(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を用意する工程（ａ）と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層を形成する工程（ｂ）と、
上記第１半導体層上に、上記第１半導体層を形成するIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いIII族窒化物半導体からなる熱拡散抑制層を形成する工程（ｃ）と、
上記熱拡散抑制層上に、III族窒化物半導体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）と、
上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射することによって、上記第１半導体層を分解する工程（ｅ）と、
を含むIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記熱拡散抑制層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる半導体から形成されていることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ｃ）では、上記熱拡散抑制層を形成した後、上記熱拡散抑制層を貫通し上記第１半導体層に到達する開口部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ｅ）の後に、上記熱拡散抑制層を除去する工程（ｆ）を含むことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ｆ）では、上記熱拡散抑制層をエッチングによって除去することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ｆ）では、上記熱拡散抑制層を研磨によって除去することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記基板は、上記第１のIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
基板を用意する工程（ａ）と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層を形成する工程（ｂ）と、
上記第１半導体層上に、光反射層を形成する工程（ｃ）と、
上記光反射層上に、III族窒化物半導体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）と、
上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射することによって、上記第１半導体層を分解する工程（ｅ）とを含み、
上記光反射層は、上記工程（ｅ）で照射される上記光ビームを反射することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記第１半導体層は、上記光ビームのエネルギーよりもバンドギャップの小さいIII族窒化物半導体からなる第１層と、上記第１層上に形成された上記光ビームのエネルギーよりもバンドギャップの大きいIII族窒化物半導体からなる第２層とを有することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ｃ）では、上記光反射層を形成した後、上記光反射層を貫通し上記第１半導体層に到達する開口部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記光反射層は、誘電体から形成されていることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
基板を用意する工程（ａ）と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層を形成する工程（ｂ）と、
上記第１半導体層上に、光反射層を形成する工程（ｃ）と、
上記光反射層上に、III族窒化物半導体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）と、
上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射することによって、上記第１半導体層を分解する工程（ｅ）とを含み、
上記光反射層は、上記工程（ｅ）で照射される上記光ビームを反射することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ｃ）では、上記光反射層を形成した後、上記光反射層を貫通し上記第１半導体層に到達する開口部を形成し、
上記光反射層は、誘電体であるシリコン酸化膜とチタン酸化膜とが交互に積層された積層膜であることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
基板を用意する工程（ａ）と、
上記基板の内部に光散乱部を形成する工程（ｂ）と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形成する工程（ｃ）と、
上記基板を透過し、且つ上記半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記半導体層に照射することによって、上記半導体層の下部を分解する工程（ｄ）と、
を含むIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ｂ）では、上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
。
【請求項１４】
請求項１３に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ａ）の後に上記工程（ｃ）を行ない、
上記工程（ｂ）において、上記半導体層を介して上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形成し、
上記工程（ｂ）と（ｄ）との間に、上記半導体層上にIII族窒化物半導体からなるもう１つの半導体層を形成する工程をさらに含むことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程（ｂ）では、上記光散乱部として上記基板の下部に複数の凹部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記複数の凹部をプラズマ照射によって形成することを特徴とするIII族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、青色や紫色等の短波長の光を放出する半導体レーザや高温動作トランジスタに用いられるIII族窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるIII族窒化物半導体（以下単にIII族窒化物半導体という）は、赤色から紫外までの波長の光デバイスに用いられる材料であり、発光デバイスや受光デバイスへの応用が期待されている。これまで、比較的良質のIII族窒化物半導体膜は、主としてサファイア基板上に結晶成長することにより形成されていた。
【０００３】
しかしながら、サファイア基板とIII族窒化物半導体膜とは格子整合しないため、III族窒化物半導体膜膜には多くの結晶欠陥が含まれる。その結果、III族窒化物半導体を用いたデバイスの特性が悪いという課題を生じていた。
【０００４】
また、サファイア基板は電気を通さない基板、いわゆる絶縁基板であるため、サファイア基板上に形成されたIII族窒化物半導体膜を半導体レーザやトランジスタに用いる場合には、全ての電極をIII族窒化物半導体膜上に形成する必要がある。このため、製造プロセスが複雑になってIII族窒化物半導体よりなるデバイスの製造歩留まりを低下させていた。
【０００５】
そこで、III族窒化物半導体を用いたデバイスの製造歩留まりの向上と、高性能化とを図るためには、良質で大面積のIII族窒化物半導体基板（特にＧａＮ基板）を得ることが強く望まれている。このような背景から、III族窒化物半導体膜を異種基板（サファイア基板等）上に成長した後、異種基板を除去する各種方法が提案されている。
【０００６】
例えば、強いレーザビームを照射することによってサファイア基板とＧａＮ膜を分離する方法（Michael K. Kelly et al., Japanese Journal of Applied Physics Vol.38 p.L217-L219, 1999）が知られている。以下、この従来の方法について図１１を参照しながら説明する。図１１は、従来の方法を説明するための工程断面図である。
【０００７】
図１１（ａ）に示す工程で、ハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy、以下ＨＶＰＥと称する）を用いて、Ｃ面を主面とする２インチ径のサファイア基板１０１上に厚さ２００〜３００μｍのＧａＮ層１０２を形成する。
【０００８】
次に、図１１（ｂ）に示す工程で、ＧａＮ層１０２が形成されたサファイア基板１０１をＨＶＰＥ反応炉内から取り出した後、波長３５５ｎｍのレーザビームをサファイア基板１０１側から、サファイア基板１０１を介してＧａＮ層１０２の下面全体に亘って走査しながら照射する。なお、図中の矢印は、レーザビームを表す。このとき、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビームが照射された部分では熱が発生し、この熱によってＧａＮ層１０２の下部が分解される。
【０００９】
次に、図１１（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０２とを分離し、自立したＧａＮ基板１０２ａを得る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では以下に示す不具合があった。
【００１１】
代表的なIII−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓおよびＩｎＰの熱伝導率は、それぞれ０．５４Ｗ／ｃｍ・Ｋおよび０．６８Ｗ／ｃｍ・Ｋである。また、放熱用のサブマウントに使用されるＳｉの熱伝導率は１．５Ｗ／ｃｍ・Ｋである。
【００１２】
一方、ＧａＮの熱伝導率は１．３Ｗ／ｃｍ・Ｋである。つまり、上述の材料の熱伝導率と比較して、ＧａＮは熱を伝えやすい材料である。従って、ＧａＮにレーザビームを照射する上記従来の方法では、レーザビームの吸収によりＧａＮ層１０２の下部で発生した熱は拡散しやすい。このため、図１１（ｂ）に示す工程において、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビームが照射された部分を完全に分解するための熱量が不足し、ＧａＮの分解効率が悪くなるという不具合がある。ＧａＮの分解効率が悪くなると、レーザビームの走査回数を増やして、ＧａＮ層１０２のうち、レーザビームが照射された部分を完全に分解するための熱量を供給することによりサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２を分離しなければならない。従って、図１１（ｂ）に示す工程に要する時間が長くなり、生産性が低下する。
【００１３】
また、サファイアとＧａＮとは格子整合しないため、ＧａＮ層１０２には多くの結晶欠陥および歪みが含まれる。このため、ＧａＮ分解時に応力が解放される衝撃で、得られるＧａＮ基板１０２ａに割れが生じることがある。特に、レーザビームの走査回数が増えると、ＧａＮ基板１０２ａに割れが生じる確率が増えてしまう。
【００１４】
さらに、ＧａＮ基板１０２ａに割れが生じない場合でも、ＧａＮ基板１０２ａの内部にクラックが残留することがある。残留したクラックを有するＧａＮ基板１０２ａを用いて、発光ダイオードやレーザダイオードなどのデバイスを作製した場合、クラックが電流リークの原因となり、デバイスの信頼性が低下するという不具合がある。
【００１５】
本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、良質なIII族窒化物半導体基板を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層を形成する工程（ｂ）と、上記第１半導体層上に、上記第１半導体層よりも熱伝導率が低い熱拡散抑制層を形成する工程（ｃ）と、上記熱拡散抑制層上に、III族窒化物半導体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）と、上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射することによって、上記第１半導体層を分解する工程（ｅ）とを含む。
【００１７】
本発明によれば、第１半導体層と第２半導体層との間に、第１半導体層よりも熱伝導率の低い熱拡散抑制層を形成する。このため、第１半導体層における光ビームの吸収により発生した熱は、熱拡散抑制層は熱拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半は第１半導体層の分解に寄与するので、第１半導体層を効率良く分解できる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少なくしても、第１半導体層を完全に分解するための熱量を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第２半導体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割れが生じる危険性を低減できる。
【００１８】
上記熱拡散抑制層は、上記第１半導体層を形成するIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いIII族窒化物半導体から形成されていてもよい。
【００１９】
上記熱拡散抑制層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる半導体から形成されていてもよい。
【００２０】
上記工程（ｃ）では、上記熱拡散抑制層を形成した後、上記熱拡散抑制層を貫通し上記第１半導体層に到達する開口部を形成することが好ましい。
【００２１】
このことによって、第２半導体層の形成の際に、第２半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶が熱拡散抑制層の上面に沿って成長する。従って、第１半導体層に発生した転位が第２半導体層にはほとんど伝播しない。つまり、第２半導体層内には転位が非常に少なくなる。このため、良好な結晶性を有するIII族窒化物半導体基板が得られる。
【００２２】
上記熱拡散抑制層は、金属から形成されていてもよい。
【００２３】
上記熱拡散抑制層は、Ｎｉ、ＰｔおよびＴｉのうちから選択される少なくともいずれか１つの金属から形成されていてもよい。
【００２４】
上記熱拡散抑制層は、誘電体から形成されていてもよい。
【００２５】
上記熱拡散抑制層は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のうちから選択される少なくともいずれか１つの誘電体から形成されていてもよい。
【００２６】
上記工程（ｅ）の後に、上記熱拡散抑制層を除去する工程（ｆ）を含むことが好ましい。
【００２７】
上記工程（ｆ）では、上記熱拡散抑制層をエッチングによって除去してもよい。
【００２８】
上記工程（ｆ）では、上記熱拡散抑制層を研磨によって除去してもよい。
【００２９】
上記基板は、上記第１のIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いことが好ましい。
【００３０】
このことによって、基板への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱を第１半導体層の分解に寄与させることができる。
【００３１】
本発明の別のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第１半導体層を形成する工程（ｂ）と、上記第１半導体層上に、光反射層を形成する工程（ｃ）と、上記光反射層上に、III族窒化物半導体からなる第２半導体層を形成する工程（ｄ）と、上記基板を透過し、且つ上記第１半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第１半導体層に照射することによって、上記第１半導体層を分解する工程（ｅ）とを含み、上記光反射層は、上記工程（ｅ）で照射される上記光ビームを反射する。
【００３２】
本発明によれば、光ビーム照射の際に、第１半導体層の下部で吸収されなかったレーザビームが光反射層に反射されて戻り、第１半導体層の熱分解に寄与する。このため、第１半導体層を熱分解させるために必要な光ビームの照射エネルギーのしきい値を従来よりも低下させることができる。また、光ビームの照射エネルギーのしきい値を低下させる手段として、光ビームのビーム径を大きくすることができる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少なくしても、第１半導体層を完全に分解するための熱量を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第２半導体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割れが生じる危険性を低減できる。
【００３３】
上記第１半導体層は、上記光ビームのエネルギーよりもバンドギャップの小さいIII族窒化物半導体からなる第１層と、上記第１層上に形成された上記光ビームのエネルギーよりもバンドギャップの大きいIII族窒化物半導体からなる第２層とを有することが好ましい。
【００３４】
このことによって、第２層では光ビームが吸収されない。従って、第１半導体層の下部で吸収されなかった光ビームが光反射層に反射される際に、減衰が抑制される。このため、第１半導体層の熱分解に寄与する光ビームの照射エネルギーの利用効率は従来よりも大きくなる。
【００３５】
上記工程（ｃ）では、上記光反射層を形成した後、上記光反射層を貫通し上記第１半導体層に到達する開口部を形成することが好ましい。
【００３６】
このことによって、第２半導体層の形成の際に、第２半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶が熱拡散抑制層の上面に沿って成長する。従って、第１半導体層に発生した転位が第２半導体層にはほとんど伝播しない。つまり、第２半導体層内には転位が非常に少なくなる。このため、良好な結晶性を有するIII族窒化物半導体基板が得られる。
【００３７】
上記光反射層は、誘電体から形成されていてもよい。
【００３８】
上記光反射層は、シリコン酸化膜とチタン酸化膜とが交互に積層された積層膜であってもよい。
【００３９】
本発明のさらに別のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、上記基板の内部に光散乱部を形成する工程（ｂ）と、上記基板上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形成する工程（ｃ）と、上記基板を透過し、且つ上記半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記半導体層に照射することによって、上記半導体層の下部を分解する工程（ｄ）とを含む。
【００４０】
本発明によれば、光ビームが光散乱部によって散乱され、半導体層に到達したときのビーム径が大きくなる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少なくしても、第１半導体層を完全に分解するための熱量を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第２半導体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割れが生じる危険性を低減できる。
【００４１】
上記工程（ｂ）では、上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形成してもよい。
【００４２】
上記工程（ａ）の後に上記工程（ｃ）を行ない、上記工程（ｂ）において、上記半導体層を介して上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形成し、上記工程（ｂ）と（ｄ）との間に、上記半導体層上にIII族窒化物半導体からなるもう１つの半導体層を形成する工程をさらに含んでもよい。
【００４３】
上記工程（ｂ）では、上記光散乱部として上記基板の下部に複数の凹部を形成してもよい。
【００４４】
上記複数の凹部をプラズマ照射によって形成してもよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、簡単のため、各実施形態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【００４６】
（実施形態１）
本発明の実施形態１におけるＧａＮ基板の製造方法を、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【００４７】
まず、図１（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３００μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。次いで、温度を７００℃まで下げ、III族原料にトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料にアンモニアを用いて、ＧａＮ層１２上に厚さ５０ｎｍのＩｎＮ層１３を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
【００４８】
次に、図１（ｂ）に示す工程で、ＧａＮ層１２およびＩｎＮ層１３が形成されたサファイア基板１１をＨＶＰＥ炉内に導入する。次いで、III族ラインからＧａＣｌ、Ｖ族ラインから窒素キャリアガスとともにアンモニアガスを供給することによって、ＩｎＮ層１３上にＧａＮ層１４を形成する。III族ラインから供給されるＧａＣｌは、具体的には、９００℃に加熱したＧａメタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとしてＨＣｌガスを導入することによって生成される。このとき、サファイア基板１１を１０５０℃まで加熱し、ＧａＮ層１４を５０μｍ／時の形成速度で６時間成長させ、最終的にＧａＮ層１４の厚さを３００μｍにする。この後、基板を室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【００４９】
次に、図１（ｃ）に示す工程で、レーザビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）で、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のレーザビーム径は１ｍｍである。レーザビームの波長に対してサファイア基板１１は透明であるので、レーザビームはサファイア基板１１を透過する。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、透過したレーザビームは、サファイア基板１１の上に形成されたＧａＮ層１２で吸収され、ＧａＮ層１２が分解される。
【００５０】
次に、図１（ｄ）に示す工程で、サファイア基板１１と、ＩｎＮ層１３およびＧａＮ層１４とを分離する。このとき、上記図１（ｃ）に示す工程においてＧａＮ層１２が分解されているので、サファイア基板１１と、ＩｎＮ層１３およびＧａＮ層１４とを分離することは容易である。
【００５１】
次に、図１（ｅ）に示す工程で、ＧａＮ層１４の下に形成されているＩｎＮ層１３を研磨により除去する。このことにより、自立したＧａＮ基板１４ａが得られる。ＩｎＮ層１３が除去されていないＧａＮ基板にデバイスを作製した場合、放熱が悪くなり、デバイスの特性に影響を及ぼす可能性がある。従って、ＩｎＮ層１３を除去することが好ましい。
【００５２】
上述の本実施形態の方法では、ＧａＮ層１２とＧａＮ層１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率の低いＩｎＮ層１３形成する。ＩｎＮの熱伝導率は０．８Ｗ／ｃｍ・Ｋであり、ＧａＮの熱伝導率１．３Ｗ／ｃｍ・Ｋよりも小さい。このため、ＧａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、ＩｎＮ層１３を伝導しにくい。つまり、ＩｎＮ層１３は熱拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の分解に寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解できる。
【００５３】
さらに本実施形態では、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
【００５４】
従って、レーザビームの走査回数が従来よりも少なくしても、ＧａＮ層１２を完全に分解するための熱量を供給することができ、生産性が向上する。また、レーザビームの走査回数が従来よりも少なくなるので、ＧａＮ基板１４ａに割れが生じる危険性を低減できる。
【００５５】
なお、本実施形態では、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率の低い層としてＩｎＮ層１３を形成したが、代わりにＩｎxＧａ1-xＮ層（０＜ｘ＜１）を形成してもよい。一般に、混晶半導体の熱伝導率は、２元化合物に比べて小さくなる傾向がある。つまり、ＩｎxＧａ1-xＮの熱伝導率は、Ｉｎの組成比に関わらずＧａＮの熱伝導率よりも小さいので、ＧａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、ＩｎＮ層よりも伝導しにくい。このため、ＧａＮ層１２をより効率良く分解できる。
【００５６】
なお、ＩｎＮ層１３の厚さが臨界膜厚を越えると、ＩｎＮ層１３の内部に発生する結晶欠陥が増加し、クラックが生じることもある。ＩｎＮ層１３の内部に結晶欠陥が増加したり、クラックが発生すると、ＩｎＮ層１３の上に形成されるＧａＮ層１４に転位が発生しやすくなる。このため、ＩｎＮ層１３の厚さは、臨界膜厚を越えないことが好ましい。
【００５７】
（実施形態２）
本発明の実施形態２におけるＧａＮ基板の製造方法を、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【００５８】
まず、図２（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３００μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
【００５９】
次に、図２（ｂ）に示す工程で、蒸着法によりＧａＮ層１２上に厚さ２００ｎｍのＮｉ層を形成する。続いて、このＮｉ層をパターニングすることによって、開口部２３ａを有するＮｉ膜２３を形成する。このとき、Ｎｉ層のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行ない、図３に示すような、ＧａＮ層１２に到達する直径２．５μｍの円形の開口部２３ａを形成する。開口部２３ａは、ＧａＮ層１２の<11-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態では５μｍ）で１列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方向に隣接する各列の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施形態では２．５μｍ）だけずらして配置されている。なお、本明細書中では、<11-20>方向とは、
【００６０】
【数１】
0003803606.tif 000002
【００６１】
のことを指し、<1-100>方向とは、
【００６２】
【数２】
0003803606.tif 000003
【００６３】
のことを指す。
【００６４】
次に、図２（ｃ）に示す工程で、上記図２（ｂ）に示す工程で得られた基板をＨＶＰＥ炉内に導入する。次いで、８００℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で１０分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上にＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ層１４の形成方法は、上記実施形態１の図１（ｂ）に示す工程で行なう方法と同じである。
【００６５】
このとき、ＧａＮ結晶は、Ｎｉ膜２３上には成長せず、開口部２３ａ内に露出したＧａＮ層１２上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに続けていくと、開口部２３ａ内に露出したＧａＮ層１２から成長したＧａＮ結晶は、Ｎｉ膜２３上をＮｉ膜２３の上面に沿って成長し、隣接する開口部２３ａから成長したＧａＮ結晶と共にＮｉ膜２３を覆う。続いて、さらにＮｉ膜２３を覆うＧａＮ結晶の上にＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ層１４は形成される。このようにしてＧａＮ層１４の厚さを３００μｍまで成長させた後、室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【００６６】
次に、図２（ｄ）に示す工程で、上記実施形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）で、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のレーザビーム径は１ｍｍである。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層１２で吸収され、発熱する。このことによって、ＧａＮ層１２が分解される。
【００６７】
次に、図２（ｅ）に示す工程で、サファイア基板１１と、Ｎｉ膜２３およびＧａＮ層１４とを分離する。このとき、上記図２（ｄ）に示す工程においてＧａＮ層１２が分解されているので、サファイア基板１１と、Ｎｉ膜２３およびＧａＮ層１４とを分離することは容易である。
【００６８】
次に、図２（ｆ）に示す工程で、ＧａＮ層１４の下に形成されているＮｉ膜２３を、硝酸を用いたウエットエッチングにより除去する。このことにより、自立したＧａＮ基板１４ａが得られる。Ｎｉ膜２３が除去されていないＧａＮ基板にデバイスを作製した場合、Ｎｉ膜２３は熱伝導率が小さいので、デバイスの放熱特性が悪くなり、デバイスの性能に影響を及ぼす可能性がある。従って、Ｎｉ膜２３を除去することが好ましい。なお、Ｎｉ膜２３の除去は、研磨によって行なってもよい。
【００６９】
本実施形態の方法では、ＧａＮ層１２とＧａＮ層１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率の低いＮｉ膜２３形成する。ＡｇやＣｕなどの金属は熱伝導率が大きいが、Ｎｉは熱伝導率が０．８４Ｗ／ｃｍ・Ｋであり、ＧａＮの熱伝導率よりも小さい。このため、ＧａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、Ｎｉ膜２３に伝導しにくい。つまり、Ｎｉ膜２３は熱拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の分解に寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解できる。
【００７０】
さらに本実施形態では、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
【００７１】
ＧａＮよりも熱伝導率が小さく、且つＧａＮの成長温度（１０５０℃）以上の融点を有する金属材料として、Ｎｉの他にＰｔ（０．７１Ｗ／ｃｍ・Ｋ）、Ｔｉ（０．２２Ｗ／ｃｍ・Ｋ）が挙げられる。従って、これらの金属からなる膜を、Ｎｉ膜２３の代わりに用いてもよい。また、金属材料において、熱は格子振動と自由電子により伝えられるが、一般に自由電子による熱輸送が支配的である。しかし、合金では自由電子の数が減少し、格子振動による熱輸送が支配的になるため、熱伝導率は合金の成分金属よりも小さくなる傾向がある。従って、Ｎｉ膜２３の代わりに合金膜を用いてもよい。
【００７２】
なお、図２（ｂ）に示す工程において、Ｎｉ膜２３の表面をシリコン酸化膜などで被覆してもよい。このことによって、アンモニアあるいは水素等とＮｉ膜２３が化学反応を起こすのを防ぐことができる。勿論、Ｎｉ膜２３の代わりに上述のＰｔ膜、Ｔｉ膜、合金膜を用いた場合も、これらの金属膜の表面をシリコン酸化膜などで被覆してもよい。
【００７３】
本実施形態では、ＧａＮ層１４の形成の際に、ＧａＮ結晶がＮｉ膜２３上をＮｉ膜２３の上面に沿って成長するので、ＧａＮ層１２に発生した転位がＧａＮ層１４にはほとんど伝播しない。つまり、ＧａＮ層１４内には転位が非常に少なくなる。このため、本実施形態では良好な結晶性を有するＧａＮ基板を作製することが可能である。
【００７４】
また、本実施形態では円形の開口部２３ａを有するＮｉ膜２３を形成したが、開口部２３ａの形状はこれに限定されない。開口部２３ａの形状として、例えば、ストライプ状、矩形状であっても良い。いずれの形状の開口部を設けた場合においても、開口部内に露出するＧａＮ層１２の上面の面積が小さいほど、熱拡散を防止する効果が大きい。
【００７５】
さらに、本実施形態では開口部２３ａが、ＧａＮ層１２の<11-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態では５μｍ）で１列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方向に隣接する各列の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施形態では２．５μｍ）だけずらして配置されている。開口部２３ａをこのように配置にすると、ＧａＮ結晶は六方最密構造であるため、結晶の成長面がＮｉ膜２３の上では開口部２３ａを中心とする六角形の各辺となる。従って、互いに隣接する開口部２３ａから成長したＧａＮ結晶が接触する際には、格子欠陥が生じにくい。つまり、より格子欠陥の少ないＧａＮ層１４を形成することができ、良質なＧａＮ基板が得られる。
【００７６】
なお、本実施形態では、開口部２３ａを有するＮｉ膜２３ｂを、ＧａＮ層１４の横方向成長のためのマスクとしても使用する。このため、新たにＧａＮ層１４の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡略化することができる。
【００７７】
（実施形態３）
本発明の実施形態３におけるＧａＮ基板の製造方法を、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【００７８】
まず、図４（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３００μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０℃の水素雰囲気中でサファイア基板１１を熱処理した後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニアを用いて、サファイア基板１１上に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
【００７９】
次に、図４（ｂ）に示す工程で、スパッタ法により、ＧａＮ層１２上に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2層を形成する。続いて、このＳｉＯ2層をパターニングすることによって開口部４３ａを有するシリコン酸化膜４３を形成する。このとき、ＳｉＯ2層のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて行ない、図３に示す上記実施形態２との開口部２３ａと同様の、ＧａＮ層１２に到達する直径２．５μｍの円形の開口部４３ａを形成する。開口部２３ａは、ＧａＮ層１２の<11-20>方向に一定間隔ａ（本実施形態では５μｍ）で１列に並び、ＧａＮ層１２の<1-100>方向に隣接する各列の開口部は、一定間隔ａ／２（本実施形態では２．５μｍ）だけずらして配置されている。
【００８０】
次に、図４（ｃ）に示す工程で、上記図４（ｂ）に示す工程で得られた基板をＨＶＰＥ炉内に導入する。次いで、８００℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で１０分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上にＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ層１４の形成方法は、上記実施形態１の図１（ｂ）に示す工程で行なう方法と同じである。
【００８１】
このとき、ＧａＮ結晶は、シリコン酸化膜４３上には成長せず、開口部４３ａ内に露出したＧａＮ層１２上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに続けていくと、開口部４３ａ内に露出したＧａＮ層１２から成長したＧａＮ結晶は、シリコン酸化膜４３上をシリコン酸化膜４３の上面に沿って成長し、最終的に隣接する開口部４３ａから成長したＧａＮ結晶と共にシリコン酸化膜４３を覆う。続いて、さらにシリコン酸化膜４３を覆うＧａＮ結晶の上にＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ層１４は形成される。このようにしてＧａＮ層１４の厚さを３００μｍまで成長させた後、室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【００８２】
次に、図４（ｄ）に示す工程で、上記実施形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）で、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のレーザビーム径は１ｍｍである。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層１２で吸収され、発熱する。このことによって、ＧａＮ層１２が分解される。
【００８３】
次に、図４（ｅ）に示す工程で、サファイア基板１１と、シリコン酸化膜４３およびＧａＮ層１４とを分離する。このとき、上記図４（ｄ）に示す工程においてＧａＮ層１２が分解されているので、サファイア基板１１と、シリコン酸化膜４３およびＧａＮ層１４とを分離することは容易である。
【００８４】
次に、図４（ｆ）に示す工程で、ＧａＮ層１４の下に形成されているシリコン酸化膜４３を、フッ酸とフッ化アンモニウムからなる溶液を用いたウエットエッチングにより除去する。このことにより、自立したＧａＮ基板１４ａが得られる。シリコン酸化膜４３が除去されていないＧａＮ基板にデバイスを作製した場合、シリコン酸化膜４３は熱伝導率が小さいので、デバイスの放熱特性が悪くなり、デバイスの性能に影響を及ぼす可能性がある。従って、シリコン酸化膜４３を除去することが好ましい。なお、シリコン酸化膜４３の除去は、研磨によって行なってもよい。
【００８５】
本実施形態では、ＧａＮ層１２とＧａＮ層１４との間に、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率の低いシリコン酸化膜４３を形成する。シリコン酸化膜４３を形成しているＳｉＯ2の熱伝導率は０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋであり、ＧａＮよりも熱伝導率が非常に小さく、また、上記実施形態２で用いた金属膜に比べても小さい。このため、ＧａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、シリコン酸化膜４３を伝導しにくい。つまり、シリコン酸化膜４３は熱拡散を抑制する効果が高い。従って、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の分解に寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解できる。
【００８６】
本実施形態のシリコン酸化膜４３のような非金属材料では、自由電子による熱伝導がない。さらに、誘電体のような非結晶性材料では原子配列が不規則であるので、熱伝導の効率が悪い。このため、非金属材料であり且つ非結晶性材料の熱伝導率は一般に、金属および結晶性材料にくらべて熱伝導率は小さい。従って、本実施形態のシリコン酸化膜４３の代わりに、非金属材料であり且つ非結晶性材料からなる膜として、例えば窒化シリコン（熱伝導率：０．１８Ｗ／ｃｍ・Ｋ）からなる膜を用いてもよい。
【００８７】
さらに本実施形態では、ＧａＮ層１２よりも熱伝導率が小さいサファイア基板１１（熱伝導率０．４６Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を用いている。このため、サファイア基板１１への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をＧａＮ層１２の分解に寄与させることができる。
【００８８】
また、本実施形態においても上記実施形態２と同様に、ＧａＮ結晶はシリコン酸化膜４３上をシリコン酸化膜４３の上面に沿って成長するので、ＧａＮ層１４には転位が伝播しにくい。このため、本実施形態によれば、良好な結晶性を有するＧａＮ基板を作製することができる。
【００８９】
また、本実施形態では円形の開口部４３ａを有するシリコン酸化膜４３を形成したが、開口部４３ａの形状はこれに限定されない。開口部４３ａの形状として、例えば、ストライプ状、矩形状であっても良い。いずれの形状の開口部を設けた場合においても、開口部内に露出するＧａＮ層１２の上面の面積が小さいほど、熱拡散を防止する効果が大きい。
【００９０】
さらに本実施形態では、開口部４３ａが上記実施形態２と同様に設けられているので、より格子欠陥の少ないＧａＮ層１４を形成することができ、良質なＧａＮ基板が得られる。
【００９１】
なお、本実施形態では、シリコン酸化膜４３を、ＧａＮ層１４の横方向成長のためのマスクとしても使用する。このため、新たにＧａＮ層１４の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡略化することができる。
【００９２】
上記実施形態１〜３において、ＧａＮおよびＧａＮよりも熱伝導率の低い材料の例を以下の表１に示す。上記実施形態１〜３における、ＧａＮよりも熱伝導率の低いＩｎＮ層１３、Ｎｉ膜２３およびシリコン酸化膜４３を、それぞれ表１に示す材料から形成される膜にしてもよい。
【００９３】
【表１】
0003803606.tif 000004
【００９４】
（実施形態４）
本発明の実施形態４におけるＧａＮ基板の製造方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【００９５】
まず、図５（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３００μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚さ３００ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
【００９６】
なお、サファイア基板１１上に、ＧａＮ緩衝層を形成せずにＧａＮ層２１を形成してもよい。また、キャリアガスとしてＮ2や、Ｎ2とＨ2の混合ガスを用いてもよい。
【００９７】
次に、図５（ｂ）に示す工程で、スパッタ法により、ＧａＮ層１２上に厚さ６１ｎｍのＳｉＯ2層と、厚さ３５ｎｍのＴｉＯ2層とを交互に形成し、高反射率膜５３を形成する。本実施形態では、高反射率膜５３は、５層のＳｉＯ2層と４層のＴｉＯ2層の合計９層からなる膜となっている。なお、本実施形態で形成される高反射率膜５３のＮｄ：ＹＡＧレーザビームの３次高調波に対する反射率は約９７％である。
【００９８】
次に、図５（ｃ）に示す工程で、上記実施形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．２６Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は７ｍｍである。
【００９９】
ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、レーザビームはサファイア基板１１を透過し、ＧａＮ層１２に吸収される。その結果、ＧａＮ層１２の下部は加熱され、熱分解される。このことによって、ＧａＮ層１２の下部にＧａ金属部５４が形成され、窒素ガスが発散する。このとき、サファイア基板１１とＧａＮ層１２とは、レーザビーム照射後も完全に分離せず、Ｇａ金属部５４により弱く接着している。ＧａＮ層１２は薄く、ハンドリングが困難であるため、サファイア基板１１上にＧａＮ層１２を載せたまま、以降の工程を行なう。
【０１００】
次に、図５（ｄ）に示す工程で、高反射率膜５３をパターニングすることによって開口部５３ａを有する高反射率膜５３ｂを形成する。このとき、高反射率膜５３のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて行ない、ＧａＮ層１２に到達するストライプ状の開口部５３ａを形成する。本実施形態では、各開口部５３ａの幅は３μｍであり、各開口部５３ａの間は３μｍである。なお、エッチングの際には、高反射率膜５３を構成するＳｉＯ2層はフッ酸を用い、ＴｉＯ2層は熱濃硫酸を用いる。なお、開口部５３ａはストライプ状の他に、ドット状、矩形状などの形状にしてもよい。また、本工程は、レーザビーム照射工程の前に行っても良いが、その場合、開口部５３ａ内に位置するＧａＮ層１２が割れて飛んでしまうことがある。そのため、パターニングはレーザビーム照射工程の後に行なうのが好ましい。
【０１０１】
次に、図５（ｅ）に示す工程で、８００℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で１０分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上にＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ層１４の形成方法は、上記実施形態１の図１（ｂ）に示す工程で行なう方法と同じである。
【０１０２】
このとき、ＧａＮ結晶は、高反射率膜５３ｂ上には成長せず、開口部５３ａ内に露出したＧａＮ層１２上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに続けていくと、開口部５３ａ内に露出したＧａＮ層１２から成長したＧａＮ結晶は、高反射率膜５３ｂの上面に沿って成長し、最終的に隣接する開口部５３ａから成長したＧａＮ結晶と共に高反射率膜５３を覆う。続いて、高反射率膜５３ｂを覆うＧａＮ結晶の上に、さらに新たなＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ層１４が形成される。このようにしてＧａＮ層１４の厚さを３００μｍまで成長させる。
【０１０３】
次に、図５（ｆ）に示す工程で、Ｇａ金属部５４を塩酸で除去することによって、自立したＧａＮ基板１４ａを得る。
【０１０４】
本実施形態では、図５（ｄ）に示すレーザビーム照射工程において、ＧａＮ層１２の下部で吸収されなかったレーザビームが高反射率膜５３に反射されて戻り、ＧａＮ層１２の熱分解に寄与する。ＧａＮ層１２を透過せずにＧａＮ層１２の下面に照射されるレーザビーム強度を１とし、レーザビームの３次高調波のＧａＮ層１２に対する進入長約０．３μｍと、高反射率膜５３の反射率９７％を考慮すると、反射されてＧａＮ層１２の下部に戻ってくるレーザビームの強度は、約０．１３となる。つまり、本実施形態ではＧａＮ層１２の熱分解に寄与するレーザビームの照射エネルギーの利用効率は、従来の方法の１．１３倍となる。従って、ＧａＮ層１２を効率良く熱分解することができる。
【０１０５】
また、従来の方法では、ＧａＮ層１０２を熱分解させるためのレーザビームの照射エネルギーのしきい値は約０．３０Ｊ／ｃｍ2である。しかし、本実施形態では、レーザビームの照射エネルギーが０．２６Ｊ／ｃｍ2であるが、ＧａＮ層１２の熱分解が生じている。つまり、本実施形態によれば、ＧａＮ層１２を熱分解させるために必要なレーザビームの照射エネルギーのしきい値を、従来の約８８％に低下させることができる。
【０１０６】
ここで、本実施形態におけるＧａＮ層１２の厚さとＧａＮ層１２の熱分解に寄与するレーザビーム強度との関係を図６に示す。なお、図６の縦軸は、従来方法においてＧａＮ層１０２の熱分解に寄与するレーザビーム強度に対する比で表されている。
【０１０７】
図６に示すように、本実施形態では、ＧａＮ層１２の膜厚が薄いほど、熱分解に寄与するレーザビーム強度は大きくなり、レーザビームの照射エネルギーの閾値も低下させることができる。しかし、ＧａＮ層１２を過剰に薄くすると、ＧａＮ層１２全てが熱分解してしまう。従って、ＧａＮ層１２全てが熱分解しない程度にＧａＮ層１２の膜厚を調節する必要がある。
【０１０８】
また、レーザビームの照射エネルギーのしきい値を低下させる手段として、レーザビームのビーム径を大きくすることができる。ビーム径の大きなレーザビームを用いれば、レーザビームを照射する際の走査回数を少なくすることができ、ＧａＮ基板の生産性および歩留の向上が可能となる。
【０１０９】
また、本実施形態では、高反射率膜５３を形成しているＳｉＯ2およびＴｉＯ2はいずれも誘電体であり、上記実施形態３で述べたようにＧａＮよりも熱伝導率が非常に小さい。このため、ＧａＮ層１２におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、高反射率膜５３を伝導しにくい。従って、高反射率膜５３への熱拡散は小さく、発生した熱の大半はＧａＮ層１２の分解に寄与するので、ＧａＮ層１２を効率良く分解できる。
【０１１０】
さらに、本実施形態では、開口部５３ａを有する高反射率膜５３ｂを、ＧａＮ層１４の横方向成長のためのマスクとしても使用する。このため、新たにＧａＮ層１４の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡略化することができる。
【０１１１】
（実施形態５）
本発明の実施形態５におけるIII族窒化物半導体基板の製造方法について、図７を参照しながら説明する。図７は、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法を表す工程断面図である。
【０１１２】
まず、図７（ａ）に示す工程で、Ｃ面を主面とするサファイア基板１１（直径２インチ、厚さ３００μｍ）をＭＯＶＰＥ炉内に導入する。次に、１０５０℃でサファイア基板１１を水素雰囲気中で熱処理した後、５００℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族原料にアンモニア、キャリアガスとしてＨ2を用いて、サファイア基板１１上に厚さ２０ｎｍのＧａＮ緩衝層（不図示）を形成する。再び温度を１０５０℃まで上げ、ＧａＮ緩衝層の上に厚さ５０ｎｍのＧａＮ層１２を形成する。
【０１１３】
次に、図７（ｂ）に示す工程で、III族原料にＡｌの原料ガスとしてトリメチルアルミニウムとトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を、Ｖ族原料にアンモニアを用いて、ＧａＮ層１２上に厚さ４μｍのＡｌＧａＮ層５５を形成する。
【０１１４】
本実施形態では、ＡｌＧａＮ層５５は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎから形成されているが、ＡｌとＧａとの組成は、レーザビーム照射工程で用いるレーザビームの照射エネルギーよりもバンドギャップが大きくなるように決定すればよい。その後、室温まで冷却し、得られた基板をＭＯＶＰＥ炉内から取り出す。
【０１１５】
次に、図７（ｃ）に示す工程で、スパッタ法により、ＡｌＧａＮ層５５上に厚さ６１ｎｍのＳｉＯ2層と、厚さ３５ｎｍのＴｉＯ2層とを交互に形成し、高反射率膜５３を形成する。本実施形態では、高反射率膜５３は、５層のＳｉＯ2層と４層のＴｉＯ2層の合計９層からなる膜となっている。なお、本実施形態で形成される高反射率膜５３のＮｄ：ＹＡＧレーザビームの３次高調波に対する反射率は約９６％である。
【０１１６】
次に、図７（ｄ）に示す工程で、上記実施形態１と同様に、レーザビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層１２の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことによって、ＧａＮ層１２が分解される。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．２０Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は７ｍｍである。
【０１１７】
ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、レーザビームはサファイア基板１１を透過し、ＧａＮ層１２に吸収される。その結果、ＧａＮ層１２の下部は加熱され、熱分解される。本実施形態では、ＧａＮ層１２が非常に薄いため、ＧａＮ層１２のほぼ全体がＧａ金属部５４となり、窒素ガスが発散する。このとき、サファイア基板１１とＡｌＧａＮ層５５とは、レーザビーム照射後も完全に分離せず、Ｇａ金属部５４により弱く接着している。ＡｌＧａＮ層５５は薄く、ハンドリングが困難であるため、サファイア基板１１上にＡｌＧａＮ層５５を載せたまま、以降の工程を行なう。
【０１１８】
次に、図７（ｅ）に示す工程で、高反射率膜５３をパターニングすることによって開口部５３ａを有する高反射率膜５３ｂを形成する。このとき、高反射率膜５３のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて行ない、ＡｌＧａＮ層５５に到達するストライプ状の開口部５３ａを形成する。本実施形態では、各開口部５３ａの幅は３μｍであり、各開口部５３ａの間は３μｍである。なお、エッチングの際には、高反射率膜５３を構成するＳｉＯ2層はフッ酸を用い、ＴｉＯ2層は熱濃硫酸を用いる。なお、開口部はストライプ状の他に、ドット状、矩形状などの形状にしてもよい。また、本工程は、レーザビーム照射工程の前に行っても良いが、その場合、開口部５３ａ内に位置するＡｌＧａＮ層５５が割れて飛んでいってしまうことがある。そのため、パターニングはレーザビーム照射工程の後に行なうのが好ましい。
【０１１９】
次に、図７（ｆ）に示す工程で、８００℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で１０分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上にＧａＮ層１４を形成する。ＧａＮ層１４の形成方法は、上記実施形態１の図１（ｂ）に示す工程で行なう方法と同じである。
【０１２０】
このとき、ＧａＮ結晶は、高反射率膜５３ｂ上には成長せず、開口部５３ａ内に露出したＡｌＧａＮ層５５上から成長を始める。ＧａＮ結晶の成長をさらに続けていくと、開口部５３ａ内に露出したＡｌＧａＮ層５５から成長したＧａＮ結晶は、高反射率膜５３ｂの上面に沿って成長し、最終的に隣接する開口部５３ａから成長したＧａＮ結晶と共に高反射率膜５３ｂを覆う。続いて、高反射率膜５３ｂを覆うＧａＮ結晶の上に、さらに新たなＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ層１４が形成される。このようにしてＧａＮ層１４の厚さを３００μｍまで成長させる。
【０１２１】
次に、図７（ｇ）に示す工程で、ＡｌＧａＮ層５５およびＧａＮ層１４とが搭載されたサファイア基板１１を塩酸につけることにより、サファイア基板１１からＡｌＧａＮ層５５およびＧａＮ層１４を分離する。このことによって、ＡｌＧａＮ層５５とＧａＮ層１４とからなるIII族窒化物半導体基板が得られる。
【０１２２】
本実施形態では、図７（ｄ）に示すレーザビーム照射工程において、ＧａＮ層１２の下部で吸収されなかったレーザビームが高反射率膜５３に反射されて戻り、ＧａＮ層１２の熱分解に寄与する。このため、本実施形態よれば、ＧａＮ層１４の結晶性が非常に良好なIII族窒化物半導体基板が得られる。このことについて、以下に詳細に説明する。
【０１２３】
ＡｌＧａＮ層５５（Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ）のバンドギャップは約４．１ｅＶであり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビームの３次高調波のエネルギーより大きい。このため、ＡｌＧａＮ層５５において、レーザビームは吸収されない。また、レーザビームのＧａＮ層１２に対する進入長が約０．３μｍであり、高反射率膜の反射率が９６％である。上記の条件を考慮すると、ＧａＮ層１２の下面に照射されるレーザビーム強度を１とした場合、高反射率膜５３に反射されてＧａＮ層１２の下面に戻ってくるレーザビーム強度は約０．７となる。つまり、本実施形態ではＧａＮ層１２の熱分解に寄与するレーザビームの照射エネルギーの利用効率は、従来の方法の１．７倍となる。従って、ＧａＮ層１２を効率良く熱分解することができる。
【０１２４】
また、従来の方法では、ＧａＮ層１０２を熱分解させるためのレーザビームの照射エネルギーのしきい値は約０．３０Ｊ／ｃｍ2である。しかし、本実施形態では、レーザビームの照射エネルギーが０．２０Ｊ／ｃｍ2であるが、ＧａＮ層１２の熱分解が生じている。つまり、本実施形態によれば、ＧａＮ層１２を熱分解させるために必要なレーザビームの照射エネルギーのしきい値を、従来の約６７％に低下させることができる。
【０１２５】
また、レーザビームの照射エネルギーのしきい値を低下させる手段として、レーザビームのビーム径を大きくすることができる。ビーム径の大きなレーザビームを用いれば、レーザビームを照射する際の走査回数を少なくすることができる。このため、結晶性が良好なIII族窒化物半導体基板が得られ、更にIII族窒化物半導体基板の生産性および歩留の向上も図ることができる。
【０１２６】
なお、上記実施形態４と同様に、本実施形態においてもＧａＮ層１２の膜厚が薄いほど、熱分解に寄与するレーザビーム強度は大きくなり、レーザビームの照射エネルギーの閾値も低下させることができる。しかし、ＧａＮ層１２を過剰に薄くすると、ＧａＮ層１２全てが熱分解してしまう。従って、ＧａＮ層１２全てが熱分解しない程度にＧａＮ層１２の膜厚を調節する必要がある。
【０１２７】
さらに、本実施形態では、開口部５３ａを有する高反射率膜５３ｂを、ＧａＮ層２２の横方向成長のためのマスクとしても使用する。このため、新たにＧａＮ層２２の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡略化することができる。
【０１２８】
（実施形態６）
本発明の実施形態６におけるＧａＮ基板の製造方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【０１２９】
まず、図８（ａ）に示す工程で、両面研磨した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍのサファイア基板１１を用意する。次いで、図中の矢印に示すように、サファイア基板１１の下面からプロトン（Ｈ+）を注入する。プロトンの注入条件は、イオンエネルギー２００ｋｅＶ、平均飛程１．１２μｍ、注入量５．０×１０16atoms・cm-2である。
【０１３０】
次に、図８（ｂ）に示す工程で、上述のイオン注入によって、サファイア基板１１の下面から深さ１．１２μｍを中心として約２μｍの厚さを有するイオン注入領域６２が形成される。イオン注入領域６２は、イオン注入時に損傷を受けるため、非常に欠陥の多い領域となっている。
【０１３１】
次に、図８（ｃ）に示す工程で、イオン注入領域６２が形成されたサファイア基板１１をＨＶＰＥ炉内に導入する。次いで、III族ラインからＧａＣｌ、Ｖ族ラインから窒素キャリアガスとともにアンモニアガスを供給することによって、サファイア基板１１の上面上にＧａＮ層６４を形成する。III族ラインから供給されるＧａＣｌは、具体的には、９００℃に加熱したＧａメタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとしてＨＣｌガスを導入することによって生成される。このことによって、５００℃に加熱されたサファイア基板１１の上面上にＧａＮからなる厚さ３０ｎｍのバッファ層（不図示）を形成する。続いて、サファイア基板１１を１０５０℃まで加熱し、ＧａＮ層６４を５０μｍ／時の形成速度で６時間成長させ、最終的にＧａＮ層６４の厚さを３００μｍにする。この後、基板を室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【０１３２】
次に、図８（ｄ）に示す工程で、レーザビームをイオン注入領域６２の下面側から、イオン注入領域６２およびサファイア基板１１を介してＧａＮ層６４の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことによって、ＧａＮ層１２が分解される。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は１ｍｍである。
【０１３３】
このとき、レーザビームは、イオン注入領域６２を通過する。イオン注入領域６２は、非常に欠陥の多い領域となっており、結晶の均一性は失われている。このため、レーザビームはイオン注入領域６２を通過後、図８（ｄ）に示すように散乱し、ビーム径が広がる。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化される。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層６４で吸収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６４の下部が熱分解される。
【０１３４】
次に、図８（ｅ）に示す工程で、サファイア基板１１とＧａＮ層６４とを分離する。このとき、上記図８（ｄ）に示す工程においてＧａＮ層６４の下部が分解されているので、サファイア基板１１とＧａＮ層６４とを完全に分離することができ、自立したＧａＮ層６４すなわちＧａＮ基板６４ａを得ることができる。
【０１３５】
本実施形態の図８（ｃ）に示す基板と、イオン注入領域６２を形成しなかったこと以外、図８（ｃ）に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板の下面側から１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比較した。なお、このときのレーザビーム径は１ｍｍである。
【０１３６】
イオン注入領域６２を形成しなかった場合、ＧａＮ層における照射痕は直径約１ｍｍの円状であり、レーザビームはほとんど散乱することなく、ＧａＮ層へと到達していた。一方、イオン注入領域６２を形成した本実施形態の図８（ｃ）に示す基板では、ＧａＮ層６４における照射痕は直径約１．５ｍｍの円形状となっっていた。つまり、本実施形態の図８（ｃ）に示す基板では、レーザビームがＧａＮ層６４に到達したときに、イオン注入領域６２を形成しなかった場合に比べて約１．５倍のビーム径になるまで散乱される。
【０１３７】
上述のように、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法によれば、サファイア基板１１に形成されたイオン注入領域６２において、レーザビームを効果的に散乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間でＧａＮ基板を作製することができる。
【０１３８】
なお、本実施形態ではイオン注入をサファイア基板の下面全体に対して行なったが、サファイア基板の下面の一部にイオン注入を行なってもよい。
【０１３９】
また、サファイア基板１１に注入される元素は、特に限定されるものではなく、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ、Ｏ、Ｃ等でも同様の効果が得られる。勿論、これらの複数種類の元素を注入してもよい。
【０１４０】
また、イオン注入はＧａＮ層の成長前に行なったが、レーザビーム照射工程以前であれば、いつ行なってもよい。
【０１４１】
なお、ＧａＮ層６４の形成の際の加熱によって、イオン注入領域６２の結晶性が回復してしまうと散乱効果が弱くなるので、イオン注入は照射損傷を実質的に回復できない程度まで行なうことが好ましい。具体的なイオン注入条件は、注入する元素によって変わるので限定することはできないが、イオンを注入して散乱の効果を確実に得るためには、注入量が１×１０14〜１×１０20atoms・cm-2の範囲内であることが好ましい。
【０１４２】
また、得られたＧａＮ基板６４ａの下部は、レーザビーム照射時の熱分解により凹凸が生じているので、必要に応じて研磨によって平坦化を行なってもよい。
【０１４３】
（実施形態７）
本発明の実施形態７におけるＧａＮ基板の製造方法について、図９を参照しながら説明する。
【０１４４】
まず、図９（ａ）に示す工程で、両面研磨した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍのサファイア基板１１を用意し、ＨＶＰＥ炉内に導入する。次いで、III族ラインからＧａＣｌ、Ｖ族ラインから窒素キャリアガスとともにアンモニアガスを供給することによって、サファイア基板１１の上面上にＧａＮ層６５を形成する。III族ラインから供給されるＧａＣｌは、具体的には、９００℃に加熱したＧａメタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとしてＨＣｌガスを導入することによって生成される。このことによって、５００℃に加熱されたサファイア基板１１の上面上にＧａＮからなる厚さ３０ｎｍのバッファ層（不図示）を形成する。続いて、サファイア基板１１を１０５０℃まで加熱し、ＧａＮ層６５を５０μｍ／時の形成速度で約２分間成長させ、最終的にＧａＮ層６５の厚さを１μｍにする。この後、基板を室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【０１４５】
次に、図９（ｂ）に示す工程で、図中に示す矢印のようにＧａＮ層６５にプロトン（Ｈ+）を注入する。イオン（プロトン）の注入条件は、イオンエネルギー１８０ｋｅＶ、平均飛程１．１２μｍ、注入量５．０×１０16atoms・cm-2である。
【０１４６】
次に、図９（ｃ）に示す工程で、上述のイオン注入によって、サファイア基板１１の上部に厚さ約０．５μｍのイオン注入領域６６が形成される。イオン注入領域６６は、イオン注入時に損傷を受けるため、非常に欠陥の多い領域となっている。
【０１４７】
次に、図９（ｄ）に示す工程で、基板を再度ＨＶＰＥ炉内に導入し、７００℃、アンモニアガス雰囲気中で熱処理を行い、ＧａＮ層６５の表面の不純物を除去する。次いで、サファイア基板１１を１０５０℃まで加熱し、５０μｍ／時で６時間成長を行い、厚さ３００μｍのＧａＮ層６７を成長させる。この後、基板を室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。
【０１４８】
次に、図９（ｅ）に示す工程で、レーザビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１およびイオン注入領域６６を介してＧａＮ層６５の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことによって、ＧａＮ層６５の下部が分解される。使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波（３５５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は１ｍｍである。
【０１４９】
このとき、レーザビームは、イオン注入領域６６を通過する。イオン注入領域６６は、非常に欠陥の多い領域となっており、結晶の均一性は失われている。このため、レーザビームはイオン注入領域６６を通過後、図９（ｅ）に示すように散乱し、ビーム径が広がる。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化される。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層６５で吸収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６５の下部が熱分解される。
【０１５０】
次に、図９（ｆ）に示す工程で、サファイア基板１１およびイオン注入領域６６と、ＧａＮ層６５および６７とを分離する。このとき、上記図９（ｅ）に示す工程においてＧａＮ層６５の下部が分解されているので、サファイア基板１１とＧａＮ層６５とを完全に分離することができ、自立したＧａＮ層６５および６７、すなわちＧａＮ基板６７ａを得ることができる。
【０１５１】
なお、図９（ｆ）に示す工程の後、得られたＧａＮ基板６７ａの下部は、レーザビーム照射時の熱分解により凹凸が生じているので、必要に応じて研磨によって平坦化を行なってもよい。
【０１５２】
本実施形態の図９（ｄ）に示す基板と、イオン注入領域６６を形成しなかったこと以外、図９（ｄ）に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板の下面側から１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比較した。なお、このときのレーザビーム径は１ｍｍである。
【０１５３】
イオン注入領域６６を形成しなかった場合、ＧａＮ層における照射痕は直径約１ｍｍの円状であり、レーザビームはほとんど散乱することなく、ＧａＮ層へと到達していた。一方、イオン注入領域６６を形成した本実施形態の図９（ｄ）に示す基板では、ＧａＮ層６５における照射痕は直径約１．３ｍｍの円形状となっっていた。つまり、本実施形態の図９（ｄ）に示す基板では、レーザビームがＧａＮ層６５に到達したときに、イオン注入領域６６を形成しなかった場合に比べて約１．３倍のビーム径になるまで散乱される。
【０１５４】
上述のように、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法によれば、サファイア基板１１に形成されたイオン注入領域６６において、レーザビームを効果的に散乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間でＧａＮ基板を作製することができる。
【０１５５】
なお、本実施形態ではイオン注入をサファイア基板の上面全体に対して行なったが、サファイア基板の上面の一部にイオン注入を行なってもよい。
【０１５６】
また、サファイア基板１１に注入される元素は、特に限定されるものではなく、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ、Ｏ、Ｃ等でも同様の効果が得られる。勿論、これらの複数種類の元素を注入してもよい。
【０１５７】
なお、本実施形態では、ＧａＮ層６５を介してイオン注入するので、ＧａＮ層６５の損傷を低減するためには、イオン注入量を１×１０14〜１×１０18atoms・cm-2とし、基板に直接注入する上記実施形態６よりも、イオン注入量を減らすことが好ましい。
【０１５８】
レーザビームの照射によって、ＧａＮ層６５内に熱分解した部分と熱分解していない部分とが存在する場合、ＧａＮ層６５内に局所的な応力が発生する。しかしながら、本実施形態では、ＧａＮ層６５を介してイオン注入を行なうので、ＧａＮ層６５にもイオン注入による損傷が生じ、原子間の結合が弱くなっている部分が存在する。このため、ＧａＮ層６５内に発生した局所的な応力は、原子間の結合が弱い部分で緩和される。従って、ＧａＮ層６５にクラックや割れが発生しにくい。つまり、クラックや割れの少ない良質なＧａＮ基板を得ることができる。
【０１５９】
（実施形態８）
本発明の実施形態８におけるＧａＮ基板の製造方法について、図１０を参照しながら説明する。
【０１６０】
まず、図１０（ａ）に示す工程で、両面研磨した直径２インチのＣ面を主面とする厚さ３００μｍのサファイア基板１１を用意し、ＨＶＰＥ炉内に導入する。次いで、蒸着法によりサファイア基板１１の下面上に、厚さ１００ｎｍのＮｉ層６８を形成する。
【０１６１】
次に、図１０（ｂ）に示す工程で、Ｎｉ層６８をパターニングすることによって、開口部６８ａを有するＮｉ膜６８ｂを形成する。このとき、Ｎｉ層６８のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行ない、サファイア基板１１に到達するストライプ状の開口部６８ａを形成する。なお本実施形態では、各開口部６８ａは、開口幅が０．２５μｍ、各開口部６８ａの間隔が０．２５μｍであり、サファイア基板１１の<11-20>方向に延びるように設けられている。
【０１６２】
次に、図１０（ｃ）に示す工程で、Ｎｉ膜６８ｂをマスクとするＡｒガスを用いたドライエッチングによって、サファイア基板１１をエッチングを行なう。
【０１６３】
次に、図１０（ｄ）に示す工程で、Ｎｉ膜６８ｂをウエットエッチングによって除去する。このことによって、サファイア基板１１の下部に溝６９を形成する。本実施形態では、溝６９の深さは０．２５μｍである。
【０１６４】
次に、図１０（ｅ）に示す工程で、上記実施形態６と同様の方法で、厚さ３００μｍのＧａＮ層７０をサファイア基板１１の上面上に形成する。続いて、得られた基板を室温まで冷却する。
【０１６５】
次に、図１０（ｆ）に示す工程で、レーザビームをサファイア基板１１の下面側から、サファイア基板１１を介してＧａＮ層７０の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことによって、ＧａＮ層７０の下部が熱分解される。使用するレーザビームは、レーザの３次高調波（３５５ｎｍ）であり、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５ｎｓ、照射時のビーム径は１ｍｍである。
【０１６６】
このときレーザビームは、図９（ｅ）に示すように溝６９によって散乱し、ビーム径が広がる。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化される。ＧａＮの吸収端波長は３６０〜３７０ｎｍであるので、波長が３５５ｎｍであるレーザビームはＧａＮ層７０で吸収され、発熱する。この発熱により、ＧａＮ層６５の下部が熱分解される。
【０１６７】
次に、図１０（ｇ）に示す工程で、サファイア基板１１と、ＧａＮ層７０とを分離する。このとき、上記図１０（ｆ）に示す工程においてＧａＮ層７０の下部が分解されているので、サファイア基板１１とＧａＮ層７０とを完全に分離することができ、自立したＧａＮ層７０、すなわちＧａＮ基板７０ａを得ることができる。
【０１６８】
本実施形態の図１０（ｅ）に示す基板と、溝６９を形成しなかったこと以外、図１０（ｅ）に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板の下面側から１パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比較した。なお、このときのレーザビーム径は１ｍｍである。
【０１６９】
溝６９を形成しなかった場合、ＧａＮ層における照射痕は直径約１ｍｍの円状であり、レーザビームはほとんど散乱することなく、ＧａＮ層へと到達していた。一方、溝６９を形成した本実施形態の図１０（ｅ）に示す基板では、ＧａＮ層７０における照射痕は直径約１．５ｍｍの円形状となっていた。つまり、本実施形態の図９（ｃ）に示す基板では、レーザビームがＧａＮ層７０に到達したときに、溝６９を形成しなかった場合に比べて約１．５倍のビーム径になるまで散乱される。
【０１７０】
上述のように、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法によれば、サファイア基板１１に形成された溝６９によって、レーザビームを効果的に散乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間でＧａＮ基板を作製することができる。
【０１７１】
なお、本実施形態では溝６９をストライプ状に形成したが、これに特に限定されるものではない。例えば、溝６９の代わりに、ドット状、格子状に凹部を設けてもよい。また、サンドブラストや切削などで生じる不規則な凹部でもよい。
【０１７２】
なお、溝６９あるいは上述の凹部が密に形成されているほど散乱の効果が大きくなるので好ましい。特に、本実施形態において、散乱の効果を得るためには、各溝６９の開口幅および間隔は、入射する光の波長以下の大きさであることが好ましい。また、溝６９の側面が斜面となっていてもよい。側面が斜面となっている溝６９の形成法としては、サファイア基板１１の下面に対して斜め方向からプラズマ照射を行なう、あるいは図１０（ｃ）に示すサファイア基板１１のエッチング工程で用いるマスクとして、エッチングによって削れ易いマスク材料（例えば、レジスト）を用いる方法等が挙げられる。
【０１７３】
（実施形態９）
本実施形態では、上記実施形態１〜８で得られるＧａＮ基板１４ａ、６４ａ、６７ａおよび７０ａのいずれかを用いて、多数のＧａＮ基板を作製する方法を説明する。
【０１７４】
例えば、上記実施形態１で得られる、２インチ径のＧａＮ基板１４ａをＨＶＰＥ炉内に導入する。７５０℃でＧａＮ基板１４ａをアンモニア雰囲気中で熱処理した後、 実施形態１と同様に、１０５０℃にまで加熱し、厚さが１０ｍｍとなるまで成長する。その後、室温まで冷却し、ＨＶＰＥ炉内から取り出す。次いで、スライサーを用いてｃ軸に直角方向に厚さ３００μｍでスライスすることによって、３０枚のＧａＮ基板を得ることができる。
【０１７５】
勿論、上記実施形態２〜８で得られたＧａＮ基板１４ａ、６４ａ、６７ａ、７０ａを用いて、上述の方法で全く同様に複数枚のＧａＮ基板を作製することができる。
【０１７６】
本実施形態の方法では、上記実施形態１〜８のいずれかで作製したＧａＮ基板を種結晶として、ＧａＮ単結晶を厚く成長させ、厚いＧａＮ単結晶をスライサにより切断するので、一挙に複数のＧａＮ基板を作製することが可能である。さらに、本実施形態の方法では、各実施形態１〜８において最初に用いられるサファイア基板１１が、１枚だけでよいので低コスト化が可能である。
【０１７７】
（その他の実施形態）
本実施形態では、上記実施形態１〜８における改変例について説明する。
【０１７８】
上記実施形態１〜８では、III族窒化物半導体基板の製造方法としてＧａＮ基板の製造方法を例に述べたが、これに限定されるものではない。III族ラインから供給される原料ガスを適宜変更することによって、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなるIII族窒化物半導体基板を製造することができる。
【０１７９】
上記実施形態１〜８では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビームを用いたが、III族窒化物半導体基板の吸収端波長よりも大きく、且つ基板の吸収端波長よりも小さい波長を有するものであれば良い。例えば、ＫｒＦ：エキシマレーザビーム（２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ：エキシマレーザビーム（３０８ｎｍ）などを用いることも可能である。
【０１８０】
上記実施形態１〜８では、サファイア基板１１の大きさは２インチとしたが、さらに面積の大きい基板であっても、割れや欠けなく、III族窒化物半導体基板を作製することが可能である。
【０１８１】
また、サファイア基板１１の代わりに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビームやＫｒＦエキシマレーザビームが透過可能な材料（例えば、スピネル等）を用いてもよい。
【０１８２】
また、III族窒化物半導体基板を形成する際に、II族、IV族またはVI族元素を含む原料を用いて、II族、IV族またはVI族元素をドーピングしてもよい。例えば、ＧａＮ基板にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ等を不純物としてドーピングすれば、ｎ型の導電性を有するIII族窒化物半導体膜が得られる。また、ＧａＮ基板にＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ等を不純物としてドーピングすれば、ｐ型の導電性を有するIII族窒化物半導体膜が得られる。
【０１８３】
以上説明したように、本発明のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、割れや欠けのない広い面積を有するIII族窒化物半導体基板を短時間で作製でき、それによりIII族窒化物半導体基板の量産が可能となる。
【０１８４】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法により、窒化物半導体層の熱分解に必要なレーザビームの照射エネルギーのしきい値を低下させることが出来る。また、閾値の低下に伴い、レーザビームのビーム径を大きくすることが出来るので、母材基板と窒化物半導体層の分離を行う際に必要なレーザビームの走査回数を減らすことが出来る。そのため、レーザビーム照射工程に要する時間を短縮し、生産性を向上させることができる。また、レーザビームの照射回数が減少するので、歩留の向上にも繋がる。
【０１８５】
本実施形態で得られたIII族窒化物半導体基板は、半導体レーザや電界効果トランジスタ等の半導体装置を作製するために用いられる。
【０１８６】
【発明の効果】
本発明によれば、良質な結晶性を有するIII族窒化物半導体基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態１のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態２のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図３】図３は、図２（ｂ）に示す基板の上面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態３のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態４のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図６】図６は、ＧａＮ層の厚さと、ＧａＮ層の熱分解に寄与するレーザビーム強度との関係を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態５のIII族窒化物半導体基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態６のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態７のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態８のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、従来のＧａＮ基板の製造方法を表す工程断面図である。
【符号の説明】
１１  サファイア基板
１２、６５  ＧａＮ層
１３  ＩｎＮ層
１４、６４、６７  ＧａＮ層
１４ａ、６４ａ、６７ａ、７０ａ  ＧａＮ基板
２３  Ｎｉ膜
２３ａ、４３ａ、５３ａ、６８ａ  開口部
４３  シリコン酸化膜
５３、５３ｂ  高反射率膜
５４  Ｇａ金属部
５５  ＡｌＧａＮ層
６２、６６  イオン注入領域
６８  Ｎｉ層
６８ｂ  Ｎｉ膜
６９  溝
７０  ＧａＮ層
【図１】
0003803606.tif 000005
【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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