特許 7319227 ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-24

(45)【発行日】2023-08-01

(54)【発明の名称】ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 25/18 20060101AFI20230725BHJP

   C30B 29/38 20060101ALI20230725BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230725BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20230725BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20230725BHJP

【ＦＩ】

C30B25/18

C30B29/38

H01L21/31 B

H01L21/31 C

H01L21/02 C

C23C16/42

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020108655

(22)【出願日】2020-06-24

(65)【公開番号】P2021178768

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2022-07-28

(31)【優先権主張番号】P 2020083033

(32)【優先日】2020-05-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002060

【氏名又は名称】信越化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100207756

【弁理士】

【氏名又は名称】田口 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100129746

【弁理士】

【氏名又は名称】虎山 滋郎

(74)【代理人】

【識別番号】100135758

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 高志

(74)【代理人】

【識別番号】100154391

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康義

(72)【発明者】

【氏名】久保田 芳宏

(72)【発明者】

【氏名】永田 和寿

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５３３８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２４６１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ ２５／１８

Ｃ３０Ｂ ２９／３８

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｃ２３Ｃ １６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックスコア層と、
前記セラミックスコア層を封入する不純物封入層と、
前記不純物封入層上の接合層と、
前記接合層上の加工層とを備え、
前記不純物封入層はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ここで、ｘ＝０～２、ｙ＝０～１．５、ｘ＋ｙ＞０）の組成式で表される組成物の層であり、
前記接合層はＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’（ここで、ｘ’＝１～２、ｙ’＝０～２）の組成式で表される組成物の層であり、
前記加工層は種結晶の層であり、
前記接合層の前記組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’におけるｘ’及びｙ’の値が、前記不純物封入層側と前記加工層側とでは異なるＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。

【請求項2】

前記セラミックスコア層が多結晶ＡｌＮの層であり、
前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物が、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種のＩＩＩ族元素とＮとの化合物である請求項１に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。

【請求項3】

前記不純物封入層の前記組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘ及びｙの値が、前記セラミックスコア層側と前記接合層側とでは異なる請求項１又は２に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。

【請求項4】

前記加工層は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される少なくとも１種の物質からなる種結晶である請求項１～３のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。

【請求項5】

セラミックスコア層を封入する不純物封入層を形成する工程と、
前記不純物封入層の上に接合層を形成する工程と、
前記接合層の上に加工層を形成する工程とを含み、
前記不純物封入層は、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ここで、ｘ＝０．０～２．０、ｙ＝０．０～１．５、ｘ＋ｙ＞０）の組成式で表される組成物の層であり、
前記接合層は、ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’（ここで、ｘ’＝１．０～２．０、ｙ’＝０．０～２．０）の組成式で表される組成物の層であり、
前記加工層は、種結晶の層であり、
前記接合層を形成する工程は、前記接合層の前記組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’におけるｘ’及びｙ’の値が、前記不純物封入層側と前記加工層側とでは異なるように前記接合層を形成するＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。

【請求項6】

前記セラミックスコア層、前記不純物封入層及び前記接合層の少なくとも１つの層を熱安定化処理する工程と、
前記熱安定化処理した層の表面を研磨する工程とをさらに含む請求項５に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。

【請求項7】

セラミックスコア層を封入する不純物封入層を形成する工程と、
前記不純物封入層の上に接合層を形成する工程と、
前記接合層の上に加工層を形成する工程とを含み、
前記不純物封入層は、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ここで、ｘ＝０．０～２．０、ｙ＝０．０～１．５、ｘ＋ｙ＞０）の組成式で表される組成物の層であり、
前記接合層は、ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’（ここで、ｘ’＝１．０～２．０、ｙ’＝０．０～２．０）の組成式で表される組成物の層であり、
前記加工層は、種結晶の層であり、
前記セラミックスコア層、前記不純物封入層及び前記接合層の少なくとも１つの層を熱安定化処理する工程と、
前記熱安定化処理した層の表面を研磨する工程とをさらに含むＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。

【請求項8】

前記加工層を形成する工程は、前記種結晶の基板を前記接合層に転写した後、前記基板を剥離することにより前記加工層を形成する請求項５～７のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。

【請求項9】

前記セラミックスコア層が多結晶ＡｌＮの層であり、
前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物が、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種のＩＩＩ族元素とＮとの化合物である請求項５～８のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。

【請求項10】

前記不純物封入層を形成する工程は、前記不純物封入層の前記組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘ及びｙの値が、前記セラミックスコア層側と前記接合層側とでは異なるように、前記不純物封入層を形成する請求項５～９のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。

【請求項11】

前記加工層を形成する工程は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される少なくとも１種の物質からなる種結晶の基板にイオン注入を行い、イオン注入を行った前記基板を前記接合層に転写し、転写した前記基板を剥離することにより前記加工層を形成する請求項５～１０のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＩＩ－Ｖ族結晶基板、とくにＧａＮ系結晶基板やＡｌＮ系結晶基板は、広いバンドギャップを有し、極短波長域での発光性や高耐圧性の点で優れている。このため、ＧａＮ系結晶基板やＡｌＮ系結晶基板は、レーザー、ショットキーダイオード、パワーデバイス、高周波デバイス等のデバイスへの応用が期待されている。

【0003】

しかしながら、現状は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物の大口径、高品質の厚膜(長尺)結晶を作製することが難しい。例えば、（ｉ）バルク成長法でＧａＮ結晶を成長させる場合、通常、高温の液体アンモニア中でＧａＮ結晶を成長させるため、高温高圧装置が不可欠であり、ＧａＮ結晶の大型化、ＧａＮ結晶の製造の低コスト化が阻まれている。一方、（ｉｉ）気相成長法でＧａＮ結晶を成長させる場合、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等の種結晶基板、あるいはこれらの種結晶を貼ったベース基板と、ＧａＮ結晶との間の熱膨張率差が大きいため、ＧａＮ結晶の大口径化や厚膜(長尺)化を進めるにしたがって、大きな熱応力が発生し、ＧａＮ結晶が大きく反ったり、クラック等が生じたりしやすい。したがって、このような理由から、現状、ＧａＮの最も大きな大口径品が得られているＧａＮ薄膜を形成したＳｉ基板（ＧａＮ Ｏｎ Ｓｉ基板）においてさえも、ＧａＮの直径はφ６インチが限界となっている。また、Ｓｉ基板上に形成したＧａＮ薄膜は耐圧が劣る。高耐圧向けの厚膜品は、同様な理由によりφ２インチ程度の小口径品しか製造ができない状況である。上記のような背景から、上述のデバイス等に用いるＧａＮ系結晶基板やＡｌＮ系結晶基板は、どうしても高価格で薄物（低耐圧品）となり、ＧａＮ系結晶基板やＡｌＮ系結晶基板の用途拡大や広い普及を妨げている。

【0004】

この打開策として、例えば、特許文献１及び２に記載の先行技術が知られている。例えば、特許文献１に記載の方法はＧａＮ結晶と略、同じ熱膨張率のムライト系セラミックスを支持基板（ベース基板）として用いる。これにより、得られるＧａＮ結晶に反りやクラックが発生しにくくなる。しかし、支持基板であるムライト系セラミックス中の不純物が、種結晶貼り合せ工程、ＧａＮ成長工程等の工程で拡散し、高品質のＧａＮ結晶は得られない。

【0005】

一方、特許文献２に記載の方法では、ＧａＮ基板の熱膨張率に比較的近く、安価なＡｌＮセラミックス基板を用いる。そして、ＡｌＮセラミックス基板からの不純物拡散を防止するために、ＡｌＮセラミックス基板をＳｉＯ_２／Ｐｏｌｙ－Ｓｉ／ＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４の多層膜で封止する（包み込む）。多層膜の上面に厚膜ＳｉＯ_２を介して、ＧａＮと格子定数が比較的近いＳｉ＜１１１＞を種結晶として貼り付けて、その種結晶の上にＭＯＣＶＤやＨＶＰＥ等でＧａＮ単結晶を成長させて、大口径のＧａＮエピタキシャル基板や無垢基板を得ている。

【0006】

しかし、この方法は、例えば、不純物拡散防止のために、まず、接着材層のＳｉＯ_２膜でＡｌＮセラミックス基板を包み込む。その後、静電チャック用も兼ねたＰｏｌｙ－Ｓｉ膜でＡｌＮセラミックス基板をさらに封入する。そして、再度、接着剤層であるＳｉＯ_２膜でＡｌＮセラミックス基板を包み込み、その上にさらに不純物拡散防止層であるＳｉ_３Ｎ_４膜でＡｌＮセラミックス基板を封入する。このように、手数の掛る４層ものエンジニアリング層を成膜しなくてはならず、また、これらの成膜のための高価な各種成膜装置が必要となる。このため、ＧａＮ基板の製造コストが高くなる。

【0007】

さらに言えば、ベース基板の中核（コア）であるＡｌＮセラミックスの平均熱膨張率は４．６～５．２ｐｐｍ／Ｋである。化学的性質とともに、平均熱膨張率がＡｌＮコアと大きく異なる無機化合物の３～４層からなる多層膜でＡｌＮコアを封入している。さらに、多層膜においても各層間で熱膨張率の大小は、相前後した、入り混じり状態である。

【0008】

すなわち、ベース基板は、ＡｌＮセラミックス（４．６～５．２ｐｐｍ／Ｋ）／ＳｉＯ_２（０．５ｐｐｍ／Ｋ）／Ｐｏｌｙ－Ｓｉ（３．６ｐｐｍ／Ｋ）／ＳｉＯ_２（０．５ｐｐｍ／Ｋ）／Ｓｉ_３Ｎ_４（３ｐｐｍ／Ｋ）の層構造を有し、隣接する２つの層は化学的性質や平均熱膨張率が相互に大きく異なっており、層の平均熱膨張率が滑らかにつながっていない。このため、層間の親和性が低く大きな熱応力が発生し、層間剥離や層のクラック、果ては多層膜全体の反り等が発生しやすい。

【0009】

換言すれば、これらの各層はその化学組成がそれぞれ全く異なる上に、平均熱膨張率において隔絶した段差を持つために、上記の熱応力と相俟って各層間での親和性及び一体性が極めて脆弱となっている。このため、ベース基板は、層間剥離やクラックが発生しやすい構造となっている。また、多層膜全体の応力バランスの悪さによる反り等も生じやすい。

【0010】

その結果、主として不純物拡散防止を目的としたエンジニアリング層はその役割を果たさず、ベース基板全般に発生するクラックや剥離等を通じて、ＡｌＮセラミックス中の金属や酸素、炭素等の不純物がＧａＮ基板に拡散し汚染するおそれがある。さらに加えて、エンジニアリング層で封止した（包み込んだ）後の以下の一連の工程、具体的には（ｉ）エンジニアリング層上面に厚膜ＳｉＯ_２を成膜する工程、（ｉｉ）厚膜ＳｉＯ_２を熱処理する工程、（ｉｉｉ）厚膜ＳｉＯ_２を研磨して厚膜ＳｉＯ_２の表面を平滑化する工程、（ｉｖ）研磨及び平滑化した厚膜ＳｉＯ_２面上に種結晶Ｓｉ＜１１１＞を貼り付ける工程等の工程中に、エンジニアリング層、厚膜ＳｉＯ_２層及びＳｉ＜１１１＞層の各層間及びそれぞれの層中において剥離やクラック、反り等が頻発するおそれがある。これは、上述のエンジニアリング層の問題点に加えて、エンジニアリング層、厚膜ＳｉＯ_２層及びＳｉ＜１１１＞層の間に層間親和性のないことと、熱膨張率の極めて小さい厚膜ＳｉＯ_２層と熱膨張率の極めて大きいエンジニアリング層やＳｉ＜１１１＞層との間で大きな熱応力が発生することとが原因と考えられる。このため、これらの問題点に対する改善策が強く求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２０１３－１７７２８５号公報

【文献】特表２０１９－５２３９９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、これらの欠点を改善すべく鋭意検討した結果、以下の本発明をするに至った。すなわち、大口径及び高品質のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶を得るためのＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板及びそ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】

【0013】

本発明は上記目的を達成するため、下記のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板及びその製造方法を提供する。すなわち、
［１］セラミックスコア層と、前記セラミックスコア層を封入する不純物封入層と、前記不純物封入層上の接合層と、前記接合層上の加工層とを備え、前記不純物封入層はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ここで、ｘ＝０～２、ｙ＝０～１．５、ｘ＋ｙ＞０）の組成式で表される組成物の層であり、前記接合層はＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’（ここで、ｘ’＝１～２、ｙ’＝０～２）の組成式で表される組成物の層であり、前記加工層は種結晶の層であるＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。
［２］前記セラミックスコア層が多結晶ＡｌＮの層であり、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物が、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種のＩＩＩ族元素とＮとの化合物である上記［１］に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。
［３］前記不純物封入層の前記組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘ及びｙの値が、前記セラミックスコア層側と前記接合層側とでは異なる上記［１］又は［２］に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。
［４］前記接合層の前記組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’におけるｘ’及びｙ’の値が、前記不純物封入層側と前記加工層側とでは異なる上記［１］～［３］のいずれか１つに記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。
［５］前記加工層は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される少なくとも１種の物質からなる種結晶である上記［１］～［４］のいずれか１つに記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板。
［６］セラミックスコア層を封入する不純物封入層を形成する工程と、前記不純物封入層の上に接合層を形成する工程と、前記接合層の上に加工層を形成する工程とを含み、前記不純物封入層は、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ここで、ｘ＝０．０～２．０、ｙ＝０．０～１．５）の組成式で表される組成物の層であり、前記接合層は、ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’（ここで、ｘ’＝１．０～２．０、ｙ’＝０．０～２．０）の組成式で表される組成物の層であり、前記加工層は、種結晶の層であるＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。
［７］前記加工層を形成する工程は、前記種結晶の基板を前記接合層に転写した後、前記基板を剥離することにより前記加工層を形成する上記［６］に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。
［８］前記セラミックスコア層が多結晶ＡｌＮの層であり、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物が、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種のＩＩＩ族元素とＮとの化合物である上記［６］又は［７］に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。
［９］前記不純物封入層を形成する工程は、前記不純物封入層の前記組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘ及びｙの値が、前記セラミックスコア層側と前記接合層側とでは異なるように、前記不純物封入層を形成する上記［６］～［８］のいずれか１つに記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。
［１０］前記接合層を形成する工程は、前記接合層の前記組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’におけるｘ’及びｙ’の値が、前記不純物封入層側と前記加工層側とでは異なるように前記接合層を形成する上記［６］～［９］のいずれか１つに記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。
［１１］前記セラミックコア層、前記不純物封入層及び前記接合層の少なくとも１つの層を熱安定化処理する工程と、前記熱安定化処理した層の表面を研磨する工程とをさらに含む上記［６］～［１０］のいずれか１つに記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。
［１２］前記加工層を形成する工程は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される少なくとも１種の物質からなる種結晶の基板にイオン注入を行い、イオン注入を行った前記基板を前記接合層に転写し、転写した前記基板を剥離することにより前記加工層を形成する上記［６］～［１１］のいずれか１つに記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、大口径及び高品質のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶を得るためのＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を説明するための図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法の工程（Ｃ）を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板］
以下に、図１を参照して、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を説明する。
本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１は、セラミックスコア層２と、セラミックスコア層２を封入する不純物封入層３と不純物封入層上の接合層４と、接合層４上の加工層５とを備える。

【0017】

（セラミックスコア層）
セラミックスコア層２は、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１の基礎をなす層である。セラミックスコア層２は、作製しようとするＩＩＩ－Ｖ族化合物の熱膨張率に近い熱膨張率を有する材料であることが好ましい。大口径のセラミックスコア層２を容易に作製できるという観点から、セラミックスコア層２は多結晶セラミックス材料の層であることが好ましい。セラミックスコア層２を構成する多結晶セラミックス材料には、例えば、多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、多結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）、多結晶窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、多結晶炭化シリコン（ＳｉＣ）、多結晶酸化亜鉛（ＺｎＯ）、多結晶三酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）等が挙げられる。これらの中で、比較的安価に大口径のセラミックコア層２を得られるという観点から、多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましく、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどの焼結助剤を含む多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）がより好ましい。

【0018】

ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１の強度を確保する観点及びＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１の取り扱い性の観点から、セラミックスコア層２の厚みは、例えば、
１００～１５００μｍである。また、耐圧性が優れた大口径のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１を得る観点から、セラミックスコア層２の直径は１５０ｍｍ以上である。

【0019】

（不純物封入層）
不純物封入層３は、セラミックスコア層２を封入し、セラミックスコア層の不純物の拡散を防止するものである。不純物封入層３は、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ここで、ｘ＝０～２、ｙ＝０～１．５、ｘ＋ｙ＞０）の組成式で表される組成物の層である。これにより、不純物封入層３は、セラミックスコア層２との親和性を良好にできるとともに、セラミックスコア層２からの不純物拡散をより効果的に防止することができる。

【0020】

ＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物は、一般的に、（ｉ）ＳｉＯ_２成分、（ｉｉ）（Ｓｉ、Ｏ、Ｎ）からなる成分（例えば、Ｓｉ_２Ｎ_２Ｏ成分）、（ｉｉｉ）Ｓｉ_３Ｎ_４成分の混合組成物である。ＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物は、場合により微量のＨを含むが、本明細書ではＳｉＯ_ｘＮ_ｙ式中にＨを表示しない。すなわち、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物は、微量のＨを含有するものも含む。また、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物は、単純な定比化合物の混合組成物に限らず、Ｓｉ、Ｏ、Ｎ原子の割合が定比例の法則に従わない不定比化合物も含む混合組成物であってもよい。

【0021】

不純物封入層３のＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式において、ｘ＋ｙ＝０、すなわち、ｘ＝０、かつｙ＝０であると、不純物封入層３はセラミックスコア層２との親和性が極めて弱くなる。ｘ＝０でありｙ＞１．５であると、高剛性のＳｉ_３Ｎ_４成分が多くなるため、不純物封入層３が高剛性のセラミックスコア層２の熱歪に追従できず、層分離等が発生しやすくなる。一方、ｘ＞２．０でありｙ＝０であると、ＳｉＯ_２成分が主体になるため、不純物封入層３はセラミックスコア層２との親和性はよくなるが、不純物封入層３の強度が低くなり、層分離が起こりやすくなる。また、Ｓｉ_３Ｎ_４成分が少ないため、Ｓｉ_３Ｎ_４成分の特長である不純物拡散防止機能が発現しにくくなり、セラミックスコア層中あるいは外的環境からの種々の不純物が、接合層４や加工層５に混入しやすくなる。ｘ＞２．０でありｙ＞１．５であると、Ｏ成分がＳｉ、Ｎに対して多くなるため、ＳｉＯ_２成分がＳｉ_３Ｎ_４成分に対して多くなり、不純物封入層３の耐湿性の劣化が起こり、さらにはＳｉＯ_２成分の「極めて小さい熱膨張率」が不純物封入層３に大きく発現し、不純物封入層３とセラミックスコア層２と間の熱膨張率差が大きくなり、セラミックスコア層２との親和性及び一体性の維持ができなくなる場合がある。その結果、ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１の特性が悪化する。

【0022】

不純物封入層３の組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘ及びｙの値が、セラミックスコア層側と接合層側とでは異なることが好ましい。これにより、不純物封入層３は、セラミックスコア層２との親和性をさらに良好にできるとともに、セラミックスコア層２からの不純物拡散をさらに防止することができる。例えば、セラミックスコア層側から接合層側に進むにしたがって、不純物封入層３におけるＳｉ、Ｏ、Ｎの原子比を適宜変化させることにより、不純物封入層３とセラミックスコア層２との間の親和性及び一体性を維持しながら熱膨張率差を小さくできるとともに、不純物封入層３と接合層４との間の親和性及び一体性を維持しながら熱膨張率差を小さくすることができる。

【0023】

セラミックスコア層側から接合層側に進むにしたがって、すなわち、セラミックスコア層側から外側に進むにしたがって、不純物封入層３の組成を徐々に変化させることが好ましい。すなわち、不純物封入層３の組成を傾斜組成（Ｇｒａｄａｔｉｏｎ）とすることが好ましい。これにより、不純物封入層３とセラミックスコア層２との間の親和性及び一体性並びに不純物封入層３と接合層４との間の親和性及び一体性を維持しながら、不純物封入層３におけるセラミックスコア層２の近傍領域の熱膨張率をセラミックスコア層２の熱膨張率に近づけることができ、かつ、不純物封入層３における接合層４の近傍領域の熱膨張率を接合層４の熱膨張率に近づけることができる。その結果、不純物封入層３は、特許文献２に記載されている先行発明のような、各層の組成がそれぞれで全く異なり、熱膨張率が大きく隔絶する明瞭な段差を持たなくなる。このため、不純物封入層３は、滑らかにつながった組成物として、親和性及び一体性が保たれ、併せて不純物封入層３における熱応力の発生を抑制することができる。そして、不純物封入層中の剥離やクラック、不純物封入層３の反りの発生が防止される。具体的には、例えば、セラミックスコア層側から接合層側に進むにしたがって、不純物封入層３の組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘの値が徐々に小さくなり、ｙの値が徐々に大きくなることが好ましい。

【0024】

不純物封入層３の組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘ及びｙの値が、セラミックスコア層側と接合層側とでは異なる場合、不純物封入層３及びセラミックスコア層２の間の親和性及び一体性の観点から、セラミックスコア層２の近傍の領域３１では、不純物封入層３の組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘの値が０．８～２．０であり、ｙの値が０．０～１．２であることが好ましく、ｘの値が１．０～１．８であり、ｙの値が０．２～１．０であることがより好ましい。また、不純物封入層３の外側の領域３２では、不純物拡散防止の観点から、不純物封入層３の組成式ＳｉＯ_ｘＮ_ｙにおけるｘの値が０．０～０．７であり、ｙの値が０．８～１．５であることがより好ましく、ｘの値が０．２～０．５であり、ｙの値が１．０～１．４であることがより好ましい。また、この場合、不純物封入層３の層中の剥離及びクラックを抑制する観点から、不純物封入層３の組成を傾斜組成（Ｇｒａｄａｔｉｏｎ）とすることが好ましい。

【0025】

不純物封入層３の厚みは、セラミックスコア層２との親和性を保ち、セラミックスコア層２との一体化が可能で、かつセラミックスコア層中の不純物拡散を防止するに十分な厚みであることが好ましい。このような観点から、不純物封入層３の厚みは、通常は３μｍ以下であり、好ましくは０．５～２．０μｍである。不純物封入層３の厚みが０．５μｍ以上であると不純物の拡散を十分に防止することができる。不純物封入層３の厚みが２．０μｍ以下であると不純物封入層３とセラミックコア層２との間の熱膨張率差による反りの発生を防止できる。

【0026】

不純物封入層３は、通常のＬＰＣＶＤ（減圧化学蒸着）装置、プラズマ装置等の装置を用いて、ＳｉＨ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、Ｏ_２、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ等の原料ガスを供給することで形成することができる。また、不純物封入層３は、ＳｉＨ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、Ｏ_２、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ等の原料ガスの比率を徐々に変えながら原料ガスを供給することで傾斜組成（Ｇｒａｄａｔｉｏｎ）とすることができる。不純物封入層３を形成するための装置は、ＬＰＣＶＤ装置が好ましく、原料ガスは、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏが好ましい。

【0027】

（接合層）
接合層４は、不純物封入層上の、ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’（ここで、ｘ’＝１～２、ｙ’＝０～２）の組成式で表される組成物の層である。ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’の組成式で表される組成物も、一般的に、（ｉ）ＳｉＯ_２成分、（ｉｉ）（Ｓｉ、Ｏ、Ｎ）からなる成分（例えば、Ｓｉ_２Ｎ_２Ｏ成分）、（ｉｉｉ）Ｓｉ_３Ｎ_４成分の混合組成物である。ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’の組成式で表される組成物も、場合により微量のＨを含むが、本明細書ではＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’の組成式中にＨを表示しない。すなわち、ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’の組成式で表される組成物は、微量のＨを含有するものも含む。また、ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’の組成式で表される組成物は、単純な定比化合物の混合組成物に限らず、Ｓｉ、Ｏ、Ｎ原子の割合が定比例の法則に従わない不定比化合物も含む混合組成物であってもよい。

【0028】

接合層４のＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’の組成式において、ｘ’＜１でありｙ’＝０であると、接合層４はＳｉＯ_２成分が主体になるため、不純物封入層３との親和性には富むが、脱ガス、脱水によるボイド欠陥が発生しやすくなる。ｘ’＜１．０でありｙ’＞２．０であると、接合層４において高剛性及び高硬度のＳｉ_３Ｎ_４成分が多くなるため、研磨などの後の工程のコストが掛る。一方、ｘ’＞２．０でありｙ’＝０であると、接合層４はＳｉＯ_２成分が主体になるため、研磨は容易だが強度が低いため、平滑化に難点がある。また、接合層４に不純物拡散防止機能の高いＳｉ_３Ｎ_４成分がほとんど存在しないため、セラミックスコア層中あるいは外的環境からの種々の不純物が加工層５に拡散しやすくなる。ｘ’＞２．０でありｙ’＞２．０であると、ＳｉＯＮの不定比で不安定な成分ができやすくなり、親和性及び一体性は改善されるものの、耐湿性が低下する場合がある。

【0029】

接合層４の組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’におけるｘ’及びｙ’の値が、不純物封入層側と加工層側とでは異なることが好ましい。これにより、接合層４と不純物封入層３との間で、親和性及び一体性を維持しつつ、熱膨張率差を小さくできるとともに、接合層４と加工層５との間で、親和性及び一体性を維持しつつ、熱膨張率差を小さくできる。そして、層間剥離やクラック、反りが発生しなくなる。

【0030】

接合層４の組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’におけるｘ’及びｙ’の値が、不純物封入層側と加工層側とでは異なる場合、接合層４及び不純物封入層３の間の親和性及び一体性の観点から、不純物封入層３の近傍の領域４１では、接合層４の組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙにおけるｘ’の値は、１．０～１．８であり、ｙ’の値は１．０～２．０であることが好ましく、ｘ’の値は１．１～１．５であり、ｙ’の値は１．２～１．９であることがより好ましい。また、接合層４の外側の領域４２では、接合層４及び加工層５の間の親和性及び一体性の観点から、接合層４の組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’におけるｘ’の値は、１．３～２．０であり、ｙ’の値は０．０～１．６であることが好ましく、ｘ’の値は１．５～１．８であり、ｙ’の値は０．２～１．４であることがより好ましい。

【0031】

不純物封入層側から加工層側に進むにしたがって接合層４の組成を徐々に変化させることが好ましい。すなわち、接合層４の組成を傾斜組成（Ｇｒａｄａｔｉｏｎ）とすることが好ましい。これにより、接合層４と不純物封入層３との間の親和性及び一体性並びに接合層４と加工層５との間の親和性及び一体性を維持しながら、接合層４における不純物封入層３の近傍領域の熱膨張率を不純物封入層３の熱膨張率に近づけることができるとともに、接合層４における加工層５の近傍領域の熱膨張率を加工層５の熱膨張率に近づけることができる。そして、層間剥離やクラック、反りが発生しなくなる。具体的には、例えば、不純物封入層側から加工側に進むにしたがって、接合層４の組成式ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’におけるｘ’の値が徐々に大きくなり、ｙ’の値が徐々に小さくなることが好ましい。

【0032】

接合層４の厚みは、セラミックスコア層２の欠陥やボイドを埋めるに十分な厚みであることが好ましい。通常、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板でセラミックスコア層２として使用されるセラミックス基板は、研削及び研磨され、表面が平滑である。しかし、それでも、セラミックス基板には焼結時にできた欠陥やボイドが残る。一般的には、そのボイドの深さは、最大およそ４μｍである。したがって、接合層４の厚みは、これらの欠陥やボイドを埋めるに十分な厚みであることが好ましい。このような観点から、接合層４の厚みは、好ましくは４．５～８．５μｍである。接合層４の厚みが４．５μｍ以上であると、接合層４は欠陥やボイドを十分に埋めることができ、接合層４の表面に凹部が形成されることを防止できる。一方、接合層４の厚みが８．５μｍ以下であると余分な成膜費用が掛り効果/費用が悪くなることを抑制できる。

【0033】

接合層４も、不純物封入層３と同様に、通常のＬＰＣＶＤ（減圧化学蒸着）装置、プラズマ装置等の装置を用いて、ＳｉＨ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、Ｏ_２、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ等の原料ガスを供給することで形成することができる。また、接合層４も、不純物封入層３と同様に、ＳｉＨ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、Ｏ_２、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ等の原料ガスの比率を徐々に変えながら原料ガスを供給することで傾斜組成（Ｇｒａｄａｔｉｏｎ）とすることができる。接合層４を形成するための装置は、ＬＰＣＶＤ装置が好ましく、原料ガスは、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏが好ましい。

【0034】

（加工層）
加工層５は、接合層の種結晶の層である。加工層５の上にはＩＩＩ－Ｖ族化合物をエピタキシャル成長させる。種結晶は、加工層５の上にエピタキシャル成長させるＩＩＩ－Ｖ族化合物の結晶と類似の結晶形で、格子定数が比較的近く、かつ、大口径の基板が容易に得られるものであることが好ましい。このような観点から、種結晶は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＡｌ_２Ｏ_３が好ましく、Ｓｉ＜１１１＞がより好ましい。また、大口径の基板が容易に得られるという観点から、ＡｌＮ及びＧａＮは気相成長より作られたものであることが好ましい。例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＴＨＶＰＥ法（トリハイドライド気相成長法）等の気相成長法により、ＡｌＮ及びＧａＮの種結晶用の大型結晶を作製することができる。

【0035】

加工層５の厚みは、好ましくは２００～１０００ｎｍである。加工層５の厚みが２００ｎｍ以上であると、加工層５におけるイオン注入によりダメージを受けた部分の割合を小さくすることができ、良質な種結晶を接合層４の上に形成することが容易になる。加工層５の厚みが１０００ｎｍ以下であると、加工層５の上にエピタキシャル成長させるＩＩＩ－Ｖ族化合物の結晶と加工層５との間の熱膨張率差により、ＩＩＩ－Ｖ族化合物の結晶に欠陥やクラックが発生することを抑制できる。

【0036】

加工層５は、例えば、種結晶基板にイオン注入を施した後、上記の接合層４へ種結晶基板のイオン注入した部分を薄膜転写することにより、すなわち、接合層４へ種結晶基板を転写した後、種結晶基板を剥離することにより形成することができる。イオン注入は通常の方法でよい。イオン注入とは、真空中で、注入を目的とする原子もしくは分子をイオン化し、数ｋｅＶから数ＭｅＶに加速して固体中に注入する方法である。注入するイオンには、例えば、水素イオン、アルゴン（Ａｒ）イオン等が挙げられる。イオン注入には、例えば、イオン注入装置が使用される。イオン注入装置は、高エネルギー加速器及び同位体分離器を小型化したものであり、イオン源、加速器、質量分離器、ビーム走査部、注入室等から構成される。なお、イオン注入領域の深さは、イオンの加速エネルギー、照射量等で調整することができる。イオン注入領域の深さは、好ましくは２００～１０００ｎｍであり、より好ましくは３００～６００ｎｍである。イオン注入領域の深さが２００ｎｍ未満であると、接合層上に形成された種結晶のうち水素イオンやＡｒイオン等でダメージを受けた部分の割合が大きくなり、加工層５が良好な種結晶の層とはならない場合がある。一方、イオン注入領域の深さが１０００ｎｍより深いと種結晶が厚くなり過ぎ、この上に成膜されるＩＩＩ－Ｖ族化合物の結晶と種結晶との熱膨張率差が大きくなり、ＩＩＩ－Ｖ族化合物の結晶に欠陥やクラックが発生しやすくなったり、経済的でなくなったりする場合がある。なお、種結晶基板にイオン注入を施した後、水素イオンやＡｒイオン等でダメージを受けた部分を除去するために、種結晶基板にＣＭＰ（化学機械研磨）やエッチングを施すことが好ましい。また、薄膜転写後、回収された残部の種結晶基板は再度、イオン注入して、接合層に薄膜転写する種結晶基板として再使用される。

【0037】

（ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶）
ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＴＨＶＰＥ法（トリハイドライド気相成長法）等の気相成長法により、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１上に、ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶を、エピタキシャル成長により形成することができる。これにより、大口径かつ厚膜である高品質のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶を得ることができる。ＩＩＩ－Ｖ族化合物は、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種のＩＩＩ族元素とＮとの化合物であることが好ましい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物には、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ等が挙げられる。これらの中で、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１は、ＧａＮの作製に特に好適である。さらに、必要に応じてＩＩＩ－Ｖ族化合物は、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｉ等のドーパントを含むことができる。

【0038】

本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板１上に形成したＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶を剥離することで、大口径で、不純物による汚染の少ない、自立したＩＩＩ－Ｖ族化合物単結晶基板を作製することができる。

【0039】

［ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法］
本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法は、セラミックスコア層を封入する不純物封入層を形成する工程（Ａ）と、不純物封入層の上に接合層を形成する工程（Ｂ）と、接合層の上に加工層を形成する工程（Ｃ）とを含む。これにより、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を製造することができる。以下、各工程を詳細に説明する。

【0040】

（工程（Ａ））
工程（Ａ）では、セラミックスコア層を封入する不純物封入層を形成する。不純物封入層は、通常のＬＰＣＶＤ（減圧化学蒸着）装置、プラズマ装置等の装置を用いて形成することができる。なお、セラミックコア層及び不純物封入層は上述の本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の項目で説明したものと同様であるので、セラミックコア層及び不純物封入層の説明は省略する。

【0041】

（工程（Ｂ））
工程（Ｂ）では、不純物封入層の上に接合層を形成する。接合層も、不純物封入層と同様に、通常のＬＰＣＶＤ（減圧化学蒸着）装置、プラズマ装置等の装置を用いて形成することができる。なお、接合層は上述の本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の項目で説明したものと同様であるので、接合層の説明は省略する。

【0042】

（工程（Ｃ））
工程（Ｃ）では、接合層の上に加工層を形成する。加工層は、種結晶の基板を接合層に転写した後、種結晶の基板を剥離することにより形成することができる。図２を参照して具体的に説明すると、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される少なくとも１種の物質からなる種結晶の基板６にイオン注入を行い、基板６にイオン注入層６１を形成する（図２（ａ）参照）。イオン注入層６１が接合層４に接触するように基板６を接合層４に転写する（図２（ｂ）参照）。そして、転写した基板６を剥離することにより加工層５を形成することができる（図２（ｃ）参照）。なお、加工層は上述の本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の項目で説明したものと同様であるので、加工層の説明は省略する。

【0043】

（追加の工程）
本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法は、セラミックコア層、不純物封入層及び接合層の少なくとも１つの層を熱安定化処理する工程と、熱安定化処理した層の表面を研磨する工程とをさらに含んでもよい。例えば、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法は、工程（Ａ）の前にセラミックコア層を熱安定化処理する工程と、熱安定化処理したセラミックコア層の表面を研磨する工程とをさらに含んでもよい。これにより、セラミックコア層及び不純物封入層の間の接合強度をさらに向上させることができる。また、本発明の一実施形態のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法は、工程（Ａ）及び工程（Ｂ）の間に不純物封入層を熱安定化処理する工程と、熱安定化処理した不純物封入層の表面を研磨する工程とをさらに含んでもよい。これにより、不純物封入層及び接合層の間の接着強度をさらに向上させることができる。さらに、工程（Ｂ）及び工程（Ｃ）の間に接合層を熱安定化処理する工程と、熱安定化処理した接合層の表面を研磨する工程とをさらに含んでもよい。これにより、接合層の密度が高くなり、接合層が厚くなっても、研磨及び平滑化に耐えるようにすることができる。また、接合層及び加工層の間の接着強度をさらに向上させることができる。

【0044】

熱安定化処理では、例えば、１０００～１３００℃の温度で層の焼き締めを行う。また、熱安定化処理を行った層は、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）で平滑化される。

【0045】

以上の説明はあくまで一例であり、本発明のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板及び本発明のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の製造方法は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、静電チャックで、ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を固定できるようにするために、ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の最下層として、Ｐ－Ｓｉ膜、ドープＰ－Ｓｉ膜等の半導体膜を成膜してもよい。

【実施例】

【0046】

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0047】

［実施例1］
ＡｌＮ粉１００重量部に焼結助剤としてＹ_２Ｏ_３粉５重量部を混合して得られた混合物をシート成形して、ＡｌＮのグリーンシートにし、このＡｌＮのグリーンシートを約φ２３０ｍｍの円盤状にカットして、円盤状のグリーンシートを作製した。円盤状のグリーンシートをＮ_２の雰囲気の下、１８５０℃の焼成温度で４時間焼成してＡｌＮセラミックスを作製した。得られたＡｌＮセラミックスをさらに研削及び研磨し、直径２００ｍｍ、厚み７５０μｍの円形の多結晶ＡｌＮセラミックス基板とした。

【0048】

この多結晶ＡｌＮセラミックス基板（Ｐ－ＡｌＮセラミックス基板）をＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏのガス供給装置を有するＬＰＣＶＤ装置に入れた。そして、Ｐ－ＡｌＮセラミックス基板を４００℃に昇温した後、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏを供給して成膜をスタートした。ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏの割合は、成膜スタート時はモル比でＳｉＨ_４／Ｏ_２／ＮＨ_３／Ｎ_２Ｏ＝１０／２０／１／１であった。成膜最終時のＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏの割合がモル比でＳｉＨ_４／Ｏ_２／ＮＨ_３／Ｎ_２Ｏ＝１０／１／１０／１０となるように、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏの割合を３０分掛けて均等に少しずつ変化させた。そして、膜厚８００ｎｍの不純物封入層（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物）でＰ－ＡｌＮセラミックス基板を封止した。

【0049】

不純物封入層（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物）の各元素の定量分析を行ったところ、成膜スタート時のＰ－ＡｌＮセラミックス基板近傍の領域は、ＳｉＯ_２成分が多く、ＳｉＯ_２成分と僅かなＳｉ_３Ｎ_４成分とが混合したＳｉＯ_１．８Ｎ_０．２組成物であった。成膜の最終段階の外側の領域は、ＳｉＯ_２成分が少なく主な成分がＳｉ_３Ｎ_４成分であるＳｉＯ_０．２Ｎ_１．４組成物であった。両者間の領域では成膜時間の経過とともにＳｉＯ_２成分が徐々に減少しつつ、Ｓｉ_３Ｎ_４成分が徐々に増加していた。すなわち、両者間の領域は、所謂、Ｇｒａｄａｔｉｏｎ化したＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物であった。

【0050】

このＰ－ＡｌＮセラミックス基板をさらに同じＬＰＣＶＤ装置中で５００℃に昇温した後、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏを供給して、Ｐ－ＡｌＮセラミックス基板の上面のみに成膜をスタートした。ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏの割合は、成膜スタート時はモル比でＳｉＨ_４／Ｏ_２／ＮＨ_３／Ｎ_２Ｏ＝１０／１／１０／１０であった。成膜最終時のＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏの割合がモル比でＳｉＨ_４／Ｏ_２／ＮＨ_３／Ｎ_２Ｏ＝１０／１０／１／１となるように、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏの割合を３時間掛けて均等に少しずつ変化させた。そして、膜厚５μｍの接合層（ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’組成式で表される組成物）を不純物封入層の上に形成した。なお、この膜厚５μｍの接合層により、Ｐ－ＡｌＮセラミックス基板に起因するボイドは完全に埋められた。

【0051】

不純物封入層と同様に、接合層（ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’組成式で表される組成物）の各元素の定量分析を行ったところ、不純物封入層近傍の領域は、主成分のＳｉ_３Ｎ_４成分と僅かなＳｉＯ_２成分が混合したＳｉＯ_１．１Ｎ_１．９組成物であった。成膜の最終段階の外側の領域は、Ｓｉ_３Ｎ_４成分が僅かでＳｉＯ_２成分が主成分であるＳｉＯ_１．８Ｎ_０．２組成物であった。両者間の領域では成膜時間の経過とともにＳｉ_３Ｎ_４成分が徐々に減少しつつ、ＳｉＯ_２成分が徐々に増加していた。すなわち、両者間の領域は、所謂、Ｇｒａｄａｔｉｏｎ化したＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’の組成式で表される組成物であった。

【0052】

接合層を不純物封入層の上に形成した後、１０５０℃の加熱温度及び５時間の加熱時間で接合層を焼き締めて、接合層の熱安定化処理を行った。そして、次工程の種結晶基板の薄膜転写が容易に行えるようにするため、Ｒａ＝０．２ｎｍの表面粗さになるまでＣＭＰで接合層の表面を平滑化した。

【0053】

接合層に薄膜転写する種結晶基板としてφ２００ｍｍのＳｉ＜１１１＞基板を選んだ。通常のイオン注入装置を用いて、５×１０^１６ａｔｏｍ／ｃｍ^２のドーズ量で、深さ５００ｎｍまで、上記Ｓｉ＜１１１＞基板に対して、Ｈ_２イオンのイオン注入を行なった。イオン注入を行ったＳｉ＜１１１＞基板を、熱安定化処理及び研磨を行った接合層に薄膜転写して、接合層の上に５００ｎｍの厚みの加工層を形成し、実施例１のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を作製した（図１参照）。なお、剥離の後に残ったＳｉ＜１１１＞基板は回収し、加工層を形成するための種結晶基板として再利用した。

【0054】

実施例１のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板は、大口径でしかも反りや層分離、クラック等が見られない高品質のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板であった。

【0055】

実施例１のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を評価するために、以下の処理を行った。まず、Ｓｉ＜１１１＞表面のイオン注入によるダメージ層を除去するために、エッチング処理によって、約１５０ｎｍの深さまでＳｉ＜１１１＞基板の表面を除去した。次に、ＭＯＣＶＤ装置で３５μｍの厚みのＧａＮエピタキシャル層を加工層の上に直接形成した。この際、通常のＧａＮエピタキシャル成膜では、成膜開始初期に１０数層の超格子層を積層した後、超格子層上にＧａＮエピタキシャル膜を成膜することでＧａＮとＳｉ＜１１１＞基板との間の応力を緩和するのであるが、本評価ではＧａＮエピタキシャル膜を直接Ｓｉ＜１１１＞加工層上に成膜した。その結果、エピタキシャル層には、剥離及びクラックが全く発生していなかった。

【0056】

実施例１のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を用いて作製したＧａＮエピタキシャル層をＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板から剥離して、自立したＧａＮエピタキシャル基板を作製した。このＧａＮエピタキシャル基板を使い、縦型のトランジスターを試作した。その耐圧を調べたところ、１２００Ｖの高耐圧が得られた。なお、従前は上記の如く、１０μｍ以上の厚みのＧａＮエピタキシャル層を形成すると、反りが大きくなり、層剥離やクラックが生じた。このため、精々横型の低耐圧トランジスターしか作れなかった。これより、実施例１のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板の優位性がさらに示された。

【0057】

［実施例２］
実施例１と同様の方法（段落００４８～００５２参照）で、平滑な接合層を設けたＰ－ＡｌＮセラミックス基板を得た。続いて、接合層に薄膜転写する種結晶基板としてφ２００ｍｍのＣ面サファイア基板を選んだ。通常のイオン注入装置を用いて、１．５×１０^１7ａｔｏｍ／ｃｍ^２のドーズ量で、深さ５００ｎｍまで、上記Ｃ面サファイア基板に対して、Ｈ_２イオンのイオン注入を行なった。イオン注入を行ったＣ面サファイア基板を、熱安定化処理及び研磨を行った接合層に薄膜転写して、接合層の上に５００ｎｍの厚みの加工層を形成し、実施例２のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を作製した。なお、剥離の後に残ったＣ面サファイア基板は回収し、加工層を形成するための種結晶基板として再利用した。

【0058】

実施例２のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板は、大口径でしかも反りや層分離、クラック等が見られない高品質のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板であった。

【0059】

実施例２のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を評価するために、以下の処理を行った。まず、Ｃ面サファイア基板の表面のイオン注入によるダメージ層を除去するために、研磨処理によって、約１５０ｎｍの深さまでＣ面サファイア基板の表面を除去した。ＭＯＣＶＤ装置で３５μｍの厚みのＧａＮエピタキシャル層を加工層の上に直接形成した。ここでも、実施例１の効果評価と同様に、超格子層は積層させず、直接ＧａＮエピタキシャル層を成膜した。その結果、ＧａＮエピタキシャル層には、剥離及びクラックが全く発生していなかった。

【0060】

［比較例１］
ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏの割合を、成膜スタート時から最終時まで、モル比でＳｉＨ_４／Ｏ_２／ＮＨ_３／Ｎ_２Ｏ＝１０／１０／２／２で一定として、３０分間成膜し、膜厚８８０ｎｍの不純物封入層（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物）でＰ－ＡｌＮセラミックス基板を封止した。また、ＳｉＨ_４、Ｏ_２、ＮＨ_３及びＮ_２Ｏの割合を、成膜スタート時から最終時まで、モル比でＳｉＨ_４／Ｏ_２／ＮＨ_３／Ｎ_２Ｏ＝１０／１０／５／５で一定として、３時間成膜し、膜厚６μｍの接合層（ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’組成式で表される組成物）を不純物封入層の上に形成した。それ以外は、実施例１のＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板と同様な方法で、不純物封入層の上に接合層を形成する工程まで実施できた。なお、不純物封入層（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙの組成式で表される組成物）の各元素の定量分析を成膜スタート時のＰ－ＡｌＮセラミックス基板近傍の領域と成膜最終部分の領域とで行った。その結果、それぞれが同じＳｉＯ_２．２Ｎ_１．６組成物であった。また、接合層（ＳｉＯ_ｘ’Ｎ_ｙ’組成式で表される組成物）の各元素の定量分析を行った所、不純物封入層近傍の領域の組成物と成膜最終部分の領域の組成物とは略同じであり、ＳｉＯ_２．３Ｎ_２．１組成物であった。

【0061】

しかし、Ｐ－ＡｌＮセラミックス基板を不純物封入層で封止した後、さらに接合層を形成し熱安定化処理を行ったところ、吸湿が原因と考えられ多数のボイドが発生した。加えて不純物封入層と接合層との間で層分離も発生した。このため、接合層の上に加工層を形成する工程を実施できなかった。すなわち、比較例１では、ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板を作製できなかった。

【符号の説明】

【0062】

１ ＩＩＩ－Ｖ族化合物結晶用ベース基板
２ セラミックスコア層
３ 不純物封入層
４ 接合層
５ 加工層
６ 種結晶の基板

【図1】

【図2】