(57)【要約】【課題】製造過程においてクラックの発生を抑制できる窒化ガリウムの結晶成長方法および窒化ガリウム基板の製造方法を提供する。【解決手段】窒化ガリウムの結晶成長方法は、以下の工程が実施される。まず、下地基板が準備される（ステップＳ１）。そして、下地基板上に、第１の窒化ガリウム層が成長される（ステップＳ２）。そして、第１の窒化ガリウム層よりも脆性の低い第２の窒化ガリウム層が成長される（ステップＳ３）。【選択図】図１
2009167066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に、第１の窒化ガリウム層を成長する工程と、
前記第１の窒化ガリウム層よりも脆性の低い第２の窒化ガリウム層を成長する工程とを備えた、窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項２】
前記第１の窒化ガリウム層は、第１のドーパントとしての酸素を含み、
前記第２の窒化ガリウム層は、第２のドーパントとしての酸素を含み、
前記第１のドーパントを構成する酸素濃度が前記第２のドーパントを構成する酸素濃度よりも高い、請求項１に記載の窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項３】
前記第１の窒化ガリウム層は、第１のドーパントとしてのシリコンを含み、
前記第２の窒化ガリウム層は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、
前記第１のドーパントを構成するシリコン濃度が前記第２のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高い、請求項１に記載の窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項４】
前記第１の窒化ガリウム層は、第１のドーパントとしての酸素を含み、
前記第２の窒化ガリウム層は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、
前記第１のドーパントを構成する酸素濃度が前記第２のドーパントを構成するシリコン濃度の３３／５０以上である、請求項１に記載の窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項５】
前記第１の窒化ガリウム層は、第１のドーパントとしての酸素とシリコンとを含み、
前記第２の窒化ガリウム層は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、
前記第１の窒化ガリウム層において前記第１のドーパントを構成する酸素濃度は前記第１のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上であり、かつ前記第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和が前記第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上である、請求項１に記載の窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項６】
前記下地基板は、窒化ガリウムと異なる材料である、請求項１〜５のいずれかに記載の窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項７】
前記準備する工程と前記第１の窒化ガリウム層を成長する工程との間に、前記下地基板上に開口部を有するマスク層を形成する工程をさらに備えた、請求項１〜６のいずれかに記載の窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項８】
前記準備する工程と前記第１の窒化ガリウム層を成長する工程との間に、
前記下地基板上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に開口部を有するマスク層を形成する工程とをさらに備えた、請求項１〜６のいずれかに記載の窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項９】
前記マスク層を構成する材料は、二酸化珪素、窒化珪素、チタン、クロム、鉄および白金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む、請求項７または８に記載の窒化ガリウムの結晶成長方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の窒化ガリウムの結晶成長方法により、前記第１および第２の窒化ガリウム層を成長させる工程と、
前記第２の窒化ガリウム層から、前記下地基板および前記第１の窒化ガリウム層を除去する工程とを備えた、窒化ガリウム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウムの結晶成長方法および窒化ガリウム基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３．４ｅＶのエネルギーバンドギャップおよび高い熱伝導率を有するＧａＮ（窒化ガリウム）基板は、短波長の光デバイスやパワー電子デバイスなどの半導体デバイス用の材料として注目されている。このような窒化ガリウム基板の製造方法は、特開２０００−４４４００号公報（特許文献１）および特開２００２−３７３８６４号公報（特許文献２）などに開示されている。
【０００３】
上記特許文献１には、以下の方法によりＧａＮ単結晶基板を製造する方法が開示されている。具体的には、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板上に開口部を有するマスクを設ける。次に、マスクの開口部に、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法またはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法によりＧａＮバッファ層を形成する。次に、ＨＶＰＥ法またはＭＯＣＶＤ法によりマスクを覆うようにＧａＮエピタキシャル層を形成する。次に、ＧａＡｓ基板をエッチングにより除去し、マスクを研磨により除去する。
【０００４】
上記特許文献２には、以下の方法によりＧａＮ単結晶層を製造する方法が開示されている。具体的には、ＧａＮ種結晶の上にＨＶＰＥ法によって、ＧａＮ結晶を成長させる。その後、ＧａＮ種結晶を研削により除去する。
【特許文献１】特開２０００−４４４００号公報
【特許文献２】特開２００２−３７３８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧａＮ単結晶基板を製造するためには、下地基板およびマスクを除去する必要がある。上記特許文献１ではマスクを除去するために研磨を、上記特許文献２では下地基板を除去するために研削を行なっている。研磨および研削を行なうと、製造するＧａＮ単結晶層に機械的な衝撃が加えられることにより、ＧａＮ単結晶層にクラックが発生するという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明は、製造過程においてクラックの発生を抑制できる窒化ガリウムの結晶成長方法および窒化ガリウム基板の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法は、以下の工程が実施される。まず、下地基板が準備される。そして、下地基板上に、第１の窒化ガリウム層が成長される。そして、第１の窒化ガリウム層よりも脆性の低い第２の窒化ガリウム層が成長される。
【０００８】
本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法によれば、第２の窒化ガリウム層よりも脆性の高い第１の窒化ガリウム層を成長しているので、下地基板上に、脆い第１の窒化ガリウム層と、第２の窒化ガリウム層とを成長させることができる。この状態で下地基板を除去するために下地基板側から衝撃を加えると、第２の窒化ガリウム層よりも第１の窒化ガリウム層が脆いので、衝撃により第１の窒化ガリウム層が第２の窒化ガリウム層よりも先に破壊され、第１の窒化ガリウム層が第２の窒化ガリウム層から容易に剥離する。また、下地基板を除去するために第１の窒化ガリウム層に衝撃を加えると、小さな衝撃で第１の窒化ガリウム層は第２の窒化ガリウム層から剥離する。第２の窒化ガリウム層から第１の窒化ガリウム層が剥離した後に第２の窒化ガリウム層に第１の窒化ガリウム層が付着している場合には、第２の窒化ガリウム層から第１の窒化ガリウム層を小さな衝撃で除去できるので、第２の窒化ガリウム層に生じるクラックを低減できる。したがって、製造過程においてクラックの発生を抑制した窒化ガリウムを結晶成長することができる。
【０００９】
上記窒化ガリウムの結晶成長方法において好ましくは、第１の窒化ガリウム層は、第１のドーパントとしての酸素を含み、第２の窒化ガリウム層は、第２のドーパントとしての酸素を含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度が第２のドーパントを構成する酸素濃度よりも高い。
【００１０】
また上記窒化ガリウムの結晶成長方法において好ましくは、第１の窒化ガリウム層は、第１のドーパントとしてのシリコンを含み、第２の窒化ガリウム層は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成するシリコン濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高い。
【００１１】
また上記窒化ガリウムの結晶成長方法において好ましくは、第１の窒化ガリウム層は、第１のドーパントとしての酸素を含み、第２の窒化ガリウム層は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度の３３／５０以上である。
【００１２】
また上記窒化ガリウムの結晶成長方法において好ましくは、第１の窒化ガリウム層は、第１のドーパントとしての酸素とシリコンとを含み、第１の窒化ガリウム層において第１のドーパントを構成する酸素濃度は第１のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上であり、かつ第２の窒化ガリウム層は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和が第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上である。
【００１３】
本発明者は第１の窒化ガリウム層が第２の窒化ガリウム層よりも脆性が低くなる条件を鋭意研究した結果、上記条件を見出した。第１および第２の窒化ガリウム層のドーパントの条件を上記いずれかにすることにより、第１の窒化ガリウム層が第２の窒化ガリウム層よりも格子歪みが高くなるので、第１の窒化ガリウム層が第２の窒化ガリウム層よりも脆性が高くなる。そのため、第２の窒化ガリウム層から第１の窒化ガリウム層を容易に剥離できる。
【００１４】
上記窒化ガリウムの結晶成長方法において好ましくは、下地基板は、窒化ガリウムと異なる材料である。
【００１５】
下地基板が異種基板であっても、第１の窒化ガリウム層の脆性を低くすることにより、製造過程において第２の窒化ガリウム層に発生するクラックを抑制できる。
【００１６】
上記窒化ガリウムの結晶成長方法において好ましくは、準備する工程と第１の窒化ガリウム層を成長する工程との間に、下地基板上に開口部を有するマスク層を形成する工程をさらに備えている。
【００１７】
これにより、マスク層の開口部から露出している下地基板の面積を低減できるので、下地基板に形成されている転位を第１の窒化ガリウム層へ引き継ぐことを抑制できる。このため、第２の窒化ガリウム層に発生する転位を抑制できる。
【００１８】
上記窒化ガリウムの結晶成長方法において好ましくは、準備する工程と第１の窒化ガリウム層を成長する工程との間に、異種基板上にバッファ層を形成する工程と、バッファ層上に開口部を有するマスク層を形成する工程とをさらに備えている。
【００１９】
これにより、マスク層の開口部から露出している下地基板の面積を低減できるので、下地基板に形成されている転位を第１の窒化ガリウム層へ引き継ぐことを抑制できる。このため、第２の窒化ガリウム層に発生する転位を抑制できる。また、バッファ層を形成することにより、第２の窒化ガリウム層の結晶性をより向上できる。
【００２０】
上記窒化ガリウムの結晶成長方法において好ましくは、上記マスク層を構成する材料は、二酸化珪素（ＳｉＯ2）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）および白金（Ｐｔ）からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。
【００２１】
これらの材料は開口部を均一に形成しやすいため、下地基板に形成されている転位を第１の窒化ガリウム層へ引き継ぐことを抑制できる。このため、第２の窒化ガリウム層に発生する転位をより抑制できる。
【００２２】
本発明の窒化ガリウム基板の製造方法は、上記いずれかに記載の窒化ガリウムの結晶成長方法により、第１および第２の窒化ガリウム層を成長させる工程と、第２の窒化ガリウム層から、下地基板および第１の窒化ガリウム層を除去する工程とを備えている。
【００２３】
本発明の窒化ガリウム基板の製造方法によれば、第２の窒化ガリウム層よりも脆い第１の窒化ガリウム層が成長されているので、下地基板を除去するために衝撃を加えると、第１の窒化ガリウム層が第２の窒化ガリウム層よりも先に破壊され、第１の窒化ガリウム層が第２の窒化ガリウム層から容易に剥離する。剥離後に第１の窒化ガリウム層に第２の窒化ガリウム層が付着している場合には、第２の窒化ガリウム層から第１の窒化ガリウム層を小さな衝撃で除去できるので、第２の窒化ガリウム層に生じるクラックを低減できる。したがって、クラックの発生を抑制した窒化ガリウム基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法および窒化ガリウム基板の製造方法によれば、製造過程においてクラックの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。図１を参照して、本実施の形態におけるＧａＮ層の結晶成長方法およびＧａＮ基板の製造方法を説明する。
【００２６】
図２は、本実施の形態における下地基板１１を示す概略断面図である。図１および図２に示すように、まず、下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。準備される下地基板１１は、ＧａＮであってもＧａＮと異なる材料であってもよいが、ＧａＮと異なる材料よりなる異種基板であることが好ましい。異種基板としては、たとえばガリウム砒素（ＧａＡｓ）、サファイヤ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などを用いることができる。
【００２７】
図３は、本実施の形態における剥離層１２を成長した状態を示す概略断面図である。次に、図１および図３に示すように、下地基板１１の表面上に、第１の窒化ガリウム層としての剥離層１２を成長する（ステップＳ２）。剥離層１２はＧａＮよりなる。このとき剥離層１２の成長表面は下地基板１２の表面と平行ではなく、複数の傾いた凹凸面で成長することが好ましい。剥離層１２の成長方法は特に限定されず、昇華法、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（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法などの気相成長法、液相成長法などを採用でき、ＨＶＰＥ法を採用することが好ましい。
【００２８】
剥離層１２の厚みは２００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であることが好ましい。２００ｎｍ以上の場合、後述する下地基板１１を除去する際に、ＧａＮ層１３（図４参照）に加えられる衝撃を抑制できる。７５０ｎｍ以下の場合、後述するＧａＮ層１３を成長させたときに、ＧａＮ層１３（図４参照）の結晶性を向上できる。
【００２９】
図４は、本実施の形態におけるＧａＮ層を成長した状態を示す概略断面図である。次に、図１および図４に示すように、剥離層１２よりも脆性の低い第２の窒化ガリウム層としてのＧａＮ層１３を成長する（ステップＳ３）。ＧａＮ層１３の成長方法は特に限定されないが、剥離層１２およびＧａＮ層１３を成長させるステップＳ２およびＳ３を簡略化する観点から、剥離層１２と同様の成長方法を採用することが好ましい。
【００３０】
ここで、剥離層１２とＧａＮ層１３との脆性について説明する。「脆性」とは、応力が加えられることにより塑性変形を伴わないで破壊する性質を意味し、「脆性が高い」とは破壊に至るまでに加えられる応力が小さいことを意味する。このため、「剥離層１２よりもＧａＮ層１３の脆性が低い」とは、剥離層１２が破壊に至るまでに加えられる応力が、ＧａＮ層１３が破壊に至るまでに加えられる応力よりも小さいことを意味する。すなわち、剥離層１２はＧａＮ層１３よりも脆い。この脆性の指標として、たとえば微小圧縮試験装置などを用いて剥離層１２およびＧａＮ層１３が破壊するまでに加えられる加重の値を、加えられる応力の値として用いることができる。このため、本実施の形態においては「脆性」を評価する値を、たとえば破壊に至るまでに加えられる応力の値としている。これにより、剥離層１２およびＧａＮ層１３の各々についてこの応力の値が大きい方を、脆性が低いと判断することができる。
【００３１】
具体的には、以下の工程を実施することによって、ＧａＮ層１３よりも脆い剥離層１２を成長することができる。第１の方法として、剥離層１２を成長させるステップＳ２では、第１のドーパントとしての酸素を含む剥離層１２を成長させ、ＧａＮ層１３を成長させるステップＳ３では、第２のドーパントとして酸素を含むＧａＮ層１３を成長する。第１のドーパントを構成する酸素濃度が第２のドーパントを構成する酸素濃度よりも高く、１０倍以上であることが好ましい。剥離層１２およびＧａＮ層１３に酸素をドーピングする場合には、その濃度が高い程、脆性が低くなる。第１のドーパントが第２のドーパントの１０倍以上の濃度の場合、剥離層１２はＧａＮ層１３よりも脆性が非常に低くなる。
【００３２】
第２の方法として、剥離層１２を成長させるステップＳ２では、第１のドーパントとしてのシリコンを含む剥離層１２を成長し、ＧａＮ層１３を成長させるステップＳ３では、第２のドーパントとしてのシリコンを含むＧａＮ層１３を成長する。第１のドーパントを構成するシリコン濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高く、１０倍以上であることが好ましい。剥離層１２およびＧａＮ層１３にシリコンをドーピングする場合には、その濃度が高い程、脆性が低くなる。また、剥離層１２の成長面は下地基板１１の表面と平行ではなく、複数の傾いた凹凸面で成長することが剥離層１２へのドーピング量が増えるので好ましい。第１のドーパントが第２のドーパントの１０倍以上の濃度の場合、剥離層１２はＧａＮ層１３よりも脆性が非常に低くなる。
【００３３】
第３の方法として、剥離層１２を成長させるステップＳ２では、第１のドーパントとしての酸素を含む剥離層１２を成長し、ＧａＮ層１３を成長させるステップＳ３では、第２のドーパントとしてのシリコンを含むＧａＮ層を形成する。第１のドーパントを構成する酸素濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度の３３／５０以上であり、より好ましくは同等以上、さらに好ましくは１０倍以上であることが好ましい。また、剥離層１２の成長面は下地基板１１の表面と平行ではなく、複数の傾いた凹凸面で成長することが剥離層１２へのドーピング量が増えるので好ましい。ＧａＮ結晶中で酸素は窒素サイトに、シリコンはガリウムサイトに入ると考えられる。ここで、窒素と酸素との原子半径差は、ガリウムとシリコンとの原子半径差よりも大きいため、剥離層１２はＧａＮ層１３よりも格子歪みが大きくなるので、第１のドーパントを構成する酸素濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度の３３／５０以上にすることによって、剥離層１２はＧａＮ層１３よりも脆性がより低くなる。第１のドーパントが第２のドーパントの濃度の１０倍以上の場合、剥離層１２はＧａＮ層１３よりも脆性が非常に低くなる。
【００３４】
第４の方法として、剥離層１２を成長させるステップＳ２では、第１のドーパントとしての酸素とシリコンとを含む剥離層１２を成長し、ＧａＮ層１３を成長させるステップＳ３では、第２のドーパントとしてのシリコンを含むＧａＮ層１３を成長する。剥離層１２において第１のドーパントを構成する酸素濃度は第１のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上であり（すなわち剥離層１２中の酸素濃度とシリコン濃度のうち、酸素濃度が１／２以上を占める）、かつ第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和が第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上である。さらに、第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度の和が第２のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高いことが好ましく、１０倍以上であることがより好ましい。また、剥離層１２の成長面は下地基板１１の表面と平行ではなく、複数の傾いた凹凸面で成長することが剥離層１２へのドーピング量が増えるので好ましい。窒素と酸素との原子半径差は、ガリウムとシリコンとの原子半径差よりも大きいため、ドーパントとして酸素をシリコンと同等以上含んでいる剥離層１２の不純物濃度が高ければＧａＮ層１３よりも格子歪みが大きくなるので、剥離層１２はＧａＮ層１３よりも脆性が低くなる。第１のドーパントが第２のドーパントの１０倍以上の濃度の場合、剥離層１２はＧａＮ層１３よりも脆性が非常に低くなる。
【００３５】
上記第１〜第４の方法では、剥離層１２およびＧａＮ層１３にドーピングするドーパントは、それぞれ第１のドーパントおよび第２のドーパントのみであることが好ましい。この場合、剥離層１２およびＧａＮ層１３の脆性を第１および第２のドーパントで調整しやすい。
【００３６】
以上のステップＳ１〜Ｓ３を実施することによりＧａＮ層１３を成長することができる。このＧａＮ層１３を用いてＧａＮ基板を製造する場合には、さらに以下の工程が行なわれる。
【００３７】
次に、ＧａＮ層１３から、下地基板１１および剥離層１２を除去する（ステップＳ４）。除去する方法は、特に限定されず、たとえば切断、研削などの方法を用いることができる。
【００３８】
ここで、切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサー、ワイヤーソーなどで、ＧａＮ層１３と剥離層１２との界面を機械的に分割（スライス）すること、レーザパルスや水分子をＧａＮ層１３と剥離層１２との界面に照射または噴射すること、剥離層１２の結晶格子面に沿ってへき開することなどによりＧａＮ層１３と剥離層１２とを機械的に分割することをいう。この場合、剥離層１２は脆いので、小さな衝撃で剥離層１２はＧａＮ層１３から剥離する。
【００３９】
また研削とは、ダイヤモンド砥石を持つ研削設備などで、下地基板１１および剥離層１２を機械的に削り取ることをいう。この場合、ＧａＮ層１３よりも剥離層１２は脆いので、加えられる機械的衝撃により剥離層１２がＧａＮ層１３よりも先に割れるなど先に破壊される。このため、剥離層１２がＧａＮ層１３から容易に剥離する。
【００４０】
図５は、本実施の形態における剥離層１２とＧａＮ層１３とを切断した状態を示す。切断、研削などの際に、図５に示すように、ＧａＮ層１３に剥離層１２が付着することがある。この場合には、ＧａＮ層１３に付着している剥離層１２を研磨等により除去する。この剥離層１２は脆いため、研磨等をする際に加える機械的衝撃を小さくして、ＧａＮ層１３から剥離層１２を除去できる。
【００４１】
なお、下地基板１１および剥離層１２を除去する方法は、エッチングなどの化学的方法を採用してもよい。この場合には、剥離層１２がＧａＮ層１３よりもヤング率が低く化学結合が弱くなっており、化学的強度が弱い。そのため、ＧａＮ層１３への化学的衝撃を抑制できる。
【００４２】
図６は、本実施の形態におけるＧａＮ基板１０を示す概略断面図である。以上のステップＳ１〜Ｓ４を実施することにより、図６に示すＧａＮ基板１０を製造することができる。
【００４３】
次に、ＧａＮ層１３において剥離層１２が形成されていた面側から研磨を行なう。この研磨は、ＧａＮ基板１０の表面を鏡面とする場合に効果的な方法であり、またＧａＮ基板１０の表面に形成された加工変質層を除去するのに効果的な方法である。なお、この研磨は省略されてもよい。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態におけるＧａＮ層１３の結晶成長方法およびＧａＮ基板１０の製造方法は、下地基板１１とＧａＮ層１３との間に、ＧａＮ層１３よりも脆性の低い剥離層１２を形成している（ステップＳ２）。このため、ＧａＮ層１３から下地基板１１および剥離層１２を除去するまでにＧａＮ層１３に加えられる衝撃を低減することによって、ＧａＮ層１３に発生するクラックを防止できる。ＧａＮ層１３から下地基板１１および剥離層１２を除去する際にＧａＮ層１３および下地基板１１よりも剥離層１２が最初に破壊するため、剥離層１２は下地基板１１およびＧａＮ層１３よりも脆性が低いことが好ましい。
【００４５】
本実施の形態におけるＧａＮ層１３の結晶成長方法において好ましくは、剥離層１２のドーパントを構成する酸素濃度がＧａＮ層１３のドーパントを構成する酸素濃度よりも高い。また剥離層１２のドーパントを構成するシリコン濃度がＧａＮ層１３のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高い。また剥離層１２を構成する酸素濃度がＧａＮ層１３のドーパントを構成するシリコン濃度の３３／５０以上である。また剥離層１２のドーパントを構成する酸素濃度は剥離層１２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上であり、かつ剥離層１２のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和がＧａＮ層１３のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上である。
【００４６】
このように剥離層１２に不純物をドーピングすることにより、ＧａＮ層１３よりも剥離層１２に大きな格子歪みを生じさせることにより、ＧａＮ層１３の脆性よりも高い脆性を有する剥離層１２を形成できる。これにより、剥離層１２が脆いため、小さな衝撃でＧａＮ層から剥がれやすくなる。したがって、ＧａＮ層１３に発生するクラックを防止できる。
【００４７】
（実施の形態２）
図７は、本実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。図７に示すように、本実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法は、基本的には実施の形態１におけるＧａＮ基板の製造方法と同様の構成を備えているが、マスク層をさらに形成している点において異なる。
【００４８】
具体的には、まず、図２に示すように、実施の形態１と同様に、下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。
【００４９】
図８は、本実施の形態におけるマスク層１４を形成した状態を示す概略断面図である。次に、図７および図８に示すように、準備するステップＳ１と剥離層１２を成長するステップＳ２との間に、下地基板１１上に開口部１４ａを有するマスク層１４を形成する（ステップＳ５）。
【００５０】
マスク層１４を構成する材料は、二酸化珪素、窒化珪素、チタン、クロム、鉄および白金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含むことが好ましい。
【００５１】
開口部を有するマスク層１４を形成する方法は、特に限定されず、たとえばフォトリソグラフィなどを採用できる。本実施の形態では、金属粒子よりなる金属層を蒸着法により形成し、熱処理を行なって多孔質のマスク層１４を形成している。この金属粒子の径は、小角散乱測定装置により測定される値が１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。１ｎｍ以上の場合、熱処理温度を低くしても多孔質のマスク層１４を形成できるので、熱処理による下地基板１１のダメージを抑制できる。５０ｎｍ以下の場合、金属粒子が熱処理の際に脱離してしまうことを防止できるので、多孔質のマスク層１４を形成できる。また、熱処理は、常圧下で８００℃以上１３００℃以下であることが好ましい。
【００５２】
図９は、本実施の形態における剥離層１２を成長した状態を示す概略断面図である。次に、図７および図９に示すように、下地基板１１上に剥離層１２を成長させる。本実施の形態では、マスク層１４の開口部１４ａから露出している下地基板１１上に剥離層１２を成長し、さらにマスク層１４を覆うように剥離層１２を成長する。このとき剥離層１２の表面は下地基板の表面と平行ではなく、複数の傾いた凹凸面で成長することが剥離層１２へのドーピング量が増えるので好ましい。
【００５３】
図１０は、本実施の形態におけるＧａＮ層１３を成長した状態を示す概略断面図である。次に、図７および図１０に示すように、実施の形態１と同様にＧａＮ層１３を成長する（ステップＳ３）。これにより、ＧａＮ層１３を結晶成長することができる。
【００５４】
ＧａＮ基板を製造する場合には、実施の形態１と同様に、さらにＧａＮ層１３から、下地基板１１および剥離層１２を除去する（ステップＳ４）。
【００５５】
なお、これ以外のＧａＮ層１３の結晶成長方法およびＧａＮ基板の製造方法は、実施の形態１におけるＧａＮ層１３の結晶成長方法およびＧａＮ基板の製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態におけるＧａＮ層１３の結晶成長方法およびＧａＮ基板の製造方法は、準備するステップＳ１と剥離層１２を成長するステップＳ２との間に、下地基板１１上に開口部１４ａを有するマスク層１４を形成するステップＳ５をさらに備えている。
【００５７】
本実施の形態によれば、転位を含む下地基板１１を準備した場合であっても、剥離層１２と下地基板１１とが接触する面積を小さくすることができるので、下地基板１１に存在する転位が剥離層１２に引き継がれることを抑制できる。そのため、剥離層１２上に成長するＧａＮ層１３に引き継がれる転位を抑制できるので、ＧａＮ層１３の転位を低減できる。したがって、このＧａＮ層１３を用いて製造されるＧａＮ基板は、クラックの発生を抑制できるとともに、転位を低減できる。
【００５８】
特に、下地基板１１を準備するステップＳ１では、下地基板１１としてＧａＮと異なる材料よりなる異種基板を準備することが好ましい。下地基板１１がＧａＮと異なる材料よりなる異種基板である場合には、この下地基板１１上にＧａＮよりなる剥離層１２を形成すると、格子定数の違いから剥離層１２に転位が発生する。このため、本実施の形態のようにマスク層１４を形成することにより、剥離層１２に生じる転位を低減できるので、下地基板１１が異種基板である場合に特に効果的である。
【００５９】
（実施の形態３）
図１１は、本実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。図１１に示すように、本実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法は、基本的には実施の形態１におけるＧａＮ基板の製造方法と同様の構成を備えているが、バッファ層およびマスク層を形成している点において異なる。
【００６０】
具体的には、まず、図２に示すように、実施の形態１と同様に下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。
【００６１】
図１２は、本実施の形態におけるバッファ層１５を形成した状態を示す概略断面図である。次に、図１１および図１２に示すように、準備するステップＳ１と剥離層１２を成長するステップＳ２との間に、下地基板１１上にバッファ層１５を形成する（ステップＳ６）。
【００６２】
バッファ層１５を形成する方法は特に限定されないが、たとえば剥離層１２およびＧａＮ層１３の成長方法と同様の方法で成長されることにより形成することができる。バッファ層１５は、良好な結晶性の剥離層１２およびＧａＮ層１３を成長する観点から、ＧａＮよりなることが好ましい。
【００６３】
図１３は、本実施の形態におけるマスク層１４を形成した状態を示す概略断面図である。次に、図１１および図１３に示すように、実施の形態２と同様に、バッファ層１５上に開口部１４ａを有するマスク層１４を形成する（ステップＳ５）。
【００６４】
図１４は、本実施の形態における剥離層１２を形成した状態を示す概略断面図である。次に、図１１および図１４に示すように、下地基板１１上に形成されたバッファ層１５上に開口部１４ａを有するマスク層１４を形成する。本実施の形態では、開口部１４ａから露出しているバッファ層１５上に、マスク層１４を覆うように、剥離層１２を形成している点が異なり、マスク層１４を構成する材料およびマスク層１４の形成方法は実施の形態２と同様である。また、剥離層１２の成長表面は下地基板の表面と平行ではなく、複数の傾いた凹凸面で成長することが剥離層１２へのドーピング量が増えるので好ましい。
【００６５】
図１５は、本実施の形態におけるＧａＮ層１３を成長した状態を示す概略断面図である。次に、図１１および図１５に示すように、実施の形態１と同様にＧａＮ層１３を成長する（ステップＳ３）。これにより、ＧａＮ層１３を結晶成長することができる。
【００６６】
ＧａＮ基板を製造する場合には、実施の形態１と同様に、さらにＧａＮ層１３から、下地基板１１および剥離層１２を除去する（ステップＳ４）。
【００６７】
なお、これ以外のＧａＮ層１３の結晶成長方法およびＧａＮ基板の製造方法は、実施の形態１または２におけるＧａＮ層１３の結晶成長方法およびＧａＮ基板の製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態におけるＧａＮ層１３の結晶成長方法およびＧａＮ基板の製造方法は、準備するステップＳ１と剥離層１２を成長するステップＳ３との間に、下地基板１１上にバッファ層１５を形成するステップＳ６と、バッファ層１５上に開口部１４ａを有するマスク層１４を形成するステップＳ７とをさらに備えている。
【００６９】
本実施の形態によれば、転位を含む下地基板１１を準備した場合であっても、剥離層１２とバッファ層１５とが接触する面積を小さくすることができる。下地基板１１に存在する転位をバッファ層１５が引き継いだ場合であっても、下地基板１１に存在する転位が剥離層１２に引き継がれることを抑制できる。そのため、剥離層１２上に成長するＧａＮ層１３に引き継がれる転位を抑制できるので、ＧａＮ層１３の転位を低減できる。
【００７０】
また、マスク層１４となるべき層を形成し、その後に熱処理することによりマスク層１４を形成する場合には、下地基板１１上にバッファ層１５が形成されているので、熱処理の際にバッファ層１５により下地基板１１を保護することができる。そのため、結晶性の良好な剥離層１２を成長できるので、剥離層１２上に良好な結晶性のＧａＮ層１３を成長することができる。
【００７１】
したがって、このＧａＮ層１３を用いて製造されるＧａＮ基板はクラックの発生を抑制できるとともに、転位を低減できる。
【００７２】
また、実施の形態２と同様に、本実施の形態においても、下地基板１１を準備するステップＳ１では、下地基板１１としてＧａＮと異なる材料よりなる異種基板を準備することが好ましい。
【実施例１】
【００７３】
本実施例では、脆性の低い第１の窒化ガリウム層（剥離層１２）を成長することによる効果について調べた。具体的には、上述した実施の形態１におけるＧａＮ層の結晶成長方法にしたがってＧａＮ層１３を結晶成長させ、ＧａＮ層１３から下地基板１１および剥離層１２を除去したときのクラックの発生について調べた。
【００７４】
まず、直径２インチのＧａＡｓよりなる下地基板１１を準備した（ステップＳ１）。
次に、下地基板１１上に、ＨＶＰＥ法により剥離層１２を成長し（ステップＳ２）、その後剥離層１２上に、ＨＶＰＥ法によりＧａＮ層１３を成長した（ステップＳ３）。
【００７５】
詳細には、剥離層１２およびＧａＮ層１３の原料として、アンモニア（ＮＨ3）ガスと、塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、ガリウム（Ｇａ）とを準備し、ドーピングガスとして酸素ガスを準備し、キャリアガスとして純度が９９．９９９％以上の水素を準備した。そして、塩化水素ガスとガリウムとを、Ｇａ＋ＨＣｌ→ＧａＣｌ＋１／２Ｈ2のように反応させることにより、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを生成した。この塩化ガリウムガスとアンモニアガスとを下地基板１１の剥離層１２およびＧａＮ層１３を成長させる表面に当たるようにキャリアガスおよびドーピングガスとともに流して、その表面上で、１０５０℃で、ＧａＣｌ＋ＮＨ3→ＧａＮ＋ＨＣｌ＋Ｈ2のように反応させた。ドーピングガスの流量を調整することによって、６．０×１０19ｃｍ-3の酸素濃度を有し、５００ｎｍの厚みを有する剥離層１２と、５．０×１０18ｃｍ-3の酸素濃度を有し、５００μｍの厚みを有するＧａＮ層１３とを成長した。なお、不純物分析はＳＩＭＳ分析を用いて行なった。さらに、剥離層１２およびＧａＮ層１３には酸素以外の不純物をドーピングしておらず、ＳＩＭＳによる不純物分析でも酸素濃度の１／１０以上存在する不純物は検出されなかった。
【００７６】
次に、ＧａＮ層１３から下地基板１１および剥離層１２を除去した（ステップＳ４）。詳細には、剥離層１２にレーザパルスを照射してＧａＮ層１３から剥離層１２を剥離させることにより、ＧａＮ層１３から剥離層１２および下地基板１１を除去した。これにより、ＧａＮ層１３よりなる２インチのＧａＮ基板１０を製造した。
【００７７】
（測定方法）
ＪＩＳ  Ｒ１６０７に準拠して、剥離層１２およびＧａＮ層１３のビッカーズ硬度をそれぞれ測定した。その結果を下記の表１に記載する。
【００７８】
また、剥離層１２およびＧａＮ基板１３について、微小圧縮試験装置を用いてそれぞれ加重を加え、剥離したときの加重をそれぞれ測定した。その結果を下記の表１に記載する。
【００７９】
また、得られたＧａＮ基板１０について、クラックの発生の有無を測定した。具体的には、微分干渉式光学顕微鏡の対物レンズ２０倍を用いて観察し、外周５ｍｍを除く２インチのＧａＮ基板１０の全面において、長さが５００μｍ以上のクラックが発生したかを観察した。
【００８０】
【表１】
2009167066.tif 000003
【００８１】
（測定結果）
表１に示すように、剥離層１２が下地基板１１から剥離したときの加重は、ＧａＮ層１３が剥離層１２から剥離したときの加重よりも非常に小さかった。このことから、剥離層１２およびＧａＮ層１３のキャリア濃度を調整することによって、ＧａＮ層１３よりも脆性の高い剥離層１２を形成できたので、ビッカーズ硬度には影響を与えず、剥離する加重に大きな影響を与えることができたことがわかった。また、下地基板１１を除去する際に剥離層１２に大きな加重を加える必要がなかったので、本実施例におけるＧａＮ基板１０には、クラックが発生していなかった。
【００８２】
以上より、本実施例によれば、ＧａＮ層１３よりも高い酸素濃度の酸素をドーピングした剥離層１２を成長することにより、脆性の低い剥離層１２を形成できたので、下地基板および剥離層１２を除去する際に、ＧａＮ層１３にクラックを発生することを防止できることが確認できた。
【実施例２】
【００８３】
本実施例では、脆性の低い第１の窒化ガリウム層（剥離層１２）を成長することによる効果について調べた。具体的には、上述した実施の形態１におけるＧａＮ層の結晶成長方法にしたがってＧａＮ層１３を結晶成長させ、ＧａＮ層１３から下地基板１１および剥離層１２を除去したときのクラックの発生について調べた。
【００８４】
（試料１〜１４）
試料１は、上述した実施例１と同様の方法でＧａＮ基板を製造した。試料２〜１４は、基本的には実施例１と同様の方法でＧａＮ基板を製造したが、剥離層１２およびＧａＮ層１３に下記の表２に記載の不純物をドーピングして、下記の表２に記載のキャリア濃度を有するように剥離層１２およびＧａＮ層１３を成長させた点においてのみ異なる。
【００８５】
具体的には、試料２では、剥離層１２は、第１のドーパントとしてのシリコンを含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成するシリコン濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高かった。
【００８６】
試料３では、剥離層１２は、第１のドーパントとしての酸素を含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高かった。
【００８７】
試料４では、剥離層１２は、第１のドーパントとしての酸素を含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度は第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等であった。
【００８８】
試料５では、剥離層１２は、第１のドーパントとしての酸素を含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度は第２のドーパントを構成するシリコン濃度の０．７であった。
【００８９】
試料６では、剥離層１２は、第１のドーパントとしての酸素を含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度は第２のドーパントを構成するシリコン濃度の３３／５０であった。
【００９０】
試料７では、剥離層１２は、第１のドーパントとしての酸素とシリコンとを含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、剥離層１２において第１のドーパントを構成する酸素濃度は第１のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高く、かつ第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和が第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等であった。
【００９１】
試料８および１０では、第１のドーパントとしての酸素とシリコンとを含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、剥離層１２において第１のドーパントを構成する酸素濃度は第１のドーパントを構成するシリコン濃度と同等であり、かつ第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和が第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等であった。
【００９２】
試料９では、第１のドーパントとしての酸素とシリコンとを含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、剥離層１２において第１のドーパントを構成する酸素濃度は第１のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高く、かつ第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和が第２のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高かった。
【００９３】
試料１１では、第１のドーパントとしての酸素を含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしての酸素を含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度は第２のドーパントを構成する酸素濃度と同等であった。
【００９４】
試料１２では、第１のドーパントとしてのシリコンを含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成するシリコン濃度は第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等であった。
【００９５】
試料１３では、第１のドーパントとしての酸素を含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度は第２のドーパントを構成する酸素濃度の３３／５０よりも低かった。
【００９６】
試料１４では、第１のドーパントとしての酸素とシリコンとを含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、剥離層１２において第１のドーパントを構成する酸素濃度は第１のドーパントを構成するシリコン濃度よりも低く、かつ第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和が第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等であった。
【００９７】
なお、試料１〜１４において、剥離層１２およびＧａＮ層１３には表２および表３に記載のシリコン、酸素以外の不純物をドーピングせず、また、ＳＩＭＳ分析による不純物分析でもＧａＮ層１３にドーピングしたシリコン濃度、酸素濃度の１／１０以上の他の不純物は検出されなかった。
【００９８】
（測定方法）
試料１〜１４について、実施例１と同様にクラックの発生の有無を調べた。その結果を下記の表２、表３および図１６に示す。なお、表２および表３におけるそれぞれの濃度の単位はｃｍ-3である。図１６は、本実施例において、ＧａＮ層１３に６×１０18ｃｍ-3の濃度でシリコンをドーピングした試料４、７および９〜１１の剥離層１２中の酸素濃度とシリコン濃度との関係を示す図である。
【００９９】
【表２】
2009167066.tif 000004
【０１００】
【表３】
2009167066.tif 000005
【０１０１】
（測定結果）
表２および表３に示すように、試料１〜１０のＧａＮ基板にはクラックが発生しなかった。一方、試料１１〜１４のＧａＮ基板にはクラックが発生した。この結果から、クラックの発生を防止することは、ＧａＮ層よりも剥離層の脆性が低かったことに起因すると考えられる。
【０１０２】
また、表２、表３および図１６に示すように、（ｉ）剥離層１２は、第１のドーパントとしての酸素を含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしての酸素を含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度が第２のドーパントを構成する酸素濃度よりも高くする、（ｉｉ）剥離層１２は、第１のドーパントとしてのシリコンを含み、ＧａＮ層は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成するシリコン濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度よりも高くする、（ｉｉｉ）剥離層１２は、第１のドーパントとしての酸素を含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、第１のドーパントを構成する酸素濃度が第２のドーパントを構成するシリコン濃度の３３／５０以上にする、（ｉｖ）剥離層１２は、第１のドーパントとしての酸素とシリコンとを含み、ＧａＮ層１３は、第２のドーパントとしてのシリコンを含み、剥離層１２において第１のドーパントを構成する酸素濃度を第１のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上にし、かつ第１のドーパントを構成する酸素濃度とシリコン濃度との和が第２のドーパントを構成するシリコン濃度と同等以上にすることによって、ＧａＮ層に発生するクラックを効果的に抑制できることが確認できた。
【０１０３】
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実施の形態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。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態１における窒化ガリウム基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１における下地基板を示す概略断面図である
【図３】本発明の実施の形態１における剥離層を成長した状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＧａＮ層を成長した状態を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における剥離層とＧａＮ層とを切断した状態を示す。
【図６】本発明の実施の形態１におけるＧａＮ基板を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２におけるマスク層を形成した状態を示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２における剥離層を成長した状態を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２におけるＧａＮ層を成長した状態を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３におけるＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３におけるバッファ層を形成した状態を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３におけるマスク層を形成した状態を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における剥離層を形成した状態を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３におけるＧａＮ層を成長した状態を示す概略断面図である。
【図１６】本実施例において、ＧａＮ層に６×１０18ｃｍ-3の濃度でシリコンをドーピングした試料４、７および９〜１１の剥離層中の酸素濃度とシリコン濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  ＧａＮ基板、１１  下地基板、１２  剥離層、１３  ＧａＮ層、１４  マスク層、１４ａ  開口部、１５  バッファ層。
【図１】
2009167066.tif 000006
【図２】
2009167066.tif 000007
【図３】
2009167066.tif 000008
【図４】
2009167066.tif 000009
【図５】
2009167066.tif 000010
【図６】
2009167066.tif 000011
【図７】
2009167066.tif 000012
【図８】
2009167066.tif 000013
【図９】
2009167066.tif 000014
【図１０】
2009167066.tif 000015
【図１１】
2009167066.tif 000016
【図１２】
2009167066.tif 000017
【図１３】
2009167066.tif 000018
【図１４】
2009167066.tif 000019
【図１５】
2009167066.tif 000020
【図１６】
2009167066.tif 000021