(57)【要約】【課題】従来の基板では困難であった製造コストの低減と、ひずみの低減とを同時に達成することが可能な基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】複合基板９は、金属基板２と、金属基板２上に接触して形成されたＧａＮ層１とを備えている。金属基板２とＧａＮ層１とは格子整合していない。金属基板２とＧａＮ層１とは、たとえばファンデルワールス力により接合されている。そして、金属基板２とは反対側のＧａＮ層１の主面１１は、劈開面となっている。【選択図】図１
2009081285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース層と、
前記ベース層上に接触して形成された半導体層とを備え、
前記ベース層とは反対側の前記半導体層の主面は、劈開面となっており、
前記ベース層と前記半導体層とは格子整合していない、基板。
【請求項２】
前記半導体層上に形成されたエピタキシャル層をさらに備えた、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
半導体からなる原料基板を準備する工程と、
前記原料基板の少なくとも一方の主面にベース基板を貼り付ける工程と、
前記ベース基板が貼り付けられた前記原料基板の内部に集光するレーザ光を、前記原料基板の劈開面に交差する方向から前記原料基板に照射し、前記劈開面に沿う方向に走査する工程と、
前記レーザ光が照射された前記原料基板を前記劈開面に沿う面において分離する工程とを備えた、基板の製造方法。
【請求項４】
前記劈開面に沿う面上に、半導体からなる層をエピタキシャル成長させる工程をさらに備えた、請求項３に記載の基板の製造方法。
【請求項５】
前記レーザ光のパルス幅は１０ｆｓ以上５００ｐｓ以下であり、前記劈開面における前記レーザ光のエネルギー密度は１０−７ｍＪ／ｃｍ２以上１０ｍＪ／ｃｍ２以下である、請求項３または４に記載の基板の製造方法。
【請求項６】
前記ベース基板を貼り付ける工程よりも前に、前記少なくとも一方の主面を水素プラズマ処理する工程をさらに備えた、請求項３〜５のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の基板の製造方法により製造された基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板およびその製造方法に関し、より特定的には、ベース層とベース層上に接触して形成された半導体層とを備えた複合基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高性能化の要求に対して、半導体装置の製造にＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化硼素）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ダイヤモンドなどの基板を用いることが検討されている。一方、半導体装置の普及に伴い、半導体装置の製造に用いられる基板に対しては、低コスト化の要求がある。
【０００３】
上記ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドなどの基板の製造においては、たとえば、まず比較的大きな厚みを有する原料基板が作製された後、当該原料基板がワイヤーソーなどによりスライスされ、厚み方向に分離する工程が採用される。そして、上記原料基板をスライスする工程は、基板の製造コストや基板の品質に大きな影響を与える。そのため、原料基板をスライスする工程については種々の検討が行なわれ、多くの提案がなされている（たとえば非特許文献１参照）。
【非特許文献１】石川憲一、「スライシング加工技術の現状と展望」、精密工学会誌、社団法人精密工学会、１９９４年、Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．２、ｐ１６３−１６７
【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、上記非特許文献１に開示されたスライス方法を含め、従来のワイヤーソーを用いたスライス方法では、ワイヤーの太さに取りしろを加えた厚みの原料基板が、分離の際に失われる。上記ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドなどの基板は非常に高価であるため、このような損失は製造コストの大幅な上昇を招来する。一方、ワイヤーソーによる切断に代えて、一般的なレーザを使用して原料基板を切断することも可能であるが、切断面の周辺に熱ひずみや熱ダレが発生し、大きな切断しろが必要になったり、原料基板の深さ方向に光が侵入しにくくなって切断不能となったりするという問題がある。特に、ダイヤモンド等の透明基板では、このようなダレによる取りしろの増加が大きな問題である。
【０００５】
これに対し、基板の厚みを小さくすることにより、製造コストを低減する対策が有効であるとも考えられる。しかし、基板を用いた半導体装置の製造工程において、自立体として取り扱い可能な基板（自立基板）であるためには、一般に厚みが３００μｍ以上必要である。そのため、単に厚みを小さくすることによる低コスト化には限界がある。さらに、上記半導体の層を、比較的安価で、かつ当該半導体と少なくともある程度格子整合するベース基板上に薄くエピタキシャル成長させることにより、高価な半導体の領域を減少させてコストを低減するとともに、取り扱いの容易な基板とすることも可能である。しかし、ベース基板と半導体の層とが異種材料である限り、両者が完全に格子整合するものではないため、半導体の層内にひずみが導入される。そして、このひずみは、当該基板を用いて作製される半導体装置の性能に悪影響を与えるという問題を招来する。このように、従来の基板では、製造コストの低減と、ひずみの低減とを同時に達成することは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、製造コストを抑制しつつ、ひずみを低減した基板およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った基板は、ベース層と、ベース層上に接触して形成された半導体層とを備えている。そして、ベース層とは反対側の半導体層の主面は、劈開面となっている。さらに、ベース層と半導体層とは格子整合していない。
【０００８】
本発明の基板においては、ベース層上に半導体層が接触して形成されている。そのため、ベース層に比較的安価な材料を採用し、かつ半導体層を薄く形成することにより、製造コストを抑制することができる。また、本発明の基板においては、ベース層とは反対側の半導体層の主面が劈開面となっている。これにより、半導体層を、半導体からなる原料基板を劈開させて形成することが可能となる。その結果、原料基板から半導体層を分離する際の原料基板の損失が抑制され、製造コストを一層抑制することができる。さらに、本発明の基板においては、ベース層と半導体層とが格子整合していない。つまり、本発明の基板においては、半導体層は、ベース層上にエピタキシャル成長された層ではない。たとえば、ベース層と半導体層とは、それぞれ別個に形成された後、互いに接合されている。そのため、ベース層と半導体層との不完全な格子整合に起因して生じる半導体層内のひずみが低減される。以上のように、本発明の基板によれば、製造コストを抑制しつつ、ひずみを低減した基板を提供することができる。
【０００９】
上記基板においては、半導体層上に形成されたエピタキシャル層をさらに備えていてもよい。上述のように、上記基板の半導体層はひずみが低減されている。そのため、当該半導体層上にエピタキシャル層を形成することにより、良質なエピタキシャル層を備えた基板を提供することができる。
【００１０】
本発明に従った基板の製造方法は、原料基板を準備する工程と、原料基板の少なくとも一方の主面にベース基板を貼り付ける工程と、ベース基板が貼り付けられた原料基板の内部に集光するレーザ光を、原料基板の劈開面に交差する方向から原料基板に照射し、劈開面に沿う方向に走査する工程と、レーザ光が照射された原料基板を劈開面に沿う面において分離する工程とを備えている。
【００１１】
本発明の基板の製造方法では、準備された原料基板の主面にベース基板が貼り付けられた後、原料基板の内部の劈開面に対してレーザ光が集光照射され、当該劈開面に沿う方向に走査される。これにより、レーザ光が照射された劈開面に沿って照射影響層が形成される。この照射影響層は、たとえば劈開分離面が形成された領域となっており、原料基板を部分的に分離する領域、あるいは周囲の領域に比べて脆弱な領域となっている。そして、たとえば上記照射影響層に対して剪断力が負荷されることにより、原料基板が当該劈開面に沿う面（照射影響層に沿う面）において分離される。
【００１２】
本発明の基板の製造方法においては、レーザ光を照射することにより原料基板の内部の劈開面に沿って照射影響層が形成される。そして、この照射影響層に沿って原料基板の一部がベース基板と貼り付けられた状態で分離される。そのため、原料基板の形状に関わらず、劈開面である限り、任意の面方位を有する半導体層を、原料基板の損失を抑制しつつベース基板上に形成することができる。また、本発明の基板の製造方法においては、原料基板の厚みが小さい場合であっても、原料基板を容易に厚み方向に分離することができる。そのため、厚みの小さい原料基板から、効率よく基板を製造することができる。さらに、製造された基板は、ベース層を構成するベース基板上に原料基板から分離された半導体層が形成された構成となっている。そのため、当該ベース層と半導体層とは、格子整合していない。その結果、ベース層と半導体層との不完全な格子整合に起因して生じる半導体層内のひずみが低減されている。
【００１３】
より具体的に説明すると、たとえば、ＧａＮなどの六方晶系の基板を製造する場合、まず、格子欠陥の少ない良質な結晶を作製することが容易な[０００１]軸（ｃ軸）方向にＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ；ハイドライド気相成長法）などにより結晶を成長させ（いわゆるＣ面成長）、原料基板を作製する。この原料基板にベース基板を貼り付けた後、原料基板の劈開面である面、たとえば分極性面である（０００１）面（いわゆるＣ面）、半極性面である（１０−１−３）面、（１０−１−１）面、（１１−２２）面、無極性面である（１１−２０）面（いわゆるＡ面）など所望の面に対してレーザ光を照射し、走査する。このとき、後工程において原料基板を分離するための領域以外の領域に照射影響層、たとえばクラックの形成された層が形成されないように、またレーザの照射により原料基板に溶融領域が形成されないように、たとえばパルス幅やエネルギー密度を調整しつつ、レーザ光を原料基板に対して照射する。そして、レーザ光が照射された劈開面に沿う面において原料基板を劈開させることにより、ベース基板とは反対側の主面が劈開面となっており、かつ当該主面が所望の面方位を有する半導体層を備えた基板を製造することができる。
【００１４】
このとき、上述のように、原料基板に溶融領域が形成されることなく、原料基板が劈開により分離されるため、分離に際して生じる原料基板の損失が抑制される。また、上述のように、所望の劈開面にレーザ光を照射して走査することにより、作製の容易な[０００１]方向に成長させた原料基板から、ベース基板とは反対側の主面が所望の面方位を有する半導体層を容易に分離することができる。さらに、レーザ光を劈開面に交差する方向から原料基板に照射して上記分離を実施することにより、厚みの小さい原料基板を厚み方向に容易に分離し、効率よく多数の基板を製造することができる。また、製造された基板においては、ベース層と半導体層とは貼り合わされて結合しているため、ベース層と半導体層とは、格子整合していない。その結果、半導体層内のひずみが低減されている。
【００１５】
以上のように、本発明の基板の製造方法によれば、製造コストを抑制しつつ、ひずみを低減した基板を製造することができる。
【００１６】
上記基板の製造方法においては、上記劈開面に沿う面上に、半導体からなる層をエピタキシャル成長させる工程をさらに備えていてもよい。
【００１７】
上述のように、上記基板の製造方法においては、上記半導体層内のひずみが低減されている。そのため、当該半導体層の上記劈開面に沿う面上に半導体からなる層をさらにエピタキシャル成長させることで、良質なエピタキシャル層を備えた基板を製造することができる。
【００１８】
上記基板の製造方法において好ましくは、上記レーザ光のパルス幅は１０ｆｓ以上５００ｐｓ以下であり、上記劈開面におけるレーザ光のエネルギー密度は１０−７ｍＪ／ｃｍ２以上１０ｍＪ／ｃｍ２以下である。
【００１９】
原料基板の温度上昇を抑制して原料基板の溶融等を回避するしつつ、容易に原料基板の所望の劈開面に沿って照射影響層を形成するためには、パルス幅が５００ｐｓ（ピコ秒）以下の短パルスレーザが採用されることが好ましい。一方、レーザの安定性および出力の観点から、１０ｆｓ（フェムト秒）以上のパルス幅を有するレーザ光が採用されることが好ましい。また、原料基板を容易に分離可能な照射影響層を形成するためには、上記劈開面におけるレーザ光のエネルギー密度は、１０−７ｍＪ／ｃｍ２以上であることが好ましい。一方、上記劈開面において原料基板を溶融させないこと、レーザ光を集光するためのレンズの耐久性等を考慮すると、上記劈開面におけるレーザ光のエネルギー密度は、１０ｍＪ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００２０】
上記基板の製造方法において好ましくは、ベース基板を貼り付ける工程よりも前に、上記少なくとも一方の主面を水素プラズマ処理する工程をさらに備えている。
【００２１】
ベース基板が貼り付けられる原料基板の主面が水素プラズマ処理されることにより、当該主面（表面）が清浄化される。より具体的には、たとえば上記少なくとも一方の主面（表面）が水素終端構造をとることにより当該主面（表面）に存在する酸素が低減され、表面の清浄性が著しく向上する。その結果、その後に実施されるベース基板の貼り付けが容易となる。
【００２２】
本発明に従った基板は、上記本発明の基板の製造方法により製造されている。本発明の基板は、上記本発明の基板の製造方法により製造されているため、製造コストが抑制されつつ、ひずみが低減された基板となっている。
【発明の効果】
【００２３】
以上の説明から明らかなように、本発明の基板およびその製造方法によれば、製造コストを抑制しつつ、ひずみを低減した基板およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。
【００２５】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態である実施の形態１における基板について説明する。図１は、実施の形態１における基板の構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１の基板における半導体層の表面付近を拡大して示す概略部分断面図である。
【００２６】
図１を参照して、実施の形態１における基板としての複合基板９は、ベース層としての金属基板２と、金属基板２上に接触して形成され、金属基板２よりも厚みの小さい半導体層としてのＧａＮ層１とを備えている。金属基板２とＧａＮ層１とは、たとえばファンデルワールス力により接合されており、両者は格子整合していない。
【００２７】
さらに、金属基板２とは反対側のＧａＮ層１の主面１１は、劈開面となっている。より具体的には、図２を参照して、金属基板２とは反対側のＧａＮ層１の主面１１は、劈開により形成された面である劈開面であることにより、複数の平坦部１１１およびステップ１１２が形成されている。この平坦部１１１とステップ１１２との間には、１ｎｍ以上３０００ｎｍ以下程度の高さを有する段差が形成されている。
【００２８】
ここで、一般に、主面上に結晶をエピタキシャル成長させることにより半導体層（エピタキシャル層）を形成し、半導体装置を製造するために使用される基板においては、結晶性が高く、良質なエピタキシャル層を容易に形成するため、その主面には微小な凹凸（ステップ）が形成されていることが望ましい。そして、ステップを有する主面を形成するため、従来、所定の結晶面に対して僅かに傾斜した（微小なオフ角を有する）主面を形成する対策が採用されている。より具体的に説明すると、たとえば分極性面である（０００１）面を主面とする基板を作製したい場合、主面が（０００１）面となるように作製された基板に対して、研磨などの機械加工が実施される。これにより、主面が（０００１）面に対して僅かに傾斜し、主面に８°以下の僅かなオフ角が付与される。
【００２９】
これに対し、図１および図２を参照して、本実施の形態における複合基板９においては、劈開面であるＧａＮ層１の主面１１に、劈開により形成された微小な凸部または凹部としてのステップ１１２が形成されている。そのため、ステップを形成するために、新たに研磨などの機械加工を実施する必要がない。その結果、ＧａＮ層１は、研磨などの機械加工によるひずみが低減された半導体層となっている。
【００３０】
図３は、実施の形態１の変形例における基板の構成を示す概略断面図である。また、図４は、図３の基板における半導体層とピタキシャル層との界面付近を拡大して示す概略部分断面図である。
【００３１】
図３および図４を参照して、実施の形態１の変形例における基板としてのエピタキシャル層付き複合基板９１は、図１および図２に基づいて説明した上記複合基板９のＧａＮ層１上に、エピタキシャル成長により形成されたＧａＮからなるエピタキシャル層７が配置されている。上述のように、ひずみが低減された半導体層であるＧａＮ層１上にエピタキシャル成長することにより、エピタキシャル層７は、欠陥やひずみの少ない良質の半導体層となっている。
【００３２】
また、本実施の形態の基板としての複合基板９およびエピタキシャル層付き複合基板９１のＧａＮ層１においては、上述のように金属基板２とは反対側のＧａＮ層１の主面１１が劈開面となっている。そのため、ＧａＮ層１の形成においてワイヤーソーなどを用いたスライスが必要ないため、原料基板の損失が大幅に低減され、製造コストが抑制されている。さらに、本実施の形態における複合基板９およびエピタキシャル層付き複合基板９１においては、原料基板の劈開を利用してＧａＮ層１を形成可能であるため、ダイシングなどの機械加工による大きなひずみをＧａＮ層１に導入することなくＧａＮ層１を形成することができる。その結果、ひずみに起因するＧａＮ層１の反りにより、金属基板２との接合が不十分となる等の問題が抑制されている。
【００３３】
以上のように、本実施の形態における基板としての複合基板９およびエピタキシャル層付き複合基板９１は、製造コストが抑制されつつ、ひずみが低減された基板となっている。
【００３４】
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態１における基板の製造方法について説明する。図５は、実施の形態１における基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図６は、図５のベース基板貼付工程およびレーザ光照射工程を説明するための概略断面図である。また、図７は、図５のレーザ光照射工程を説明するための概略平面図である。また、図８は、図５のレーザ光照射工程の変形例を説明するための概略平面図である。また、図９は、図５のレーザ光照射工程を説明するための概略斜視図である。また、図１０は、図５のレーザ光照射工程の変形例を説明するための概略斜視図である。また、図１１および図１２は、図５の支持板貼付工程および劈開分離工程を説明するための概略断面図である。
【００３５】
図５を参照して、本実施の形態における基板の製造方法においては、まず、原料基板を準備する原料基板準備工程が実施される。具体的には、図６を参照して、５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下程度の直径、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度の厚みを有するＧａＮ原料基板１０が、たとえばＨＶＰＥ法により作製される。ここで、ＧａＮ原料基板１０は、（０００１）面を主面１０Ａとして作製される。
【００３６】
次に、図５を参照して、ＧａＮ原料基板の主面を水素プラズマ処理する水素プラズマ処理工程が実施される。具体的には、図６を参照して、ＧａＮ原料基板１０が、温度０℃以上４００℃以下程度、圧力０．００１Ｔｏｒｒ以上大気圧以下程度の水素ガスを含み、高周波またはマイクロ波等の電圧が印加された雰囲気中で、０．１秒以上６００秒以下程度保持されることにより、一方の主面１０Ａ（後工程において金属基板２と接合される側の主面１０Ａ）が水素プラズマ処理される。その結果、当該一方の主面１０Ａに存在する酸素等が除去され、主面１０Ａが清浄化される。より詳細に説明すると、たとえばマグネトロンＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）装置を用いて、水素雰囲気中、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力５００ｍＷの条件で６０秒間保持する、あるいはマイクロ波装置を用いて、水素雰囲気中、圧力４０Ｔｏｒｒ、周波数２．４５ＧＨｚまたは９１５ＭＨｚ、電力２００ｍＷの条件で５秒間保持することにより、水素プラズマ処理を実施することができる。なお、上記水素プラズマ処理に代えて、水素ガス以外を用いた還元雰囲気中で、同様に高周波やマイクロ波等を印加することにより、ＧａＮ原料基板１０の一方の主面１０Ａを清浄化してもよい。また、水素プラズマ処理により表面が水素終端構造となっているかどうかは、たとえば当該表面をＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；Ｘ線光電子分光）、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；原子間力顕微鏡）などにより解析して確認することができる。
【００３７】
次に、図５を参照して、原料基板の主面にベース基板を貼り付けるベース基板貼り付け工程が実施される。具体的には、ＧａＮ原料基板１０および金属基板２の互いに貼り付けられるべき面の少なくとも一方に水を付着させた後、両者を接触させることにより、ＧａＮ原料基板１０の主面１０Ａに金属基板２が貼り付けられる。なお、水を付着させる前に、当該面を界面活性剤により洗浄してもよい。
【００３８】
次に、図５を参照して、ＧａＮ原料基板の内部に集光するレーザ光を、基板の劈開面に交差する方向からＧａＮ原料基板に照射し、劈開面に沿う方向に走査するレーザ光照射工程が実施される。具体的には、図６を参照して、まず、金属基板２が貼り付けられたＧａＮ原料基板１０が、レーザ光照射装置３にセットされる。レーザ光照射装置３は、高精度ステッピングモータにより駆動されることにより、Ｘ軸方向およびＸ軸方向に直交する方向であるＹ軸方向（図６において紙面に垂直な方向）に移動可能なステージ３１と、ステージ３１に対向する位置に配置される集光レンズ３３と、集光レンズ３３を含む光学系を介してステージ３１上にレーザ光４０を照射可能な光源４５とを備えている。集光レンズ３３および光源４５は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向であるＺ方向に移動可能である。
【００３９】
レーザ光照射工程においては、まず、ステージ３１上に透明石英からなる石英板３２が載置される。石英板３２上には、金属基板２が貼り付けられたＧａＮ原料基板１０が、金属基板２が貼り付けられた側とは反対側の主面１０Ａが集光レンズ３３に対向するように載置される。集光レンズ３３に対向するＧａＮ原料基板１０の主面１０Ａは、（０００１）面である。次に、光源４５から出射されたレーザ光４０がＧａＮ原料基板１０の内部の劈開面１１に集光するように、ＧａＮ原料基板１０の劈開面１１に交差する方向からＧａＮ原料基板１０に対して照射され、走査される。これにより、ＧａＮ原料基板１０の劈開面１１に沿って、照射影響層４１が形成される。照射影響層４１は、上記レーザ光４０の照射により形成される他の領域よりも脆弱な領域であって、たとえば多数の微小なクラックが形成された領域である。
【００４０】
また、本実施の形態においては、レーザ光４０は所定の繰り返し周波数、たとえば１０Ｈｚ以上１００ＭＨｚ以下の繰り返し周波数で照射されている。そして、図６を参照して、金属基板２が貼り付けられたＧａＮ原料基板１０および石英板３２が載置されたステージ３１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向（図６において紙面に垂直な方向）に、劈開面１１におけるレーザ光４０のスポット径よりも大きい距離を、照射の繰り返し周波数の逆数に相当する時間で移動する。そのため、図６に示すように、照射影響層４１は、劈開面１１に沿った方向に、複数個分離して形成される。なお、照射影響層４１は、ステージ３１を上記繰返し周波数の逆数に相当する時間に上記スポット径と同等以下の距離だけ移動させることにより、部分的に重なるように複数個形成されてもよい。
【００４１】
ここで、ＧａＮ原料基板１０に対するレーザ光４０の照射は、平面的に見て、図７に示すように、照射影響層４１が格子状に並ぶように行われてもよいし、図８に示すように、同心円状に並ぶように行われてもよい。また、劈開面１１としては、図９に示すように、ＧａＮ原料基板１０の主面１０Ａに平行な面、すなわち分極性面である（０００１）面が選択されてもよいし、図１０に示すように、主面１０Ａに交差する面、たとえば（１０−１−３）面、（１０−１−１）面、（１１−２２）面などの半極性面や（１１−２０）面などの無極性面が選択されてもよい。主面１０Ａに交差する面が劈開面１１として選択される場合、たとえば上記ステージ３１の移動とともに、集光レンズ３３を含む光学系がＺ軸方向に移動することにより、所望の劈開面１１に沿う方向にレーザ光４０が走査される。
【００４２】
次に、図５を参照して、金属基板２が貼り付けられたＧａＮ原料基板１０の主面に、平行平板形状を有する支持板、たとえばアルミナなどのセラミックス、ガラス、Ｓｉ、金属などからなる支持板を貼り付ける支持板貼付工程が実施される。具体的には、たとえば図１１を参照して、上記レーザ光照射工程が実施されたＧａＮ原料基板１０の金属基板２とは反対側の主面１０Ａ、および金属基板２のＧａＮ原料基板１０とは反対側の主面２Ａのそれぞれに、支持板５０が貼り付けられる。この場合、たとえば吸着用の穴が形成された支持板５０上に金属基板２が貼り付けられたＧａＮ原料基板１０を載置し、当該穴の内部を減圧することにより支持板５０を、金属基板２が貼り付けられたＧａＮ原料基板１０に吸着させる方法（真空吸着）を採用することができる。
【００４３】
次に、図５を参照して、レーザ光４０が照射されたＧａＮ原料基板１０を劈開面１１に沿う面において分離する劈開分離工程が実施される。具体的には、図１１を参照して、上述の２枚の支持板５０に対し、劈開面１１に平行で互いに反対向き（矢印αの向き）の力が付与される。これにより、複数の照射影響層４１が形成された劈開面１１に沿う面に剪断力が作用する。そして、隣接する領域に比べて脆弱な領域である照射影響層４１に沿ってＧａＮ原料基板１０は、容易に劈開して分離される。つまり、ＧａＮ原料基板１０は、照射影響層４１を含む領域において、劈開して分離される。その結果、図９に示すように劈開面１１として（０００１）面が選択された場合、図１２に示すように、分極性面である（０００１）面を金属基板２とは反対側の主面とするＧａＮ層１が、金属基板２に貼り付けられた状態でＧａＮ原料基板１０から分離される。
【００４４】
次に、図５を参照して、金属基板２が貼り付けられたＧａＮ層１（ＧａＮ層１と金属基板２との接合体）から支持板５０を分離する支持板分離工程が実施される。具体的には、上記接合体に貼り付けられている支持板５０が、たとえば真空吸着が停止されることにより、当該接合体から分離される。これにより、本実施の形態における基板としての複合基板９が得られる。一方、ＧａＮ原料基板１０も同様に、支持板５０から分離される。分離されたＧａＮ原料基板１０は、ＧａＮ層１の原料として、上記実施の形態における基板の製造方法において再度利用することができる。以上の工程により、本実施の形態における基板としての複合基板９が完成する。
【００４５】
ここで、レーザ光４０のパルス幅は、ＧａＮ原料基板１０の劈開面１１に沿った領域以外の領域に損傷を与えることを抑制するため、１０ｆｓ以上５００ｐｓ以下とすることが好ましく、３０ｆｓ以上５００ｆｓ以下とすることが特に好ましい。また、劈開面１１に沿った領域に適切な照射影響層４１を形成するためには、劈開面１１におけるレーザ光４０のエネルギー密度が１０−７ｍＪ／ｃｍ２以上１０ｍＪ／ｃｍ２以下であることが好ましく、０．１ｍＪ／ｃｍ２以上１ｍＪ／ｃｍ２以下であることが、特に好ましい。
【００４６】
上記本実施の形態における製造方法により製造された複合基板９のＧａＮ層１は、レーザ光４０が照射されることによりＧａＮ原料基板１０の劈開面１１に沿って複数の照射影響層４１が形成された上で、劈開により分離されて作製されている。その結果、図２を参照して、ＧａＮ層１の主面には、複数の平坦部１１１およびステップ１１２が形成される。そのため、ＧａＮ層１に対してひずみの原因となる機械加工等の新たな加工を実施することなく、ＧａＮ層１上に、容易に、良質なエピタキシャル層を形成することが可能となっている。
【００４７】
また、上述のように、上記平坦部１１１およびステップ１１２は、照射影響層４１の形成に対応して形成される。そのため、照射影響層４１を劈開面１１の全域にわたって周期的に形成することにより、この平坦部１１１およびステップ１１２を、ＧａＮ層１の主面全域に、周期的に形成することができる。これにより、主面上において安定したエピタキシャル成長が可能なＧａＮ層１を備えた複合基板９を提供することが可能となる。
【００４８】
さらに、本実施の形態における複合基板９のＧａＮ層１は、上述のようにＧａＮ原料基板１０を劈開させることにより分割して作製される。そのため、ワイヤーソーなどを用いたスライスが必要ないため、原料基板の損失が大幅に低減され、製造コストが抑制されている。
【００４９】
さらに、近年、分極性面である（０００１）面を主面とするＧａＮ基板上に発光層をエピタキシャル成長させた半導体発光素子においては、ＧａＮ基板の極性に起因して発光素子の出力が低下するという問題が指摘されている。そのため、半導体発光素子に使用されるＧａＮ基板に対しては、分極性面である（０００１）面以外の面、たとえば半極性面である（１０−１−３）面、（１０−１−１）面、（１１−２２）面、無極性面である（１１−２０）面などを主面とすることが要求される場合がある。この要求に応えるためには、たとえば、作製の容易な（０００１）面を主面とするＧａＮ原料基板を作製した上で、機械加工により所望の面を主面とするＧａＮ基板を製造する必要がある。しかし、この場合、機械加工による原料基板の損失が大きく、製造コストが大幅に上昇するという問題が生じる。これに対し、上記本実施の形態における基板の製造方法では、所望の劈開面に対してレーザ光を照射し、走査することにより、原料基板の損失を抑制しつつ、所望の面を主面とするＧａＮ層１を備えた複合基板９を製造することができる。その結果、本実施の形態における複合基板９によれば、所望の面を主面とする直径２インチ以上の半導体発光素子用のＧａＮ層を備えた複合基板を安価に提供することができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態における基板の製造方法によれば、製造コストを抑制しつつ、ひずみを低減した複合基板９（図１および図２参照）を製造することができる。
【００５１】
さらに、図５を参照して、本実施の形態においては、基板の半導体層上にエピタキシャル層が形成されるエピタキシャル成長工程が実施される。具体的には、図３および図４を参照して、複合基板９のＧａＮ層１上に、ＧａＮをエピタキシャル成長させることにより、ＧａＮエピタキシャル層７が形成される。これにより、本実施の形態の変形例における基板であるエピタキシャル層付き複合基板９１が完成する。
【００５２】
上述のように、上記複合基板９のＧａＮ層１はひずみが低減されている。そのため、当該ＧａＮ層１上にエピタキシャル層を成長させて作製されたエピタキシャル層付き複合基板９１は、良質なＧａＮエピタキシャル層７を備えた基板となっている。
【００５３】
次に、本実施の形態における基板の製造方法の変形例について説明する。図１３は、実施の形態１の基板の製造方法の変形例における原料基板準備工程を説明するための概略断面図である。また、図１４は、実施の形態１における基板の製造方法の変形例におけるベース基板貼付工程およびレーザ準備工程を説明するための概略断面図である。
【００５４】
本実施の形態における基板の製造方法の変形例は、上記本実施の形態における基板の製造方法と、基本的には同様に実施される。しかし、原料基板準備工程において準備される原料基板が上記実施の形態とは異なっており、これに対応して製造される基板において相違点を有している。
【００５５】
すなわち、図５を参照して、本変形例における基板の製造方法の原料基板準備工程においては、図１３に示すように、ＧａＮからなる下地基板としてのＧａＮ下地基板１０１と、ＧａＮ下地基板１０１上にエピタキシャル成長により形成されたＧａＮからなるエピタキシャル成長領域としてのＧａＮエピタキシャル成長領域１０２とを備えたＧａＮ原料基板１０が準備される。
【００５６】
次に、図５を参照して、上記実施の形態と同様に水素プラズマ処理工程が実施された後、ベース基板貼付工程およびレーザ光照射工程が実施される。ベース基板貼付工程においては、図１４を参照して、ＧａＮ下地基板１０１とは反対側のＧａＮエピタキシャル成長領域１０２の主面に、金属基板２が貼り付けられる。そして、レーザ光照射工程では、ＧａＮ原料基板１０の内部に集光するレーザ光が、劈開面１１に交差する方向からＧａＮ原料基板１０に照射され、劈開面１１に沿う方向に走査される。このとき、ＧａＮ下地基板１０１の内部の劈開面１１Ａに沿って、レーザ光が走査されてもよいし、ＧａＮエピタキシャル成長領域１０２の内部の劈開面１１Ｂに沿ってレーザ光が走査されてもよい。
【００５７】
これにより、図１を参照して、本変形例の製造方法により製造される複合基板９のＧａＮ層１は、ＧａＮエピタキシャル成長領域１０２またはＧａＮエピタキシャル成長領域１０２上にＧａＮ下地基板１０１が配置された構成となる。そして、分離されたＧａＮ下地基板１０１は、ＧａＮ下地基板１０１上に再度所望のエピタキシャル成長領域を形成することにより、再度ＧａＮ原料基板１０として、本変形例の基板の製造方法に使用することができる。また、上述のように、半導体であるＧａＮからなる下地基板としてのＧａＮ下地基板１０１上に、同種材料であるＧａＮからなるＧａＮエピタキシャル成長領域１０２を形成することにより、本変形例において製造される複合基板９のＧａＮ層１を欠陥が少なく、結晶性の高い良質な層とすることができる。
【００５８】
さらに、原料基板準備工程において準備されるＧａＮ原料基板１０では、ＧａＮ下地基板１０１上に形成されるエピタキシャル成長領域は、必ずしもＧａＮである必要はなく、ＧａＮに格子定数の近い材料、たとえばＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどであってもよい。また、ＧａＮ下地基板１０１上に形成されるエピタキシャル成長領域は必ずしも一層である必要はなく、複数層であってもよい。具体的には、エピタキシャル成長領域は、たとえば半導体発光素子のクラッド層や多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層などを含む複数層とすることができる。
【００５９】
以上のように、本変形例における基板の製造方法によれば、下地基板としてのＧａＮ下地基板１０１上に所望のエピタキシャル層を形成して当該エピタキシャル層とベース基板とを備えた複合基板を製造可能であるとともに、高価なＧａＮ下地基板１０１の再利用を繰り返すことができる。その結果、本変形例における基板の製造方法によれば、製造コストを抑制しつつ、ひずみを低減した基板を製造することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
以下、本発明の一実施の形態である実施の形態２における基板の製造方法について説明する。図１５は、実施の形態２におけるレーザ光照射工程を説明するための概略斜視図である。
【００６１】
実施の形態２における基板の製造方法は、基本的には上述した実施の形態１における基板の製造方法と同様に実施される。しかし、図５を参照して、実施の形態２における基板の製造方法は、レーザ光照射工程において、実施の形態１とは異なっている。すなわち、図１５を参照して、実施の形態２におけるレーザ光照射装置３は、集光レンズ３３により集光されたレーザ光４０が直接被照射物であるＧａＮ原料基板１０に照射される構成ではなく、レーザ光４０の光路において、集光レンズ３３と被照射物であるＧａＮ原料基板１０との間にガルバノミラー６０が配置されている点において、実施の形態１におけるレーザ光照射装置３とは異なっている。つまり、集光レンズ３３により集光されたレーザ光４０は、ガルバノミラー６０により反射された後、ＧａＮ原料基板１０に対して照射される。
【００６２】
そして、実施の形態２におけるレーザ光照射工程においては、ＧａＮ原料基板１０に対してレーザ光４０を走査させるために、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方にステージ３１が移動する実施の形態１の構成とは異なり、ステージ３１はＸ軸方向にのみ移動し、Ｙ軸方向には移動しない。一方、反射部材としてのガルバノミラー６０が回動することにより、ＧａＮ原料基板１０に対してレーザ光４０が走査される。つまり、本実施の形態におけるレーザ光照射工程においては、レーザ光４０は、回動する反射部材に反射することによりＧａＮ原料基板１０に対して走査される。
【００６３】
より具体的に本実施の形態におけるレーザ光照射工程を説明すると、まず、ステージ３１が固定された状態でレーザ光４０がＧａＮ原料基板１０に照射され、ガルバノミラー６０が回動することにより当該レーザ光４０はＹ軸方向に走査される。Ｙ軸方向の走査が完了すると、ステージ３１がＸ軸方向に所望の距離だけ移動してレーザ光４０がＧａＮ原料基板１０に照射され、ガルバノミラー６０が回動することにより当該レーザ光４０がＹ軸方向に走査される。これを繰返すことにより、本実施の形態におけるレーザ光照射工程は実施される。
【００６４】
本実施の形態のように、レーザ光４０の走査にガルバノミラー６０などの反射部材による反射を利用することにより、高速な走査が可能となり、複合基板９の生産効率が向上する。なお、本実施の形態においては、Ｙ軸方向にのみガルバノミラーによる走査が行なわれる場合について説明したが、たとえばＸ軸方向およびＹ軸方向の両方にガルバノミラーによる走査が行われてもよい。これにより、複合基板９の生産効率を一層向上させることが可能となる。この場合、レーザ光照射装置３においては、複数（２つ）のガルバノミラーが採用されてもよい。
【実施例１】
【００６５】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の基板の製造方法により複合基板が製造可能であることを確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００６６】
まず、（０００１）面を主面とする直径φ５０ｍｍ、厚みｔ３ｍｍの円盤状のＧａＮ基板を原料基板（サンプル）として準備した。サンプルは、Ｎ２（窒素）ガス、ＮＨ３（アンモニア）ガス、ＨＣｌ（塩化水素）ガスおよびＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスを用いたＨＶＰＥ法により作製した。そして、当該サンプルに対して、上記実施の形態１における基板の製造方法のうち水素プラズマ処理工程およびベース基板貼付工程を省略し、レーザ光照射工程、支持板貼付工程および劈開分離工程と同様の工程を実施した。劈開面としては両側の主面からの距離が等しい位置の（０００１）面を採用した。また、レーザ光には、パルス幅、劈開面におけるエネルギー密度、波長などが異なる３種類のレーザを採用した（実施例Ａ〜Ｃ）。また、上記実施の形態２における基板の製造方法のうち水素プラズマ処理工程およびベース基板貼付工程を省略し、レーザ光照射工程、支持板貼付工程および劈開分離工程と同様の工程も上記サンプルに対して実施した（実施例Ｄ）。試験条件の詳細および試験結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2009081285.tif 000003
【００６８】
次に、試験結果について説明する。上記試験条件により厚み方向におけるサンプルの劈開による２等分を試みたところ、いずれの場合においても成功した。このことから、本発明の基板の製造方法によれば、原料基板から半導体層となるべき領域を分離する際の、原料基板の損失を抑制した基板の製造方法を提供可能であることが確認された。ただし、パルス幅：１０ｆｓ以上５００ｐｓ以下、劈開面におけるレーザ光のエネルギー密度：１０−７ｍＪ／ｃｍ２以上１０ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲外である実施例ＢおよびＣにおいては、劈開面以外の領域、具体的には劈開面から見てレーザ光が入射する側の領域に損傷（照射影響層）が発生していた。これに対し、パルス幅およびエネルギー密度が上記範囲内である実施例ＡおよびＤにおいては、劈開面以外の領域に損傷は発見されなかった。このことから、パルス幅およびエネルギー密度は上記範囲とすることが好ましいことが確認される。
【００６９】
さらに、上記実施の形態１と同様に実施された実施例Ａ〜Ｃにおけるレーザ光照射工程は、６０分間を要したのに対し、上記実施の形態２と同様に実施された、すなわちガルバノミラーを用いてＹ軸方向の走査を行なった実施例Ｄにおけるレーザ光照射工程は、２分間で完了した。このことから、レーザ光が回動する反射部材に反射することによって原料基板に対して走査されるレーザ光照射工程が採用されることにより、基板の生産効率を向上させることが可能であるといえる。
【００７０】
なお、上記実施の形態および実施例においては、本発明の基板およびその製造方法における基板として、半導体層を構成する半導体がＧａＮである場合について説明したが、本発明の基板およびその製造方法はこれに限られない。本発明の基板およびその製造方法における半導体層を構成する半導体は、劈開面を有する、すなわち結晶性を有する半導体であればよく、ＧａＮのほか種々の半導体、たとえばダイヤモンド、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮなどであってもよい。
【００７１】
また、本発明のベース層（ベース基板）を構成する素材としては、たとえばＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、Ｃ（炭素）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ガドリニウムガリウムガーネット（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、Ｓｉ（珪素）などを採用することができる。特に、ベース層（ベース基板）の素材がＧａＮである場合、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃｕなどが好ましく、ベース層の素材がダイヤモンドである場合、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｃｕ、Ｍｏなどが好ましい。
【００７２】
さらに、上記実施の形態および実施例においては、劈開分離工程において、劈開面に平行な方向に互いに反対向きの力が負荷される場合について説明したが、劈開面に交差する方向、たとえば劈開面に垂直に互いに反対向きの力が負荷されて劈開分離工程が実施されてもよい。さらに、劈開分離工程は、急激な加熱または冷却、たとえばレーザ光照射工程が実施された原料基板の一部が液体窒素に浸漬されることにより、劈開面にひずみが付与されて実施されてもよい。
【００７３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の基板およびその製造方法は、ベース層とベース層上に接触して形成された半導体層とを備えた複合基板およびその製造方法に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施の形態１における基板の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の基板における半導体層の表面付近を拡大して示す概略部分断面図である。
【図３】実施の形態１の変形例における基板の構成を示す概略断面図である。
【図４】図３の基板における半導体層とピタキシャル層との界面付近を拡大して示す概略部分断面図である。
【図５】実施の形態１における基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図５のベース基板貼付工程およびレーザ光照射工程を説明するための概略断面図である。
【図７】図５のレーザ光照射工程を説明するための概略平面図である。
【図８】図５のレーザ光照射工程の変形例を説明するための概略平面図である。
【図９】図５のレーザ光照射工程を説明するための概略斜視図である。
【図１０】図５のレーザ光照射工程の変形例を説明するための概略斜視図である。
【図１１】図５の支持板貼付工程および劈開分離工程を説明するための概略断面図である。
【図１２】図５の支持板貼付工程および劈開分離工程を説明するための概略断面図である。
【図１３】実施の形態１の基板の製造方法の変形例における原料基板準備工程を説明するための概略断面図である。
【図１４】実施の形態１における基板の製造方法の変形例におけるベース基板貼付工程およびレーザ準備工程を説明するための概略断面図である。
【図１５】実施の形態２におけるレーザ光照射工程を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  ＧａＮ層、２  金属基板、２Ａ  主面、３  レーザ光照射装置、７  エピタキシャル層、９  複合基板、９１  エピタキシャル層付き複合基板、１０  ＧａＮ原料基板、１０Ａ  主面、１０１  下地基板、１０２  エピタキシャル成長領域、１１  主面（劈開面）、１１Ａ，１１Ｂ  劈開面、１１１  平坦部、１１２  ステップ、３１  ステージ、３２  石英板、３３  集光レンズ、４０  レーザ光、４１  照射影響層、４５  光源、５０  支持板、６０  ガルバノミラー。
【図１】
2009081285.tif 000004
【図２】
2009081285.tif 000005
【図３】
2009081285.tif 000006
【図４】
2009081285.tif 000007
【図５】
2009081285.tif 000008
【図６】
2009081285.tif 000009
【図７】
2009081285.tif 000010
【図８】
2009081285.tif 000011
【図９】
2009081285.tif 000012
【図１０】
2009081285.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2009081285.tif 000016
【図１４】
2009081285.tif 000017
【図１５】
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