少なくとも１つの窒化材料層を有するハイブリッド基板の製造法
本発明は電子工学分野での応用を目的とする、少なくとも１つのＩＩＩ／Ｎ型窒化材料層を具備してなるハイブリッド基板の製造法であって；六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできた原材基板（１）を選択する工程；前記基板内部に多数のナノ空隙（１２）を生じさせて活性層（１４）の境界となる脆弱領域（１３）を作ることを目的として、前記窒化材料の「ｃ」結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にある「注入面」（１０）と呼ばれる面の一つを通して、１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２から１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２のヘリウムイオンＨｅ＋を前記原材基板（１）に注入する工程；および、少なくとも前記ナノ空隙を空隙（１２’）へと成長させることが可能な熱授受を含む授受からなる、活性層（１４）を原材基板（１）から分離させることが可能な全エネルギー授受を施すことによって前記活性層（１４）を移設する工程；からなることを特徴とする製造法に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド基板、すなわち、少なくとも１つのＩＩＩ／Ｎ型窒化材料層を含む複数の層からなる基板の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような基板は、電子工学、光学、太陽光発電、光エレクトロニクスなどの分野での応用を目的とするものである。
【０００３】
ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料は、周期律表のＩＩＩ族元素と結合した窒素、特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）やインジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）およびアルミニウム（Ａｌ）をベースとした様々な窒化物または複合窒化物からなる材料である。
【０００４】
これらは、可視光や紫外光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいは青色／紫色レーザーダイオードなどの高出力高周波電子機器や高温にさらされる機器などへの応用に有望な材料である。
【０００５】
参考のため、以下でＧａＮの結晶構造が六方晶系であることを再確認し、その構造を図１に模式的に示した。
【０００６】
図より、窒化ガリウムの六方晶系構造はプリズム形の単位結晶格子からなり、プリズム形格子の底面の辺は等しい長さａ（３．１８９６Åまたは０．３１８９６ｎｍ）を持ち、互いに１２０°の方向を向いていることが分かる。また、プリズムの高さはｃ（５．１８５５Åまたは０．５１８５５ｎｍ）で表わされる。六方晶系では、結晶面を示すベクトルａ１、ａ２、ａ３およびｃと関連する４つの指数（ｈ，ｋ，ｉ，ｌ）に基づいた表記を行うのが、一般的な慣習である。
【０００７】
最も一般的な窒化ガリウム（ＧａＮ）基板は表面の法線方向にｃ結晶軸を有している。基板の成長はｃ軸に沿う、あるいは、成長面はｃ面であると言われている。以下では、このような基板を「標準ＧａＮ」基板と呼び、極性であるという。
【０００８】
B.A.Haskellらによる「Structure and morphological characteristics of polar (11-20）a-plane gallium nitride grown by hydride vapor phase epitaxy」、Applied Physics Letters、第８３巻、第８号、２００３年８月、１５５４−１５５６頁で説明されているように、標準ＧａＮでできた基板には、望まない自然ピエゾ電気偏光効果が生じるという欠点がある。
【０００９】
従って、標準ＧａＮ基板は上記の技術的応用に用いる電子部品の製造に、必ずしも常に好適であるとは言えない。
【００１０】
さらに、ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料層を基板上に簡単に移設する工業的な方法は存在しない。
【００１１】
A. Tauzinらによる論文「Transfer of two-inch GaN film by the Smart-CutTM technology」、Electronics Letters、２００５年５月２６日、第４１巻、第１１号には、スマートカット（商品名）技術による標準ＧａＮ膜の支持基板上への移設の可能性が記載されている。この論文ではＧａＮ材料中にブリスター泡を生じさせる条件が研究されている。ブリスター泡は、ＧａＮに少なくとも２×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２以上の水素を注入した場合だけに生じる。
【００１２】
I. Raduらによる「Formation of nanovoids in high-dose hydrogen implanted GaN」、Applied Physics Letters、８９、０３１９１２、（２００６）、またR. Signhらによる「Investigation of hydrogen implantation induced blistering in GaN」、Phys. Stat. Sol.、（ｃ）３、第６号、１７５４−１７５７、さらにS.O. Kucheyevらによる「Blistering of H-implanted GaN」、Journal of Applied Physics、第９１巻、第６号、２００２年３月１５日、３９２８−３９３０頁などの論文では、２．６×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２以上の水素を注入した標準ＧａＮのアニール処理後に生じるブリスター欠陥について言及している。
【００１３】
C.H. Seagerらによる論文「Infrared and transmission electron microscopy studies of ion-implanted H in GaN」、Journal of Applied Physics、第８５巻、第５号、１９９９年３月１日、２５６８−２５７３頁にも、２×１０１６Ｈ＋／ｃｍ２から１×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２のＨ＋を注入し、約８９０℃で１時間の熱授受を経た標準ＧａＮに生じた角柱状空隙が示されている。
【００１４】
上記のすべて数値から判るように、ＧａＮを破断するためのイオン注入量はケイ素を破断するのに必要な量の少なくとも５倍であり、そのため、工業的製法への応用がさらに困難になっている。なぜなら、使用する注入流量密度にもよるが、これらの注入量を得るためには注入操作を数１０時間継続する必要があるかもしれないからである。
【００１５】
また最後にD, Alquireらによる論文"Interaction between dislocation and He-implantation-induced voids in GaN epitaxial layers"、Applied Physics Letters、８６、２１１９１１（２００５） には標準ＧａＮにヘリウムイオンＨｅ＋を注入する実験の結果が述べられている。
【００１６】
この論文では、ＧａＮに１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２を超える量のＨｅ＋を注入し１０００℃から１１００℃で２分間の熱処理を行うと空隙が生じ、その空隙のなかには円筒形のものや角柱形のものもあると述べられている。
【００１７】
しかしながら、この論文では工業的な層移設プロセスの実施については述べられてない。
【発明の概要】
【００１８】
本発明の目的の一つは、六方晶系の結晶構造を持つＩＩＩ／Ｎ型窒化材料の層、特に、窒化ガリウムの層を移設する方法を提供することである。窒化ガリウム層の移設は、従来の文献で述べられている注入量、例えば、A. Tauzinらによる論文"Transfer of two-inch GaN film by the Smart-CutTM technology"、Electronics Letters、２００５年５月２６日、第４１巻、第１１号で述べられている２×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２から５×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２よりも少ない注入量を用いることで容易に工業化できる。
【００１９】
さらに、本発明は、イオン注入や層移設工程の後でも良好な結晶性を有する六方晶系構造のＩＩＩ／Ｎ型窒化材料層を提供することにもある。
【００２０】
この目的のため、本発明は、電子工学、光学、あるいは光エレクトロニクスなどの分野での応用を目的とする、少なくとも１つのＩＩＩ／Ｎ型窒化材料「活性」層を具備するハイブリッド基板を得る方法に関するものである。
【００２１】
本発明による製造法は、
−六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできた「原材」基板（１）を選択する工程、
−前記基板内部の制御した平均注入深度に多数のナノ空隙（１２）を生じさせて、前記活性層（１４）を決定する脆弱領域（１３）を作ることを目的として、前記窒化材料の「ｃ」結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にある「注入面」（１０）と呼ばれる面の一つを通して、１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２以上のヘリウムイオンＨｅ＋を前記原材基板（１）に注入する工程、および
−前記ナノ空隙（１２）をより大きな空隙へと変形させることが可能な「空隙成長熱授受」と呼ばれる熱授受と、活性層（１４）を原材基板（１）の他の残余部分（１５）から分離させることが可能な「分離エネルギー授受」と呼ばれる補助的エネルギー授受とからなる、全エネルギー授受を施すことによって前記活性層（１４）を移設する工程、
からなることを特徴とする。
【００２２】
これら本発明の特徴によって、注入時間を短縮することができ、従って、総製造時間も短縮できる。さらに、注入時にイオンが材料を透過することで生じる損傷や製造コストも低減することが可能になる。
【００２３】
本発明の他の有利な特徴として、以下のようなものを特に制限なく、個々に、あるいは組み合わせて特徴とすることができる。
−前記原材基板（１）へのイオン注入がヘリウムイオンＨｅ＋のみによって独占的に行われること；
−ヘリウムイオンＨｅ＋の注入量が１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２から１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２の間であること；
−前記窒化材料活性層の移設が、前記原材基板の注入面に接合材を結合させる分子接着工程を含むこと；
−空隙成長熱授受を、接合材を結合させる前に行うこと；
−空隙成長熱授受を、接合材を結合させた後に行うこと；
−前記窒化材料活性層の移設が、前記原材基板の注入面に材料層を蒸着させる工程を含むこと：
−前記蒸着がホモエピタキシャル成長またはヘテロエピタキシャル成長であること；
−エピタキシャル成長工程が、空隙成長熱授受の一部もしくは全部をなすこと；
−エピタキシャル成長工程が、分離エネルギー授受の一部もしくは全部をなすこと；
−エピタキシャル成長工程が、前記活性層を移設するための全エネルギー授受をなすこと；
−前記空隙成長熱授受が、８００℃以上での加熱を含むこと；
−前記分離エネルギー授受が、機械的な由来のものであること；
−ヘリウムイオンＨｅ＋の注入エネルギーが、３０から２５０ｋｅＶの間であること；
−窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）およびアルミニウム、ガリウム、ホウ素、インジウムから選ばれる少なくとも２種類の材料の複合窒化物、から選ばれる材料で前記原材基板ができていること；
−六方単結晶の結晶構造を有する、成長面がｃ面であるバルクＩＩＩ／Ｎ型窒化材料で前記原材基板ができていて、そのバルク材料を、一つの面が前記バルク材料のｃ結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にあるように切り出すことで原材基板が得られたものであること；
−六方単結晶の結晶構造を有する、成長面がａ面またはｍ面であるバルクＩＩＩ／Ｎ型窒化材料で前記原材基板ができていること；および
−前記原材基板が、自由面がｃ結晶軸に平行もしくは略平行であり、成長面がａ面またはｍ面である窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶層で覆われた種子支持材からなる複合基板であること。
【００２４】
また、本発明は、電子工学、光学、あるいは光エレクトロニクスなどの分野での応用を目的とするハイブリッド基板に関するものでもある。本発明によるハイブリッド基板は、そのハイブリッド基板の面のうち「前」面と呼ばれる面に対して平行もしくは略平行なｃ結晶軸を持つ六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料の活性層を具備しており、その活性層が分子結合によって接合材と結合していて、さらに、前記ハイブリッド基板が上記のいずれかの製造法によって得られたものであることを特徴としている。
【００２５】
本発明の他の特徴や利点を、以下に述べる記述より明らかにする。以下では、本発明を実施するための数種の可能な手順を示した添付図面を参照しながら説明するが、これらは例を示したものであって、決して本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】六方晶系の窒化ガリウム（ＧａＮ）の結晶構造を示す図である。
【図２】図２Ａから２Ｅは、本発明による製造法を実施するための２つの異なる一連の手順のひとつを説明する図である。
【図３】図３Ａから３Ｅは、本発明による製造法を実施するための２つの異なる一連の手順のひとつを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図２Ａには、ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできた「原材」基板が示されている。ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料は六方単結晶の結晶構造を有していて、そのｃ結晶軸は面１０に平行もしくは略平行である。
【００２８】
上記材料の例としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、あるいはアルミニウム、ガリウム、ホウ素、インジウムから選ばれる少なくとも２種類の材料の複合窒化物、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）および窒化ホウ素ガリウム（ＢＧａＮ）のような３元複合窒化物、また、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）のような４元複合窒化物、などを挙げることができる。
【００２９】
原材基板１は、六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできていて、その成長面がｃ面、すなわち（０００１）面であるか、または（１１−２０）面のようなａ面、あるいは（１０−１０））のようなｍ面であることが好ましい。ここで注意すべきは、ａ面やｍ面は複数存在するが、ｃ面は一つしか存在しないことである。
【００３０】
第一の場合として、バルク材料の成長面がｃ面である場合は、そのｃ面に垂直もしくは略垂直に材料をウエハー状に切り出して、得られる原材基板１の面１０がバルク材料のｃ結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にあるようにする。
【００３１】
第二の場合として、バルク材料の成長面がａ面またはｍ面である場合は、原材基板１の面１０は、もともとバルク材料のｃ結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にあるので切り出す必要はない。
【００３２】
ここで「略垂直」とは、角度が垂直軸から±５°の範囲内にあることをいう。
【００３３】
ａ面またはｍ面の原材基板１は、種子基板上にエピタキシャル成長させることで得てもよい。種子基板材料の表面は、当業者には良く知られている適切な結晶面を有している（T.S.Koらによる論文"Study on optical growth of a-plane GaN frown on r-plane sapphire by metal-organic chemical vapor deposition"、Journal of Crystal Growth 300 (2007) 308-313を参照のこと）。
【００３４】
ａ面ＧａＮは、例えば、表面がｒ面のサファイア基板上にエピタキシャル成長させることで得てもよい。また、ｍ面ＧａＮはｍ面ＳｉＣ基板あるいは（１００）ＬｉＡｌＯ２基板から得られる。
【００３５】
次に、図２Ｂに示したように、原材基板１にヘリウムイオン（Ｈｅ＋）注入を行う。このイオン注入は面１０上で行うことが好ましい。以下の記述および請求項では、この面を「注入面」と呼ぶこととする。
【００３６】
場合によっては、このイオン注入を、反対の面１１から行うことも可能である。
【００３７】
すなわち、イオン注入は原材基板１の「ｃ」結晶軸に垂直もしくは略垂直に行う。
【００３８】
注入量は、少なくとも１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２以上で４×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２未満であることが好ましい。さらに好ましくは１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２と１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２の間である。
【００３９】
注入エネルギーは数十ｋｅＶから数百ｋｅＶであり、破断に好適な脆弱域および移設する層を所望の厚さにするのに必要な注入深度を得るためには、３０から２５０ｋｅＶであることが好ましい。
【００４０】
イオン注入は、ヘリウムイオンＨｅ＋のみによって独占的に行われることが好ましい。あるいは、必要に応じて、１種もしくは数種の他のイオン種を原材基板１に注入してもよい。これらの共注入はヘリウムイオンの注入と同時でも、また、連続的に行ってもよい。
【００４１】
イオン注入によって、原材基板１内の制御した平均注入深度に多数のナノ空隙、すなわちナノスケールの大きさの空隙、を生じさせることができる。これらの空隙は球形もしくは略球形であり、その直径は約１から２ｎｍである。これらによって、脆弱域１３が定められる。
【００４２】
脆弱域１３は、一方では、注入面１０にまで及ぶ活性層１４と、他方では、面１１までに及ぶ残余部分１５との間の境界である。
【００４３】
この脆弱域１３を生成したい深さ、正確には、最終的に得られる基板内に作る活性層１４をどのくらいの厚さにしたいのかに応じて、注入エネルギーを調節する。
【００４４】
例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板に９０ｋｅＶでＨｅ＋を注入すると、注入面から約４００ｎｍの深さに脆弱域１３を生じさせることができる。
【００４５】
ここで注意すべきことは、上記のヘリウム注入量が、先行技術による窒化ガリウム層の移設で一般的に用いられるＨ＋イオン注入量である３から５×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２と比べて、少量であることである。
【００４６】
従って、この注入量の少なさに比例して、本発明の製造法では注入時間を大幅に短縮できる。
【００４７】
次に。活性層１４を移設するが、そのためには、まず、活性層１４を原材基板１の残余部分１５から分離する必要がある。
【００４８】
この活性層１４の移設は、以下で「全エネルギー授受」と呼ぶ、上記の分離を完遂するのに十分なエネルギーの授受によって行う。
【００４９】
この「全エネルギー授受」は、前記ナノ空隙１２を大きな空隙へと変形させることが可能な「空隙成長熱授受」と呼ばれる熱授受と、活性層１４を原材基板１の残余部分１５から分離させることが可能な「分離エネルギー授受」と呼ばれる補助的エネルギー授受からなっている。
【００５０】
図２Ｃから２Ｄに示した、本発明を実施する第１の方法では、まず、原材基板１の注入面１０上に接合材２を分子接着結合させて、その後に、ナノ空隙１２を成長させる、すなわち、ナノ空隙を大きくさせるのに十分な熱授受を、少なくとも１回行うことで移設を行う。
【００５１】
なお、ここで「熱授受」とは、「熱処理時間／その処理を行う温度」の組合せを意味する。
【００５２】
この熱授受の作用によって、ナノ空隙１２は成長し空隙１２’となる。空隙１２’の大部分は円筒形で、原材基板１のｃ−軸に平行もしくは略平行に向いている。これらの空隙の大きさは、例えば、１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２の注入量、１００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入し、１０００℃から１１００℃で数分間のアニール処理した後の長さで、数十ｎｍに達する。この工程を図２Ｄに示した。
【００５３】
接合材２は、結合後に施される破断熱処理の際にあまり高い応力を受けないように、活性層１４との熱膨張係数（ＣＴＥ）の差が十分に小さな材料から選ばれることが好ましい。
【００５４】
さらに、接合材の材料は、最終的に得られる構造物３の用途に応じて選んでもよい。もし、構造物３をエピタキシー成長に用いるなら、接合材の材料はエピタキシー成長させる物質に近いＣＴＥを持つように選ぶのが有利となる。
【００５５】
接合材２の材料と活性層１４の材料とでＣＴＥが大きく異なる場合、例えば、ＧａＮとサファイアのような場合、両材料を結合させて得られる構造物は高温の熱処理に耐えられない。ＧａＮとサファイアの場合、両者の複合構造体が分解せずに耐えられる熱処理温度は、せいぜい３００℃までである。従って、空隙１２’を生成させるのに必要な「成長」熱授受は、接合材を結合する前に行うほうが賢明である。
【００５６】
次に、結合を安定化するためにアニール処理を行うが、これはＧａＮを破断するために施すエネルギー授受の一部をなす。これは機械的な応力を与えることで補助してもよい。
【００５７】
ナノ空隙１２を成長させるための熱授受は、少なくとも数分間、８００℃以上で行う。
【００５８】
当業者であれば、窒化材料の性質および注入条件（特に、ヘリウム注入量）に応じて、この授受を調節できる。
【００５９】
例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）について行った実験では、６６０℃で３時間行った熱処理では空隙１２’は生じなかったが、１１００℃で２分間行った熱処理では空隙１２’が生じ始めた。当業者であれば、比較的低い温度で熱処理を行う場合は比較的長い時間の処理が必要であることは公知である。
【００６０】
例えば、窒化ガリウムでは、熱処理を８００℃で１時間行うと空隙１２’が生成する。
【００６１】
空隙成長熱授受を行った後に、分離のために補助的エネルギー授受、例えば、ブレード刃や超音波を用いた機械的な切開を行う。
【００６２】
また、熱リン酸（Ｈ３ＰＯ４）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いた化学エッチング処理によって活性層１４を分離してもよい。
【００６３】
ただし、この場合は、処理してはならない基板面を保護しておくことが前提となる。
【００６４】
さらに、補助的エネルギー授受は熱的なものであってもよい。
【００６５】
残余部分１５から分離して得られたハイブリッド基板を図２Ｅに示す。得られた基板は、参照番号３で表わされ、接合材２と窒化材料活性層１４からなっている。
【００６６】
接合材２が薄い場合、すなわち、５μｍ程度の厚さの場合、接合材は単に活性層１４のいわゆる「剥離」移設を行うためだけに機能する。しかし、接合材２が厚い場合、すなわち、１００μｍ程度の厚さの場合は、得られるハイブリッド基板３は十分に厚くなり、自己支持できるようになるとともに、例えば、さらなるエピタキシャル成長を行うのに使用することが出来るようになる。
【００６７】
本発明を実施する第２の方法を図３Ａから３Ｅに示した。この方法における各要素は、第１の実施方法と同様で、上記と同じ参照番号で表わされている。
【００６８】
この方法では、前記原材基板１の注入面１０上に材料層４を蒸着させることで移設を行う。この材料層４の形成を図３Ｃに示した。この蒸着は、図３Ｄに示したように、例えば、最終的に自立支持構造が得られるような特定の厚さに到達するまで行う。
【００６９】
この蒸着はエピタキシャル成長で行ってもよい。
【００７０】
このエピタキシャル成長は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学蒸着）、ＨＶＰＥ（ハイブリッド気相エピタキシャル成長）、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）およびＥＬＯＧ（エピタキシャル横方向成長）などの当業者に公知の方法で、結晶成長装置を用いて行うことが好ましい。
【００７１】
このエピタキシャル成長は、材料層４や原材基板１の物性に応じて、ホモエピタキシャル成長でもヘテロエピタキシャル成長でもよい。
【００７２】
ヘテロエピタキシャル成長の場合、層４の材料は、例えば、欠陥密度の低い結晶構造が成長するように活性層１４と同じ格子定数を持つように選択する。あるいは、活性層１４との熱膨張係数（ＣＴE）の違いよって、冷却の際に、活性層、材料層の一方に亀裂が生じないように選んでもよい。
【００７３】
第１の実施方法では、ナノ空隙をより大きな空隙に成長させるのに十分な熱授受となるように、エピタキシャル成長は適切な温度で適切な時間行う。
【００７４】
空隙１２’を生成するのに必要な熱量に達する前に、エピタキシャル成長層が所望の厚さになった場合は、熱授受に付加的な熱処理を追加してもよい。
【００７５】
その後、補助的なエネルギー授受を施す。これは、第１の実施方法で述べたものと同様である。（例えば、ブレード刃や、超音波、化学エッチング、加熱などを利用する。）
【００７６】
第２の実施方法では、エピタキシャル成長工程の前に空隙成長熱授受を行う。
【００７７】
その後のエピタキシャル成長工程で供給されるエネルギーは、活性層１４の分離にも貢献する。必要に応じて、このエネルギー授受は補完されてもよい。すなわち、この場合、エピタキシャル成長は分離エネルギー授受の一部または全部をなしている。
【００７８】
最後に、第３の実施方法として、活性層１４を移設するのに必要な全エネルギー授受を、エピタキシャル成長単独で十分まかなえる場合もある。
【００７９】
図３Ｅに示したように、分離によって得られたものが、エピタキシャル成長層４上に移設された活性層１４を有するハイブリッド基板３’である。
【００８０】
以下に、二つの本発明の実施例を詳細に記述する。
【実施例１】
【００８１】
六方晶系の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板のｃ結晶軸に平行な注入面に、注入量６×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２、注入エネルギー９０ｋｅＶでヘリウムイオンを注入した。
【００８２】
イオン注入によって、注入面から４００ｎｍの深さに脆弱域を生成する空隙が生じた。
【００８３】
次に、基板上に上記のＨＶＰＥ技術を用いたＧａＮエピタキシャル成長を行い、約数ミクロンの厚さのＧａＮ層を得た。
【００８４】
成長は約１０００℃の温度で３時間続け、その後、原材基板を脆弱域の面で破断した。このようにしてハイブリッド基板を得た。本実施例の場合、エピタキシャル成長は、空隙成長熱授受と分離エネルギー授受の両方の働きをしている。
【実施例２】
【００８５】
六方晶系の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板のｃ結晶軸に平行な注入面に、注入量６×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２、注入エネルギー９０ｋｅＶでヘリウムイオンを注入した。
【００８６】
次に、１０００℃から１１００℃で適切な時間熱授受を行って、ナノ空隙１２を空隙１２’に成長させた。この熱授受で基板１の表面にブリスター泡が生じることも、活性層１４が剥離することもなかった。
【００８７】
続いて、基板のブリスター泡が生じなかった注入面に、ＧａＮ基板と大きく異なるＣＴＥを有する接合材２、本実施例の場合、サファイアを密着させた。
【００８８】
得られた接合体にアニール処理を施して接合境界面を強化した。このアニール処理は両者が分離する温度よりも低い温度で行った。
【００８９】
試料にブレード刃を用いた機械的応力を加えて、ＧａＮの脆弱域で破断した。
【００９０】
このようにしてＧａＮ層で覆われたサファイア支持体からなるハイブリッド基板を得た。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド基板、すなわち、少なくとも１つのＩＩＩ／Ｎ型窒化材料層を含む複数の層からなる基板の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような基板は、電子工学、光学、太陽光発電、光エレクトロニクスなどの分野での応用を目的とするものである。
【０００３】
ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料は、周期律表のＩＩＩ族元素と結合した窒素、特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）やインジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）およびアルミニウム（Ａｌ）をベースとした様々な窒化物または複合窒化物からなる材料である。
【０００４】
これらは、可視光や紫外光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいは青色／紫色レーザーダイオードなどの高出力高周波電子機器や高温にさらされる機器などへの応用に有望な材料である。
【０００５】
参考のため、以下でＧａＮの結晶構造が六方晶系であることを再確認し、その構造を図１に模式的に示した。
【０００６】
図より、窒化ガリウムの六方晶系構造はプリズム形の単位結晶格子からなり、プリズム形格子の底面の辺は等しい長さａ（３．１８９６Åまたは０．３１８９６ｎｍ）を持ち、互いに１２０°の方向を向いていることが分かる。また、プリズムの高さはｃ（５．１８５５Åまたは０．５１８５５ｎｍ）で表わされる。六方晶系では、結晶面を示すベクトルａ１、ａ２、ａ３およびｃと関連する４つの指数（ｈ，ｋ，ｉ，ｌ）に基づいた表記を行うのが、一般的な慣習である。
【０００７】
最も一般的な窒化ガリウム（ＧａＮ）基板は表面の法線方向にｃ結晶軸を有している。基板の成長はｃ軸に沿う、あるいは、成長面はｃ面であると言われている。以下では、このような基板を「標準ＧａＮ」基板と呼び、極性であるという。
【０００８】
B.A.Haskellらによる「Structure and morphological characteristics of polar (11-20）a-plane gallium nitride grown by hydride vapor phase epitaxy」、Applied Physics Letters、第８３巻、第８号、２００３年８月、１５５４−１５５６頁で説明されているように、標準ＧａＮでできた基板には、望まない自然ピエゾ電気偏光効果が生じるという欠点がある。
【０００９】
従って、標準ＧａＮ基板は上記の技術的応用に用いる電子部品の製造に、必ずしも常に好適であるとは言えない。
【００１０】
さらに、ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料層を基板上に簡単に移設する工業的な方法は存在しない。
【００１１】
A. Tauzinらによる論文「Transfer of two-inch GaN film by the Smart-CutTM technology」、Electronics Letters、２００５年５月２６日、第４１巻、第１１号には、スマートカット（商品名）技術による標準ＧａＮ膜の支持基板上への移設の可能性が記載されている。この論文ではＧａＮ材料中にブリスター泡を生じさせる条件が研究されている。ブリスター泡は、ＧａＮに少なくとも２×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２以上の水素を注入した場合だけに生じる。
【００１２】
I. Raduらによる「Formation of nanovoids in high-dose hydrogen implanted GaN」、Applied Physics Letters、８９、０３１９１２、（２００６）、またR. Signhらによる「Investigation of hydrogen implantation induced blistering in GaN」、Phys. Stat. Sol.、（ｃ）３、第６号、１７５４−１７５７、さらにS.O. Kucheyevらによる「Blistering of H-implanted GaN」、Journal of Applied Physics、第９１巻、第６号、２００２年３月１５日、３９２８−３９３０頁などの論文では、２．６×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２以上の水素を注入した標準ＧａＮのアニール処理後に生じるブリスター欠陥について言及している。
【００１３】
C.H. Seagerらによる論文「Infrared and transmission electron microscopy studies of ion-implanted H in GaN」、Journal of Applied Physics、第８５巻、第５号、１９９９年３月１日、２５６８−２５７３頁にも、２×１０１６Ｈ＋／ｃｍ２から１×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２のＨ＋を注入し、約８９０℃で１時間の熱授受を経た標準ＧａＮに生じた角柱状空隙が示されている。
【００１４】
上記のすべて数値から判るように、ＧａＮを破断するためのイオン注入量はケイ素を破断するのに必要な量の少なくとも５倍であり、そのため、工業的製法への応用がさらに困難になっている。なぜなら、使用する注入流量密度にもよるが、これらの注入量を得るためには注入操作を数１０時間継続する必要があるかもしれないからである。
【００１５】
また最後にD, Alquireらによる論文"Interaction between dislocation and He-implantation-induced voids in GaN epitaxial layers"、Applied Physics Letters、８６、２１１９１１（２００５） には標準ＧａＮにヘリウムイオンＨｅ＋を注入する実験の結果が述べられている。
【００１６】
この論文では、ＧａＮに１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２を超える量のＨｅ＋を注入し１０００℃から１１００℃で２分間の熱処理を行うと空隙が生じ、その空隙のなかには円筒形のものや角柱形のものもあると述べられている。
【００１７】
しかしながら、この論文では工業的な層移設プロセスの実施については述べられてない。
【発明の概要】
【００１８】
本発明の目的の一つは、六方晶系の結晶構造を持つＩＩＩ／Ｎ型窒化材料の層、特に、窒化ガリウムの層を移設する方法を提供することである。窒化ガリウム層の移設は、従来の文献で述べられている注入量、例えば、A. Tauzinらによる論文"Transfer of two-inch GaN film by the Smart-CutTM technology"、Electronics Letters、２００５年５月２６日、第４１巻、第１１号で述べられている２×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２から５×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２よりも少ない注入量を用いることで容易に工業化できる。
【００１９】
さらに、本発明は、イオン注入や層移設工程の後でも良好な結晶性を有する六方晶系構造のＩＩＩ／Ｎ型窒化材料層を提供することにもある。
【００２０】
この目的のため、本発明は、電子工学、光学、あるいは光エレクトロニクスなどの分野での応用を目的とする、少なくとも１つのＩＩＩ／Ｎ型窒化材料「活性」層を具備するハイブリッド基板を得る方法に関するものである。
【００２１】
本発明による製造法は、
−六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできた「原材」基板（１）を選択する工程、
−前記基板内部の制御した平均注入深度に多数のナノ空隙（１２）を生じさせて、前記活性層（１４）を決定する脆弱領域（１３）を作ることを目的として、前記窒化材料の「ｃ」結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にある「注入面」（１０）と呼ばれる面の一つを通して、１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２以上のヘリウムイオンＨｅ＋を前記原材基板（１）に注入する工程、および
−前記ナノ空隙（１２）をより大きな空隙へと変形させることが可能な「空隙成長熱授受」と呼ばれる熱授受と、活性層（１４）を原材基板（１）の他の残余部分（１５）から分離させることが可能な「分離エネルギー授受」と呼ばれる補助的エネルギー授受とからなる、全エネルギー授受を施すことによって前記活性層（１４）を移設する工程、
からなることを特徴とする。
【００２２】
これら本発明の特徴によって、注入時間を短縮することができ、従って、総製造時間も短縮できる。さらに、注入時にイオンが材料を透過することで生じる損傷や製造コストも低減することが可能になる。
【００２３】
本発明の他の有利な特徴として、以下のようなものを特に制限なく、個々に、あるいは組み合わせて特徴とすることができる。
−前記原材基板（１）へのイオン注入がヘリウムイオンＨｅ＋のみによって独占的に行われること；
−ヘリウムイオンＨｅ＋の注入量が１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２から１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２の間であること；
−前記窒化材料活性層の移設が、前記原材基板の注入面に接合材を結合させる分子接着工程を含むこと；
−空隙成長熱授受を、接合材を結合させる前に行うこと；
−空隙成長熱授受を、接合材を結合させた後に行うこと；
−前記窒化材料活性層の移設が、前記原材基板の注入面に材料層を蒸着させる工程を含むこと：
−前記蒸着がホモエピタキシャル成長またはヘテロエピタキシャル成長であること；
−エピタキシャル成長工程が、空隙成長熱授受の一部もしくは全部をなすこと；
−エピタキシャル成長工程が、分離エネルギー授受の一部もしくは全部をなすこと；
−エピタキシャル成長工程が、前記活性層を移設するための全エネルギー授受をなすこと；
−前記空隙成長熱授受が、８００℃以上での加熱を含むこと；
−前記分離エネルギー授受が、機械的な由来のものであること；
−ヘリウムイオンＨｅ＋の注入エネルギーが、３０から２５０ｋｅＶの間であること；
−窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）およびアルミニウム、ガリウム、ホウ素、インジウムから選ばれる少なくとも２種類の材料の複合窒化物、から選ばれる材料で前記原材基板ができていること；
−六方単結晶の結晶構造を有する、成長面がｃ面であるバルクＩＩＩ／Ｎ型窒化材料で前記原材基板ができていて、そのバルク材料を、一つの面が前記バルク材料のｃ結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にあるように切り出すことで原材基板が得られたものであること；
−六方単結晶の結晶構造を有する、成長面がａ面またはｍ面であるバルクＩＩＩ／Ｎ型窒化材料で前記原材基板ができていること；および
−前記原材基板が、自由面がｃ結晶軸に平行もしくは略平行であり、成長面がａ面またはｍ面である窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶層で覆われた種子支持材からなる複合基板であること。
【００２４】
また、本発明は、電子工学、光学、あるいは光エレクトロニクスなどの分野での応用を目的とするハイブリッド基板に関するものでもある。本発明によるハイブリッド基板は、そのハイブリッド基板の面のうち「前」面と呼ばれる面に対して平行もしくは略平行なｃ結晶軸を持つ六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料の活性層を具備しており、その活性層が分子結合によって接合材と結合していて、さらに、前記ハイブリッド基板が上記のいずれかの製造法によって得られたものであることを特徴としている。
【００２５】
本発明の他の特徴や利点を、以下に述べる記述より明らかにする。以下では、本発明を実施するための数種の可能な手順を示した添付図面を参照しながら説明するが、これらは例を示したものであって、決して本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】六方晶系の窒化ガリウム（ＧａＮ）の結晶構造を示す図である。
【図２】図２Ａから２Ｅは、本発明による製造法を実施するための２つの異なる一連の手順のひとつを説明する図である。
【図３】図３Ａから３Ｅは、本発明による製造法を実施するための２つの異なる一連の手順のひとつを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図２Ａには、ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできた「原材」基板が示されている。ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料は六方単結晶の結晶構造を有していて、そのｃ結晶軸は面１０に平行もしくは略平行である。
【００２８】
上記材料の例としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、あるいはアルミニウム、ガリウム、ホウ素、インジウムから選ばれる少なくとも２種類の材料の複合窒化物、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）および窒化ホウ素ガリウム（ＢＧａＮ）のような３元複合窒化物、また、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）のような４元複合窒化物、などを挙げることができる。
【００２９】
原材基板１は、六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできていて、その成長面がｃ面、すなわち（０００１）面であるか、または（１１−２０）面のようなａ面、あるいは（１０−１０））のようなｍ面であることが好ましい。ここで注意すべきは、ａ面やｍ面は複数存在するが、ｃ面は一つしか存在しないことである。
【００３０】
第一の場合として、バルク材料の成長面がｃ面である場合は、そのｃ面に垂直もしくは略垂直に材料をウエハー状に切り出して、得られる原材基板１の面１０がバルク材料のｃ結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にあるようにする。
【００３１】
第二の場合として、バルク材料の成長面がａ面またはｍ面である場合は、原材基板１の面１０は、もともとバルク材料のｃ結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にあるので切り出す必要はない。
【００３２】
ここで「略垂直」とは、角度が垂直軸から±５°の範囲内にあることをいう。
【００３３】
ａ面またはｍ面の原材基板１は、種子基板上にエピタキシャル成長させることで得てもよい。種子基板材料の表面は、当業者には良く知られている適切な結晶面を有している（T.S.Koらによる論文"Study on optical growth of a-plane GaN frown on r-plane sapphire by metal-organic chemical vapor deposition"、Journal of Crystal Growth 300 (2007) 308-313を参照のこと）。
【００３４】
ａ面ＧａＮは、例えば、表面がｒ面のサファイア基板上にエピタキシャル成長させることで得てもよい。また、ｍ面ＧａＮはｍ面ＳｉＣ基板あるいは（１００）ＬｉＡｌＯ２基板から得られる。
【００３５】
次に、図２Ｂに示したように、原材基板１にヘリウムイオン（Ｈｅ＋）注入を行う。このイオン注入は面１０上で行うことが好ましい。以下の記述および請求項では、この面を「注入面」と呼ぶこととする。
【００３６】
場合によっては、このイオン注入を、反対の面１１から行うことも可能である。
【００３７】
すなわち、イオン注入は原材基板１の「ｃ」結晶軸に垂直もしくは略垂直に行う。
【００３８】
注入量は、少なくとも１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２以上で４×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２未満であることが好ましい。さらに好ましくは１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２と１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２の間である。
【００３９】
注入エネルギーは数十ｋｅＶから数百ｋｅＶであり、破断に好適な脆弱域および移設する層を所望の厚さにするのに必要な注入深度を得るためには、３０から２５０ｋｅＶであることが好ましい。
【００４０】
イオン注入は、ヘリウムイオンＨｅ＋のみによって独占的に行われることが好ましい。あるいは、必要に応じて、１種もしくは数種の他のイオン種を原材基板１に注入してもよい。これらの共注入はヘリウムイオンの注入と同時でも、また、連続的に行ってもよい。
【００４１】
イオン注入によって、原材基板１内の制御した平均注入深度に多数のナノ空隙、すなわちナノスケールの大きさの空隙、を生じさせることができる。これらの空隙は球形もしくは略球形であり、その直径は約１から２ｎｍである。これらによって、脆弱域１３が定められる。
【００４２】
脆弱域１３は、一方では、注入面１０にまで及ぶ活性層１４と、他方では、面１１までに及ぶ残余部分１５との間の境界である。
【００４３】
この脆弱域１３を生成したい深さ、正確には、最終的に得られる基板内に作る活性層１４をどのくらいの厚さにしたいのかに応じて、注入エネルギーを調節する。
【００４４】
例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板に９０ｋｅＶでＨｅ＋を注入すると、注入面から約４００ｎｍの深さに脆弱域１３を生じさせることができる。
【００４５】
ここで注意すべきことは、上記のヘリウム注入量が、先行技術による窒化ガリウム層の移設で一般的に用いられるＨ＋イオン注入量である３から５×１０１７Ｈ＋／ｃｍ２と比べて、少量であることである。
【００４６】
従って、この注入量の少なさに比例して、本発明の製造法では注入時間を大幅に短縮できる。
【００４７】
次に。活性層１４を移設するが、そのためには、まず、活性層１４を原材基板１の残余部分１５から分離する必要がある。
【００４８】
この活性層１４の移設は、以下で「全エネルギー授受」と呼ぶ、上記の分離を完遂するのに十分なエネルギーの授受によって行う。
【００４９】
この「全エネルギー授受」は、前記ナノ空隙１２を大きな空隙へと変形させることが可能な「空隙成長熱授受」と呼ばれる熱授受と、活性層１４を原材基板１の残余部分１５から分離させることが可能な「分離エネルギー授受」と呼ばれる補助的エネルギー授受からなっている。
【００５０】
図２Ｃから２Ｄに示した、本発明を実施する第１の方法では、まず、原材基板１の注入面１０上に接合材２を分子接着結合させて、その後に、ナノ空隙１２を成長させる、すなわち、ナノ空隙を大きくさせるのに十分な熱授受を、少なくとも１回行うことで移設を行う。
【００５１】
なお、ここで「熱授受」とは、「熱処理時間／その処理を行う温度」の組合せを意味する。
【００５２】
この熱授受の作用によって、ナノ空隙１２は成長し空隙１２’となる。空隙１２’の大部分は円筒形で、原材基板１のｃ−軸に平行もしくは略平行に向いている。これらの空隙の大きさは、例えば、１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２の注入量、１００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入し、１０００℃から１１００℃で数分間のアニール処理した後の長さで、数十ｎｍに達する。この工程を図２Ｄに示した。
【００５３】
接合材２は、結合後に施される破断熱処理の際にあまり高い応力を受けないように、活性層１４との熱膨張係数（ＣＴＥ）の差が十分に小さな材料から選ばれることが好ましい。
【００５４】
さらに、接合材の材料は、最終的に得られる構造物３の用途に応じて選んでもよい。もし、構造物３をエピタキシー成長に用いるなら、接合材の材料はエピタキシー成長させる物質に近いＣＴＥを持つように選ぶのが有利となる。
【００５５】
接合材２の材料と活性層１４の材料とでＣＴＥが大きく異なる場合、例えば、ＧａＮとサファイアのような場合、両材料を結合させて得られる構造物は高温の熱処理に耐えられない。ＧａＮとサファイアの場合、両者の複合構造体が分解せずに耐えられる熱処理温度は、せいぜい３００℃までである。従って、空隙１２’を生成させるのに必要な「成長」熱授受は、接合材を結合する前に行うほうが賢明である。
【００５６】
次に、結合を安定化するためにアニール処理を行うが、これはＧａＮを破断するために施すエネルギー授受の一部をなす。これは機械的な応力を与えることで補助してもよい。
【００５７】
ナノ空隙１２を成長させるための熱授受は、少なくとも数分間、８００℃以上で行う。
【００５８】
当業者であれば、窒化材料の性質および注入条件（特に、ヘリウム注入量）に応じて、この授受を調節できる。
【００５９】
例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）について行った実験では、６６０℃で３時間行った熱処理では空隙１２’は生じなかったが、１１００℃で２分間行った熱処理では空隙１２’が生じ始めた。当業者であれば、比較的低い温度で熱処理を行う場合は比較的長い時間の処理が必要であることは公知である。
【００６０】
例えば、窒化ガリウムでは、熱処理を８００℃で１時間行うと空隙１２’が生成する。
【００６１】
空隙成長熱授受を行った後に、分離のために補助的エネルギー授受、例えば、ブレード刃や超音波を用いた機械的な切開を行う。
【００６２】
また、熱リン酸（Ｈ３ＰＯ４）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いた化学エッチング処理によって活性層１４を分離してもよい。
【００６３】
ただし、この場合は、処理してはならない基板面を保護しておくことが前提となる。
【００６４】
さらに、補助的エネルギー授受は熱的なものであってもよい。
【００６５】
残余部分１５から分離して得られたハイブリッド基板を図２Ｅに示す。得られた基板は、参照番号３で表わされ、接合材２と窒化材料活性層１４からなっている。
【００６６】
接合材２が薄い場合、すなわち、５μｍ程度の厚さの場合、接合材は単に活性層１４のいわゆる「剥離」移設を行うためだけに機能する。しかし、接合材２が厚い場合、すなわち、１００μｍ程度の厚さの場合は、得られるハイブリッド基板３は十分に厚くなり、自己支持できるようになるとともに、例えば、さらなるエピタキシャル成長を行うのに使用することが出来るようになる。
【００６７】
本発明を実施する第２の方法を図３Ａから３Ｅに示した。この方法における各要素は、第１の実施方法と同様で、上記と同じ参照番号で表わされている。
【００６８】
この方法では、前記原材基板１の注入面１０上に材料層４を蒸着させることで移設を行う。この材料層４の形成を図３Ｃに示した。この蒸着は、図３Ｄに示したように、例えば、最終的に自立支持構造が得られるような特定の厚さに到達するまで行う。
【００６９】
この蒸着はエピタキシャル成長で行ってもよい。
【００７０】
このエピタキシャル成長は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学蒸着）、ＨＶＰＥ（ハイブリッド気相エピタキシャル成長）、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）およびＥＬＯＧ（エピタキシャル横方向成長）などの当業者に公知の方法で、結晶成長装置を用いて行うことが好ましい。
【００７１】
このエピタキシャル成長は、材料層４や原材基板１の物性に応じて、ホモエピタキシャル成長でもヘテロエピタキシャル成長でもよい。
【００７２】
ヘテロエピタキシャル成長の場合、層４の材料は、例えば、欠陥密度の低い結晶構造が成長するように活性層１４と同じ格子定数を持つように選択する。あるいは、活性層１４との熱膨張係数（ＣＴE）の違いよって、冷却の際に、活性層、材料層の一方に亀裂が生じないように選んでもよい。
【００７３】
第１の実施方法では、ナノ空隙をより大きな空隙に成長させるのに十分な熱授受となるように、エピタキシャル成長は適切な温度で適切な時間行う。
【００７４】
空隙１２’を生成するのに必要な熱量に達する前に、エピタキシャル成長層が所望の厚さになった場合は、熱授受に付加的な熱処理を追加してもよい。
【００７５】
その後、補助的なエネルギー授受を施す。これは、第１の実施方法で述べたものと同様である。（例えば、ブレード刃や、超音波、化学エッチング、加熱などを利用する。）
【００７６】
第２の実施方法では、エピタキシャル成長工程の前に空隙成長熱授受を行う。
【００７７】
その後のエピタキシャル成長工程で供給されるエネルギーは、活性層１４の分離にも貢献する。必要に応じて、このエネルギー授受は補完されてもよい。すなわち、この場合、エピタキシャル成長は分離エネルギー授受の一部または全部をなしている。
【００７８】
最後に、第３の実施方法として、活性層１４を移設するのに必要な全エネルギー授受を、エピタキシャル成長単独で十分まかなえる場合もある。
【００７９】
図３Ｅに示したように、分離によって得られたものが、エピタキシャル成長層４上に移設された活性層１４を有するハイブリッド基板３’である。
【００８０】
以下に、二つの本発明の実施例を詳細に記述する。
【実施例１】
【００８１】
六方晶系の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板のｃ結晶軸に平行な注入面に、注入量６×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２、注入エネルギー９０ｋｅＶでヘリウムイオンを注入した。
【００８２】
イオン注入によって、注入面から４００ｎｍの深さに脆弱域を生成する空隙が生じた。
【００８３】
次に、基板上に上記のＨＶＰＥ技術を用いたＧａＮエピタキシャル成長を行い、約数ミクロンの厚さのＧａＮ層を得た。
【００８４】
成長は約１０００℃の温度で３時間続け、その後、原材基板を脆弱域の面で破断した。このようにしてハイブリッド基板を得た。本実施例の場合、エピタキシャル成長は、空隙成長熱授受と分離エネルギー授受の両方の働きをしている。
【実施例２】
【００８５】
六方晶系の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板のｃ結晶軸に平行な注入面に、注入量６×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２、注入エネルギー９０ｋｅＶでヘリウムイオンを注入した。
【００８６】
次に、１０００℃から１１００℃で適切な時間熱授受を行って、ナノ空隙１２を空隙１２’に成長させた。この熱授受で基板１の表面にブリスター泡が生じることも、活性層１４が剥離することもなかった。
【００８７】
続いて、基板のブリスター泡が生じなかった注入面に、ＧａＮ基板と大きく異なるＣＴＥを有する接合材２、本実施例の場合、サファイアを密着させた。
【００８８】
得られた接合体にアニール処理を施して接合境界面を強化した。このアニール処理は両者が分離する温度よりも低い温度で行った。
【００８９】
試料にブレード刃を用いた機械的応力を加えて、ＧａＮの脆弱域で破断した。
【００９０】
このようにしてＧａＮ層で覆われたサファイア支持体からなるハイブリッド基板を得た。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子工学、光学、太陽光発電あるいは光エレクトロニクスの分野での応用を目的とする、ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料の“活性”層（１４）を少なくとも１つ具備してなるハイブリッド基板（３，３’）を得る方法であって、
−六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできた「原材」基板（１）を選択する工程、
−前記基板内部の制御した平均注入深度に多数のナノ空隙（１２）を生じさせて、前記活性層（１４）を決定する脆弱領域（１３）を作ることを目的として、前記窒化材料の「ｃ」結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にある「注入面」（１０）と呼ばれる面の一つを通して、１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２以上のヘリウムイオンＨｅ＋を前記原材基板（１）に注入する工程、および
−前記ナノ空隙（１２）をより大きな空隙へと変形させることが可能な「空隙成長熱授受」と呼ばれる熱授受と、活性層（１４）を原材基板（１）の他の残余部分（１５）から分離させることが可能な「分離エネルギー授受」と呼ばれる補助的エネルギー授受とからなる、全エネルギー授受を施すことによって前記活性層（１４）を移設する工程、
からなることを特徴とするハイブリッド基板製造法。
【請求項２】
前記原材基板（１）へのイオン注入がヘリウムイオンＨｅ＋のみによって独占的に行われることを特徴とする請求項１に記載の製造法。
【請求項３】
ヘリウムイオンＨｅ＋の注入量が１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２から１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２の間であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造法。
【請求項４】
前記窒化材料活性層（１４）の移設が、前記原材基板（１）の注入面（１０）に接合材（２）を結合させる分子接着工程を含むことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項５】
空隙成長熱授受を、接合材（２）を結合させる前に行うことを特徴とする請求項４に記載の製造法。
【請求項６】
空隙成長熱授受を、接合材（２）を結合させた後に行うことを特徴とする請求項４に記載の製造法。
【請求項７】
前記窒化材料活性層（１４）の移設が、前記原材基板（１）の注入面（１０）に材料層（４）を蒸着させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造法。
【請求項８】
前記蒸着がホモエピタキシャル成長であることを特徴とする請求項７に記載の製造法。
【請求項９】
前記蒸着がヘテロエピタキシャル成長であることを特徴とする請求項７に記載の製造法。
【請求項１０】
エピタキシャル成長工程が、空隙成長熱授受の一部もしくは全部をなすことを特徴とする請求項８または９に記載の製造法。
【請求項１１】
エピタキシャル成長工程が、分離エネルギー授受の一部もしくは全部をなすことを特徴とする請求項８または９に記載の製造法。
【請求項１２】
エピタキシャル成長工程が、前記活性層（１４）を移設するための全エネルギー授受をなすことを特徴とする請求項８または９に記載の製造法。
【請求項１３】
前記空隙成長熱授受が、８００℃以上での加熱を含むことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１４】
前記分離エネルギー授受が、機械的な由来のものであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１５】
ヘリウムイオンＨｅ＋の注入エネルギーが、３０から２５０ｋｅＶの間であることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１６】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）およびアルミニウム、ガリウム、ホウ素、インジウムから選ばれる少なくとも２種類の材料の複合窒化物、から選ばれる材料で前記原材基板（１）ができていることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１７】
六方単結晶の結晶構造を有する、成長面がｃ面であるバルクＩＩＩ／Ｎ型窒化材料で前記原材基板（１）ができていて、そのバルク材料を、一つの面（１０）が前記バルク材料のｃ結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にあるように切り出すことで原材基板（１）が得られたものであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１８】
六方単結晶の結晶構造を有する、成長面がａ面またはｍ面であるバルクＩＩＩ／Ｎ型窒化材料で前記原材基板（１）ができていることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の製造法。
【請求項１９】
前記原材基板（１）が、自由面（１０）がｃ結晶軸に平行もしくは略平行であり、成長面がａ面またはｍ面である窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶層で覆われた種子支持材からなる複合基板であることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の製造法。
【請求項２０】
電子工学、光学、太陽光発電あるいは光エレクトロニクスの分野での応用を目的とするハイブリッド基板（３，３’）であって、前記ハイブリッド基板の面のうち「前」面と呼ばれる面（３０、３０’）に対して平行もしくは略平行なｃ結晶軸を持つ六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料の活性層（１４）を具備しており、前記活性層（１４）が分子結合によって接合材（２）と結合していて、さらに、前記ハイブリッド基板（３，３’）が上記請求項のいずれかに記載の製造法によって得られたものであることを特徴とするハイブリッド基板。
【請求項１】
電子工学、光学、太陽光発電あるいは光エレクトロニクスの分野での応用を目的とする、ＩＩＩ／Ｎ型窒化材料の“活性”層（１４）を少なくとも１つ具備してなるハイブリッド基板（３，３’）を得る方法であって、
−六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料でできた「原材」基板（１）を選択する工程、
−前記基板内部の制御した平均注入深度に多数のナノ空隙（１２）を生じさせて、前記活性層（１４）を決定する脆弱領域（１３）を作ることを目的として、前記窒化材料の「ｃ」結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にある「注入面」（１０）と呼ばれる面の一つを通して、１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２以上のヘリウムイオンＨｅ＋を前記原材基板（１）に注入する工程、および
−前記ナノ空隙（１２）をより大きな空隙へと変形させることが可能な「空隙成長熱授受」と呼ばれる熱授受と、活性層（１４）を原材基板（１）の他の残余部分（１５）から分離させることが可能な「分離エネルギー授受」と呼ばれる補助的エネルギー授受とからなる、全エネルギー授受を施すことによって前記活性層（１４）を移設する工程、
からなることを特徴とするハイブリッド基板製造法。
【請求項２】
前記原材基板（１）へのイオン注入がヘリウムイオンＨｅ＋のみによって独占的に行われることを特徴とする請求項１に記載の製造法。
【請求項３】
ヘリウムイオンＨｅ＋の注入量が１×１０１６Ｈｅ＋／ｃｍ２から１×１０１７Ｈｅ＋／ｃｍ２の間であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造法。
【請求項４】
前記窒化材料活性層（１４）の移設が、前記原材基板（１）の注入面（１０）に接合材（２）を結合させる分子接着工程を含むことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項５】
空隙成長熱授受を、接合材（２）を結合させる前に行うことを特徴とする請求項４に記載の製造法。
【請求項６】
空隙成長熱授受を、接合材（２）を結合させた後に行うことを特徴とする請求項４に記載の製造法。
【請求項７】
前記窒化材料活性層（１４）の移設が、前記原材基板（１）の注入面（１０）に材料層（４）を蒸着させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造法。
【請求項８】
前記蒸着がホモエピタキシャル成長であることを特徴とする請求項７に記載の製造法。
【請求項９】
前記蒸着がヘテロエピタキシャル成長であることを特徴とする請求項７に記載の製造法。
【請求項１０】
エピタキシャル成長工程が、空隙成長熱授受の一部もしくは全部をなすことを特徴とする請求項８または９に記載の製造法。
【請求項１１】
エピタキシャル成長工程が、分離エネルギー授受の一部もしくは全部をなすことを特徴とする請求項８または９に記載の製造法。
【請求項１２】
エピタキシャル成長工程が、前記活性層（１４）を移設するための全エネルギー授受をなすことを特徴とする請求項８または９に記載の製造法。
【請求項１３】
前記空隙成長熱授受が、８００℃以上での加熱を含むことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１４】
前記分離エネルギー授受が、機械的な由来のものであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１５】
ヘリウムイオンＨｅ＋の注入エネルギーが、３０から２５０ｋｅＶの間であることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１６】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）およびアルミニウム、ガリウム、ホウ素、インジウムから選ばれる少なくとも２種類の材料の複合窒化物、から選ばれる材料で前記原材基板（１）ができていることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１７】
六方単結晶の結晶構造を有する、成長面がｃ面であるバルクＩＩＩ／Ｎ型窒化材料で前記原材基板（１）ができていて、そのバルク材料を、一つの面（１０）が前記バルク材料のｃ結晶軸に平行もしくは略平行な平面内にあるように切り出すことで原材基板（１）が得られたものであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の製造法。
【請求項１８】
六方単結晶の結晶構造を有する、成長面がａ面またはｍ面であるバルクＩＩＩ／Ｎ型窒化材料で前記原材基板（１）ができていることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の製造法。
【請求項１９】
前記原材基板（１）が、自由面（１０）がｃ結晶軸に平行もしくは略平行であり、成長面がａ面またはｍ面である窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶層で覆われた種子支持材からなる複合基板であることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の製造法。
【請求項２０】
電子工学、光学、太陽光発電あるいは光エレクトロニクスの分野での応用を目的とするハイブリッド基板（３，３’）であって、前記ハイブリッド基板の面のうち「前」面と呼ばれる面（３０、３０’）に対して平行もしくは略平行なｃ結晶軸を持つ六方単結晶の結晶構造を有するＩＩＩ／Ｎ型窒化材料の活性層（１４）を具備しており、前記活性層（１４）が分子結合によって接合材（２）と結合していて、さらに、前記ハイブリッド基板（３，３’）が上記請求項のいずれかに記載の製造法によって得られたものであることを特徴とするハイブリッド基板。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【公表番号】特表２０１０−５３７９３６（Ｐ２０１０−５３７９３６Ａ）
【公表日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２３４８７（Ｐ２０１０−５２３４８７）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０６１４８８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３０６６２
【国際公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（５０３３６８４１０）エス．オー．アイ．テック、シリコン、オン、インシュレター、テクノロジーズ (49)
【氏名又は名称原語表記】Ｓ．Ｏ．Ｉ．ＴＥＣ ＳＩＬＩＣＯＮ ＯＮ ＩＮＳＵＬＡＴＯＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０６１４８８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３０６６２
【国際公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（５０３３６８４１０）エス．オー．アイ．テック、シリコン、オン、インシュレター、テクノロジーズ (49)
【氏名又は名称原語表記】Ｓ．Ｏ．Ｉ．ＴＥＣ ＳＩＬＩＣＯＮ ＯＮ ＩＮＳＵＬＡＴＯＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ
【Ｆターム（参考）】
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