ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法
【課題】ＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の少ない高品質のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物半導体接合基板の製造方法は、主表面２０ｍに現れる表面異状領域２２の大きさおよび密度が所定の範囲内のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍ側にイオンを注入する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異種基板１０を接合する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０をイオンが注入された領域２０ｉで分離して異種基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程と、を備える。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物半導体接合基板の製造方法は、主表面２０ｍに現れる表面異状領域２２の大きさおよび密度が所定の範囲内のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍ側にイオンを注入する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異種基板１０を接合する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０をイオンが注入された領域２０ｉで分離して異種基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ1-xＧａxＮ（０≦ｘ≦１）基板などのＩＩＩ族窒化物半導体基板は、半導体デバイスに好適に用いられているが、製造コストが極めて高い。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体基板が用いられている半導体デバイスの製造コストが極めて高くなる。これは、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に由来するものと考えられる。
【０００３】
すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体基板は、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（分子線成長）法、昇華法などの気相法により結晶成長を行なうため、結晶成長速度が低く、たとえば１００時間程度の結晶成長時間でも厚さが１０ｍｍ程度のＩＩＩ族窒化物半導体結晶しか得られない。かかる厚さの結晶からは、厚さ２００μｍ〜４００μｍ程度のＩＩＩ族窒化物半導体自立基板は、少量（たとえば、１０枚程度）しか切り出せない。
【０００４】
しかし、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の切り出し枚数を増加させるため、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶から切り出すＩＩＩ族窒化物半導体層の厚さを小さくすると、機械的強度が低下し、自立基板となり得ない。したがって、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶から切り出される薄いＩＩＩ族窒化物半導体層を補強する方法が必要となる。
【０００５】
ＩＩＩ族窒化物半導体層の補強方法として、ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成の異なる異組成基板にＩＩＩ族窒化物半導体層を接合した基板（以下、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板という）を製造する方法がある。かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法として、特開２００６−２１０６６０号公報（以下、特許文献１という）は、第１の窒化物半導体基板の表面近傍にイオンを注入する工程と、その第１の窒化物半導体基板の表面側を第２の基板に重ね合わせる工程と、重ね合わせた上記２枚の基板を熱処理する工程と、イオン注入された層を境として上記第１の窒化物半導体基板の大部分を上記第２の基板から引き剥がす工程とを含む半導体基板の製造方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１０６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に示される第１の窒化物半導体基板であるＧａＮ基板などのＩＩＩ族窒化物半導体基板の主表面上には、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域、穴領域などの表面異状領域が存在する。ＩＩＩ族窒化物半導体基板のかかる表面異状領域は、主表面の他の領域に対して凹、凸または表面特性が異なる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異組成基板とを接合しても、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の表面異状領域は異組成基板の主表面とは十分に接合しない。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異組成基板を接合した後、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をその主表面から所定の深さの領域で分離すると、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の表面異状領域に対応する部分が欠落したＩＩＩ族窒化物半導体層が異組成基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板が得られる。かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の上記の欠落したＩＩＩ族窒化物半導体層の主表面上に少なくとも１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成したＩＩＩ族窒化物半導体デバイスは、ＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分が大きいほど、デバイス特性が低減するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するため、ＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の少ない高品質のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、デバイス特性の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と、ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成が異なる異組成基板とが接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法であって、ＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の一方の主表面側であって主表面から所定の深さにイオンを注入する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の主表面に異組成基板を接合する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をイオンが注入された領域において分離して異組成基板に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、を備える。準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、主表面上に、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域および穴領域からなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域が現れ得る。ここで、結晶不完全領域はいずれも直径が１０ｍｍ未満で、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２以下、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2以下である。また、異物付着領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2以下である。また、突起領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。また、穴領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。
【００１０】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法において、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度を０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度を４．９４個／ｃｍ2以下の少なくともいずれかとすることができる。また、直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度を４９．３６個／ｃｍ2以下とすることができる。また、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度を０．７４個／ｃｍ2以下とすることができる。また、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度を０．７４個／ｃｍ2以下とすることができる。
【００１１】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法は、上記の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板のＩＩＩ族窒化物半導体層の主表面上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の少ない高品質のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、デバイス特性の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法において準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＢ−ＩＢにおける概略断面図を示す。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法の一実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）はＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する工程を示し、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体基板にイオンを注入する工程を示し、（ｃ）はＩＩＩ族窒化物半導体基板に異組成基板を接合する工程を示し、（ｄ）はＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程を示す。
【図３】本発明において製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢにおける概略断面図を示す。
【図４】本発明において製造されるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施形態１]
図１〜図３を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法の一実施形態は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと化学組成が異なる異組成基板１０とが接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法であり、以下の工程を備える。
【００１５】
具体的には、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する工程（図１および図２（ａ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍ側であって主表面２０ｍから所定の深さＤにイオンＩを注入する工程（図２（ｂ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異組成基板１０を接合する工程（図２（ｃ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０をイオンＩが注入された領域（イオン注入領域２０ｉ）において分離して異組成基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することによりＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程（図２（ｄ）および図３）と、を備える。かかる工程により、図２（ｄ）および図３を参照して、異組成基板１０とＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａとが接合したＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。
【００１６】
しかし、図１および図２（ａ）を参照して、一般に、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、その主表面２０ｍ上に、結晶不完全領域２２ｕ、異物付着領域２２ｒ、突起領域２２ｔおよび穴領域２２ｓからなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域２２が現れる。ここで、表面異状領域２２とは、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍにおいて、表面の状態が他の領域と異なる領域をいう。また、結晶不完全領域２２ｕとは、多結晶部分、異物の混入などにより単結晶としての結晶性が不完全となっている領域をいう。かかる結晶不完全領域２２ｕは、表面処理加工の際に、加工条件および／またはその結晶不完全領域の結晶状態によって、表面が窪んで凹状になる凹状結晶不完全領域２２ｕｓと、表面が突出して凸状になる凸状結晶不完全領域２２ｕｔとを含む。また、異物付着領域２２ｒとは、異物が付着している領域をいう。また、突起領域２２ｔとは、結晶成長の際および／または主表面２０ｍの表面処理加工の際に突起が形成された領域をいう。穴領域２２ｓとは、結晶成長の際に基板を厚さ方向に貫通または貫通しない穴が形成された領域および表面加工の際に表面が陥没して穴が形成された領域をいう。これらの表面異状領域２２は目視または表面観察装置（表面観察のための装置をいう。光学顕微鏡、微分干渉顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などが含まれる。以下同じ。）を用いて観察することができる。
【００１７】
このため、現実的には、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異組成基板１０を接合させても、上記の表面異状領域２２は異組成基板１０に十分に接合しないため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をイオンが注入された領域（イオン注入領域２０ｉ）で分離すると、表面異状領域２２のそれぞれに対応した欠落部分２０ａｍを有するＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａが得られる。ここで、図２（ｄ）に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の分離の際、表面異状領域２２の直上およびその近傍のＩＩＩ族窒化物半導体は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと分離された残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０ｂの側に残るため、異組成基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することができずに、欠落部分２０ａｍとなる場合が多い。このため、図１〜図３を参照して、通常、表面異状領域２２にそれぞれ対応するＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの直径は、それぞれ対応する表面異状領域の直径の１〜３０倍程度になる。
【００１８】
図３を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１におけるＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍが、面積ＳａｍとＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの全ての面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して、５０％を超えると、かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００１９】
このため、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法においては、図１〜図３を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以下になるように、すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの全ての面積Ｓａが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以上になるように、表面異状領域２２が所定の大きさ以下である所定の密度以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備することが重要である。ここで、面積Ｓａｍと面積Ｓａの合計の面積Ｓは、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓを意味する。ここで、面積Ｓａ、ＳａｍおよびＳは、表面観察装置による表面異状領域のマッピング像の面積から算出することができる。
【００２０】
（ＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する工程）
図１および図２（ａ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する工程を備える。
【００２１】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する工程において準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０においては、一方の主表面２０ｍ上に現れる表面異状領域２２の１種類である結晶不完全領域２２ｕは、いずれも直径が１０ｍｍ未満で、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２以下、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2以下である。かかる結晶不完全領域２２ｕの大きさおよび密度は、表面観察装置による結晶不完全領域のマッピング像の面積から算出することができる。かかる結晶不完全領域２２ｕは、主表面２０ｍの表面異状領域以外の他の領域に比べて、加工条件および／または結晶不完全領域の結晶状態により、凹状または凸状（図１〜図３を参照）となる。前者を凹状結晶不完全領域２２ｕｓと、後者を凸状結晶不完全領域２２ｕｔと呼ぶ。
【００２２】
直径が１０ｍｍ以上の結晶不完全領域があると、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２より大きいと、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2より大きいと、または直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2より大きいと、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａは、その欠落部分２０ａｍの全ての面積ＳａｍがＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対して５０％より大きくなる。
【００２３】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００２４】
ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍ、すなわち、Ｓａｍ／Ｓをさらに小さくする観点から、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１において、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が４．９４個／ｃｍ2以下の少なくともいずれかであることが好ましい。
【００２５】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０においては、一方の主表面２０ｍ上に現れる表面異状領域２２の１種類である異物付着領域２２ｒは、いずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2以下である。かかる異物付着領域２２ｒの大きさおよび密度は、表面観察装置による異物付着領域のマッピング像の面積から算出することができる。
【００２６】
直径が５ｍｍ以上の異物付着領域があると、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2より大きいと、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2より大きいと、または直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2より大きいと、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａは、その欠落部分２０ａｍの全ての面積ＳａｍがＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対して５０％より大きくなる。
【００２７】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００２８】
ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍ、すなわち、Ｓａｍ／Ｓをさらに小さくする観点から、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１において、直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が４９．３６個／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００２９】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０においては、一方の主表面２０ｍ上に現れる表面異状領域２２の１種類である突起領域２２ｔは、いずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。かかる突起領域２２ｔの大きさおよび密度は、表面観察装置による突起領域のマッピング像の面積から算出することができる。
【００３０】
直径が５ｍｍ以上の突起領域があると、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2より大きいと、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2より大きいと、または直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2より大きいと、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａは、その欠落部分２０ａｍの全ての面積ＳａｍがＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対して５０％より大きくなる。
【００３１】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００３２】
ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍ、すなわち、Ｓａｍ／Ｓをさらに小さくする観点から、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１において、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００３３】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０においては、一方の主表面２０ｍ上に現れる表面異状領域２２の１種類である穴領域２２ｓは、いずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。かかる穴領域２２ｓの大きさおよび密度は、表面観察装置による穴領域のマッピング像の面積から算出することができる。
【００３４】
直径が５ｍｍ以上の穴領域があると、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2より大きいと、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2より大きいと、または直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2より大きいと、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａは、その欠落部分２０ａｍの全ての面積ＳａｍがＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対して５０％より大きくなる。
【００３５】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００３６】
ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍ、すなわち、Ｓａｍ／Ｓをさらに小さくする観点から、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１において、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００３７】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する方法は、準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍに現れる各種の表面異状領域の大きさおよび密度が上記の所定の範囲内であれば特に制限はない。たとえば、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（分子線成長）法、昇華法などの気相法、ＩＩＩ族元素を含む融液に窒素を溶解させた溶液を用いる溶液法などの液相法などの方法により、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を成長させ、次いで、成長させたＩＩＩ族窒化物半導体結晶から所定形状のＩＩＩ族窒化物半導体基板をワイヤーソー、内周刃、外周刃、レーザ光などを用いて切り出すことにより、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備することができる。
【００３８】
（イオンを注入する工程）
図２（ｂ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍ側であって主表面２０ｍから所定の深さＤにイオンＩを注入する工程を備える。
【００３９】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍ側であって主表面２０ｍから所定の深さＤにイオンＩを注入することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍ側であって主表面２０ｍから深さＤ−ΔＤ〜Ｄ＋ΔＤの領域にイオン注入領域２０ｉが形成される。かかるイオン注入領域２０ｉは基板が脆化されているため、かかるイオン注入領域２０ｉにおいてＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を分離することができる。
【００４０】
イオンＩを注入する深さＤは、特に制限はないが、分離を制御する観点から、０．０５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．０５μｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、０．０５μｍ以上１０μｍ以下がさらに好ましい。深さＤが、０．０５μｍより小さいと基板を分離する際に割れやすくなると共に表面を平坦化することが困難となり、１００μｍより大きいとイオンの分布が広くなり分離深さを制御することが困難となる。また深さΔＤは、イオンＩの種類および注入方法によって異なるが概ね深さ０．０５Ｄ〜０．５Ｄ程度である。
【００４１】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０に注入されているイオンは、特に制限はないが、基板の結晶性の低下を抑制する観点から、水素、ヘリウムなどの質量の低いイオンが好ましい。
【００４２】
なお、イオンのドーズ量は、特に制限はないが、分離を容易にする程度に基板を脆化させる観点から、１×１０17ｃｍ-2以上１×１０18ｃｍ-2以下であることが好ましい。イオン注入条件として、イオン注入エネルギーは、たとえば５０ｋｅＶ以上１５０ｋｅＶ以下とすることができる。イオン注入温度は、たとえば室温（約２５℃）以上１５０℃以下とすることができる。イオン注入角度は０°以上７°以下とすることができる。ここで、イオン注入角とは、イオンが注入される基板の主面の法線方向とイオン注入方向とのなす角度を意味する。
【００４３】
ここで、主表面２０ｍの表面異状領域２２は、表面異状領域以外の他の領域に比べて、凹状（凹状結晶不完全領域２２ｕｓ、または穴領域２２ｓの場合）または凸状（凸状結晶不完全領域２２ｕｔ、または突起領域２２ｔの場合）であり、あるいは異物が存在する（異物付着領域２２ｒの場合）。このため、表面異状領域２２におけるイオン注入領域２０ｉは、表面異状領域以外の他の領域におけるイオン注入領域２０ｉと同一の面内にない。特に、異物付着領域２２ｒにおいては、異物の種類によりイオン注入が阻害され、分離に必要なドーズ量のイオンが注入されない場合もある。
【００４４】
（ＩＩＩ族窒化物半導体基板の主表面に異組成基板を接合する工程）
図２（ｃ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、イオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異組成基板１０を接合する工程を備える。
【００４５】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異組成基板１０を接合する方法には、特に制限はないが、接合強度が高い観点から、接合する面をプラズマまたはイオンなどで活性化させて接合する方法（表面活性化方法）などが好ましく用いられる。
【００４６】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに接合する異組成基板１０は、特に制限はないが、製造されたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる環境に耐え得る観点から、耐熱温度が１２００℃以上であることが好ましく、１２００℃以上においても耐腐食性を有することが好ましい。ここで、耐腐食性とは、アンモニア（ＮＨ3）ガスなどの腐食性の結晶成長雰囲気ガスに腐食されないことをいう。かかる観点から、好ましい異組成基板として、サファイア基板、ＡｌＮ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＳｅ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＺｎＳ基板、石英基板、スピネル基板、カーボン基板、ダイヤモンド基板、Ｇａ2Ｏ3基板、ＺｒＢ2基板、Ｍｏ基板、Ｗ基板などが挙げられる。また、上記の基板の主表面上に、ＳｉＯ2のような酸化物層、Ｓｉ3Ｎ4のような窒化物層、またはＷ、Ｍｏのような金属層を５０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さで形成したテンプレート基板も挙げられる。
【００４７】
ここで、主表面２０ｍの表面異状領域２２は、表面異状領域以外の他の領域に比べて、凹状（凹状結晶不完全領域２２ｕｓ、または穴領域２２ｓの場合）または凸状（凸状結晶不完全領域２２ｕｔ、または突起領域２２ｔの場合）であり、あるいは異物が存在する（異物付着領域２２ｒの場合）。また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０と異組成基板１０との接合の際、凸状結晶不完全領域２２ｕｔおよび突起領域２２ｔにかかる応力により、それぞれ凸状結晶不完全領域２２ｕｔおよび突起領域２２ｔが破壊される。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０と異組成基板１０とを接合させても、主表面２０ｍの表面異状領域２２は異組成基板１０と十分に接合することができない。
【００４８】
（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程）
図２（ｄ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０をイオンが注入された領域（イオン注入領域２０ｉ）において分離して異組成基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程を備える。
【００４９】
かかる工程により、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、異組成基板１０に接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０ｂとに分離される。こうして、異組成基板１０に厚さＴDのＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａが接合したＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。
【００５０】
イオン注入領域２０ｉにおいてＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を分離する方法には、何らかのエネルギーを与える方法であれば特に制限はなく、イオン注入領域２０ｉに応力を加える方法であっても、イオン注入領域２０ｉに熱を加える方法であってもよい。また、イオン注入領域２０ｉに、光を照射する方法、または、超音波を印加する方法であってもよい。イオン注入領域２０ｉは、脆化しているため、応力、熱、光、または超音波などによるエネルギーを受けることにより、容易に分離する。
【００５１】
なお、本実施形態では、イオン注入領域で分離することによりＩＩＩ族窒化物半導体基板を薄層化しているが、他の方法であってもよく、たとえば、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をスライスすることにより薄層化してもよいし、ＩＩＩ族窒化物半導体基板を研磨等により薄層化してもよい。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をスライスする方法は、特に制限はなく、たとえば、放電加工機、ワイヤーソー、外周刃、内周刃、レーザ照射などが好適に挙げられる。
【００５２】
ここで、イオン注入領域２０ｉは、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍから深さＤ−ΔＤ〜深さＤ＋ΔＤの広がりを有するが、主表面２０ｍから深さＤの領域（面領域）においてイオンのドーズ量が最大となり最も脆くなりやすい。したがって、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、通常、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍから深さＤの領域（面領域）またはその付近において分離する。したがって、イオンが注入された深さＤとＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの厚さＴDはほぼ同じである。
【００５３】
また、主表面２０ｍの表面異状領域２２は、表面異状領域以外の他の領域に比べて、凹状（凹状結晶不完全領域２２ｕｓ、または穴領域２２ｓの場合）または凸状（凸状結晶不完全領域２２ｕｔ、または突起領域２２ｔの場合）であり、あるいは異物が存在し（異物付着領域２２ｒの場合）、異組成基板１０と十分に接合していなかったことから、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の分離の際、表面異状領域２２の直上およびその近傍のＩＩＩ族窒化物半導体は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと分離された残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０ｂの側に残るため、異組成基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することができずに、欠落部分２０ａｍとなる。このため、図１〜図３を参照して、通常、表面異状領域２２にそれぞれ対応するＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの直径は、それぞれ対応する表面異状領域の直径の１〜３０倍程度になる。
【００５４】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法においては、主表面２０ｍの表面異状領域２２の大きさおよび密度が上記の所定の範囲内にあるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を用いるため、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以下、すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの全ての面積Ｓａが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以上であり、表面のモフォロジーが良いＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを有するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。
【００５５】
［実施形態２]
図４を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、実施形態１の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの主表面上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０を形成する工程と、を備える。
【００５６】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法においては、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの全ての面積Ｓａが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以上であり、表面のモフォロジーが良いＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを有するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が用いられている。このため、上記の工程により、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの主表面上に、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０を１層以上成長させることができるため、特性の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４０が得られる。
【００５７】
少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０を成長させる方法は、特に制限はないが、面内均一性が高く良好な品質のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層が得られる観点から、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法などの気相法が好ましく用いられる。
【００５８】
具体的には、図４を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの主表面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０として、ｎ型ＧａＮ層３１、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３２、６対のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層およびＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層からなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する発光層３３、ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層３４およびｐ型ＧａＮ層３５を順次成長させる。次に、メサエッチングによりｎ型ＧａＮ層３１の一部の表面を露出させる。次に、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層３５上にｐ側電極４１を、表面が露出したｎ型ＧａＮ層３１上にｎ側電極４２を形成する。こうして、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４０として、ＬＥＤ（発光ダイオード）である発光デバイスが得られる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
１．ＩＩＩ族窒化物半導体基板の準備
図１および図２（ａ）を参照して、ＨＶＰＥ法により成長させたＧａＮ結晶から、一方の主表面２０ｍが（０００−１）Ｎ表面である直径２インチ（５．０８ｃｍ）×厚さ３００μｍのＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）を１００枚切り出して、それぞれのＧａＮ基板の両方の主表面を研磨により平坦化した。こうして準備した１００枚のＧａＮ基板のそれぞれの主表面２０ｍの表面異状領域２２の大きさおよび密度を、目視または光学顕微鏡を用いて測定した。結果を表１および表２にまとめた。
【００６０】
２．ＩＩＩ族窒化物半導体基板へのイオンの注入
図２（ｂ）を参照して、準備した１００枚のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）の（０００−１）Ｎ表面（主表面２０ｍ）側に水素イオンを注入して、１００枚のイオン注入ＧａＮ基板（イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板）を得た。水素イオンのドーズ量は８×１０17ｃｍ-1であった。イオン注入エネルギーは１２０ｋｅＶで、イオン注入温度は１５０℃で、イオン注入角度は０°（すなわち＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に平行）であった。複数のＧａＮ基板に注入されたイオンの深さＤは、イオン注入ＧａＮ基板の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察したところ、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約０．７μｍであった。
【００６１】
３．イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異組成基板との接合
図２（ｃ）を参照して、異組成基板１０として、直径２インチ（５．０８ｃｍ）×厚さ３００μｍのＳｉ基板、ＳｉＯ2／Ｓｉ基板（Ｓｉ基板の主表面上にＳｉＯ2層を形成したテンプレート基板）、ＳｉＯ2／多結晶ＡｌＮ基板（他結晶ＡｌＮの主表面上にＳｉＯ2層を形成したテンプレート基板）、Ｍｏ／Ｓｉ基板（Ｓｉ基板の主表面上にＭｏ層を形成したテンプレート基板）、Ｍｏ基板、Ｗ基板、サファイア基板、石英基板、スピネル基板をそれぞれ１０枚ずつ準備した。
【００６２】
次に、１００枚のＧａＮ基板の（０００−１）Ｎ表面（主表面２０ｍ）および１０種類×１０枚の異組成基板の主表面を、それぞれ洗浄した後、それぞれアルゴンガス中で放電させて得られるプラズマで活性化させた後、室温（２５℃程度）で両基板（直径はいずれも２インチ（５．０８ｃｍ））間に荷重をかけて、イオン注入ＧａＮ基板の（０００−１）Ｎ表面と異組成基板の主表面とを接合させた接合基板を１００枚得た。
【００６３】
４．ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の作製
図２（ｃ）および（ｄ）を参照して、上記のようにして得られた１００枚の接合基板を、窒素ガス雰囲気下で３００℃以上の温度で熱処理することより、イオン注入ＧａＮ基板（イオン注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）のイオン注入領域２０ｉに熱応力をかけて、イオン注入ＧａＮ基板をイオン注入領域２０ｉにおいて分離した。これにより、ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）とＳｉ基板（異組成基板１０）とが接合されているＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）が得られた。なお、本実施例の熱処理は、窒素ガス雰囲気下で行ったが、酸素ガス雰囲気下、アルゴンガス雰囲気下、またはこれらのガスの混合ガス雰囲気下で行ってもよい。
【００６４】
こうして得られたＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍの百分率を、表面観察装置における表面異状領域２２のマッピング像の面積から測定した。結果を表１および表２にまとめた。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
表１および表２を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法において準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板が、主表面上に現れる、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域および穴領域からなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域に関して以下の要件を満たすことにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の主表面の面積Ｓに対するＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の全ての面積Ｓａｍの百分率が５０％以下でＩＩＩ族窒化物半導体層の表面のモフォロジーの良いＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板が得られた。
【００６８】
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体基板は、主表面上に現れる、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域および穴領域からなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域に関して、以下の要件を満たしている。すなわち、結晶不完全領域はいずれも直径が１０ｍｍ未満で、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２以下、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2以下である。また、異物付着領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2以下である。また、突起領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。また、穴領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。
【００６９】
（実施例２）
図３を参照して、ＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の面積Ｓａが５０％以上（すなわち、ＧａＮ層接合基板の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層の欠落部分の全ての面積Ｓａｍが５０％以下）のＧａＮ層接合基板（以下、ＧａＮ層接合基板Ｓという。）のＧａＮ層上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層として、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させた。ＧａＮ層接合基板ＳのＧａＮ層上に成長させたｎ型ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層）は、（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅が１１２〜２１４ａｒｃｓｅｃと小さく結晶性が高く、また表面のモフォロジーも良かった。結果を表１および表２にまとめた。
【００７０】
これに対して、ＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の面積Ｓａが５０％未満の（すなわち、ＧａＮ層接合基板の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層の欠落部分の全ての面積Ｓａｍが５０％より大きい）ＧａＮ層接合基板（以下、ＧａＮ層接合基板Ｒという。）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層）上に、上記と同様にして成長させたｎ型ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層）は、（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅が２６５〜７１６ａｒｃｓｅｃと大きく結晶性が低く、また表面のモフォロジーも不良であった。結果を表１および表２にまとめた。
【００７１】
（実施例３）
図４を参照して、ＧａＮ層接合基板Ｓ（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０として、厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層３１、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３２、６対のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層およびＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層からなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層３３、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層３４、厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層３５を順次成長させた。次に、メサエッチングによりｎ型ＧａＮ層３１の一部の表面を露出させた。次に、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層３５上にｐ側電極４１を、表面が露出したｎ型ＧａＮ層３１上にｎ側電極４２を形成して、ダイシングによりチップ化して、ＧａＮ半導体デバイスＳ（ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４０）を得た。
【００７２】
一方、ＧａＮ層接合基板Ｒ（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）上に、上記と同様に、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させ、さらに電極を形成して、ＧａＮ半導体デバイスＲ（ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４０）を得た。
【００７３】
ＧａＮ半導体デバイスＳおよびＲのそれぞれについて、注入電流８０ｍＡでピーク波長４５０ｎｍにおける発光スペクトルを測定した。ＧａＮ半導体デバイスＲに対するＧａＮ半導体デバイスＳの相対発光強度は、１．５〜２．６倍であった。
【００７４】
上記のことから、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の主表面の面積Ｓに対するＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の全ての面積Ｓａｍの百分率が５０％以下のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を用いて作製された半導体デバイスは、その特性が高いことがわかった。
【００７５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明で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のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７６】
１ ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板、１０ 異組成基板、２０ ＩＩＩ族窒化物半導体基板、２０ａ ＩＩＩ族窒化物半導体層、２０ａｍ 欠落部分、２０ｂ 残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板、２０ｉ イオン注入領域、２０ｍ 主表面、２２ 表面異状領域、２２ｒ 異物付着領域、２２ｓ 穴領域、２２ｔ 突起領域、２２ｕ 結晶不完全領域、２２ｕｓ 凹状結晶不完全領域、２２ｕｔ 凸状結晶不完全領域、３０ ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層、３１ ｎ型ＧａＮ層、３２ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、３３ 発光層、３４ ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層、３５ ｐ型ＧａＮ層、４０ ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス、４１ ｐ側電極、４２ ｎ側電極、Ｉ イオン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ1-xＧａxＮ（０≦ｘ≦１）基板などのＩＩＩ族窒化物半導体基板は、半導体デバイスに好適に用いられているが、製造コストが極めて高い。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体基板が用いられている半導体デバイスの製造コストが極めて高くなる。これは、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に由来するものと考えられる。
【０００３】
すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体基板は、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（分子線成長）法、昇華法などの気相法により結晶成長を行なうため、結晶成長速度が低く、たとえば１００時間程度の結晶成長時間でも厚さが１０ｍｍ程度のＩＩＩ族窒化物半導体結晶しか得られない。かかる厚さの結晶からは、厚さ２００μｍ〜４００μｍ程度のＩＩＩ族窒化物半導体自立基板は、少量（たとえば、１０枚程度）しか切り出せない。
【０００４】
しかし、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の切り出し枚数を増加させるため、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶から切り出すＩＩＩ族窒化物半導体層の厚さを小さくすると、機械的強度が低下し、自立基板となり得ない。したがって、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶から切り出される薄いＩＩＩ族窒化物半導体層を補強する方法が必要となる。
【０００５】
ＩＩＩ族窒化物半導体層の補強方法として、ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成の異なる異組成基板にＩＩＩ族窒化物半導体層を接合した基板（以下、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板という）を製造する方法がある。かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法として、特開２００６−２１０６６０号公報（以下、特許文献１という）は、第１の窒化物半導体基板の表面近傍にイオンを注入する工程と、その第１の窒化物半導体基板の表面側を第２の基板に重ね合わせる工程と、重ね合わせた上記２枚の基板を熱処理する工程と、イオン注入された層を境として上記第１の窒化物半導体基板の大部分を上記第２の基板から引き剥がす工程とを含む半導体基板の製造方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１０６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に示される第１の窒化物半導体基板であるＧａＮ基板などのＩＩＩ族窒化物半導体基板の主表面上には、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域、穴領域などの表面異状領域が存在する。ＩＩＩ族窒化物半導体基板のかかる表面異状領域は、主表面の他の領域に対して凹、凸または表面特性が異なる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異組成基板とを接合しても、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の表面異状領域は異組成基板の主表面とは十分に接合しない。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異組成基板を接合した後、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をその主表面から所定の深さの領域で分離すると、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の表面異状領域に対応する部分が欠落したＩＩＩ族窒化物半導体層が異組成基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板が得られる。かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の上記の欠落したＩＩＩ族窒化物半導体層の主表面上に少なくとも１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成したＩＩＩ族窒化物半導体デバイスは、ＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分が大きいほど、デバイス特性が低減するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するため、ＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の少ない高品質のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、デバイス特性の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と、ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成が異なる異組成基板とが接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法であって、ＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の一方の主表面側であって主表面から所定の深さにイオンを注入する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の主表面に異組成基板を接合する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をイオンが注入された領域において分離して異組成基板に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、を備える。準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、主表面上に、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域および穴領域からなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域が現れ得る。ここで、結晶不完全領域はいずれも直径が１０ｍｍ未満で、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２以下、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2以下である。また、異物付着領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2以下である。また、突起領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。また、穴領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。
【００１０】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法において、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度を０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度を４．９４個／ｃｍ2以下の少なくともいずれかとすることができる。また、直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度を４９．３６個／ｃｍ2以下とすることができる。また、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度を０．７４個／ｃｍ2以下とすることができる。また、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度を０．７４個／ｃｍ2以下とすることができる。
【００１１】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法は、上記の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板のＩＩＩ族窒化物半導体層の主表面上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の少ない高品質のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、デバイス特性の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法において準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＢ−ＩＢにおける概略断面図を示す。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法の一実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）はＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する工程を示し、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体基板にイオンを注入する工程を示し、（ｃ）はＩＩＩ族窒化物半導体基板に異組成基板を接合する工程を示し、（ｄ）はＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程を示す。
【図３】本発明において製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢにおける概略断面図を示す。
【図４】本発明において製造されるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施形態１]
図１〜図３を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法の一実施形態は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと化学組成が異なる異組成基板１０とが接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法であり、以下の工程を備える。
【００１５】
具体的には、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する工程（図１および図２（ａ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍ側であって主表面２０ｍから所定の深さＤにイオンＩを注入する工程（図２（ｂ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異組成基板１０を接合する工程（図２（ｃ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０をイオンＩが注入された領域（イオン注入領域２０ｉ）において分離して異組成基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することによりＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程（図２（ｄ）および図３）と、を備える。かかる工程により、図２（ｄ）および図３を参照して、異組成基板１０とＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａとが接合したＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。
【００１６】
しかし、図１および図２（ａ）を参照して、一般に、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、その主表面２０ｍ上に、結晶不完全領域２２ｕ、異物付着領域２２ｒ、突起領域２２ｔおよび穴領域２２ｓからなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域２２が現れる。ここで、表面異状領域２２とは、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍにおいて、表面の状態が他の領域と異なる領域をいう。また、結晶不完全領域２２ｕとは、多結晶部分、異物の混入などにより単結晶としての結晶性が不完全となっている領域をいう。かかる結晶不完全領域２２ｕは、表面処理加工の際に、加工条件および／またはその結晶不完全領域の結晶状態によって、表面が窪んで凹状になる凹状結晶不完全領域２２ｕｓと、表面が突出して凸状になる凸状結晶不完全領域２２ｕｔとを含む。また、異物付着領域２２ｒとは、異物が付着している領域をいう。また、突起領域２２ｔとは、結晶成長の際および／または主表面２０ｍの表面処理加工の際に突起が形成された領域をいう。穴領域２２ｓとは、結晶成長の際に基板を厚さ方向に貫通または貫通しない穴が形成された領域および表面加工の際に表面が陥没して穴が形成された領域をいう。これらの表面異状領域２２は目視または表面観察装置（表面観察のための装置をいう。光学顕微鏡、微分干渉顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などが含まれる。以下同じ。）を用いて観察することができる。
【００１７】
このため、現実的には、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異組成基板１０を接合させても、上記の表面異状領域２２は異組成基板１０に十分に接合しないため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をイオンが注入された領域（イオン注入領域２０ｉ）で分離すると、表面異状領域２２のそれぞれに対応した欠落部分２０ａｍを有するＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａが得られる。ここで、図２（ｄ）に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の分離の際、表面異状領域２２の直上およびその近傍のＩＩＩ族窒化物半導体は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと分離された残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０ｂの側に残るため、異組成基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することができずに、欠落部分２０ａｍとなる場合が多い。このため、図１〜図３を参照して、通常、表面異状領域２２にそれぞれ対応するＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの直径は、それぞれ対応する表面異状領域の直径の１〜３０倍程度になる。
【００１８】
図３を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１におけるＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍが、面積ＳａｍとＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの全ての面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して、５０％を超えると、かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００１９】
このため、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法においては、図１〜図３を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以下になるように、すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの全ての面積Ｓａが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以上になるように、表面異状領域２２が所定の大きさ以下である所定の密度以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備することが重要である。ここで、面積Ｓａｍと面積Ｓａの合計の面積Ｓは、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓを意味する。ここで、面積Ｓａ、ＳａｍおよびＳは、表面観察装置による表面異状領域のマッピング像の面積から算出することができる。
【００２０】
（ＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する工程）
図１および図２（ａ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する工程を備える。
【００２１】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する工程において準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０においては、一方の主表面２０ｍ上に現れる表面異状領域２２の１種類である結晶不完全領域２２ｕは、いずれも直径が１０ｍｍ未満で、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２以下、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2以下である。かかる結晶不完全領域２２ｕの大きさおよび密度は、表面観察装置による結晶不完全領域のマッピング像の面積から算出することができる。かかる結晶不完全領域２２ｕは、主表面２０ｍの表面異状領域以外の他の領域に比べて、加工条件および／または結晶不完全領域の結晶状態により、凹状または凸状（図１〜図３を参照）となる。前者を凹状結晶不完全領域２２ｕｓと、後者を凸状結晶不完全領域２２ｕｔと呼ぶ。
【００２２】
直径が１０ｍｍ以上の結晶不完全領域があると、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２より大きいと、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2より大きいと、または直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2より大きいと、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａは、その欠落部分２０ａｍの全ての面積ＳａｍがＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対して５０％より大きくなる。
【００２３】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００２４】
ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍ、すなわち、Ｓａｍ／Ｓをさらに小さくする観点から、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１において、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が４．９４個／ｃｍ2以下の少なくともいずれかであることが好ましい。
【００２５】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０においては、一方の主表面２０ｍ上に現れる表面異状領域２２の１種類である異物付着領域２２ｒは、いずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2以下である。かかる異物付着領域２２ｒの大きさおよび密度は、表面観察装置による異物付着領域のマッピング像の面積から算出することができる。
【００２６】
直径が５ｍｍ以上の異物付着領域があると、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2より大きいと、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2より大きいと、または直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2より大きいと、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａは、その欠落部分２０ａｍの全ての面積ＳａｍがＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対して５０％より大きくなる。
【００２７】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００２８】
ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍ、すなわち、Ｓａｍ／Ｓをさらに小さくする観点から、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１において、直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が４９．３６個／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００２９】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０においては、一方の主表面２０ｍ上に現れる表面異状領域２２の１種類である突起領域２２ｔは、いずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。かかる突起領域２２ｔの大きさおよび密度は、表面観察装置による突起領域のマッピング像の面積から算出することができる。
【００３０】
直径が５ｍｍ以上の突起領域があると、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2より大きいと、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2より大きいと、または直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2より大きいと、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａは、その欠落部分２０ａｍの全ての面積ＳａｍがＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対して５０％より大きくなる。
【００３１】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００３２】
ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍ、すなわち、Ｓａｍ／Ｓをさらに小さくする観点から、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１において、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００３３】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０においては、一方の主表面２０ｍ上に現れる表面異状領域２２の１種類である穴領域２２ｓは、いずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。かかる穴領域２２ｓの大きさおよび密度は、表面観察装置による穴領域のマッピング像の面積から算出することができる。
【００３４】
直径が５ｍｍ以上の穴領域があると、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2より大きいと、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2より大きいと、または直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2より大きいと、製造されるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａは、その欠落部分２０ａｍの全ての面積ＳａｍがＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対して５０％より大きくなる。
【００３５】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させると、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の主表面に平行な面内の温度分布が大きくなるため、そのＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層は、均一に成長しないとともに、その表面のモフォロジーは不良となる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成して得られる半導体デバイスの特性が急激に低下する。
【００３６】
ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の主表面の面積Ｓ（面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓ、以下同じ）に対するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍ、すなわち、Ｓａｍ／Ｓをさらに小さくする観点から、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１において、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００３７】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備する方法は、準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍに現れる各種の表面異状領域の大きさおよび密度が上記の所定の範囲内であれば特に制限はない。たとえば、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（分子線成長）法、昇華法などの気相法、ＩＩＩ族元素を含む融液に窒素を溶解させた溶液を用いる溶液法などの液相法などの方法により、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を成長させ、次いで、成長させたＩＩＩ族窒化物半導体結晶から所定形状のＩＩＩ族窒化物半導体基板をワイヤーソー、内周刃、外周刃、レーザ光などを用いて切り出すことにより、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を準備することができる。
【００３８】
（イオンを注入する工程）
図２（ｂ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍ側であって主表面２０ｍから所定の深さＤにイオンＩを注入する工程を備える。
【００３９】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍ側であって主表面２０ｍから所定の深さＤにイオンＩを注入することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍ側であって主表面２０ｍから深さＤ−ΔＤ〜Ｄ＋ΔＤの領域にイオン注入領域２０ｉが形成される。かかるイオン注入領域２０ｉは基板が脆化されているため、かかるイオン注入領域２０ｉにおいてＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を分離することができる。
【００４０】
イオンＩを注入する深さＤは、特に制限はないが、分離を制御する観点から、０．０５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．０５μｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、０．０５μｍ以上１０μｍ以下がさらに好ましい。深さＤが、０．０５μｍより小さいと基板を分離する際に割れやすくなると共に表面を平坦化することが困難となり、１００μｍより大きいとイオンの分布が広くなり分離深さを制御することが困難となる。また深さΔＤは、イオンＩの種類および注入方法によって異なるが概ね深さ０．０５Ｄ〜０．５Ｄ程度である。
【００４１】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０に注入されているイオンは、特に制限はないが、基板の結晶性の低下を抑制する観点から、水素、ヘリウムなどの質量の低いイオンが好ましい。
【００４２】
なお、イオンのドーズ量は、特に制限はないが、分離を容易にする程度に基板を脆化させる観点から、１×１０17ｃｍ-2以上１×１０18ｃｍ-2以下であることが好ましい。イオン注入条件として、イオン注入エネルギーは、たとえば５０ｋｅＶ以上１５０ｋｅＶ以下とすることができる。イオン注入温度は、たとえば室温（約２５℃）以上１５０℃以下とすることができる。イオン注入角度は０°以上７°以下とすることができる。ここで、イオン注入角とは、イオンが注入される基板の主面の法線方向とイオン注入方向とのなす角度を意味する。
【００４３】
ここで、主表面２０ｍの表面異状領域２２は、表面異状領域以外の他の領域に比べて、凹状（凹状結晶不完全領域２２ｕｓ、または穴領域２２ｓの場合）または凸状（凸状結晶不完全領域２２ｕｔ、または突起領域２２ｔの場合）であり、あるいは異物が存在する（異物付着領域２２ｒの場合）。このため、表面異状領域２２におけるイオン注入領域２０ｉは、表面異状領域以外の他の領域におけるイオン注入領域２０ｉと同一の面内にない。特に、異物付着領域２２ｒにおいては、異物の種類によりイオン注入が阻害され、分離に必要なドーズ量のイオンが注入されない場合もある。
【００４４】
（ＩＩＩ族窒化物半導体基板の主表面に異組成基板を接合する工程）
図２（ｃ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、イオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異組成基板１０を接合する工程を備える。
【００４５】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに異組成基板１０を接合する方法には、特に制限はないが、接合強度が高い観点から、接合する面をプラズマまたはイオンなどで活性化させて接合する方法（表面活性化方法）などが好ましく用いられる。
【００４６】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主表面２０ｍに接合する異組成基板１０は、特に制限はないが、製造されたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ上に、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる環境に耐え得る観点から、耐熱温度が１２００℃以上であることが好ましく、１２００℃以上においても耐腐食性を有することが好ましい。ここで、耐腐食性とは、アンモニア（ＮＨ3）ガスなどの腐食性の結晶成長雰囲気ガスに腐食されないことをいう。かかる観点から、好ましい異組成基板として、サファイア基板、ＡｌＮ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＳｅ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＺｎＳ基板、石英基板、スピネル基板、カーボン基板、ダイヤモンド基板、Ｇａ2Ｏ3基板、ＺｒＢ2基板、Ｍｏ基板、Ｗ基板などが挙げられる。また、上記の基板の主表面上に、ＳｉＯ2のような酸化物層、Ｓｉ3Ｎ4のような窒化物層、またはＷ、Ｍｏのような金属層を５０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さで形成したテンプレート基板も挙げられる。
【００４７】
ここで、主表面２０ｍの表面異状領域２２は、表面異状領域以外の他の領域に比べて、凹状（凹状結晶不完全領域２２ｕｓ、または穴領域２２ｓの場合）または凸状（凸状結晶不完全領域２２ｕｔ、または突起領域２２ｔの場合）であり、あるいは異物が存在する（異物付着領域２２ｒの場合）。また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０と異組成基板１０との接合の際、凸状結晶不完全領域２２ｕｔおよび突起領域２２ｔにかかる応力により、それぞれ凸状結晶不完全領域２２ｕｔおよび突起領域２２ｔが破壊される。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０と異組成基板１０とを接合させても、主表面２０ｍの表面異状領域２２は異組成基板１０と十分に接合することができない。
【００４８】
（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程）
図２（ｄ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０をイオンが注入された領域（イオン注入領域２０ｉ）において分離して異組成基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を得る工程を備える。
【００４９】
かかる工程により、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、異組成基板１０に接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０ｂとに分離される。こうして、異組成基板１０に厚さＴDのＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａが接合したＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。
【００５０】
イオン注入領域２０ｉにおいてＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を分離する方法には、何らかのエネルギーを与える方法であれば特に制限はなく、イオン注入領域２０ｉに応力を加える方法であっても、イオン注入領域２０ｉに熱を加える方法であってもよい。また、イオン注入領域２０ｉに、光を照射する方法、または、超音波を印加する方法であってもよい。イオン注入領域２０ｉは、脆化しているため、応力、熱、光、または超音波などによるエネルギーを受けることにより、容易に分離する。
【００５１】
なお、本実施形態では、イオン注入領域で分離することによりＩＩＩ族窒化物半導体基板を薄層化しているが、他の方法であってもよく、たとえば、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をスライスすることにより薄層化してもよいし、ＩＩＩ族窒化物半導体基板を研磨等により薄層化してもよい。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をスライスする方法は、特に制限はなく、たとえば、放電加工機、ワイヤーソー、外周刃、内周刃、レーザ照射などが好適に挙げられる。
【００５２】
ここで、イオン注入領域２０ｉは、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍから深さＤ−ΔＤ〜深さＤ＋ΔＤの広がりを有するが、主表面２０ｍから深さＤの領域（面領域）においてイオンのドーズ量が最大となり最も脆くなりやすい。したがって、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、通常、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主表面２０ｍから深さＤの領域（面領域）またはその付近において分離する。したがって、イオンが注入された深さＤとＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの厚さＴDはほぼ同じである。
【００５３】
また、主表面２０ｍの表面異状領域２２は、表面異状領域以外の他の領域に比べて、凹状（凹状結晶不完全領域２２ｕｓ、または穴領域２２ｓの場合）または凸状（凸状結晶不完全領域２２ｕｔ、または突起領域２２ｔの場合）であり、あるいは異物が存在し（異物付着領域２２ｒの場合）、異組成基板１０と十分に接合していなかったことから、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の分離の際、表面異状領域２２の直上およびその近傍のＩＩＩ族窒化物半導体は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａと分離された残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０ｂの側に残るため、異組成基板１０に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを形成することができずに、欠落部分２０ａｍとなる。このため、図１〜図３を参照して、通常、表面異状領域２２にそれぞれ対応するＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの直径は、それぞれ対応する表面異状領域の直径の１〜３０倍程度になる。
【００５４】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法においては、主表面２０ｍの表面異状領域２２の大きさおよび密度が上記の所定の範囲内にあるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を用いるため、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以下、すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの全ての面積Ｓａが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以上であり、表面のモフォロジーが良いＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを有するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が得られる。
【００５５】
［実施形態２]
図４を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、実施形態１の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの主表面上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０を形成する工程と、を備える。
【００５６】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法においては、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの全ての面積Ｓａが面積Ｓａｍと面積Ｓａとの合計の面積Ｓに対して５０％以上であり、表面のモフォロジーが良いＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａを有するＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１が用いられている。このため、上記の工程により、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの主表面上に、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０を１層以上成長させることができるため、特性の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４０が得られる。
【００５７】
少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０を成長させる方法は、特に制限はないが、面内均一性が高く良好な品質のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層が得られる観点から、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法などの気相法が好ましく用いられる。
【００５８】
具体的には、図４を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａの主表面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０として、ｎ型ＧａＮ層３１、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３２、６対のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層およびＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層からなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する発光層３３、ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層３４およびｐ型ＧａＮ層３５を順次成長させる。次に、メサエッチングによりｎ型ＧａＮ層３１の一部の表面を露出させる。次に、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層３５上にｐ側電極４１を、表面が露出したｎ型ＧａＮ層３１上にｎ側電極４２を形成する。こうして、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４０として、ＬＥＤ（発光ダイオード）である発光デバイスが得られる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
１．ＩＩＩ族窒化物半導体基板の準備
図１および図２（ａ）を参照して、ＨＶＰＥ法により成長させたＧａＮ結晶から、一方の主表面２０ｍが（０００−１）Ｎ表面である直径２インチ（５．０８ｃｍ）×厚さ３００μｍのＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）を１００枚切り出して、それぞれのＧａＮ基板の両方の主表面を研磨により平坦化した。こうして準備した１００枚のＧａＮ基板のそれぞれの主表面２０ｍの表面異状領域２２の大きさおよび密度を、目視または光学顕微鏡を用いて測定した。結果を表１および表２にまとめた。
【００６０】
２．ＩＩＩ族窒化物半導体基板へのイオンの注入
図２（ｂ）を参照して、準備した１００枚のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）の（０００−１）Ｎ表面（主表面２０ｍ）側に水素イオンを注入して、１００枚のイオン注入ＧａＮ基板（イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板）を得た。水素イオンのドーズ量は８×１０17ｃｍ-1であった。イオン注入エネルギーは１２０ｋｅＶで、イオン注入温度は１５０℃で、イオン注入角度は０°（すなわち＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に平行）であった。複数のＧａＮ基板に注入されたイオンの深さＤは、イオン注入ＧａＮ基板の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察したところ、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約０．７μｍであった。
【００６１】
３．イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異組成基板との接合
図２（ｃ）を参照して、異組成基板１０として、直径２インチ（５．０８ｃｍ）×厚さ３００μｍのＳｉ基板、ＳｉＯ2／Ｓｉ基板（Ｓｉ基板の主表面上にＳｉＯ2層を形成したテンプレート基板）、ＳｉＯ2／多結晶ＡｌＮ基板（他結晶ＡｌＮの主表面上にＳｉＯ2層を形成したテンプレート基板）、Ｍｏ／Ｓｉ基板（Ｓｉ基板の主表面上にＭｏ層を形成したテンプレート基板）、Ｍｏ基板、Ｗ基板、サファイア基板、石英基板、スピネル基板をそれぞれ１０枚ずつ準備した。
【００６２】
次に、１００枚のＧａＮ基板の（０００−１）Ｎ表面（主表面２０ｍ）および１０種類×１０枚の異組成基板の主表面を、それぞれ洗浄した後、それぞれアルゴンガス中で放電させて得られるプラズマで活性化させた後、室温（２５℃程度）で両基板（直径はいずれも２インチ（５．０８ｃｍ））間に荷重をかけて、イオン注入ＧａＮ基板の（０００−１）Ｎ表面と異組成基板の主表面とを接合させた接合基板を１００枚得た。
【００６３】
４．ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の作製
図２（ｃ）および（ｄ）を参照して、上記のようにして得られた１００枚の接合基板を、窒素ガス雰囲気下で３００℃以上の温度で熱処理することより、イオン注入ＧａＮ基板（イオン注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）のイオン注入領域２０ｉに熱応力をかけて、イオン注入ＧａＮ基板をイオン注入領域２０ｉにおいて分離した。これにより、ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）とＳｉ基板（異組成基板１０）とが接合されているＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）が得られた。なお、本実施例の熱処理は、窒素ガス雰囲気下で行ったが、酸素ガス雰囲気下、アルゴンガス雰囲気下、またはこれらのガスの混合ガス雰囲気下で行ってもよい。
【００６４】
こうして得られたＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の欠落部分２０ａｍの全ての面積Ｓａｍの百分率を、表面観察装置における表面異状領域２２のマッピング像の面積から測定した。結果を表１および表２にまとめた。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
表１および表２を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法において準備されるＩＩＩ族窒化物半導体基板が、主表面上に現れる、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域および穴領域からなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域に関して以下の要件を満たすことにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の主表面の面積Ｓに対するＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の全ての面積Ｓａｍの百分率が５０％以下でＩＩＩ族窒化物半導体層の表面のモフォロジーの良いＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板が得られた。
【００６８】
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体基板は、主表面上に現れる、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域および穴領域からなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域に関して、以下の要件を満たしている。すなわち、結晶不完全領域はいずれも直径が１０ｍｍ未満で、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２以下、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2以下である。また、異物付着領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2以下である。また、突起領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。また、穴領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である。
【００６９】
（実施例２）
図３を参照して、ＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の面積Ｓａが５０％以上（すなわち、ＧａＮ層接合基板の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層の欠落部分の全ての面積Ｓａｍが５０％以下）のＧａＮ層接合基板（以下、ＧａＮ層接合基板Ｓという。）のＧａＮ層上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層として、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させた。ＧａＮ層接合基板ＳのＧａＮ層上に成長させたｎ型ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層）は、（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅が１１２〜２１４ａｒｃｓｅｃと小さく結晶性が高く、また表面のモフォロジーも良かった。結果を表１および表２にまとめた。
【００７０】
これに対して、ＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の面積Ｓａが５０％未満の（すなわち、ＧａＮ層接合基板の主表面の面積Ｓに対するＧａＮ層の欠落部分の全ての面積Ｓａｍが５０％より大きい）ＧａＮ層接合基板（以下、ＧａＮ層接合基板Ｒという。）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層）上に、上記と同様にして成長させたｎ型ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層）は、（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅が２６５〜７１６ａｒｃｓｅｃと大きく結晶性が低く、また表面のモフォロジーも不良であった。結果を表１および表２にまとめた。
【００７１】
（実施例３）
図４を参照して、ＧａＮ層接合基板Ｓ（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０として、厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層３１、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３２、６対のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層およびＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層からなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層３３、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層３４、厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層３５を順次成長させた。次に、メサエッチングによりｎ型ＧａＮ層３１の一部の表面を露出させた。次に、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層３５上にｐ側電極４１を、表面が露出したｎ型ＧａＮ層３１上にｎ側電極４２を形成して、ダイシングによりチップ化して、ＧａＮ半導体デバイスＳ（ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４０）を得た。
【００７２】
一方、ＧａＮ層接合基板Ｒ（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）上に、上記と同様に、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させ、さらに電極を形成して、ＧａＮ半導体デバイスＲ（ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４０）を得た。
【００７３】
ＧａＮ半導体デバイスＳおよびＲのそれぞれについて、注入電流８０ｍＡでピーク波長４５０ｎｍにおける発光スペクトルを測定した。ＧａＮ半導体デバイスＲに対するＧａＮ半導体デバイスＳの相対発光強度は、１．５〜２．６倍であった。
【００７４】
上記のことから、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の主表面の面積Ｓに対するＩＩＩ族窒化物半導体層の欠落部分の全ての面積Ｓａｍの百分率が５０％以下のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を用いて作製された半導体デバイスは、その特性が高いことがわかった。
【００７５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明で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のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７６】
１ ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板、１０ 異組成基板、２０ ＩＩＩ族窒化物半導体基板、２０ａ ＩＩＩ族窒化物半導体層、２０ａｍ 欠落部分、２０ｂ 残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板、２０ｉ イオン注入領域、２０ｍ 主表面、２２ 表面異状領域、２２ｒ 異物付着領域、２２ｓ 穴領域、２２ｔ 突起領域、２２ｕ 結晶不完全領域、２２ｕｓ 凹状結晶不完全領域、２２ｕｔ 凸状結晶不完全領域、３０ ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層、３１ ｎ型ＧａＮ層、３２ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、３３ 発光層、３４ ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層、３５ ｐ型ＧａＮ層、４０ ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス、４１ ｐ側電極、４２ ｎ側電極、Ｉ イオン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物半導体層と、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成が異なる異組成基板とが接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法であって、
ＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板の一方の主表面側であって前記主表面から所定の深さにイオンを注入する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板の前記主表面に前記異組成基板を接合する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板を前記イオンが注入された領域において分離して前記異組成基板に接合した前記ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、を備え、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板は、前記主表面上に現れる、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域および穴領域からなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域に関して、
前記結晶不完全領域はいずれも直径が１０ｍｍ未満で、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２以下、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2以下であり、
前記異物付着領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の前記異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2以下であり、
前記突起領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の前記突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下であり、
前記穴領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の前記穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項２】
直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が４．９４個／ｃｍ2以下の少なくともいずれかである請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項３】
直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記異物付着領域の密度が４９．３６個／ｃｍ2以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項４】
直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項５】
直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５までのいずれかの製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を準備する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の主表面上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物半導体層と、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層と化学組成が異なる異組成基板とが接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法であって、
ＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板の一方の主表面側であって前記主表面から所定の深さにイオンを注入する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板の前記主表面に前記異組成基板を接合する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板を前記イオンが注入された領域において分離して前記異組成基板に接合した前記ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、を備え、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板は、前記主表面上に現れる、結晶不完全領域、異物付着領域、突起領域および穴領域からなる群から選ばれる少なくとも１種類の表面異状領域に関して、
前記結晶不完全領域はいずれも直径が１０ｍｍ未満で、直径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が０．１５個／ｃｍ２以下、直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が７．４０個／ｃｍ2以下であり、
前記異物付着領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記異物付着領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の前記異物付着領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記異物付着領域の密度が２２２．１１個／ｃｍ2以下であり、
前記突起領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記突起領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の前記突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記突起領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下であり、
前記穴領域はいずれも直径が５ｍｍ未満で、直径が３ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記穴領域の密度が０．１５個／ｃｍ2以下、直径が１ｍｍ以上３ｍｍ未満の前記穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記穴領域の密度が１．４８個／ｃｍ2以下である、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項２】
直径が１ｍｍ以上５ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下、および直径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記結晶不完全領域の密度が４．９４個／ｃｍ2以下の少なくともいずれかである請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項３】
直径が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記異物付着領域の密度が４９．３６個／ｃｍ2以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項４】
直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記突起領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項５】
直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の前記穴領域の密度が０．７４個／ｃｍ2以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５までのいずれかの製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を準備する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の主表面上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−４４６６５（Ｐ２０１１−４４６６５Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９３３９７（Ｐ２００９−１９３３９７）
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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