半導体膜１３と、を含む。
【００３８】
本実施形態の複合基板１は、複合基板１に含まれる支持基板１１が、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であることからエッチングによる除去が容易であるとともに、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であることから、図６に示すように、１０００℃を越える高温雰囲気下においても支持基板１１のヤング率が高く維持されるために、反りの小さい半導体ウエハ３の製造が可能である。
【００３９】
（支持基板）
本実施形態の複合基板１における支持基板１１は、実施形態１の支持基板１１と同じであるため、ここでは繰り返さない。
【００４０】
（半導体膜）
本実施形態の複合基板１における半導体膜１３は、その上に半導体層を成長させることができるものであれば特に制限はなく、ＧａＮ膜、ＡｌＮ膜などのＩＩＩ族窒化物半導体膜、かかるＩＩＩ族窒化物半導体膜、ＧａＡｓ膜、ＩｎＰ膜などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜、ダイヤモンド膜などのＣ（カーボン）膜、Ｓｉ膜、Ｇｅ膜などのＩＶ族元素半導体膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＧｅ膜などのＩＶ族化合物半導体膜などが挙げられる。また、半導体膜１３は、上記の物性を有する半導体膜であれば結晶性の有無および結晶の形態を問わず、単結晶膜であっても、多結晶膜であっても、非晶質（アモルファス）膜であってもよい。
【００４１】
半導体膜１３は、品質の高い半導体層を成長させる観点から、図６に示す半導体層２０と化学組成、結晶構造および格子定数が、近似していることが好ましく、同一であることがより好ましい。たとえば、半導体層２０としてＩＩＩ族窒化物半導体層の一例であるＧａＮ層を成長させる場合は、半導体膜１３は、ＩＩＩ族窒化物半導体膜であることが好ましく、ＧａＮ膜であることがより好ましい。
【００４２】
半導体膜１３の厚さは、特に制限はないが、その上に品質の高い半導体層を成長させる観点から、０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましい。また、半導体膜１３の厚さは、安価な複合基板を得る観点から、２５０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。
【００４３】
（接合膜）
本実施形態の複合基板１は、支持基板１１と半導体膜１３との接合強度を高める観点から、支持基板１１と半導体膜１３との間に接合膜１２が形成されていることが好ましい。接合膜１２は、特に制限はないが、支持基板１１と半導体膜１３との接合強度を高める効果が高い観点から、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮx膜、ＴｉＯ2膜、Ｇａ2Ｏ3膜などが好ましい。さらに、フッ化水素酸などの酸によりエッチング除去できる観点から、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮx膜などがより好ましい。
【００４４】
（複合基板の製造方法）
図３〜図５に示すように、本実施形態の複合基板１の製造方法は、特に制限はないが、効率よく複合基板１を製造する観点から、支持基板１１と半導体膜ドナー基板１３Ｄとを貼り合わせて接合基板１Ｌを形成する工程と（図３（Ａ）、図４（Ａ）および図５（Ａ））と、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面１３ｎから内部に所定の深さまでの部分を半導体膜１３として残してそれ以外の半導体膜ドナー基板１３Ｄｒを除去する工程（図３（Ｂ）、図４（Ｂ）および図５（Ｂ））と、を含むことが好ましい。接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄから半導体膜１３を残してそれ以外の半導体膜ドナー基板１３Ｄｒを除去する方法には、特に制限はないが、効率よく複合基板１を製造する観点から、図３に示すイオン注入法、図４に示す切断法、および図５に示す減厚法などが好ましい。ここで、厚さが０．０１μｍ以上１０μｍ未満の薄めの半導体膜１３を形成する場合はイオン注入法が好ましく、厚さが１０μｍ以上２５０μｍ以下の厚めの半導体膜１３を形成する場合には切断法または減厚法が好ましい。
【００４５】
（１）イオン注入法
図３に示すイオン注入法について以下に説明する。図３（Ａ）に示すように、支持基板１１と半導体膜ドナー基板１３Ｄとを貼り合わせて接合基板１Ｌを形成する工程は、支持基板１１の主面１１ｍ上に接合膜１２ａを形成するサブ工程（図３（Ａ１））と、半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎ上に接合膜１２ｂを形成するとともに半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎ側からイオンＩを注入することにより主面１３ｎから内部に所定の深さの位置の面にイオン注入領域１３ｉを形成するサブ工程（図３（Ａ２））と、支持基板１１の主面１１ｍ上に形成された接合膜１２ａと半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎ上に形成された接合膜１２ｂとを貼り合わせるサブ工程（図３（Ａ３））と、を含む。これらのサブ工程により、互いに貼り合わされた接合膜１２ａと接合膜１２ｂとが接合により一体化して接合膜１２が形成され、支持基板１１と、半導体膜ドナー基板１３Ｄとが、接合膜１２を介在させて接合されて、接合基板１Ｌが形成される。接合基板１Ｌの複合基板１の半導体膜ドナー基板１３Ｄの内部に注入されたイオンＩは、後工程においてガス化して急激な体積膨張を起こすことにより、半導体膜ドナー基板１３Ｄをイオン注入領域１３ｉで分離させる。
【００４６】
支持基板１１を形成する方法は、実施形態１の支持基板１１の製造方法と同じであるため、ここでは繰り返さない。
【００４７】
半導体膜ドナー基板１３Ｄとは、後サブ工程において分離により半導体膜１３を提供するドナー基板である。かかる半導体膜ドナー基板１３Ｄを形成する方法は、特に制限はないが、品質の高い半導体膜ドナー基板１３Ｄを得る観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、スパッタ法、ＰＬＤ（パルス・レーザ堆積）法、昇華法、フラックス法、高窒素圧溶液法などが好適に挙げられる。
【００４８】
接合膜１２ａ，１２ｂの形成方法は、特に制限はないが、膜形成コストを抑制する観点から、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ（化学気相堆積）法などが好適に行なわれる。また、半導体膜ドナー基板１３Ｄに注入されるイオンＩは、特に制限はないが、半導体膜の品質の低下を抑制する観点およびイオン注入領域１３ｉに注入されたイオンＩのガス化温度を半導体膜１３の分解温度より低くする観点から、質量の小さい原子のイオン、たとえば、水素イオン、ヘリウムイオンなどが好ましい。
【００４９】
支持基板１１の主面１１ｍ上に形成された接合膜１２ａの主面１２ａｍと半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎ上に形成された接合膜１２ｂの主面１２ｂｎとを貼り合わせる方法は、特に制限はなく、貼り合わせ面を洗浄しそのまま貼り合わせた後６００℃〜１２００℃程度に昇温して接合する直接接合法、貼り合わせ面を洗浄しプラズマやイオンなどで活性化処理した後に室温（たとえば２５℃）〜４００℃程度の低温雰囲気下で接合する表面活性化接合法、貼り合わせ面を薬液と純水で洗浄処理した後、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度の高圧力を掛けて接合する高圧接合法、貼り合わせ面を薬液と純水で洗浄処理した後、１×１０-6Ｐａ〜１×１０-3Ｐａ程度の高真空雰囲気下で接合する高真空接合法、などが好適である。上記のいずれの接合法においてもそれらの接合後に６００℃〜１２００℃程度に昇温することによりさらに接合強度を高めることができる。特に、表面活性化接合法、高圧接合法、および高真空接合法においては、それらの接合後に６００℃〜１２００℃程度に昇温することによる接合強度を高める効果が大きい。
【００５０】
図３（Ｂ）に示すように、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面１３ｎから内部に所定の深さまでの部分を半導体膜１３として残してそれ以外の半導体膜ドナー基板１３Ｄｒを除去する工程は、半導体膜ドナー基板１３Ｄに注入されたイオンＩをガス化させる方法であれば特に制限はない。たとえば、熱を加えたり、超音波を加えたりする方法などで、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面から所定の深さの位置に形成されているイオン注入領域１３ｉに注入されているイオンＩをガス化させて急激な体積膨張をさせることにより行なう。
【００５１】
このようにして、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面１３ｎから内部に所定の深さまでの部分を半導体膜１３として残してそれ以外の半導体膜ドナー基板１３Ｄｒを除去することにより、支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ上に配置された接合膜１２と、接合膜１２の主面上に配置された半導体膜１３と、を含む複合基板１が得られる。
【００５２】
（２）切断法
次に、図４に示す切断法について以下に説明する。図４（Ａ）に示すように、支持基板１１と半導体膜ドナー基板１３Ｄとを貼り合わせて接合基板１Ｌを形成する工程は、支持基板１１の主面１１ｍ上に接合膜１２ａを形成するサブ工程（図４（Ａ１））と、半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎ上に接合膜１２ｂを形成するサブ工程（図４（Ａ２））と、支持基板１１の主面１１ｍ上に形成された接合膜１２ａと半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎ上に形成された接合膜１２ｂとを貼り合わせるサブ工程（図４（Ａ３））と、を含む。これらのサブ工程により、互いに貼り合わされた接合膜１２ａと接合膜１２ｂとが接合により一体化して接合膜１２が形成され、支持基板１１と、半導体膜ドナー基板１３Ｄとが、接合膜１２を介在させて接合されて、接合基板１Ｌが形成される。
【００５３】
図４（Ｂ）に示すように、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面１３ｎから内部に所定の深さまでの部分を半導体膜１３として残してそれ以外の半導体膜ドナー基板１３Ｄｒを除去する工程は、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面１３ｎから内部に所定の深さに位置する面で半導体膜ドナー基板１３Ｄを切断することにより行なう。半導体膜ドナー基板１３Ｄを切断する方法は、特に制限なく、ワイヤソー、内周刃、外周刃などが好適に用いられる。
【００５４】
このようにして、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面１３ｎから内部に所定の深さまでの部分を半導体膜１３として残してそれ以外の半導体膜ドナー基板１３Ｄｒを除去することにより、支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ上に配置された接合膜１２と、接合膜１２の主面上に配置された半導体膜１３と、を含む複合基板１が得られる。
【００５５】
（３）減厚法
次に、図５に示す減厚法について以下に説明する。図５（Ａ）に示すように、支持基板１１と半導体膜ドナー基板１３Ｄとを貼り合わせて接合基板１Ｌを形成する工程は、支持基板１１の主面１１ｍ上に接合膜１２ａを形成するサブ工程（図５（Ａ１））と、半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎ上に接合膜１２ｂを形成するサブ工程（図５（Ａ２））と、支持基板１１の主面１１ｍ上に形成された接合膜１２ａと半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎ上に形成された接合膜１２ｂとを貼り合わせるサブ工程（図５（Ａ３））と、を含む。これらのサブ工程により、互いに貼り合わされた接合膜１２ａと接合膜１２ｂとが接合により一体化して接合膜１２が形成され、支持基板１１と、半導体膜ドナー基板１３Ｄとが、接合膜１２を介在させて接合されて、接合基板１Ｌが形成される。
【００５６】
図５（Ｂ）に示すように、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面１３ｎから内部に所定の深さまでの部分を半導体膜１３として残してそれ以外の半導体膜ドナー基板１３Ｄｒを除去する工程は、接合基板１Ｌの半導体膜ドナー基板１３Ｄの貼り合わせ面である主面１３ｎと反対側の主面１３ｍから研削、研磨およびエッチングの少なくともいずれかにより行なう。これにより、半導体膜ドナー基板１３Ｄの膜厚を減少させて所望の厚さの半導体膜１３が形成されるため、支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ上に配置された接合膜１２と、接合膜１２の主面上に配置された半導体膜１３と、を含む複合基板１が得られる。
【００５７】
ここで、半導体膜ドナー基板１３Ｄを研削する方法は、特に制限はなく、砥石による研削（平面研削）、ショット・ブラストなどが挙げられる。半導体膜ドナー基板１３Ｄを研磨する方法は、特に制限はなく、機械的研磨、化学機械的研磨などが挙げられる。半導体膜ドナー基板１３Ｄをエッチングする方法は、特に制限はなく、薬液によるウェットエッチング、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングなどが挙げられる。
【００５８】
［実施形態３：半導体ウエハの製造方法］
図６に示すように、本実施形態の半導体ウエハ３の製造方法は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む支持基板１１と、支持基板１１の主面１１ｍ側に配置されている半導体膜１３と、を含む複合基板１を準備する工程（図６（Ａ））と、複合基板１の半導体膜１３上に少なくとも１層の半導体層２０を成長させることにより半導体層付複合基板２を形成する工程（図６（Ｂ））と、半導体層付複合基板２から支持基板１１を除去することにより半導体ウエハ３を形成する工程（図６（Ｃ））と、を含む。
【００５９】
本実施形態の半導体ウエハ３の製造方法は、複合基板１に含まれる支持基板１１が、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であることからエッチングによる除去が容易であるとともに、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であることから１０００℃を越える高温雰囲気下においても支持基板１１のヤング率が高く維持されるために、反りの小さい半導体ウエハ３の製造が可能である。
【００６０】
本実施形態の半導体ウエハの製造方法は、複合基板に含まれる支持基板の１１００℃におけるヤング率を１５０ＧＰａ以上とすることができる。これにより、１１００℃の高温雰囲気下においても支持基板のヤング率が１５０ＧＰａ以上に高く維持されるために反りの小さい半導体ウエハの製造が可能である。
【００６１】
本実施形態の半導体ウエハ３の製造方法は、１０００℃を越える高温雰囲気下においても支持基板１１のヤング率が高く維持することにより反りの小さい半導体ウエハ３を製造する観点から、支持基板１１の１１００℃におけるヤング率が、１５０ＧＰａ以上であることが好ましく、１７５ＧＰａ以上であることがより好ましく、２００ＧＰａ以上であることがさらに好ましい。
【００６２】
（複合基板を準備する工程）
図６（Ａ）に示すように、複合基板１を準備する工程は、実施形態２の複合基板１の製造方法と同じであるため、ここでは繰り返さない。
【００６３】
（半導体層付複合基板を形成する工程）
図６（Ｂ）に示すように、半導体層付複合基板２を形成する工程は、複合基板１の半導体膜１３上に少なくとも１層の半導体層２０を成長させることにより行なう。少なくとも１層の半導体層２０を成長させる方法は、特に制限はなく、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、スパッタ法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、ＰＬＤ（パルス・レーザ堆積）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシ）法、昇華法、フラックス法、高窒素圧溶液法などが好適に挙げられる。
【００６４】
ここで、複合基板１の支持基板１１は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含むため、上記の方法により半導体層２０を成長させる際の１０００℃越える高温雰囲気下においても支持基板のヤング率を高く維持することができ、支持基板１１とその主面１１ｍ側に配置された半導体膜１３とを含む複合基板１の半導体膜１３上に少なくとも１層の半導体層２０を成長させているときの反り量を低減して、反りの小さい半導体ウエハ３を製造することが可能である。
【００６５】
複合基板１の半導体膜１３上に成長させる少なくとも１層の半導体層２０は、品質のよい半導体層２０を成長させる観点から、半導体層２０は、半導体膜１３に比べて、化学組成、結晶構造および格子定数が近似することが好ましく、同一であることがより好ましい。ここで、化学組成が近似するとは、構成元素の少なくとも一つが同一ではないが、異なる元素が同族の元素であることをいう。化学組成が同一とは、構成元素および構成比が同一であることをいう。また、結晶構造および格子定数が近似とは、半導体膜１３上に半導体層２０をエピタキシャル成長させることができる程度に近似していることをいう。
【００６６】
また、成長させる半導体層２０の結晶品質を向上させる観点から、複合基板１の半導体膜１３の主面１３ｍ上に少なくとも半導体層２０を成長させる工程は、半導体膜１３の主面１３ｍ上に半導体バッファ層２１を成長させるサブ工程と、半導体バッファ層２１の主面２１ｍ上に半導体結晶層２３を成長させるサブ工程と、を含むことが好ましい。ここで、半導体バッファ層２１とは、半導体結晶層２３に比べて低い温度で成長される結晶性が低いまたは非晶質（アモルファス）の層をいう。
【００６７】
このようにして、複合基板１の半導体膜１３上に少なくとも１層の半導体層２０が配置された半導体層付複合基板２が得られる。
【００６８】
（半導体ウエハを形成する工程）
図６（Ｃ）に示すように、半導体ウエハ３を得る工程は、半導体層付複合基板２から支持基板１１を除去することにより行なわれる。支持基板１１を除去する方法は、特に制限はないが、支持基板１１を効率的に除去する観点から、支持基板１１をエッチングにより溶解させて除去する方法、支持基板１１を切断、研削および／または研磨により除去する方法が好ましい。
【００６９】
半導体層付複合基板２の複合基板１の支持基板１１は、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含むため、ムライト相、アルミナ相および任意にそれらの相以外の領域の少なくとも一部に形成されるアルカリ土類金属元素原子含有領域がアルカリ土類金属元素原子含有領域以外の領域に比べてエッチングされやすい。このため、支持基板１１は、エッチング、切断、研削、および／または研磨により容易に除去される。
【００７０】
また、複合基板１が支持基板１１と半導体膜１３との間に介在する接合膜１２を含む場合であっても、かかる接合膜１２は、支持基板１１のエッチング、切断、研削、および／または研磨による除去に伴い、エッチング、切断、研削、および／または研磨により容易に除去される。なお、必要に応じて、半導体膜１３も、さらに、エッチング、切断、研削、および／または研磨により除去できる。このようにして、少なくとも半導体層２０を含む半導体ウエハ３が得られる。
【００７１】
また、支持基板１１は、支持基板１１のエッチング時間を短縮することにより除去効率を高める観点から、支持基板の一部を切断、研削および／または研磨することにより支持基板１１の厚さを小さくした後、エッチングすることにより除去してもよい。
【実施例】
【００７２】
（実施例Ａ）
１．支持基板の作製
所定の化学量論比のムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）粉末と、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末と、アルカリ土類金属粉末であるカルシウム（Ｃａ）粉末、ストロンチウム（Ｓｒ）粉末またはバリウム（Ｂａ）粉末と、を出発原料として、酸素雰囲気中、１６００℃、２０００気圧で２０時間ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）焼結することにより、表１に示すＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、ムライト相およびアルミナ相を含有する９種類の焼結体Ａ１〜Ａ９を形成した。各原料の純度は９９．９９９質量％以上であった。ジルコニウム（Ｚｒ）原子を含む焼結助剤は使用しなかった。Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｒの同定および含有量の分析は、ＧＤＭＳ法により行なった。ムライト相およびアルミナ相の同定および含有量の分析は、ＸＲＤ法により行なった。
【００７３】
次に、得られた９種類の焼結体から、直径４インチ（１０．１６ｃｍ）の基板を切り出し、両主面を研磨することにより両主面が鏡面化（本願においては、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３に規定する算術平均粗さＲａが１ｎｍ以下の状態にすることをいう、以下同じ。）された厚さが５００μｍである９種類の支持基板Ａ１〜Ａ９をそれぞれ得た。
【００７４】
得られた支持基板Ａ１〜Ａ９について、室温（２５℃）〜１２００℃までの温度範囲におけるヤング率を、低温・高温弾性率測定装置（共振法）により測定した。支持基板Ａ１、Ａ４およびＡ７のヤング率は、２５℃のとき２３８ＧＰａ、１００℃のとき２３７ＧＰａ、２００℃のとき２３４ＧＰａ、３００℃のとき２３１ＧＰａ、４００℃のとき２２８ＧＰａ、５００℃のとき２２４ＧＰａ、６００℃のとき２１９ＧＰａ、７００℃のとき２１２ＧＰａ、８００℃のとき２００ＧＰａ、９００℃のとき１７０ＧＰａ、１０００℃のとき１２５ＧＰａ、１１００℃のとき７２ＧＰａおよび１２００℃のとき４ＧＰａであった。すなわち、図７に示す支持基板における温度とヤング率との関係を示すグラフにおいて、支持基板Ａ１、Ａ４およびＡ７の温度とヤング率との関係は、曲線Ｖで表された。
【００７５】
また、支持基板Ａ２、Ａ５およびＡ８のヤング率は、２５℃のとき２４９ＧＰａ、１００℃のとき２４７ＧＰａ、２００℃のとき２４４ＧＰａ、３００℃のとき２４１ＧＰａ、４００℃のとき２３６ＧＰａ、５００℃のとき２３２ＧＰａ、６００℃のとき２２６ＧＰａ、７００℃のとき２２０ＧＰａ、８００℃のとき２１０ＧＰａ、９００℃のとき１９０ＧＰａ、１０００℃のとき１６０ＧＰａ、１１００℃のとき１１０ＧＰａおよび１２００℃のとき４０ＧＰａであった。すなわち、図７に示す支持基板における温度とヤング率との関係を示すグラフにおいて、支持基板Ａ２、Ａ５およびＡ８の温度とヤング率との関係は、曲線ＩＶで表された。
【００７６】
また、支持基板Ａ３、Ａ６およびＡ９のヤング率は、２５℃のとき２５９ＧＰａ、１００℃のとき２５７ＧＰａ、２００℃のとき２５５ＧＰａ、３００℃のとき２５２ＧＰａ、４００℃のとき２４８ＧＰａ、５００℃のとき２４３ＧＰａ、６００℃のとき２３７ＧＰａ、７００℃のとき２３０ＧＰａ、８００℃のとき２２２ＧＰａ、９００℃のとき２１０ＧＰａ、１０００℃のとき１９４ＧＰａ、１１００℃のとき１５８ＧＰａおよび１２００℃のとき９５ＧＰａであった。すなわち、図７に示す支持基板における温度とヤング率との関係を示すグラフにおいて、支持基板Ａ３、Ａ６およびＡ９の温度とヤング率との関係は、曲線ＩＩＩで表された。
【００７７】
２．複合基板の作製
図３（Ａ）中の（Ａ１）に示すように、支持基板１１である支持基板Ａ１〜Ａ９のそれぞれの主面１１ｍ上に厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2膜をＣＶＤ（化学気相堆積）法により成膜した。次いで、かかる支持基板Ａ１〜Ａ９のそれぞれの主面１１ｍ上の厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2膜を研磨することにより、厚さ４００ｎｍのＳｉＯ2膜だけ残存させて、主面１２ａｍが鏡面化された接合膜１２ａを形成した。
【００７８】
また、図３（Ａ）中の（Ａ２）に示すように、半導体膜ドナー基板１３Ｄとして、ＨＶＰＥ法により成長させた直径４インチ（１０．１６ｃｍ）で厚さが１ｍｍのＧａＮ基板を準備した。かかる半導体膜ドナー基板１３ＤのＮ原子面である（０００−１）面側の主面１３ｎ上に、厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2膜をＣＶＤ法により成膜した。次いで、半導体膜ドナー基板１３ＤのＳｉＯ2膜が成膜された側から水素のイオンＩを注入して、半導体膜ドナー基板１３Ｄの主面１３ｎから内部に０．３μｍの深さの位置の面にイオン注入領域１３ｉを形成した。次いで、上記の厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2膜を研磨することにより、厚さ４００ｎｍのＳｉＯ2膜だけ残存させて、主面１２ｂｎが鏡面化された接合膜１２ｂを形成した。
【００７９】
次に、図３（Ａ）中の（Ａ３）に示すように、支持基板１１である支持基板Ａ１Ａ９のそれぞれに形成された接合膜１２ａの主面１２ａｍおよび半導体膜ドナー基板１３ＤであるＧａＮ基板上に形成された接合膜１２ｂの主面１２ｂｎをアルゴンプラズマにより清浄化および活性化させた後、接合膜１２ａの主面１２ａｍと接合膜１２ｂの主面１２ｂｎとを貼り合わせて、窒素雰囲気下３００℃で２時間熱処理した。このようにして、支持基板１１とイオン注入領域１３ｉが形成された半導体膜ドナー基板１３Ｄとが接合膜１２を介在させて貼り合わされた接合基板１Ｌが得られた。
【００８０】
次に、図３（Ｂ）に示すように、接合基板１Ｌをさらに８００℃に加熱することにより、半導体膜ドナー基板１３Ｄのイオン注入領域１３ｉの水素のイオンＩをガス化させて急激な体積膨張をさせ、半導体膜ドナー基板１３Ｄをイオン注入領域１３ｉで分離した。次いで、分離面を研磨により鏡面化した。
【００８１】
こうして、図６（Ａ）に示すような支持基板１１である支持基板Ａ１〜Ａ９のそれぞれの主面１１ｍ側に半導体膜１３である主面１３ｍが鏡面化された厚さ０．２μｍのＧａＮ膜が配置された複合基板１である複合基板Ａ１〜Ａ９が得られた。
【００８２】
３．半導体層の形成
図６（Ｂ）に示すように、複合基板１である複合基板Ａ１〜Ａ９の半導体膜１３であるＧａＮ膜の主面１３ｍ（かかる主面はＧａ原子面である（０００１）面である。）上に、それぞれＭＯＣＶＤ法により半導体層２０としてＧａＮ層を成長させた。かかる半導体層２０の成長においては、まず、５００℃で、半導体バッファ層２１として厚さ０．１μｍのＧａＮバッファ層を成長させ、次いで、１１００℃で、半導体結晶層２３として厚さ５μｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶層を成長させた。半導体層２０（半導体バッファ層２１および半導体結晶層２３）を成長させているとき（すなわち成長中）の複合基板Ａ１〜Ａ９の半導体層成長側の反り形状および反り量（半導体層成長側の主面における最低点と最高点との高低差をいう。以下同じ。）を、その場観察モニター（大陽日酸社製レーザ反射式その場観察モニター装置に装着されたＬａｙＴｅｃ社製ＥｐｉＣｕｒｖｅ）により測定して、結果を表１にまとめた。こうして、９種類の半導体層付複合基板Ａ１〜Ａ９が得られた。
【００８３】
４．支持基板の除去
図６（Ｃ）に示すように、得られた半導体層付複合基板Ａ１〜Ａ９を室温（２５℃）で５０質量％のフッ化水素酸水溶液中に浸漬することにより、支持基板１１および接合膜１２をエッチングにより除去して９種類の半導体ウエハＡ１〜Ａ９が得られた。
【００８４】
このようにして、半導体膜１３であるＧａＮ膜上に、半導体層２０として半導体バッファ層２１である厚さ０．１μｍのＧａＮバッファ層および半導体結晶層２３である厚さ５μｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶層が形成された９種類の半導体ウエハＡ１〜Ａ９が得られた。ここで、得られた半導体ウエハＡ１〜Ａ９においても、上記の測定方法により、反りが認められ、それらの反り形状および反り量は、半導体層成長中の複合基板Ａ１〜Ａ９の反り形状および反り量にそれぞれ対応していた。
【００８５】
表１に、支持基板Ａ１〜Ａ９中のＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、ムライト相およびアルミナ相の含有量、焼結温度、ヤング率の温度変化（図７における曲線の符号を用いて示したもの）、複合基板Ａ１〜Ａ９の半導体層側の反り形状および反り量、ならびに半導体層（半導体バッファ層および半導体結晶層）成長中の複合基板Ａ１〜Ａ９の半導体層成長側の反り形状および反り量をまとめた。
【００８６】
【表１】
2016098136.tif 000003
【００８７】
表１および図７の曲線ＩＩＩ〜Ｖに示すように、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上６５質量％以下（好ましくは３５質量％以上５５質量％以下）のムライト相および３５質量％以上６５質量％以下（好ましくは４５質量％以上６５質量％以下）のアルミナ相を含む支持基板と、支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む複合基板の半導体膜上に、１０００℃を超える高温雰囲気下で半導体層を成長させても、１１００℃における支持基板のヤング率が１５０ＧＰａ以上であることから、半導体層成長中の複合基板の半導体層成長側の反り量を１５μｍ未満に低減でき、反りの小さい半導体ウエハが得られた。
【００８８】
（実施例Ｂ）
１．支持基板の作製
所定の化学量論比のムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）粉末と、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末と、アルカリ土類金属粉末であるカルシウム（Ｃａ）粉末、ストロンチウム（Ｓｒ）粉末またはバリウム（Ｂａ）粉末と、を出発原料として、酸素雰囲気中１６００℃２０００気圧で２０時間ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）焼結することにより、表２に示すＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、ムライト相およびアルミナ相を含有する３種類の焼結体Ｂ１〜Ｂ３を形成した。各原料は、実施例Ａと同じ純度のものを用いた。ジルコニウム（Ｚｒ）原子を含む焼結助剤は使用しなかった。Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、ムライト相およびアルミナ相の同定および含有量の分析は、実施例Ａと同様に行なった。
【００８９】
次に、得られた３種類の焼結体から、実施例Ａと同様にして、両主面が鏡面化された厚さが５００μｍである３種類の支持基板Ｂ１〜Ｂ３をそれぞれ得た。
【００９０】
得られた支持基板Ｂ１〜Ｂ３について、室温（２５℃）〜１２００℃までの温度範囲におけるヤング率を、実施例Ａと同様に測定した。支持基板Ｂ１〜Ｂ３のヤング率は、２５℃のとき２６６ＧＰａ、１００℃のとき２６４ＧＰａ、２００℃のとき２６３ＧＰａ、３００℃のとき２６０ＧＰａ、４００℃のとき２５７ＧＰａ、５００℃のとき２５２ＧＰａ、６００℃のとき２４７ＧＰａ、７００℃のとき２４１ＧＰａ、８００℃のとき２３４ＧＰａ、９００℃のとき２２３ＧＰａ、１０００℃のとき２１１ＧＰａ、１１００℃のとき１８６ＧＰａおよび１２００℃のとき１４６ＧＰａであった。すなわち、図７に示す支持基板における温度とヤング率との関係を示すグラフにおいて、支持基板Ｂ１〜Ｂ３の温度とヤング率との関係は、曲線ＩＩで表された。
【００９１】
２．複合基板の作製
次に、支持基板Ｂ１〜Ｂ３から、実施例Ａと同様にして、支持基板Ｂ１〜Ｂ３のそれぞれの主面側に半導体膜である主面が鏡面化された厚さ０．２μｍのＧａＮ膜が配置された複合基板である複合基板Ｂ１〜Ｂ３を作製した。
【００９２】
３．半導体層の形成
次に、複合基板Ｂ１〜Ｂ３の半導体膜であるＧａＮ膜の主面（かかる主面はＧａ原子面である（０００１）面である。）上に、実施例Ａと同様にして、半導体バッファ層２１として厚さ０．１μｍのＧａＮバッファ層を成長させ、次いで、半導体結晶層２３として厚さ５μｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶層を成長させた。半導体層（半導体バッファ層および半導体結晶層）を成長させているとき（すなわち成長中）の複合基板Ｂ１〜Ｂ３の半導体層成長側の反り形状および反り量（半導体層成長側の主面における最低点と最高点との高低差をいう。）を、実施例Ａと同様にして測定して、結果を表１にまとめた。こうして、３種類の半導体層付複合基板Ｂ１〜Ｂ３が得られた。
【００９３】
４．支持基板の除去
次に、得られた半導体層付複合基板Ｂ１〜Ｂ３から、実施例Ａと同様にして、支持基板および接合膜をエッチングにより除去して、３種類の半導体ウエハＢ１〜Ｂ３が得られた。
【００９４】
このようにして、半導体膜であるＧａＮ膜上に、半導体層として半導体バッファ層である厚さ０．１μｍのＧａＮバッファ層および半導体結晶層である厚さ５μｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶層が形成された３種類の半導体ウエハＢ１〜Ｂ３が得られた。ここで、得られた半導体ウエハＢ１〜Ｂ３においても、上記の測定方法により、反りが認められ、それらの反り形状および反り量は、半導体層成長中の複合基板Ｂ１〜Ｂ３の反り形状および反り量にそれぞれ対応していた。
【００９５】
表２に、支持基板Ｂ１〜Ｂ３中のＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、ムライト相およびアルミナ相の含有量、焼結温度、ヤング率の温度変化（図７における曲線の符号を用いて示したもの）、複合基板Ｂ１〜Ｂ３の半導体層側の反り形状および反り量、ならびに半導体層（半導体バッファ層および半導体結晶層）成長中の複合基板Ｂ１〜Ｂ３の半導体層成長側の反り形状および反り量をまとめた。
【００９６】
【表２】
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【００９７】
表２および図７の曲線ＩＩに示すように、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上４７．５質量％以下のムライト相および５２．５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む支持基板と、支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む複合基板の半導体膜上に、１０００℃を超える高温雰囲気下で半導体層を成長させても、１１００℃における支持基板のヤング率が１７５ＧＰａ以上であることから、半導体層成長中の複合基板の半導体層成長側の反り量を１０μｍ未満に低減でき、反りの小さい半導体ウエハが得られた。
【００９８】
（実施例Ｃ）
１．支持基板の作製
所定の化学量論比のムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）粉末と、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末と、アルカリ土類金属粉末であるカルシウム（Ｃａ）粉末、ストロンチウム（Ｓｒ）粉末またはバリウム（Ｂａ）粉末と、を出発原料として、酸素雰囲気中１６００℃、２０００気圧で２０時間ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）焼結することにより、表３に示すＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、ムライト相およびアルミナ相を含有する３種類の焼結体Ｃ１〜Ｃ３を形成した。各原料は、実施例Ａと同じ純度のものを用いた。ジルコニウム（Ｚｒ）原子を含む焼結助剤は使用しなかった。Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、ムライト相およびアルミナ相の同定および含有量の分析は、実施例Ａと同様に行なった。
【００９９】
次に、得られた３種類の焼結体から、実施例Ａと同様にして、両主面が鏡面化された厚さが５００μｍである３種類の支持基板Ｃ１〜Ｃ３をそれぞれ得た。
【０１００】
得られた支持基板Ｃ１〜Ｃ３について、室温（２５℃）〜１２００℃までの温度範囲におけるヤング率を、実施例Ａと同様に測定した。支持基板Ｃ１〜Ｃ３のヤング率は、２５℃のとき２７２ＧＰａ、１００℃のとき２７１ＧＰａ、２００℃のとき２７０ＧＰａ、３００℃のとき２６８ＧＰａ、４００℃のとき２６５ＧＰａ、５００℃のとき２６１ＧＰａ、６００℃のとき２５７ＧＰａ、７００℃のとき２５１ＧＰａ、８００℃のとき２４５ＧＰａ、９００℃のとき２３６ＧＰａ、１０００℃のとき２２７ＧＰａ、１１００℃のとき２１３ＧＰａおよび１２００℃のとき１９８ＧＰａであった。すなわち、図７に示す支持基板における温度とヤング率との関係を示すグラフにおいて、支持基板Ｃ１〜Ｃ３の温度とヤング率との関係は、曲線Ｉで表された。
【０１０１】
２．複合基板の作製
次に、支持基板Ｃ１〜Ｃ３から、実施例Ａと同様にして、支持基板Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれの主面側に半導体膜である主面が鏡面化された厚さ０．２μｍのＧａＮ膜が配置された複合基板である複合基板Ｃ１〜Ｃ３を作製した。
【０１０２】
３．半導体層の形成
次に、複合基板Ｃ１〜Ｃ３の半導体膜であるＧａＮ膜の主面（かかる主面はＧａ原子面である（０００１）面である。）上に、実施例Ａと同様にして、半導体バッファ層２１として厚さ０．１μｍのＧａＮバッファ層を成長させ、次いで、半導体結晶層２３として厚さ５μｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶層を成長させた。半導体層（半導体バッファ層および半導体結晶層）を成長させているとき（すなわち成長中）の複合基板Ｃ１〜Ｃ３の半導体層成長側の反り形状および反り量（半導体層成長側の主面における最低点と最高点との高低差をいう。）を、実施例Ａと同様にして測定して、結果を表１にまとめた。こうして、３種類の半導体層付複合基板Ｃ１〜Ｃ３が得られた。
【０１０３】
４．支持基板の除去
次に、得られた半導体層付複合基板Ｃ１〜Ｃ３から、実施例Ａと同様にして、支持基板および接合膜をエッチングにより除去して、３種類の半導体ウエハＣ１〜Ｃ３が得られた。
【０１０４】
このようにして、半導体膜であるＧａＮ膜上に、半導体層として半導体バッファ層である厚さ０．１μｍのＧａＮバッファ層および半導体結晶層である厚さ５μｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶層が形成された３種類の半導体ウエハＣ１〜Ｃ３が得られた。ここで、得られた半導体ウエハＣ１〜Ｃ３においても、上記の測定方法により、反りが認められ、それらの反り形状および反り量は、半導体層成長中の複合基板Ｃ１〜Ｃ３の反り形状および反り量にそれぞれ対応していた。
【０１０５】
表３に、支持基板Ｃ１〜Ｃ３中のＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、ムライト相およびアルミナ相の含有量、焼結温度、ヤング率の温度変化（図７における曲線の符号を用いて示したもの）、複合基板Ｃ１〜Ｃ３の半導体層側の反り形状および反り量、ならびに半導体層（半導体バッファ層および半導体結晶層）成長中の複合基板Ｃ１〜Ｃ３の半導体層成長側の反り形状および反り量をまとめた。
【０１０６】
【表３】
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【０１０７】
表３および図７の曲線Ｉに示すように、アルミニウム原子、ケイ素原子、アルカリ土類金属元素原子およびそれら以外の不可避不純物金属元素原子を含み、アルカリ土類金属元素原子の含有量が０．００１質量％以上１０質量％以下であり、不可避不純物金属元素原子の１つであるジルコニウム原子の含有量が０．００１質量％未満であり、結晶相として３５質量％以上４２．５質量％以下のムライト相および５７．５質量％以上６５質量％以下のアルミナ相を含む支持基板と、支持基板の主面側に配置されている半導体膜と、を含む複合基板の半導体膜上に、１０００℃を超える高温雰囲気下で半導体層を成長させても、１１００℃における支持基板のヤング率が２００ＧＰａ以上であることから、半導体層成長中の複合基板の半導体層成長側の反り量を５μｍ未満に低減でき、反りの小さい半導体ウエハが得られた。
【０１０８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０９】
１  複合基板
２  半導体層付複合基板
３  半導体ウエハ
１１  支持基板
１１ｍ，１２ａｍ，１２ｂｎ，１３ｍ，１３ｎ  主面
１Ｌ  接合基板
１２，１２ａ，１２ｂ  接合膜
１３  半導体膜
１３ｉ  イオン注入領域
１３Ｄ，１３Ｄｒ  半導体膜ドナー基板
２０  半導体層
２１  半導体バッファ層
２３  半導体結晶層。
【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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