JP2010192698A - イオン注入ｉｉｉ族窒化物半導体基板、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 - Google Patents

Abstract

【課題】反りが小さいイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板およびかかる基板を用いたＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法などを提供する。
【解決手段】本イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、一方の主面２０ｍ側であって主面２０から所定の深さＤで形成されているイオン注入領域２０ｉを含み、５００μｍ以上の厚さＴを有する。また、本ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法は、５００μｍ以上５ｃｍ以下の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主面２０ｍ側かつ主面２０ｍから所定の深さＤにイオンＩを注入する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主面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において分離して異種基板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。
【選択図】図２

Description

本発明は、イオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板、およびかかるイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板を用いた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。

Ａｌ_1-xＧａ_xＮ（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。

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。

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。

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種基板に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。

また、特開２００７−２２０８９９号公報（以下、特許文献２という）は、第１の基板上にエピタキシャル成長させた窒化物系半導体結晶の表面側に水素イオン注入層を形成する第１のステップと、第２の基板の表面および窒化物系半導体結晶の少なくとも一方に表面活性化処理を施す第２のステップと、窒化物系半導体結晶の表面と第２の基板の表面とを貼り合わせる第３のステップと、水素イオン注入層に沿って窒化物系半導体結晶を剥離して第２の基板上に窒化物系半導体層を形成する第４のステップと、を備えることを特徴とする半導体基板の製造方法を開示する。

特開２００６−２１０６６０号公報 特開２００７−２２０８９９号公報

しかし、特許文献１の製造方法においては、厚さが４００μｍ程度のＧａＮ基板が用いられているため、イオンの注入により基板に大きな反りが発生し、イオンを注入した基板を他の基板に接合する際にＧａＮ基板が割れたり、ＧａＮ基板と他の基板とを均一に接合することができないなどの問題があった。

また、特許文献２の製造方法においては、窒化物系半導体結晶とは結晶構造および組成が異なる異種基板である第１の基板上にＭＯＣＶＥＤ法によりエピタキシャル成長させた窒化物系半導体結晶が用いられているため、イオンを注入しても結晶に大きな反りは発生しないが、かかるエピタキシャル結晶は、バルク結晶に比べて結晶性が低い、イオン注入後の結晶にクラックが入るなどの問題があった。

そこで、本発明は、反りが小さいイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板およびかかる基板を用いた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を提供することを目的とする。

本発明は、一方の主面側であってその主面から所定の深さで形成されているイオン注入領域を含み、５００μｍ以上の厚さを有するイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板である。ここで、イオン注入領域のｃ軸の格子定数をイオン注入領域以外の領域のｃ軸の格子定数に比べて０．０２Å（０．００２ｎｍ）以上大きくすることができる。また、イオン注入領域を着色することができる。

また、本発明は、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種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、５００μｍ以上の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の一方の主面側であってその主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面に異種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種基板に接合した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ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法である。

また、本発明は、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である。

本発明によれば、反りが小さいイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板およびかかる基板を用いた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を提供することができる。

本発明にかかるイオン注入窒化物半導体基板の一実施形態を示す概略断面図である。 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にイオンを注入する工程を示し、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体基板に異種基板を接合する工程を示し、（ｃ）はＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程を示す。 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。 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他の例を示す概略断面図である。 イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板における基板の厚さと基板の反りとの関係を示すグラフである。 ３７０〜５００ｎｍの範囲の波長の光に関するイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の光吸収係数の変化を示すグラフである。

（実施形態１）
図１を参照して、本発明にかかるイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の一実施形態は、一方の主面２０ｍ側であって主面２０ｍから所定の深さＤに形成されているイオン注入領域２０ｉを含み、５００μｍ以上の厚さＴを有する。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、一方の主面２０ｍ側であって主面２０ｍから所定の深さＤで形成されているイオン注入領域２０ｉを含む。かかるイオン注入領域２０ｉが形成されることにより、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０はイオン注入領域２０ｉにおいて分離され得る。ここで、イオン注入領域２０ｉとは、上記の分離に寄与するドーズ量以上のイオンが存在する領域をいい、主面２０ｍから深さＤ−ΔＤ〜Ｄ＋ΔＤの領域であり、主面２０ｍから深さＤの領域においてイオンのドーズ量が最大になる。イオンが注入されている深さＤは、特に制限はないが、分離を制御する観点から、０．０３μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．０３μｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、０．０３μｍ以上１０μｍ以下がさらに好ましい。深さＤが、０．０３μｍ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、イオンの種類および注入方法によって異なるが概ね深さ０．０２Ｄ〜０．５Ｄ程度である。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、５００μｍ以上の厚さＴを有する。ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の厚さが５００μｍ以上であることから、基板の剛性が高くなり、イオン注入による基板の反りＷが小さくなる。ここで、図１を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の反りＷは、所定の直径を有する基板における主面２０ｍの最凸部と最凹部との高低差で定義する。したがって、基板の主面２０ｍが球面状に湾曲して反っている場合は、基板の反りは主面の中央部と円周部との高低差となる。基板の反りは、触針式表面粗さ測定機、光干渉式フラットネステスターなどを用いて測定することができる。

たとえば、イオン注入されていない厚さが１００〜３００μｍ程度の通常のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、（０００１）面を凹（すなわち（０００−１）面を凸）として、球面状に僅かに沿っている場合が多い。かかる通常のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、（０００１）の面方位を有する主面２０ｍの主面側であって主面２０ｍから所定の深さ（たとえば０．７μｍ程度）にイオン注入すると反りが著しく大きくなる。これに対して、イオン注入を行うＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の厚さを５００μｍ以上にすることにより、基板の剛性が高くなり、イオン注入による基板の反りＷを小さくすることができる。

このため、イオンを注入したＩＩＩ族窒化物半導体基板２０（イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板ともいう、以下同じ）を異種基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０と化学組成が異なる基板をいう、以下同じ）に接合する際に、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板が割れたりすることがなく、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異種基板とを均一に接合することができる。

上記の観点から、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の厚さは、７５０μｍ以上が好ましく、１０００μｍ以上がより好ましい。また、イオン注入の際またはその後の処理における作業性を高める観点から、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の厚さは５ｃｍ以下が好ましい。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、そのイオン注入領域２０ｉにおいて分離するのが容易な観点から、イオン注入領域のｃ軸の格子定数ｋｃ_Iがイオン注入領域以外の領域のｃ軸の格子定数ｋｃに比べて０．０２Å（０．００２ｎｍ）以上大きいことが好ましい。イオン注入領域のｃ軸の格子定数ｋｃ_Iからイオン注入領域以外の領域のｃ軸の格子定数ｋｃを引いたイオン注入によるｃ軸の格子定数差Δｋｃ_Iが０．０２Å未満であると、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０のイオン注入領域２０ｉの脆化が小さく、イオン注入領域２０ｉにおいてＩＩＩ族窒化物半導体基板２０を分離することが困難となる。ここで、イオン注入によるｃ軸の格子定数差Δｋｃ_Iは、イオン注入領域２０ｉにおけるイオンのドーズ量が多いほど、大きくなる。すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、イオン注入領域２０ｉにおけるイオンのドーズ量が多いほど、イオン注入によるｃ軸の格子定数差Δｋｃ_Iが大きくなり、イオン注入領域２０ｉの脆化が大きくなるため、イオン注入領域２０ｉにおける分離が容易となる。

たとえば、ＧａＮ半導体基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）の水素イオン注入領域（イオン注入領域２０ｉ）において、ｃ軸の格子定数差Δｋｃ_Iが０．０２Å以上は、イオンのドーズ量が１×１０¹⁷ｃｍ^-2以上に相当する。すなわち、分離を容易にする程度に基板を脆化させる観点から、イオン注入領域２０ｉにおけるイオンのドーズ量は１×１０¹⁷ｃｍ^-2以上であることが好ましい。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、イオン注入領域２０ｉを着色することができる。イオン注入領域２０ｉの色（すなわち光吸収する波長領域）は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板および注入されるイオンの種類によって決まる。たとえば、表と裏の両主面が鏡面研磨されたＧａＮ半導体基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）に水素イオン（注入イオンＩ）を注入すると、イオン注入領域２０ｉは黄茶色に着色する。ここで、イオン注入領域２０ｉの色の濃さは、イオン注入領域２０ｉにおけるイオンのドーズ量が多いほど大きくため、イオン注入領域２０ｉにおけるイオンのドーズ量を知る目安となる。

（実施形態２）
図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種基板１０とが接合しているＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の製造方法であって、５００μｍ以上５ｃｍ以下の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主面２０ｍ側であってその主面２０ｍから所定の深さＤにイオンＩを注入する工程と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主面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。

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よれば、上記工程を備えることにより、イオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０に割れを発生させることなく、イオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０と異種基板１０とを接合することが可能となり、歩留まりよくＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１を製造することができる。以下、各工程について、詳細に説明する。

（ＩＩＩ族窒化物半導体基板にイオンを注入する工程）
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、５００μｍ以上５ｃｍ以下の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主面２０ｍ側であって主面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。

イオンを注入する工程において用いられるＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、５００μｍ以上５ｃｍ以下の厚さを有するため、基板の剛性が高い。このため、イオンＩを注入する工程により、反りが小さいまたはほとんど無いイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板が得られる。なお、図２においては、小さいまたはほとんど無い反りを省略して基板を描いている。

イオンを注入する工程において、上記のＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主面２０ｍ側であって主面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の主面２０ｍ側であって主面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。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、０．０３μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．０３μｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、０．０３μｍ以上１０μｍ以下がさらに好ましい。深さＤが、０．０３μｍ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０．０２Ｄ〜０．５Ｄ程度である。

イオンを注入する工程において、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。

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以上であることが好ましい。

（ＩＩＩ族窒化物半導体基板の主面に異種基板を接合する工程）
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、イオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主面２０ｍに異種基板１０を接合する工程を備える。

本異種基板１０を接合する工程において用いられるイオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は反りが小さいかまたはほとんど無いため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０に割れを発生させること無くＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主面２０ｍに異種基板１０を接合することができる。

ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主面２０ｍに異種基板１０を接合する方法には、特に制限はないが、接合後高温で接合強度を保持できる点から、接合する面の表面を洗浄して直接張り合わせた後６００℃〜１２００℃程度に昇温して接合することによる直接接合法、プラズマやイオンなどで接合する面を活性化させ室温（たとえば１０℃〜３０℃）〜４００℃程度の低温で接合することによる表面活性化法などが好ましく用いられる。

また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の主面２０ｍに接合する異種基板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、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、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、好ましい異種基板として、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ₃Ｎ₄基板、ＴｉＮ基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＳｉＣ基板、ＡｌＴｉＣ基板、ＺｎＳｅ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＯ₂層形成Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＺｎＳ基板、石英基板、Ｍｏ基板、カーボン基板、ダイヤモンド基板、Ｇａ₂Ｏ₃基板、ＺｒＢ₂基板などが挙げられる。また、これらの基板の上に、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗなどの金属膜やこれらの金属の合金膜を保護膜として付けてもよい。なお、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＰ基板などは、耐熱性および耐腐食性は上記基板に比べて劣るが、基板表面に上記の保護膜を付けるなどをすれば使用可能である。

（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板を得る工程）
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、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を得る工程を備える。

かかる工程により、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０は、異種基板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、異種基板１０に厚さＴ_D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。

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。

ここで、イオン注入領域２０ｉは、ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０の一方の主面２０ｍから深さＤ−ΔＤ〜深さＤ＋ΔＤの広がりを有するが、主面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Ｔ_Dはほぼ同じである。

（実施形態３）
図３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２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。

かかる工程により、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３が得られる。

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、作業性が良好な観点から、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法などの気相法が好ましく用いられる。高圧溶融法、アモノサーマル法もしくはフラックス法などの液相法、または昇華法でも可能である。

具体的には、図３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Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ中間層３１、ｎ型ＧａＮクラッド層３２、Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層３３ｂおよびＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層３３ｗの対を６対重ねて最上層のＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層３３ｗ上にさらにＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層３３ｂを形成した多重量子井戸構造を有する発光層３３、ｐ型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎクラッド層３４、およびｐ型ＧａＮコンタクト層３５を順次成長させる。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の主面の中央部上に、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法により、ｐ側電極３６としてＮｉ／Ａｕ電極を形成する。次いで、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の異種基板１０の主面上に、ＥＢ蒸着法により、ｎ側電極３７としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極を形成する。このようにして、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス３として、特性の高い発光デバイス（詳細にはＬＥＤ（発光ダイオード））が得られる。

（実施形態４）
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他の実施形態は、実施形態２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４０を形成する工程と、を備える。

かかる工程により、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４０を１層以上成長させることができるため、特性の高い半導体デバイスが得られる。

少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０を成長させる方法は、特に制限はないが、作業性が良好な観点から、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法などの気相法が好ましく用いられる。

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の主面上に、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４０として、ｎ⁺型ＧａＮバリア層４１およびｎ^-型ＧａＮドリフト層４２を順次成長させる。次いで、ｎ^-型ＧａＮドリフト層４２の主面上に、ＥＢ蒸着法により、ショットキー電極４３としてＰｔ電極を形成する。次いで、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１の異種基板１０の主面上に、ＥＢ蒸着法により、オーミック電極４４としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極を形成する。このようにして、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス４として、特性の電子デバイスが得られる。

（実施例１〜６、比較例１〜３）
［イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の作製］
１．ＧａＮ基板の準備
ＨＶＰＥ法により成長させた直径２インチ（５．０８ｃｍ）のＧａＮ母結晶を所定の厚さにスライスして、複数のＧａＮウエハを切り出し、各ＧａＮウエハの主面を研磨により平坦化して、複数のＧａＮ基板を得た。ここで、ＧａＮ基板の厚さは、比較例１では１００μｍ、比較例２では２００μｍ、比較例３では３００μｍ、実施例１では５００μｍ、実施例２では７５０μｍ、実施例３では１０００μｍ、実施例４では１２００μｍ、実施例５では、１５００μｍ、実施例６では２０００μｍとした。なお、上記ＧａＮ基板は、いずれも、表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定する算術平均粗さＲａをいう。以下同じ。）が１ｎｍ以下、全厚み変動ばらつきＴＴＶ（基板の一方の主面を真空吸着してできた平面を基準面とし、その基準面から他方の主面の最も高い場所と最も低い場所との差をいう。以下同じ。）は１０μｍ以下のものを用いた。ここで、ＧａＮ基板の表面粗さＲａは菱化システム社のマイクロマップにより８０μｍ角の範囲内で測定し、全厚み変動ばらつきＴＴＶはニデック社のフラットネステスターにより測定した。

２．ＧａＮ基板の主面の洗浄
複数のＧａＮ基板について、以下のような洗浄を行った。まず、基板の主面上に付着している油分などの有機物の除去を目的として、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄を行った（第１洗浄）。次いで、基板の主面上に付着している金属イオンの除去を目的として、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄を行った（第２洗浄）。次いで、基板の主面を親水性にして、主面上に付着している不純物を除去するため、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄を行った（第３洗浄）。

３．ＧａＮ基板へのイオン注入
図１および図２（ａ）を参照して、上記で得られた複数のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）の一方の主面２０ｍ側にイオンを注入して、複数のイオン注入ＧａＮ基板を得た。イオンを注入した主面２０ｍは（０００−１）Ｎ表面であった。注入したイオンは水素イオンであった。水素イオンのドーズ量は５×１０¹⁷ｃｍ^-1であった。イオン注入エネルギーは９０ｋｅＶで、イオン注入時の基板の温度は８０℃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。

なお、今回の実施例および比較例においては、ＧａＮ基板においてイオンが注入される（０００−１）Ｎ表面（主面２０ｍ）には、注入イオンによるダメージを低減するための保護膜は形成されていないが、かかる保護膜を形成した後ＧａＮ基板にイオンを注入してもよい。かかる保護膜として、ＳｉＯ₂、ＳｉＯＮ、ＴｉＯ₂などの酸化膜、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮなどの窒化膜、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔなどの金属膜などが好適に用いられる。

また、上記のように、イオン注入による基板のダメージを低減するためにＧａＮ基板の（０００−１）Ｎ表面（主面２０ｍ）上にＳｉＯ₂膜、Ｓｉ₃Ｎ₄膜などの保護膜が形成されている場合は、イオン注入前のＧａＮ基板の主面の洗浄における上記第２洗浄の際にこれらの膜が除去されるのを防止するため、フッ酸に替えて王水を用いる必要がある（すなわち洗浄用溶媒として王水と過酸化水素水との混合液を用いる必要がある）。

また、今回の実施例および比較例においては、注入イオンとして水素イオンを用いたが、ヘリウム、ネオンまたはアルゴンの単体もしくはイオンならびにこれらを２種類以上混合させたものを用いることができる。また、酸素または水素などの単体もしくはイオンならびにこれらを２種類以上混合させたものを用いることができる。

４．イオン注入ＧａＮ基板の反りの測定
図１を参照して、上記で得られた複数のイオン注入ＧａＮ基板の大部分が、いずれもイオンが注入された側の主面２０ｍである（０００−１）Ｎ表面を凸として球面状に１〜１０μｍ程度湾曲していた。直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さの異なる複数のイオン注入ＧａＮ基板の反りＷは、光干渉式フラットネステスターを用いて測定したところ、それぞれ厚さ１００μｍの基板の反りが１２１μｍ（比較例１）、厚さ２００μｍの基板の反りが８７μｍ（比較例２）、厚さ３００μｍの基板の反りが６５μｍ（比較例３）、厚さ５００μｍの基板の反りが３５μｍ（実施例１）、厚さ７５０μｍの基板の反りが１５μｍ（実施例２）、厚さ１０００μｍの基板の反りが５μｍ（実施例３）、厚さ１２００μｍの基板の反りが３．５μｍ（実施例４）、厚さ１５００μｍの基板の反りが２μｍ（実施例５）、厚さ２０００μｍの基板の反りが０μｍ（実施例６）であった。結果を表１にまとめた。

また、実施例１〜６および比較例１〜３における直径２インチ（５．０８ｃｍ）のイオン注入ＧａＮ基板の厚さと反りとの関係を図５に示した。

表１および図５から明かなように、厚さが１００μｍ、２００μｍまたは３００μｍのイオン注入ＧａＮ基板は大きく反っていた。イオン注入ＧａＮ基板は、厚さが５００μｍ以上で反りが３５μｍ以下と小さくなり、厚さが７５０μｍ以上で反りが１５μｍ以下とより小さくなり、厚さが１０００μｍ以上で反りが５μｍ以下とさらに小さくなり、厚さが１５００μｍ以上で反りが２μｍ以下とさらに小さくなり、厚さが２０００μｍ以上で反りが０μｍ以下とほとんど無くなった。反りが約８０μmより大きくなると、イオン注入中にクラックが入る不良が発生した。

［イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異種基板との接合］
１．イオン注入ＧａＮ基板の主面の洗浄
上記のようにして得られた複数のイオン注入ＧａＮ基板について、以下のような主面（（０００−１）Ｎ表面）の洗浄を行った。まず、基板の主面上に付着している油分などの有機物の除去を目的として、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄を行った（第１洗浄）。次いで、基板の主面上に付着している金属イオンの除去を目的として、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄を行った（第２洗浄）。次いで、基板の主面を親水性にして、主面上に付着している不純物を除去するため、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄を行った（第３洗浄）。

２．イオン注入ＧａＮ基板の主面の活性化
上記洗浄後のイオン注入ＧａＮ基板の主面（（０００−１）Ｎ表面）に付着している酸化膜を除去して、原子レベルでの表面の活性化を行う目的で、基板の主面をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて表面を改質した。ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）ガスを用いた。具体的には、１Ｐａの雰囲気圧力下でアルゴンプラズマを５分間照射することにより、イオン注入ＧａＮ基板の（０００−１）Ｎ表面を活性化させた。ここで、（０００−１）Ｎ表面が異種基板と接合する面である。

なお、本実施例および比較例においては、アルゴンプラズマを用いたが、アルゴンガスに替えてヘリウム（Ｈｅ）ガスまたはネオン（Ｎｅ）ガス（いずれも希ガス）、窒素（Ｎ₂）ガス（不活性ガス）、またはＧａＮと反応性を有するアンモニア（ＮＨ₃）ガス、塩素（Ｃｌ₂）ガス、塩化ホウ素（ＢＣｌ₄）ガス、塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）ガスなどを用いることもできる。

３．イオン注入ＧａＮ基板と異種基板との接合
図２（ｂ）を参照して、上記の各イオン注入ＧａＮ基板（イオン注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）と厚さ３５０μｍのＳｉ基板（異種基板１０）とを、ＧａＮ基板の活性化された（０００−１）Ｎ表面（主面２０ｍ）とＳｉ基板（異種基板）の表面とにおいて、接合させた。具体的には、イオン注入ＧａＮ基板の活性化された（０００−１）Ｎ表面（主面２０ｍ）とＳｉ基板（異種基板）の表面とが接触するように、イオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板とを配置して、２５℃の雰囲気温度下で１０００Ｎ／ｃｍ²の圧力で５分間保持することにより、イオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板（異種基板）とを接合させた。このとき、両基板にかかる圧力のばらつきは、最大圧力と最小圧力との圧力差が５Ｎ／ｃｍ²以下であった。

イオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板との接合の際、イオン注入ＧａＮ基板の厚さが１００μｍ（比較例１）の場合はイオン注入ＧａＮ基板に割れが発生し、イオン注入ＧａＮ基板の厚さが２００μｍ（比較例２）の場合はイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の一部分にクラックが発生したため接合させることはできず、イオン注入ＧａＮ基板の厚さが３００μｍ以上（比較例３、実施例１〜６）の場合はイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板およびＳｉ基板のいずれにも割れを発生させることなくイオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板とをそれらの主面の少なくとも一部で接合した接合基板が得られた。

イオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板との接合面積比は、接合基板のイオン注入ＧａＮ基板側から見た主面の色調を画像解析することにより算出した。結果を表１にまとめた。ここで、接合面積比とは、接合基板においてイオン注入ＧａＮ基板および異種基板の２つの基板が接合可能な主面の全面積に対するそれらの２つの基板が接合している部分の面積の比をいう。また、接合基板のイオン注入ＧａＮ基板側から見た主面において、２つの基板が接合している部分にはＳｉ基板のＳｉ色が現れ、２つの基板が接合していない部分にはＳｉ色と異なる色調が現れ場合により干渉縞が現われる。

［ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の作製］
図２（ｂ）および（ｃ）を参照して、上記のようにして得られた接合基板（比較例３および実施例１〜６）を、１００Ｐａ程度に減圧された窒素雰囲気下で、室温（２５℃程度）から１〜５０℃／分の昇温速度で４００℃まで加熱し２０分間保持した後、４００℃から１〜５０℃／分の降温速度で室温（２５℃程度）まで冷却することにより、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（異種基板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、実施例および比較例においては窒素ガス雰囲気中で行ったが、アルゴンガス、ネオンガスなどの希ガス雰囲気中で行なってもよい。

イオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板との分離面積比は、ＧａＮ層接合基板のＧａＮ層側から見た主面の色調を画像解析することにより算出した。結果を表１にまとめた。ここで、分離面積比とは、ＧａＮ層接合基板の主面の全面積に対するＧａＮ基板から分離して異種基板上に存在するＧａＮ層の部分の主面の面積比をいう。また、ＧａＮ層接合基板のＧａＮ層側から見た主面において、ＧａＮ層が存在する部分にはＳｉ基板のＳｉ色と異なる色調が現れ場合により干渉縞が現れ、ＧａＮ層が存在しない部分にはＳｉ基板が露出してＳｉ色が現れる。

また、ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法において、分離面積比が、０．８５未満のものを不可、０．８５以上のものを可、０．９以上のものを良、０．９５以上のものを優、０．９７以上のものを秀と、評価した。結果を表１にまとめた。

表１を参照して、厚さが５００μｍ以上のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板は反りが小さいため、割れを発生させることなく異種基板に均一に接合することができた（実施例１〜６）。このため、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板をイオン注入領域において分離して異種基板に接合したＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することにより、歩留まりよくＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板が得られる。

（実施例７〜１２、比較例４）
［イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の作製］
１．ＧａＮ基板の準備
実施例２と同様にして、厚さ７５０μｍの複数のＧａＮ基板を準備した。

２．ＧａＮ基板の主面の洗浄
実施例２と同様にして、複数のＧａＮ基板について、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄（第１洗浄）、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄（第２洗浄）、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄（第３洗浄）を順次行った。

３．ＧａＮ基板へのイオン注入
図１および図２（ａ）を参照して、以下のようにイオンのドーズ量を変化させたこと以外は実施例２と同様にして、上記で得られた複数のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）の一方の主面２０ｍ（（０００−１）Ｎ表面）側に水素イオンを注入して、複数のイオン注入ＧａＮ基板を得た。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、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約１μｍであった。ここで、水素イオンのドーズ量は、それぞれ０ｃｍ^-2（すなわちイオン注入せず、比較例４）、０．６×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例７）、０．８×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例８）、１×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例９）、３×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例１０）、５×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例１１）、７×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例１２）とした。なお、イオンのドーズ量は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により測定した。

４．イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板のｃ軸の格子定数の測定
上記の複数のイオン注入ＧａＮ基板のイオン注入領域２０ｉにおけるｃ軸の格子定数は、２結晶Ｘ線回折装置を用いて、ＧａＮ基板の（０００４）面に関するＸ線回折面の面間隔の測定から算出したところ、それぞれ５．１８５Å（比較例４）、５．１９３Å（実施例７）、５．１９８Å（実施例８）、５．２０５Å（実施例９）、５．２１８Å（実施例１０）、５．２２４Å（実施例１１）、５．２３１Å（実施例１２）であった。結果を表２にまとめた。

５．イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板の反りの測定
図１を参照して、上記の複数のイオン注入ＧａＮ基板は、いずれもイオンが注入された側の主面２０ｍである（０００−１）Ｎ表面を凸として球面状に湾曲していた。複数のイオン注入ＧａＮ基板の反りＷは、光干渉式フラットネステスター（株式会社ニデック製）を用いて測定したところ、それぞれ３μｍ（比較例４）、１０μｍ（実施例７）、１１μｍ（実施例８）、１５μｍ（実施例９）、１６μｍ（実施例１０）、１５μｍ（実施例１１）、１８μｍ（実施例１２）であった。結果を表２にまとめた。

［イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板と異種基板との接合］
１．イオン注入ＧａＮ基板の主面の洗浄
上記の複数のイオン注入ＧａＮ基板について、実施例２と同様にして、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄（第１洗浄）、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄（第２洗浄）、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄（第３洗浄）を順次行った。

２．イオン注入ＧａＮ基板の主面の活性化
上記洗浄後のイオン注入ＧａＮ基板の主面（（０００−１）Ｎ表面）の表面を、実施例２と同様にして、活性化させた。ここで、（０００−１）Ｎ表面が異種基板と接合する面である。

３．イオン注入ＧａＮ基板と異種基板との接合
図２（ｂ）を参照して、上記の各イオン注入ＧａＮ基板（イオン注入されたＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）と厚さ３５０μｍのＳｉ基板（異種基板１０）とを、実施例２と同様にして、接合させた。いずれのイオン注入ＧａＮ基板（実施例６〜１１）についても、およびＳｉ基板のいずれにも割れを発生させることなく、イオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板とをそれらの主面の少なくとも一部で接合
した接合基板が得られた。また、イオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板との接合面積比を、実施例２と同様にして算出した。結果を表２にまとめた。

［ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の作製］
図２（ｂ）および（ｃ）を参照して、上記の接合基板（実施例７〜１２）を、実施例２と同様にして、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（異種基板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。イオン注入ＧａＮ基板とＳｉ基板との分離面積比を、実施例２と同様にして算出した。結果を表２にまとめた。

表２を参照して、イオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板のイオン注入領域におけるイオンドーズ量が多くなるほど、ｃ軸の格子定数が大きくなり、イオン注入領域における基板の分離が容易になることがわかった（実施例７〜１２）。また、基板の分離が容易になる１×１０¹⁷ｃｍ²以上のイオンドーズ量を有するイオン注入領域のｃ軸の格子定数は、イオン注入領域以外の領域のｃ軸の格子定数に比べて、０．０２Å以上大きくなっていることがわかった（実施例９〜１２）。

なお、表２の実施例７および８においては、イオン注入ＧａＮ基板を分離できなかったためＧａＮ層接合基板を作製することができなかった。これは、イオンのドーズ量が少なかったため、本実施例においてかけられた熱応力によってはイオン注入ＧａＮ基板を分離できなかったものであり、イオン注入ＧａＮ基板にかける応力の種類または程度によっては、分離することが可能と考えられる。かかる観点から、実施例７および８は、比較例４とともに、未評価とした。

（実施例１３〜１６、比較例５）
１．ＧａＮ基板の準備
実施例３と同様にして、厚さ１０００μｍの複数のＧａＮ基板を準備した。

２．ＧａＮ基板の主面の洗浄
実施例３と同様にして、複数のＧａＮ基板について、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄（第１洗浄）、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄（第２洗浄）、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄（第３洗浄）を順次行った。

３．ＧａＮ基板へのイオン注入
図１および図２（ａ）を参照して、以下のようにイオンのドーズ量を変化させたこと以外は実施例３と同様にして、上記で得られた複数のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板２０）の一方の主面２０ｍ（（０００−１）Ｎ表面）側に水素イオンを注入して、複数のイオン注入ＧａＮ基板を得た。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、いずれのイオン注入ＧａＮ基板についても約１μｍであった。ここで、水素イオンのドーズ量は、それぞれ０ｃｍ^-2（すなわちイオン注入せず、比較例５）、０．８×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例１３）、１×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例１４）、５×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例１５）、７×１０¹⁷ｃｍ^-2（実施例１６）とした。なお、イオンのドーズ量は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により測定した。

４．イオン注入ＧａＮ基板の光吸収係数の測定
比較例５のイオン無注入ＧａＮ基板は、ほぼ無色透明であった。これに対して、実施例１３〜１６のイオン注入ＧａＮ基板は、黄茶色であった。これらの基板の光吸収係数を、ダブルビーム方式の分光光度計を用いて測定した。イオン注入ＧａＮ基板の光吸収係数の測定は、１０００μｍの厚さ方向に光を照射することにより、イオン注入領域およびそれ以外の領域を含めた領域の光吸収係数を測定した。

結果を図６に示した。図６は、イオン注入ＧａＮ基板の３７０〜５００ｎｍの範囲の波長の光に関するイオン注入ＧａＮ基板の吸収特性に関して、曲線Ｌ０は水素イオンのドーズ量が０ｃｍ^-2の基板（比較例５）の光吸収係数の変化を示し、曲線Ｌ１は水素イオンのドーズ量が０．８×１０¹⁷ｃｍ^-2の基板（実施例１３）の光吸収係数の変化を示し、曲線Ｌ２は水素イオンのドーズ量が１×１０¹⁷ｃｍ^-2の基板（実施例１４）の光吸収係数の変化を示し、曲線Ｌ３は水素イオンのドーズ量が５×１０¹⁷ｃｍ^-2の基板（実施例１５）の光吸収係数の変化を示し、曲線Ｌ４は水素イオンのドーズ量が７×１０¹⁷ｃｍ^-2の基板（実施例１６）の光吸収係数の変化を示す。

図６を参照して、イオン注入領域における水素イオンのドーズ量が大きくなるほど、イオン注入ＧａＮ基板の光吸収係数が大きくなることがわかった（比較例５、実施例１３〜１６）。また、また、基板の分離が容易になる１×１０¹⁷ｃｍ^-2以上のイオンドーズ量を有するイオン注入領域を含むイオン注入ＧａＮ基板の波長４００ｎｍの光に関する吸収係数が１×１０⁴ｃｍ^-1以上であることがわかった。

（実施例１７）
［ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの作製］
１．発光デバイスの作製
図３を参照して、実施例４で得られたＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の主面上に、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を成長させた。ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層３０成長の際の原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ₃）、モノシラン（ＳｉＨ₄）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）などを用いた。

具体的には、まず、ＭＯＣＶＤ炉の反応室内に配置されたサセプタ上にＧａＮ層接合基板を配置した。次いで、１０５０℃の基板温度および１０１ｋＰａの雰囲気圧力とした反応室内に原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ₃、ＳｉＨ₄）を供給することにより、ＧａＮ層接合基板のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の主面上に、厚さ５０ｎｍのｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ中間層３１を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持して基板温度を１１００℃とした後、原料ガス（ＴＭＧ、ＮＨ₃、ＳｉＨ₄）を反応室内に供給することにより、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ中間層３１上に厚さ２μｍのｎ型ＧａＮクラッド層３２を成長させた。

次いで、ｎ型ＧａＮクラッド層３２上に、以下の様にして、Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層３３ｂおよびＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層３３ｗの対を６対重ねその最上層のＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層３３ｗ上にさらにＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層３３ｂを重ねた多重量子井戸構造を有する発光層３３を形成した。障壁層の形成においては、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持して基板温度を９００℃とした後、原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ₃）を反応室内に供給することにより、厚さ１５ｎｍのノンドープＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層３３ｂを成長させた。井戸層の形成においては、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持すると共に、基板温度を８００℃とした後、原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ₃）を反応室内に供給することにより、厚さ５０ｎｍのノンドープＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層３３ｗを形成する。かかる井戸層および障壁層の成長は必要な回数だけ繰り返される。

その後、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持すると共に基板温度を１０５０℃にとした後、原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ₃、Ｃｐ₂Ｍｇ）を反応室内に供給して、発光層３３上に厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎクラッド層３４を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力を１０１ｋＰａに維持すると共に基板温度を１０５０℃に維持して、原料ガス（ＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｃｐ₂Ｍｇ）を反応室内に供給して、ｐ型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎクラッド層３４上に厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層３５を成長させた。

次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の主面の中央部上に、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法により、ｐ側電極３６としてＮｉ／Ａｕ電極を形成した。次いで、ＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＳｉ基板（異種基板１０）の主面上に、ＥＢ蒸着法により、ｎ側電極３７としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極を形成した。このようにして、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス３である発光デバイス（より具体的にはＬＥＤ（発光ダイオード））が得られた。

上記のようにして得られたＬＥＤに、電流密度が１００Ａ／ｃｍ²となるように電流を印加して、ＬＥＤを発光させて、４５０ｎｍの波長における発光強度とともに発光波長のばらつきを測定した。本実施例のＬＥＤの発光強度および発光波長のばらつきは、それぞれ基板としてＧａＮ層接合基板を同じ厚さのＧａＮ自立基板に替えたこと以外は本実施例と同様の構造を有する典型的なＬＥＤの発光強度および発光波長のばらつきと同等であった。すなわち、本実施例のＬＥＤは、十分なＬＥＤ特性を備えていた。

（実施例１８）
［ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの作製］
１．電子デバイスの作製
図４を参照して、実施例４で得られたＧａＮ層接合基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板１）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の主面上に、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４０を成長させた。ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０成長の際の原料としては、実施例１７と同様の原料を用いた。

具体的には、まず、ＭＯＣＶＤ炉の反応室内に配置されたサセプタ上にＧａＮ層接合基板を配置した。次いで、１１００℃の基板温度および１０１ｋＰａの雰囲気圧力とした反応室内に原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ₃、ＳｉＨ₄）を供給することにより、ＧａＮ層接合基板のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０ａ）の主面上に、厚さ２μｍのＳｉをドープしたｎ⁺型ＧａＮバリア層４１（キャリア濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3）を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力および基板温度をそれぞれ１０１ｋＰａおよび１１００℃に維持して、原料ガス（ＴＭＧ、ＮＨ₃、ＳｉＨ₄）を反応室内に供給することにより、ｎ⁺型ＧａＮバリア層４１上に厚さ１２μｍのｎ^-型ＧａＮドリフト層４２（キャリア濃度が２×１０¹⁶ｃｍ^-3）を成長させた。

上記のようにして得られた電子デバイスは、絶縁耐圧が９６０Ｖ、オン抵抗が２ｍΩ・ｃｍ^-2であり、優れた特性を有していた。

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。

１ ＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板、３，４ ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス、１０ 異種基板、２０ ＩＩＩ族窒化物半導体基板、２０ａ ＩＩＩ族窒化物半導体層、２０ｂ 残部ＩＩＩ族窒化物半導体基板、２０ｉ イオン注入領域、２０ｍ 主面、３０，４０ ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層、３１ ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ中間層、３２ ｎ型ＧａＮクラッド層、３３ 発光層、３３ｂ Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層、３３ｗ Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ井戸層、３４ ｐ型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎクラッド層、３５ ｐ型ＧａＮコンタクト層、３６ ｐ側電極、３７ ｎ側電極、４１ ｎ⁺型ＧａＮバリア層、４２ ｎ^-型ＧａＮドリフト層、４３ ショットキー電極、４４ オーミック電極。

Claims (5)

1. 一方の主面側であって前記主面から所定の深さで形成されているイオン注入領域を含み、５００μｍ以上の厚さを有するイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
2. 前記イオン注入領域のｃ軸の格子定数がイオン注入領域以外の領域のｃ軸の格子定数に比べて０．０２Å以上大きい請求項１に記載のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
3. 前記イオン注入領域が着色している請求項１に記載のイオン注入ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
4. 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種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、
   ５００μｍ以上５ｃｍ以下の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の一方の主面側であって前記主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面に前記異種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種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、を備えるＩＩＩ族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
5. 請求項４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。

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