JP2002222772A

JP2002222772A - 窒化物半導体基板の製造方法

Info

Publication number: JP2002222772A
Application number: JP2001019550A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ishida; 昌宏石田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-09
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP4595207B2

Abstract

(57)【要約】【課題】母材基板上に窒化物半導体を成長し、レーザ
照射により母材基板と窒化物半導体を分離する際に、ク
ラックや割れの発生を防止する。【解決手段】母材基板の原子結合をイオン注入などに
より弱め、その上に窒化物半導体を成長させ、レーザ照
射により母材基板と窒化物半導体を分離することで窒化
物半導体基板を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可視発光ダイオー
ド装置や青紫色レーザ装置に用いる窒化物半導体基板の
製造方法および窒化物半導体基板の製造用母材基板に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ等の窒化物半導
体は、青色や緑色のＬＥＤや、青色半導体レーザ、高温
動作可能な高速トランジスタなどに用いる材料として好
適である。窒化物半導体を成長させるための基板として
は、従来よりサファイア基板（例えば、特許第３０９１
５９３に開示）などが知られているが、サファイアなど
異種基板上へ窒化物半導体の成長では、窒化物半導体と
異種材料基板との熱膨張係数の差によって、基板の反
り、クラックの発生、それらに伴う結晶性の悪化が発生
することが知られている。

【０００３】そこで近年、窒化物半導体基板上にデバイ
スを作製することで、上記諸問題を解決させる試みがな
されている。窒化物半導体基板の作製方法の一つとし
て、母材基板上に窒化物半導体層を厚く形成し、レーザ
光によって窒化物半導体層を母材基板界面で局所的に加
熱し、昇華させ、母材基板から窒化物半導体層を剥離さ
せることが検討されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、レーザ光に
よって剥離を行う場合、レーザ光の照射サイズは基板の
面積より小さく、レーザ光を走査する必要がある。この
際、下記の課題が存在した。

【０００５】それは、レーザ光の走査の途中では、窒化
物半導体層と母材基板の一部が剥離され、他の部分で接
触したままであるという状態になり、その際、窒化物半
導体層と母材基板の接触が残っている部分に応力が集中
して、窒化物半導体層中にクラックが発生する課題が存
在した。そのため、室温付近でレーザ光照射で歩留よく
窒化物半導体基板を製造することが困難であった。それ
を回避するため基板温度を上昇させる技術が知られてい
るが、それでは、基板の昇温、降温に時間がかかり、非
常に量産性に課題があった。

【０００６】さらには、レーザ光は小さく集光されてい
るため、基板全体を剥離するためには効率よいレーザ照
射を行う方法を提供する必要があった。具体的に、レー
ザ光は窒化物半導体の昇華を起こすために光密度を１平
方センチメートルあたり約０．１Ｊ以上とする必要があ
り、それを達成するためレーザ光のビーム径が小さく集
光されている。そのため、ビーム径は基板面積より小さ
く、レーザ光を走査する必要がある。窒化物半導体層全
体を剥離するには、時間をかけて基板を細かく走査しな
がら窒化物半導体層全体にビームを照射する必要があ
り、しかも、一度に多数枚処理を行う、いわゆるバッチ
処理ができない。したがって、クラックの発生を防ぎつ
つも、照射工程では従来より効率よくレーザ照射を行う
方法を提供する必要があった。

【０００７】上記に鑑み、本発明は、レーザ光照射によ
る窒化物半導体基板の製造において、レーザ光照射に要
する時間を著しく低減させ、かつ窒化物半導体層中にク
ラックなどを発生させることなく窒化物半導体基板を得
る手段を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、以下に示
す構成よりなるものである。

【０００９】本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、
母材基板主面に原子結合が切断された領域を設ける第１
の工程と、前記母材基板上に窒化物半導体層を形成する
第２の工程と、前記母材基板と前記窒化物半導体層界面
にレーザ光を照射する第３の工程とを有することを特徴
とする。

【００１０】このようにすることで、レーザ照射途中で
窒化物半導体層中に発生する応力は原子結合が切断され
た領域が剥離することで開放されるので、窒化物半導体
層中にクラックや割れが発生することがない。さらに
は、前述の応力による窒化物半導体層の剥離によって、
窒化物半導体層全面をレーザ走査することなく窒化物半
導体層の剥離を行うことが可能になるので窒化物半導体
基板の量産性を向上させることができる。

【００１１】本発明の窒化物半導体基板の製造方法にお
いて、前記原子結合が切断された領域はイオン注入によ
り形成することができる。

【００１２】本発明の窒化物半導体基板の製造方法にお
いて、前記第１の工程は、母材基板主面にイオン注入さ
れた第１の領域と、前記第１の領域よりイオン注入量が
少ないないしはイオン注入されない第２の領域とを設け
る工程とし、前記第３の工程は、少なくとも前記第２の
領域に前記レーザ光を照射する工程とすることが好まし
い。このようにすることで、窒化物半導体層全面を照射
することなくより確実に窒化物半導体層の剥離を行うこ
とが可能になるので窒化物半導体基板の量産性を向上さ
せることができる。

【００１３】かかる構成につき、前述のイオン注入量が
少ない第２の領域は線状に連なっており、前記第３の工
程は前記レーザ光を前記第２の領域に沿って走査する工
程とすることが好ましい。このようにすることで効率的
な光軸の走査で窒化物半導体層の剥離を行うことが可能
になる。

【００１４】かかる構成につき、前述のイオン注入量が
少ない第２の領域は複数に分散して設置されており、前
記第３の工程は前記レーザ光の光軸を前記第２の領域に
同期して走査しつつ前記レーザ光をパルス照射する工程
とすることが好ましい。このようにすることでパルスレ
ーザを用いて効率的な光軸の走査で窒化物半導体層の剥
離を行うことが可能になる。

【００１５】かかる構成につき、前述のイオン注入量が
少ない第２の領域は複数に分散して設置されており、前
記第３の工程は前記レーザ光の一照射により複数の前記
の第２の領域に照射する工程とすることが好ましい。こ
のようにすることで、より短い照射時間で窒化物半導体
層の剥離を行うことが可能になる。

【００１６】本発明の窒化物半導体基板の製造方法にお
いて、母材基板はサファイアとし、注入されるイオンは
水素ないしはシリコンであることが好ましい。このよう
にすることで、窒化物半導体層の特性を劣化させるよう
な汚染を生じずに、サファイアの原子結合を切断し、原
子結合が弱い領域を形成することができる。

【００１７】本発明の窒化物半導体基板の製造方法にお
いて、前記原子結合が切断された領域はプラズマ照射に
より形成することができる。

【００１８】本発明の窒化物半導体基板の製造方法にお
いて、前記第１の工程は、母材基板主面にプラズマ照射
された第１の領域と、前記第１の領域よりプラズマ照射
量が少ないないしはプラズマ照射されない第２の領域と
を設ける工程とし、前記第３の工程は、少なくとも前記
第２の領域に前記レーザ光を照射する工程とすることが
好ましい。このようにすることで、窒化物半導体層全面
をレーザ照射することなくより確実に窒化物半導体層の
剥離を行うことが可能になるので窒化物半導体基板の量
産性を向上させることができる。

【００１９】かかる構成につき、前述のプラズマ照射量
が少ない第２の領域は線状に連なっており、前記第３の
工程は前記レーザ光を前記第２の領域に沿って走査する
工程とすることが好ましい。このようにすることで効率
的な光軸の走査で窒化物半導体層の剥離を行うことが可
能になる。

【００２０】かかる構成につき、前述のプラズマ照射量
が少ない第２の領域は複数に分散して設置されており、
前記第３の工程は前記レーザ光の光軸を前記第２の領域
に同期して走査しつつ前記レーザ光をパルス照射する工
程とすることが好ましい。このようにすることでパルス
レーザを用いて効率的な光軸の走査で窒化物半導体層の
剥離を行うことが可能になる。

【００２１】かかる構成につき、前述のプラズマ照射量
が少ない第２の領域は複数に分散して設置されており、
前記第３の工程は前記レーザ光の一照射により複数の前
記の第２の領域に照射する工程とすることが好ましい。
このようにすることで、より短い照射時間で窒化物半導
体層の剥離を行うことが可能になる。

【００２２】本発明の窒化物半導体基板の製造方法にお
いて、前記母材基板をサファイアとし、照射されるプラ
ズマを水素ないしは酸素ないしは希ガスとすることが好
ましい。このようにすることで、窒化物半導体層の特性
を劣化させるような汚染を生じずに、サファイアの原子
結合を切断し、原子結合が弱い領域を形成することがで
きる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２４】（実施の形態１）図１を参照しながら、本
発明の第１の実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法
を説明する。

【００２５】図１（ａ）の基板１は直径２インチ、厚さ
７００ミクロンのサファイア（酸化アルミニウムの単結
晶）であり、表面、裏面ともに鏡面仕上げとなってい
る。表面の面方位は（０００１）面である。

【００２６】基板１はサファイアより構成されており、
サファイアのバンドギャップは８．７ｅＶであるため、
バンドギャップに相当するエネルギーの１４２．５ｎｍ
より大きな波長の光は透過する。そのため、波長２４８
ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光や波長３５５ｎｍのＮ
ｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波光を透過することができ
る。

【００２７】まず、第１の工程であるイオン注入工程を
行う。

【００２８】このサファイア基板１に水素イオンを注入
する（図１（ｂ））。イオン注入によって、原子結合が
切断された領域１ａ（以下実施の形態５までは、イオン
注入した領域１ａないしは単に領域１ａと呼ぶ）が形成
された。注入量は１ｘ１０¹⁶ｉｏｎ／ｃｍ²とし、注入
は基板を５°傾けて実施した。加速電圧は２００ｋｅＶ
とした。サファイア基板に水素をイオン注入することに
よって、サファイアの構成元素であるＡｌとＯの結合が
切断される。切断された原子間に水素が導入されたりす
ることもある。それらの結果、イオンが注入されていな
い領域に比べ、イオン注入した領域の平均的な原子結合
力を相対的に弱くすることができる。

【００２９】なお、注入量が少ない場合は、基板表面付
近で原子間の結合が切れて原子結合が弱くなる量が少な
くなり、後述のレーザ照射時に窒化物半導体層２と母材
基板１との剥離を効率的に行うことが困難となる。一
方、注入量が多い場合は、基板表面が窒化物半導体層を
成長させる前から母材基板の一部が剥がれ、剥がれた微
細な粒子が表面に再付着して窒化物半導体層の成長に悪
影響を及ぼすことがある。このような事情から、好まし
い注入量の範囲を検討すると１ｘ１０¹⁴ｉｏｎ／ｃｍ²
から１ｘ１０¹⁸ｉｏｎ／ｃｍ²である。

【００３０】なお、イオン注入時の注入角度は、チャネ
リング効果により注入した水素が奥深く注入されること
を防ぐため、サファイアの（０００１）面から２°以上
傾けた面からイオンを入射することが好ましい。

【００３１】なお、イオン注入時の加速電圧は特に限定
するものではないが、加速電圧が低いとサファイア表面
付近のダメージが大きくなるため、２０ｋｅＶ以上とす
ることが好ましい。

【００３２】次に第２の工程である、窒化物半導体層の
成長工程を行う。アンモニアと、Ｇａ金属とＨＣｌを約
９００℃程度の高温で反応させて生じるＧａＣｌとを原
料とするハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法と
称する）によりＧａＮの成長を行った。圧力は大気圧下
で成長を行った。

【００３３】サファイア上へＧａＮの核形成密度を増加
させるため、ＧａＮの成長に先立って基板温度を１００
０℃に保ち、ＧａＣｌのみを１５分間供給する（以下、
このプロセスをＧａＣｌ処理と呼ぶ）。なお、核形成密
度を増加させる目的では、ＧａＣｌ処理に替えて低温バ
ッファ層やアンモニアでサファイアを窒化する処理を行
っても良いし、これらを組み合わせても良い。

【００３４】ＧａＣｌ処理後、アンモニアを導入してＧ
ａＮ層２の成長を開始する。ＧａＮ層２の厚さが２００
μｍとなるまで成長を行い、室温まで基板温度を降下さ
せ、基板を取り出した（図１（ｃ））。

【００３５】サファイア基板１の上にＧａＮ層２を高温
で成長し、室温まで降温した結果、サファイアとＧａＮ
の熱膨張係数差による反りが生じる。ＧａＮよりサファ
イアの方が熱膨張係数が大きいので、ＧａＮ層２側を凸
として反りを生じる。本実施の形態では、曲率半径は６
０ｃｍ程度であった。本実施の形態では母材基板１がＧ
ａＮ層２に比べて厚いため、曲率半径が大きく、割れが
生じるほどの反りではない。

【００３６】なお、サファイア基板１はイオン注入され
ているため、ＡｌやＯの結合が切断され、成長時の１０
００℃という高温で、これらの元素がＧａＮ層２へ拡散
しやすい。ＧａＮ中のＡｌは等電子トラップを形成し、
またＯはドナーとして働く。そのため、ＧａＮ基板上に
デバイスを形成したとき、デバイスの能動領域にはこれ
らの元素が拡散しないようにすることが好ましい。好ま
しくは、ＧａＮ層２の厚さを３０μｍ以上とすること
で、デバイス能動領域に拡散されるＡｌやＯを充分少な
くすることができる。

【００３７】つぎに、第３の工程であるレーザ光照射に
よる基板分離の工程を行う。レーザの照射は、図２に示
す光学系とステージを用いて行った。レーザ装置３より
出射されたレーザ光１０を、ＧａＮ層２に照射するにあ
たって、回転機構４により回転させるとともに、スキャ
ンレンズ５で光軸を走査することにより、基板全体に渡
ってレーザ光を照射することを可能とする構成となって
いる。また、集光手段６によって、ＧａＮ層２でのレー
ザ光のスポット径を制御することができる。

【００３８】なお、ステージには、母材基板１の反りを
調整するための抵抗加熱ヒータなどの加熱手段を設けて
も良い。また、熱膨張係数差による剥離を促進させるた
めのペルチェ素子などの冷却手段を設けてもよい。

【００３９】レーザ装置３は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光の
３次高調波レーザ光を発生する装置である。パルス周波
数は１０Ｈｚ、１パルスのパルス幅は５ｎｓとした。集
光手段６を用いて、レーザ光のビームは、ＧａＮ層２上
で円形で直径は１ｍｍに集光されている。１パルスあた
りのエネルギーをサファイア基板１において０．１Ｊと
した。

【００４０】なお、ＧａＮ層２に到達するレーザのエネ
ルギーは、基板１の表面や、基板１とＧａＮ層２の界面
における反射や、基板１中の欠陥による吸収を受けて、
減衰する。そのため、基板厚さや、基板裏面の仕上げ、
基板特性などによって、１パルスあたりのエネルギーな
いしはビーム径を、ＧａＮが分解するように調整する必
要がある。ＧａＮ昇華に必要なビームエネルギー密度
は、基板温度が高ければ少なくなる。また、パルス幅が
小さくなればピークエネルギーが高くなるため、ＧａＮ
昇華に必要な１パルスあたりのエネルギー密度により変
化する。室温付近で数ｎｓから数十ｎｓ程度のパルスで
は、おおよそ０．１Ｊ／ｃｍ²以上である。本実施の形
態では散乱や減衰を考慮しても充分なパルスエネルギー
を有していた。

【００４１】なお、ＧａＮ層２は反っている為、集光手
段６を制御するなどして、照射位置によって焦点位置を
制御し、レーザ光１０のＧａＮ層２の位置におけるサイ
ズを一定とすることが好ましい。

【００４２】なお、照射位置によって焦点位置を制御し
ない場合は、集光手段６の焦点距離をＧａＮ層の曲率半
径に近づけることが好ましい。このようにすることで、
特殊なレンズを用いずに、レーザ光１０のＧａＮ層２の
位置におけるサイズを一定とすることができる。

【００４３】レーザ光１０は、サファイア基板１側から
ＧａＮ層２を照射するようにした。レーザ照射は、特に
基板加熱や冷却を行わず室温の雰囲気（約２０℃）で行
った。周辺部から中央部に向かってレーザ照射を行っ
た。このとき、ＧａＮ層２全体を隙間なく照射するので
はなく、図１（ｄ）の上面の概略図に示すように、照射
位置８の回転方向の中心間隔および半径方向の中心間隔
を２ｍｍ離して照射されるように、回転機構４の回転速
度やスキャンレンズ５の走査速度を調整した。調整の方
法であるが、基板の回転速度ないしはレーザ装置３のパ
ルスの周波数を変化させることでスポットの回転方向の
間隔を変更できる。また、回転速度に応じて、光軸の走
査速度を変化させることで半径方向の間隔を変更でき
る。

【００４４】レーザ光１０を照射されたＧａＮ層２はサ
ファイア基板１との界面付近でレーザ光１０を吸収し加
熱される。パルス幅が５ｎｓと短いため、加熱される部
分はサファイア基板１とのごく界面付近に集中され、サ
ファイア基板１との界面のＧａＮのみが昇華してＧａと
窒素に分解される。

【００４５】図１（ｅ）は照射工程途中における断面図
である。図を明瞭に示すため、図１（ｅ）には、ハッチ
ングを施していない。

【００４６】ＧａＮ層２のうちレーザ光１０を照射され
た部分には金属のＧａ１１を生じている。金属Ｇａは、
２５℃以上では液体であり、２５℃以下でも非常にやわ
らかいためサファイア基板１とＧａ１１とＧａＮ層２と
の結合は表面張力程度であって、極めて弱い。そのた
め、熱膨張係数差による応力は、レーザ照射されていな
い部分に集中する。

【００４７】さらに、ＧａＮ層２の分解によって、金属
Ｇａ１１とともに窒素ガスが発生する。発生した窒素に
よる圧力は、サファイア基板１とＧａＮ層２を剥がす方
向に加わる。レーザ照射されていない領域は、イオン注
入によってサファイア中の原子同士の結合が弱まってい
るので、熱膨張係数差による応力の集中と窒素の圧力に
耐えられず、イオン注入領域１ａ内でクラック１２を生
じる。この際、ＧａＮ層２の分解で発生した窒素はクラ
ック１２を通して発散する。

【００４８】なお、前述の事情より、イオン注入量を１
ｘ１０¹⁴ｉｏｎ／ｃｍ²から１ｘ１０¹⁸ｉｏｎ／ｃｍ²と
しているため、クラックは原子結合の弱いイオン注入領
域１ａ中のみに発生し、サファイア基板１やＧａＮ層２
にはクラックや割れは発生していない。

【００４９】さらにレーザ光の照射工程を続けていく
と、中央までレーザ照射しなくても、周囲から１ｃｍぐ
らい内側までレーザ照射した段階で、基板中央付近に応
力が集中して、クラック１２がイオン注入領域１ａ全体
に伸展した。その結果、サファイア基板１からＧａＮ層
２が剥離された（図１（ｆ））。剥離によって、サファ
イア基板１、ＧａＮ層２ともに、反りが解消された。

【００５０】このように、レーザ光照射などを行わなく
とも、内部応力によっていわば自動的に剥離すること
を、自動剥離と呼ぶこととする。ＧａＮ層２の裏側の主
面には、Ｇａ１１やサファイア片１３が付着している。

【００５１】なお、どの時点でＧａＮ層２が剥離するか
はイオン注入量や、照射スポット中心間隔やピッチなど
により変化する。イオン注入量が大きいほど、また、レ
ーザを密に照射するほど、レーザ照射の早い段階で自動
剥離が起こった。また、ペルチェ素子や液体窒素などで
基板を室温より冷却すると自動剥離が早い段階で起こ
る。

【００５２】従来のレーザ照射によるＧａＮ剥離のよう
に、基板全体をくまなく照射する場合は、１ｍｍ径の円
形ビームでは、ピッチやスポット間隔を０．８ｍｍ程度
以下にする必要があり、１枚のウェハの照射で約５分必
要である。しかも、この時間に基板温度を上昇、下降さ
せる時間を加える必要があった。

【００５３】これに対して、本実施の形態のように、ス
ポット間隔やピッチを離した照射では、基板中央までレ
ーザ照射しても、レーザ照射スポット数をおおよそ１／
６とすることができ、１枚のウェハを照射する時間は約
５０秒と著しく低減することができる。しかも、本実施
の形態では、周囲から１ｃｍぐらい内側まで照射した段
階でＧａＮ層２が自動剥離を開始し、スキャン時間はわ
ずか２０秒程度であった。

【００５４】最後に、ＧａＮ層２を３５％ＨＣｌ溶液に
３０分浸すことにより、Ｇａ１１を溶解した。また、研
磨によってサファイア片１３と、Ｇａ１１が存在してで
きた凹凸を除去して、完全に単体からなるＧａＮ基板２
が得られた（図１（ｇ））。

【００５５】なお、本実施の形態１において、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザ光に替えて、ＧａＮに光を吸収され、サファ
イアを透過し、かつＧａＮを昇華するのに十分なパワー
を有する光を用いても良いことはいうまでもない。この
ような光源の例として、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８
ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、ＸｅＣ
ｌエキシマレーザ（３０８ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレー
ザ（３５１ｎｍ）、窒素レーザ（３３７ｎｍ）などがあ
る。

【００５６】なお、本実施の形態ではレーザ光を重ねず
に照射したが、レーザ光を重ねて照射しても、同様に、
クラックやわれの発生なくＧａＮ基板２が得られること
はいうまでもない。

【００５７】（実施の形態２）以下、図３を用いて実施
の形態２について説明する。実施の形態２は、注入イオ
ンを水素に替えてシリコンとする以外は、実施の形態１
と全く同様である。

【００５８】図３（ａ）の基板１は直径２インチ、厚さ
７００ミクロンの（０００１）面サファイアであり、表
面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。

【００５９】このサファイア基板１にシリコンイオンを
注入する（図３（ｂ））。領域１ａがシリコンの注入領
域である。注入量は１ｘ１０¹⁶ｉｏｎ／ｃｍ²とし、注
入は基板を５°傾けて実施した。加速電圧は２００ｋｅ
Ｖとした。サファイア基板にシリコンをイオン注入する
ことによって、水素と同様、サファイアの構成元素であ
るＡｌとＯの結合が切断されたり、原子間にシリコンが
導入されたりする。その結果、イオンが注入されていな
い領域に比べ、イオン注入した領域の平均的な原子結合
力を相対的に弱くした領域を形成することができる。

【００６０】水素イオンと同様、好ましいシリコンイオ
ンの注入量の範囲を検討すると、１ｘ１０¹⁴ｉｏｎ／ｃ
ｍ²から１ｘ１０¹⁸ｉｏｎ／ｃｍ²である。

【００６１】イオン注入時の注入角度は、チャネリング
効果により注入したシリコンが奥深く注入されることを
防ぐため、好ましくは、サファイアの（０００１）面か
ら２°以上傾ける。

【００６２】イオン注入時の加速電圧は特に限定するも
のではないが、加速電圧が低いとサファイア表面付近の
ダメージが大きくなる。ただし、シリコンは水素より原
子量が大きいため、表面付近にダメージが集中しやすく
好ましくは５０ｋｅＶ以上とする。

【００６３】次に第２の工程である、窒化物半導体層の
成長工程を行う。アンモニアと、Ｇａ金属とＨＣｌとを
原料とするＨＶＰＥ法によりＧａＮの成長を行った。１
５分間のＧａＣｌ処理の後、アンモニアを導入してＧａ
Ｎ層２の成長を実施する。ＧａＮ層２の厚さが２００μ
ｍとなるまで成長を行い、室温まで基板温度を降下さ
せ、基板を取り出した（図３（ｃ））。

【００６４】つぎに、第３の工程であるレーザ照射によ
る基板分離の工程を行う。レーザの照射は、実施の形態
１と同じ装置、照射方法を用いた。その結果、サファイ
ア基板１から、ＧａＮ層２が剥離された（図３
（ｄ））。ＧａＮ層２の裏面には、Ｇａ１１およびサフ
ァイア片１３が付着していた。

【００６５】最後に、ＨＣｌによりＧａ１１を溶解し、
サファイア片１３およびＧａＮ層２の凹凸を研磨で除去
して、単体のＧａＮ基板２を得た（図３（ｅ））。

【００６６】以上により、シリコンイオン注入でも水素
イオン注入と同様の効果が得られることが確認された。
なお、金や銀などの重金属等を注入すると、窒化物半導
体デバイスを形成したとき、金や銀がデバイス中に侵入
し深い準位を形成して特性の劣化を招くことが知られて
いるが、シリコンや水素ではこのような問題は発生しな
いことはいうまでもない。

【００６７】（実施の形態３）以下、図４を参照しなが
ら実施の形態３について説明する。実施の形態３は、イ
オン注入時に線状に連なったパタニングを行う例につい
て示している。

【００６８】図４（ａ）の基板１は直径２インチ、厚さ
７００ミクロンの（０００１）面サファイアであり、表
面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。

【００６９】このサファイア基板１に水素イオンを注入
する工程を実施する（図４（ｂ、ｃ、ｄ））。

【００７０】まず、図４（ｂ−１）に示すようにレジス
トによるマスク７を設ける。マスク７の形状は、図４
（ｂ−２）の概略図に示すように渦巻き螺旋状である。
渦巻き螺旋のピッチは２ｍｍ、幅は０．５ｍｍとした。

【００７１】なお、イオン注入後、マスク７を除去後の
イオン注入領域の判別を容易にするため、渦巻き螺旋の
出発点はオリフラ位置などで確認できるようにマスクあ
わせを行うことが好ましい。

【００７２】次に、図４（ｃ）に示すように水素イオン
を注入した。水素イオンの注入量は１ｘ１０¹⁶ｉｏｎ／
ｃｍ²とし、注入は基板を５°傾けて実施した。加速電
圧は２００ｋｅＶとした。サファイア基板１の主面でマ
スク７が存在しない部分はイオンが注入された領域１ａ
が形成される。マスク７が存在する部分には、水素イオ
ンが阻止されることで水素イオンの注入量が低減され、
より好ましくは、ほとんど注入が行われず、原子結合が
ほぼ保存されている領域１ｂ（以下実施の形態５まで
は、イオン注入されていない領域１ｂないしは単に領域
１ｂと呼ぶ）が形成される。

【００７３】マスク７を除去することで、母材基板が完
成する（図４（ｄ））。

【００７４】次に第２の工程である、窒化物半導体層の
成長工程を行う。実施の形態１と同じ方法で、ＨＶＰＥ
法によりＧａＮ層２を２００μｍ成長し、室温まで基板
温度を降下させ、基板を取り出した（図４（ｅ））。

【００７５】つぎに、第３の工程であるレーザ照射によ
る基板分離の工程を行う。レーザの照射は、実施の形態
１と同じ装置を用い、室温で行った。レーザ照射位置
は、イオン注入なされていない領域１ｂが隙間なく照射
されるよう、照射開始位置と回転速度、光軸の走査速度
を調整しながら、周囲から中央に向かってレーザ照射を
行った。具体的に、レーザスポットサイズが１ｍｍであ
るため、螺旋渦巻き状の領域１ｂを隙間なく照射するに
は、スポット間隔がおおよそ０．８ｍｍとなるよう回転
速度を調整する。より好ましくは、線速度一定となるよ
う回転させる。また、基板一周で２ｍｍピッチとなるよ
う、光軸の走査速度も調整する。

【００７６】なお、イオン注入を行った領域１ａには外
観上大きな変化はないが、イオン注入位置は若干屈折率
や吸収係数が異なるため、可視光でも光の当て方などを
調整することで確認することは可能である。イオン注入
位置の吸収係数は、２００ｎｍ程度の紫外域で顕著とな
るため、紫外線を検知するカメラなどで確認すればより
判断が容易となる。

【００７７】図４（ｆ）は、照射工程途中の断面図であ
る。図を明瞭に示すため、ハッチングを施していない。
レーザ光照射を行った領域には、ＧａＮ層２の分解によ
り生じた、Ｇａ１１が形成される。また、ＧａＮ層２の
分解により生じた窒素ガスの圧力と、熱膨張係数差によ
る応力集中とによって、イオン注入された領域１ａには
クラック１２を生じる。

【００７８】一方、イオン注入されていない領域１ｂ
は、サファイアが強固なためクラック１２が伸展しな
い。そのため、基板のレーザ光を照射して、クラック１
２を生じても、クラック１２は領域１ｂで停止して、Ｇ
ａＮ層２全体に渡る自動剥離には至らない。

【００７９】本実施の形態では、中央までレーザ照射を
完了した段階ではじめて完全に剥離が起こり、サファイ
ア基板１からＧａＮ層２が分離された（図４（ｇ））。

【００８０】最後にＨＣｌによりＧａ１１を溶解し、サ
ファイア片１３とＧａＮ層２の裏面の凹凸を研磨によっ
て除去して、ＧａＮ基板２を得た（図４（ｈ））。

【００８１】なお、実施の形態１のように、レーザ照射
の途中でＧａＮ層２が自動的に剥離される場合、剥離が
起こる段階が一定でないため、ＧａＮ層２の裏面に付着
するサファイア片１３の形状が毎回異なってしまう。Ｇ
ａＮ層２の裏面のサファイア片１３を除去するための裏
面の研磨工程において、自動剥離したＧａＮ層２では、
個々のＧａＮ層２とサファイア片１３に合わせた条件
で、一枚ずつ裏面の研磨仕上げを行う必要がある。一
方、本実施の形態では、裏面の形状がほぼ一定のものが
得られるため、同一バッチ処理で複数枚のＧａＮ基板２
の裏面の研磨仕上げを行うことが可能であった。したが
って、量産においては本実施の形態の工法が適する。

【００８２】なお、イオン注入が行われていない領域１
ｂは、連なった形状とすることで、レーザ光の走査が容
易となり、好ましい。例えば、放射状、ストライプ状、
等のパターンとするのが好ましい。さらには、本実施の
形態の渦巻き螺旋のような一筆書きが可能なパターンと
するのが最も好ましい。

【００８３】なお、イオン注入が行われている領域１ａ
とイオン注入が行われていない領域１ｂには、好ましい
面積の関係がある。具体的には領域１ａに比して領域１
ｂが狭すぎる場合には、剥離が起こりにくくなり、窒化
物半導体ウェハを得ることが困難となる。逆に、領域１
ａに比して領域１ｂが広すぎる場合には、自動剥離可能
な部分、すなわち領域１ａの面積が小さいため、応力が
自動剥離によって開放されず、照射の途中でＧａＮ層２
にクラックや割れを生じてしまうことがある。このよう
な事情から、室温照射において、好ましい面積の関係
は、領域１ａの面積が領域１ｂの面積の１／５倍から５
０倍の間である。

【００８４】（実施の形態４）以下、図５を参照しなが
ら実施の形態４について説明する。実施の形態４は、イ
オン注入時に複数に分散した形状のパタニングを行う例
について示している。

【００８５】図５（ａ）の基板１は実施の形態１と同様
のサファイアである。

【００８６】このサファイア基板１に水素イオンを注入
する工程を実施する（図５（ｂ、ｃ、ｄ））。

【００８７】まず、図５（ｂ−１）に示すようにマスク
７によるパターンを設ける。マスク７の形状は、図５
（ｂ−２）の概略図に示すように円形のドット状であ
る。平面を敷き詰める一辺２ｍｍの正三角形の各頂点に
マスク７によるドットが位置するようになっている。隣
り合うマスク７の中心間隔は２ｍｍ、一つのマスク７の
径は０．５ｍｍである。

【００８８】なお、イオン注入後、マスク７を除去する
とイオン注入領域の判別を容易にするため、マスク７の
位置や方向がオリフラ位置などで確認できるようにマス
クあわせを行うことが好ましい。

【００８９】なお、個々のマスク７の形状は、後のレー
ザのスポットサイズに収まる形状であれば、多角形や不
定形などでも良い。

【００９０】なお、マスク７を基板端に設けると、基板
端においては後述のレーザ光照射工程でレーザ光が均一
に照射されないので、マスク７は基板端に設けないこと
が好ましい。好ましくは５０μｍ以上基板端より内側に
マスク７を設けるのが良い。

【００９１】次に、図５（ｃ）に示すように水素イオン
を注入した。水素イオンの注入量や注入条件は実施の形
態１と同じである。

【００９２】マスク７を除去することで、母材基板が完
成する（図５（ｄ））。

【００９３】次に実施の形態１と同様、ＧａＮ層２を２
００μｍ成長し、室温まで基板温度を降下させ、基板を
取り出した（図５（ｅ））。

【００９４】つぎに、第３の工程であるレーザ光照射に
よる基板分離の工程を行う。レーザ光の照射は、２次元
の光軸走査が可能な装置を用いて、室温で行った。レー
ザ照射位置は、イオン注入なされていない領域が照射さ
れるよう光軸走査を行った。

【００９５】例えば、以下のような方法で照射を行うこ
とが可能である。

【００９６】イオンが注入されていない領域１ｂは、図
５（ｂ−２）のマスク７と同じ並び方をしている。そこ
で、１０Ｈｚのレーザを用いた場合、初回照射位置を基
板端のイオンが注入されていない領域１ｂにあわせ、基
板回転は行わずに、最近接の領域１ｂが並んでいる方向
に線速度毎秒２ｃｍで光軸を走査すれば、レーザ照射が
領域１ｂに同期して行われる。以下、同様の照射を繰り
返せば基板全面を照射することができる。

【００９７】本実施の形態では、照射は、基板の外から
内にかけて行った。領域１ｂは６回対称に並んでいるた
め、最も外の領域１ｂを含む正六角形を考え、この正六
角形に沿って光軸走査とレーザ光照射を行い、次第に内
側の六角形へと照射を行えばよい。

【００９８】なお、マスク７の大きさや間隔によって
は、外周の領域１ｂが必ずしも六角形に並んでいないこ
とがあるが、マスク７のパターンを仮に外挿し、六角形
を想定して走査すればよい。

【００９９】なお、領域１ｂは３回対称とも見なせるの
で、正三角形に光軸を走査してもよい。

【０１００】なお、領域１ｂは２回対称とも見なせるの
で、前述の六角形の一対の対辺を、互い違いに外側から
内側に向けて走査しても良い。

【０１０１】図５（ｆ）は、レーザ照射工程途中の断面
図である。図を明瞭に示すため、ハッチングは施してい
ない。実施の形態３と同様、ＧａＮ層２の分解により生
じたＧａ１１が形成されるとともに、窒素ガスの発生
と、熱膨張係数差による応力集中とによって、イオン注
入された領域１ａにはクラック１２を生じる。

【０１０２】一方、イオン注入されていない領域１ｂで
はクラック１２が伸展せず、領域１ｂで停止して、Ｇａ
Ｎ層２全体に渡る自動剥離には至らない。

【０１０３】本実施の形態では、中央までレーザ照射を
完了した段階ではじめて完全に剥離が起こり、サファイ
ア基板１からＧａＮ層２が分離された（図５（ｇ））。

【０１０４】最後にＨＣｌによりＧａ１１を溶解し、研
磨を行ってサファイア片１３を除去することで、単体の
ＧａＮ基板２を得た（図５（ｈ））。

【０１０５】なお、本実施の形態のイオン注入領域の形
状とレーザ照射方法に限らず、イオン注入領域を複数に
分散配置して、レーザ照射を複数配置したイオン注入領
域に同期して照射することで、効率よくレーザ照射を行
えることはいうまでもない。より好ましくは本実施の形
態のように、イオン注入されていない領域１ｂを周期的
に配置することによって、より効率的に光軸を走査し
て、領域１ｂへのレーザ光の照射を行うことができる。

【０１０６】本実施の形態においても、裏面の形状がほ
ぼ一定のものが得られるため、同一バッチ処理で複数枚
のＧａＮ基板２の裏面の研磨仕上げを行うことが可能で
ある。

【０１０７】（実施の形態５）以下、図６を参照しなが
ら実施の形態５について説明する。実施の形態５は、レ
ーザ照射方法を変更した実施の形態４の変形について示
している。

【０１０８】図６（ａ）の基板１は実施の形態４と同様
のサファイアである。

【０１０９】このサファイア基板１に水素イオンを注入
する工程を実施する（図６（ｂ、ｃ、ｄ））。

【０１１０】まず、図６（ｂ）に示すようにマスク７に
よるパターンを設ける。マスク７の形状は、実施の形態
４と同様で、隣り合うマスク７の中心間隔は２ｍｍ、各
マスク７の径は０．５ｍｍとした。

【０１１１】次に、図６（ｃ）に示すように水素イオン
を注入した。水素イオンの注入量や注入条件は実施の形
態４と同じである。イオン注入された領域１ａと、イオ
ン注入されない領域１ｂが形成された。

【０１１２】マスク７を除去することで、母材基板が完
成する（図６（ｄ））。

【０１１３】次に実施の形態４と同様、ＧａＮ層２を２
００μｍ成長し、室温まで基板温度を降下させ、基板を
取り出した（図６（ｅ））。

【０１１４】つぎに、第３の工程であるレーザ照射によ
る基板分離の工程を行う。光学系、回転機構は、図２の
装置を用いた。ただし、レーザパワーの大きなＫｒＦエ
キシマレーザ装置を用い、ビーム径は５ｍｍ、ビームパ
ワーは３Ｊとした。パルス幅は３０ｎｓである。ＫｒＦ
エキシマレーザ装置においても、ＧａＮを昇華させるの
に必要なパワーはＮｄ：ＹＡＧレーザとほぼ同じ傾向で
ある。本実施の形態では、ビーム径が５倍となっている
が、ビームパワーも３０倍となっており、５の２乗であ
る２５倍以上大きくなっている。そのため光密度として
は実施の形態１より低下しておらず、ＧａＮを昇華させ
るのに充分である。

【０１１５】本実施の形態では、照射スポットが互いに
重なるように、回転方向の照射スポット間隔、半径方向
の照射スポットのピッチを４ｍｍとした。この方法によ
れば、一度の照射で複数の注入されていない領域１ｂを
照射することとなる。照射は外側から内側に向けて行っ
た。

【０１１６】図６（ｆ）は、レーザ照射工程途中の断面
図である。レーザ光の照射によりＧａＮ層２は、サファ
イア基板１との界面付近でＧａ１１と窒素ガスに分解さ
れる。そのため、レーザスポット周辺のイオン注入され
た領域には、応力が集中しクラック１２を生じる。Ｇａ
１１とサファイア基板１およびＧａＮ１１とＧａＮ層２
とは結合が弱く、特にサファイア基板１との結合が弱い
ため、ＧａＮ層２は、サファイア基板１から分離され
る。その際、窒素は外へと開放される。しかし、イオン
注入されていないサファイアは強固なため、基板全体に
渡る自動剥離には至らない。

【０１１７】そのため、本実施の形態では、イオン注入
されていない領域１ｂの全てを照射した段階ではじめて
サファイア基板１から完全にＧａＮ層２が剥離された
（図６（ｇ））。

【０１１８】最後にＧａ１１をＨＣｌによって除去して
単体のＧａＮ基板２を得た（図６（ｈ））。

【０１１９】本実施の形態では、基板全体が照射されて
いるが、レーザのビーム径が４倍と大きく、ビーム面積
は１６倍も大きい。したがって、一度に複数の領域１ｂ
を照射している。一照射で複数の領域１ｂを照射するこ
とによって、実施の形態５では、実施の形態４に比べて
照射数を約１／４とすることができた。本実施の形態で
は基板全体を照射しているため、特別な位置合わせなど
の必要がなく、レーザ以外は比較的安価な設備で実施す
ることが可能である。なお、一照射で複数のドットを照
射させる場合でも、ドットに同期させてレーザを照射す
ることで、より少ない照射数で剥離が可能であることは
いうまでもない。

【０１２０】（実施の形態６）図７を参照しながら、本
発明の第６の実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法
を説明する。本実施の形態は、イオン注入に変えてプラ
ズマ照射を用いる以外は実施の形態１と全く同じであ
る。

【０１２１】図７（ａ）の基板１は実施の形態１と同じ
サファイア基板１である。

【０１２２】まず、第１の工程であるプラズマ照射工程
を行う。

【０１２３】このサファイア基板１に酸素プラズマを１
０分間照射し、プラズマ照射によって原子結合が切断さ
れた領域１ａ（以下、プラズマ照射領域１ａないしは単
に領域１ａと呼ぶ）を得る（図７（ｂ））。プラズマの
密度や圧力等の条件により、プラズマ照射に必要な照射
時間が異なる。プラズマ照射の場合は、プラズマの状態
がプラズマの発生方法や装置に大きく依存し、イオン注
入と違って一義的な定義はできない。

【０１２４】例えば、本実施の形態では、電極面積１０
００ｃｍ²の円形電極による平行平板ＲＦプラズマで、
ＲＦパワーを２００Ｗ、酸素流量を１０ｓｃｃｍ、圧力
を５Ｐａとして検討を行っている。このとき、プラズマ
照射に必要な時間は３０秒から２時間であった。３０秒
未満では、プラズマ照射した領域の原子結合力を弱くす
る量が不十分であり、２時間より長い時間では表面にダ
メージが発生して、上に単結晶のＧａＮ層を成長させる
ことが困難となる。

【０１２５】次に第２の工程である、窒化物半導体層の
成長工程を行う。実施の形態１と同じＨＶＰＥ法により
２００μｍの厚さＧａＮ層２の成長を行い、室温まで基
板温度を降下させ、基板を取り出した（図７（ｃ））。

【０１２６】つぎに、第３の工程であるレーザ照射によ
る基板分離の工程を行う。レーザの照射に関して、その
方法、装置、条件は実施の形態１と全く同じであり、図
７（ｄ）の概略図に示すように照射スポットの回転方向
の中心間隔および半径方向の中心間隔を２ｍｍ放して照
射されるように回転速度や光軸の走査速度を調整した。

【０１２７】実施の形態１と同様、レーザ光の照射を続
けていくと、中央までレーザ照射しなくても、周囲から
１ｃｍぐらい内側までレーザ照射した段階で、基板中央
付近に応力が集中して、サファイア基板１からＧａＮ層
２が剥離され、Ｇａ１１とサファイア片１３が付着した
ＧａＮ基板２が得られた（図７（ｅ））。

【０１２８】最後にＨＣｌによってＧａ１１を溶解し、
サファイア片１３とＧａＮ層２の凹凸を研磨によって除
去して、単体のＧａＮ基板２を得た（図７（ｆ））。

【０１２９】以上により、プラズマ照射によりサファイ
アの結合を弱めても、イオン注入と全く同じ効果が得ら
れることが示された。

【０１３０】（実施の形態７）図８を用いて本実施の形
態７について説明する。実施の形態７は、照射プラズマ
を水素ないしはヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプ
トンとする以外は、実施の形態６と全く同様である。

【０１３１】図８（ａ）の基板１は実施の形態６と全く
同様の、直径２インチ、厚さ７００ミクロンの（０００
１）面サファイア基板である。

【０１３２】このサファイア基板１を５枚準備し、それ
ぞれ、水素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプト
ンのプラズマを１０分間照射し、プラズマ照射領域１ａ
を得た（図８（ｂ））。

【０１３３】次に第２の工程である、窒化物半導体層の
成長工程を行う。それぞれのサファイア基板１に、実施
の形態６と同じくＧａＮ層２の厚さが２００μｍとなる
まで成長を行い、室温まで基板温度を降下させ、基板を
取り出した（図８（ｃ））。

【０１３４】つぎに、第３の工程であるレーザ照射によ
る基板分離の工程を行う。レーザの照射は、実施の形態
６と同じ装置、照射方法を用いた。その結果、いずれの
プラズマを照射した場合も、サファイア基板１から、Ｇ
ａＮ層２が剥離され、Ｇａ１１とサファイア片１３が付
着したＧａＮ基板２が得られた（図８（ｄ））。

【０１３５】最後にＨＣｌによりＧａ１１を溶解し、研
磨によりサファイア片１３とＧａＮ層２の凹凸を除去し
て、ＧａＮ基板２が得られた（図８（ｅ））。

【０１３６】以上により、水素、ヘリウム、アルゴン、
キセノン、クリプトンのプラズマでも酸素プラズマと同
様の効果が得られることが確認された。また、得られた
ＧａＮ基板２にデバイスを形成しても、窒化物半導体デ
バイスに重金属等が導入されたときのような、特性の劣
化などの問題は発生しない。また、水素、ヘリウム、ア
ルゴン、キセノン、クリプトンのプラズマでも好ましい
照射時間は実施の形態６と同じ事情で３０秒から２時間
である。

【０１３７】（実施の形態８）以下、図９を参照しなが
ら実施の形態８について説明する。実施の形態８は、実
施の形態３でイオン注入に変えてプラズマ照射を行うこ
とと、マスクとしてＳｉＯ₂を用いる以外は、実施の形
態３と同じである。

【０１３８】図９（ａ）の基板１は直径２インチ、厚さ
７００ミクロンの（０００１）面サファイアであり、表
面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。

【０１３９】このサファイア基板１に酸素プラズマを照
射する工程を実施する（図９（ｂ、ｃ、ｄ））。

【０１４０】まず、図９（ｂ）に示すように１００ｎｍ
のＳｉＯ₂マスク７を設ける。ＳｉＯ₂マスク７の形状
は、実施の形態３におけるレジストマスク７と同じ渦巻
き螺旋である。また、ＳｉＯ₂層のパタニングは、フォ
トリソグラフィーとフッ酸などによるエッチングにより
行った。ＳｉＯ₂層の形成はＲＦスパッタで行ってい
る。なお、ＳｉＯ₂層の形成は、熱ＣＶＤ法や蒸着など
他の方法でも良いし、後述のプラズマ照射に耐えうる材
料や製法であれば、例えばＳｉＮ等でも良い。

【０１４１】次に、図９（ｃ）に示すように酸素プラズ
マを１０分間照射した。プラズマの条件は実施の形態６
と同じである。サファイア基板１の主面でマスク７が存
在しない部分はプラズマ照射領域１ａが形成される。マ
スク７が存在する部分には、酸素プラズマが阻止される
ことでほとんど酸素プラズマが照射されず、原子結合が
ほぼ保存された領域１ｂ（以下プラズマ非照射領域１ｂ
ないしは単に領域１ｂと呼ぶ）が形成される。なお、酸
素プラズマはレジストをエッチングするのでＳｉＯ₂を
マスクとしたが、水素や希ガスのプラズマであれば、レ
ジストをマスクとしても良いことは言うまでもない。

【０１４２】マスク７を除去することで、母材基板が完
成する（図９（ｄ））。

【０１４３】次に第２の工程である、窒化物半導体層の
成長工程を行う。実施の形態３と同じ方法で、ＨＶＰＥ
法によりＧａＮ層２を２００μｍ成長し、室温まで基板
温度を降下させ、基板を取り出した（図９（ｅ））。

【０１４４】つぎに、第３の工程であるレーザ照射によ
る基板分離の工程を行う。レーザの照射は、実施の形態
３と同じ装置、方法を用い、プラズマ非照射領域１ｂへ
の照射を行った。中央までレーザ照射を完了した段階で
はじめて完全に自動剥離が起こり、サファイア基板１か
ら完全にＧａ１１およびサファイア片１３が付着したＧ
ａＮ層２が剥離された（図９（ｆ））。

【０１４５】最後に、Ｇａ１１をＨＣｌで溶解し、サフ
ァイア片１３と凹凸を研磨で除去して単体のＧａＮ基板
２を得た（図９（ｇ））。

【０１４６】以上のように、イオン注入に替えてプラズ
マ照射でも、同様の効果が得られることが確認できた。
なお、プラズマ非照射領域１ｂの最も好ましい形状は、
本実施の形態の渦巻き螺旋のような一筆書きが可能なパ
ターンであるが、放射状、ストライプ状、他のパターン
でもよいことは言うまでもない。

【０１４７】なお、プラズマ照射領域１ａとプラズマ非
照射領域１ｂには、イオン注入と同様の好ましい面積の
関係がある。室温でレーザ光照射をする場合は、好まし
い面積の関係として、領域１ａの面積を領域１ｂの面積
の１／５倍から５０倍の間とするのがよい。

【０１４８】（実施の形態９）以下、図１０を参照しな
がら実施の形態９について説明する。実施の形態９は、
実施の形態４のイオン注入に替えてプラズマ照射を行っ
た場合について示している。

【０１４９】図１０（ａ）の基板１は実施の形態４と同
様のサファイアである。

【０１５０】このサファイア基板１に酸素プラズマを照
射する。

【０１５１】まず、図１０（ｂ）に示すように、ＳｉＯ
₂層マスク７によるパターンを設ける。マスク７の形状
は、実施の形態４と同じである。

【０１５２】次に、図１０（ｃ）に示すように酸素プラ
ズマを照射した。酸素プラズマの照射量や注入条件は実
施の形態６と同じである。

【０１５３】マスク７を除去することで、母材基板が完
成する（図１０（ｄ））。

【０１５４】次に実施の形態４と同様、ＧａＮ層２を２
００μｍ成長し、室温まで基板温度を降下させ、基板を
取り出した（図１０（ｅ））。

【０１５５】つぎに、第３の工程であるレーザ照射によ
る基板分離の工程を行う。レーザの照射方法などは、実
施の形態４と全く同様である。

【０１５６】本実施の形態では、全てのドットの照射を
完了した段階ではじめてサファイア基板１から、Ｇａ１
１とサファイア片１３が付着したＧａＮ層２が剥離され
た（図１０（ｆ））。

【０１５７】最後に、ＨＣｌを用いてＧａ１１を溶解
し、研磨でサファイア片１３と凹凸を除去して、単体の
ＧａＮ基板２を得た（図１０（ｇ））。

【０１５８】以上のように、周期的なプラズマ非照射領
域を用いても、イオン注入と同様の効果が得られた。

【０１５９】（実施の形態１０）以下、図１１を参照し
ながら実施の形態１０について説明する。実施の形態１
０は、実施の形態５のイオン注入に替えてプラズマ照射
を行った場合について示している。

【０１６０】図１１（ａ）の基板１は実施の形態５と同
様のサファイアである。

【０１６１】このサファイア基板１に酸素プラズマを照
射する工程を実施する（図１１（ｂ、ｃ、ｄ））。

【０１６２】まず、図１１（ｂ）に示すようにＳｉＯ₂
マスク７によるパターンを設ける。マスク７の形状は、
実施の形態５と同様で、隣り合うドットの中心間隔は２
ｍｍ、ドットの径は０．５ｍｍとした。

【０１６３】次に、図１１（ｃ）に示すように酸素プラ
ズマを１０分照射した。酸素プラズマの照射条件は実施
の形態６と同じである。プラズマ照射領域１ａと、プラ
ズマ非照射領域１ｂとが形成された。

【０１６４】マスク７を除去することで、母材基板が完
成する（図１１（ｄ））。

【０１６５】次に実施の形態５と同様、ＧａＮ層２を２
００μｍ成長し、室温まで基板温度を降下させ、基板を
取り出した（図１１（ｅ））。

【０１６６】つぎに、第３の工程であるレーザ照射によ
る基板分離の工程を行う。実施の形態５と全く同様、Ｋ
ｒＦエキシマレーザを用い、サファイア基板１からＧａ
１１が付着したＧａＮ層２が剥離できた（図１１
（ｆ））。

【０１６７】最後に裏面のＧａ１１をＨＣｌによって溶
解して単体のＧａＮ基板２を得た（図１１（ｇ））。

【０１６８】以上実施の形態６から実施の形態１０で示
したように、プラズマ照射でも、イオン注入とほとんど
同様の効果が得られる。プラズマ照射の場合、プラズマ
発生源の装置依存性などがあり、装置により好ましい照
射時間などの条件が若干変化するという課題があるもの
の、イオン注入より比較的簡易な装置で、サファイアの
原子結合を弱めることができるというメリットがある。

【０１６９】なお、以上の実施の形態において、ＧａＮ
層２に替えて、ＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層やＡｌＩｎ
ＧａＮ層を成長させることによって、ＡｌＧａＮやＩｎ
ＧａＮやＡｌＩｎＧａＮ基板を得ることができることは
言うまでもない。

【０１７０】なお、以上の実施の形態においてはサファ
イアなどの母材基板にイオンを注入しているが、予めサ
ファイアなどの上にＧａＮ層などを設けた基板を母材基
板として、イオン注入を行っても良いことは言うまでも
ない。すなわち、サファイア上にＧａＮ層を成長し、Ｇ
ａＮ／サファイア基板にイオン注入を行い、その上にＧ
ａＮ層を厚く成長させた後、レーザ照射を行っても同様
の効果が得られることは、言うまでもない。

【０１７１】

【発明の効果】以上のように、本発明の窒化物半導体基
板の製造方法によれば、レーザ照射による母材基板から
窒化物半導体層の剥離を用いて、クラックや割れのない
窒化物半導体基板を量産性よく製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）〜（ｇ）本発明の実施
の形態１における窒化物半導体基板の製造方法を示す断
面図（ｄ）本発明の実施の形態１における窒化物半導体基板
の製造方法を示す上面図

【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザ照射機構
を示す断面図

【図３】本発明の実施の形態２における窒化物半導体基
板の製造方法を示す断面図

【図４】（ａ）、（ｂ−１）、（ｃ）〜（ｈ）本発明の
実施の形態３における窒化物半導体基板の製造方法を示
す断面図（ｂ−２）本発明の実施の形態３における窒化物半導体
基板の製造方法を示す上面図

【図５】（ａ）、（ｂ−１）、（ｃ）〜（ｈ）本発明の
実施の形態４における窒化物半導体基板の製造方法を示
す断面図（ｂ−２）本発明の実施の形態４における窒化物半導体
基板の製造方法を示す上面図

【図６】本発明の実施の形態５における窒化物半導体基
板の製造方法を示す断面図

【図７】（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）本発明の実施
の形態６における窒化物半導体基板の製造方法を示す断
面図（ｄ）本発明の実施の形態６における窒化物半導体基板
の製造方法を示す上面図

【図８】本発明の実施の形態７における窒化物半導体基
板の製造方法を示す断面図

【図９】本発明の実施の形態８における窒化物半導体基
板の製造方法を示す断面図

【図１０】本発明の実施の形態９における窒化物半導体
基板の製造方法を示す断面図

【図１１】本発明の実施の形態１０における窒化物半導
体基板の製造方法を示す断面図

【符号の説明】

１母材基板１ａ原子結合が切断された領域１ｂ原子結合が保存された領域２窒化物半導体層３レーザ装置４回転機構５スキャンレンズ６集光手段７マスク８レーザ照射位置１０レーザ光１１Ｇａ１２クラック１３サファイア片

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 26/00 Ｂ２３Ｋ 26/00 ＨＦターム(参考） 4E068 CA03 CE03 DA09 4K029 AA04 CA10 5F041 AA41 AA43 CA64 CA71 CA74 CA77 5F045 AB14 AC12 AC13 AD13 AD14 AF09 BB13 CA09 CA11 HA05 HA18 5F072 AA06 AB02 HH07 MM17 QQ02 YY06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母材基板主面に前記母材基板を構成する材
料の原子結合が切断された領域を設ける第１の工程と、
前記母材基板上に窒化物半導体層を形成する第２の工程
と、前記母材基板と前記窒化物半導体層との界面にレー
ザ光を照射する第３の工程とを有する、窒化物半導体基
板の製造方法。
【請求項２】前記原子結合が切断された領域はイオン注
入された領域であることを特徴とする請求項１に記載の
窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】前記第１の工程は、母材基板主面にイオン
注入された第１の領域と、前記第１の領域よりイオン注
入量が少ないないしはイオン注入されない第２の領域と
を設ける工程であり、前記第３の工程は、少なくとも前
記第２の領域に前記レーザ光を照射する工程であること
を特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造
方法。
【請求項４】前記第２の領域は線状に連なっており、前
記第３の工程は前記レーザ光を前記第２の領域に沿って
走査する工程であることを特徴とする請求項３に記載の
窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】前記第２の領域は複数に分散して設置され
ており、前記第３の工程は前記レーザ光の光軸を前記第
２の領域に同期して走査しつつ前記レーザ光をパルス照
射する工程であることを特徴とする請求項３に記載の窒
化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】前記第２の領域は複数に分散して設置され
ており、前記第３の工程は前記レーザ光の一照射により
複数の前記第２の領域に照射する工程であることを特徴
とする請求項３に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】前記母材基板はサファイアであって、注入
されるイオンは水素ないしはシリコンであることを特徴
とする請求項２ないしは請求項３に記載の窒化物半導体
基板の製造方法。
【請求項８】前記原子結合が切断された領域はプラズマ
照射領域であることを特徴とする請求項１に記載の窒化
物半導体基板の製造方法。
【請求項９】前記第１の工程は、母材基板主面にプラズ
マ照射された第１の領域と、前記第１の領域よりプラズ
マ照射量が少ないないしはプラズマ照射されない第２の
領域とを設ける工程であり、前記第３の工程は、少なく
とも前記第２の領域に前記レーザ光を照射する工程であ
ることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板
の製造方法。
【請求項１０】前記第２の領域は線状に連なっており、
前記第３の工程は前記レーザ光を前記第２の領域に沿っ
て走査する工程であることを特徴とする請求項９に記載
の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１１】前記第２の領域は複数に分散して設置さ
れており、前記第３の工程は前記レーザ光の光軸を前記
第２の領域に同期して走査しつつ前記レーザ光をパルス
照射する工程であることを特徴とする請求項９に記載の
窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１２】前記第２の領域は複数に分散して設置さ
れており、前記第３の工程は前記レーザ光の一照射によ
り複数の前記第２の領域に照射する工程であることを特
徴とする請求項９に記載の窒化物半導体基板の製造方
法。
【請求項１３】前記母材基板はサファイアであって、照
射されるプラズマは水素ないしは酸素ないしは希ガスで
あることを特徴とする請求項８ないしは請求項９に記載
の窒化物半導体基板の製造方法。