JP2004119807A - 窒化物半導体結晶の成長方法及びそれを用いた素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】結晶欠陥や反りやクラックが少なく、紫外発光素子の層として、自己吸収の少ない結晶層として好適に用いられる高Ａｌ混晶比の窒化物半導体結晶とそれを用いた素子を提供する。
【解決手段】基板１上に、Ａｌを含む窒化物半導体（例えばＡｌＧａＮ）からなる第１の層３を成長させ、その後、成長温度から降温するなどして、第１の層に亀裂１０を設け、続いて、その第１の層４の上に、Ａｌを含む窒化物半導体、例えばＡｌＧａＮ、からなる第２の層５を成長させる。
【選択図】 図１
【解決手段】基板１上に、Ａｌを含む窒化物半導体（例えばＡｌＧａＮ）からなる第１の層３を成長させ、その後、成長温度から降温するなどして、第１の層に亀裂１０を設け、続いて、その第１の層４の上に、Ａｌを含む窒化物半導体、例えばＡｌＧａＮ、からなる第２の層５を成長させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は窒化物半導体結晶の成長方法及びそれを用いた素子に係り、Ａｌを含む窒化物半導体、特にＡｌ高混晶の窒化物半導体を厚膜で結晶成長させる方法、並びにその結晶を用いて素子構造を積層する方法に関し、また、その結晶を素子構造を構成する層として用いた窒化物半導体素子（受光素子、高周波素子、ＦＥＴ、ＨＥＭＴ）、窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ、ＬＤなど）
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体のワイドバンドギャップ材料について盛んに研究がなされている。特に、紫外域（短波長域）での発光素子について、その素子を用いて、又はその素子からの発光を励起光として波長変換する変換物質（蛍光体）とを組み合わせた発光装置が、照明用途、イルミネーション、など様々な応用として考えられている。
【０００３】
一方で、発光素子の材料による光の吸収が問題となり、特に窒化物半導体発光素子の短波長化につれて従来多用されてきたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａｌ低混晶のＡｌＧａＮによる光の吸収が大きくなり、光取り出し効率を低下させてきた。
【特許文献１】
特開２００２−１７５９８５号公報
サファイア基板１の表面近傍若しくは異種基板１０条に形成された剥離用窒化物半導体層１１に水素や窒素、酸素などのイオンを打ち込むことにより得られる中間層２，１２がアモルファス的な構造となるため、歪を吸収、緩和し、クラックや反りなどを低減する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
窒化物半導体発光素子の短波長域での使用において、光の吸収が少なくなるようにバンドギャップエネルギーの大きなＡｌ高混晶のＡｌＧａＮを用いることで、問題を解決できる。また、Ａｌ高混晶の窒化物半導体を厚膜で形成することができれば、その結晶を境にして基板を除去し、基板による光吸収を軽減することが可能となる。
しかし、一方で、Ａｌ高混晶の窒化物半導体結晶は、その材料が、他のＧａＮ、ＩｎＧａＮなどに比べて、延性に貧しており、特に膜厚が大きくなると、下地層となる他の窒化物半導体材料若しくは基板との格子不整合、特に問題となるのは熱膨張係数差に起因する応力が掛かり、クラックが発生する問題がある。例えばＡｌ混晶比０．１のＡｌＧａＮを数μｍほど成長するとクラックが発生する。すなわち、Ａｌ高混晶の窒化物半導体を成長することが困難であり、一方、紫外域のような短波長域で発光する素子に用いるＡｌ高混晶の窒化物半導体結晶が十分満足するものが得られない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、従来問題となっていたＡｌＧａＮ層のクラックを結晶成長の下地層とし、結晶成長後の降温時に掛かる大きな応力をそのクラックによる収縮自在な亀裂・空隙を応力吸収する衝撃吸収層（応力緩和機構）として利用するという画期的な方法により、Ａｌ高混晶の窒化物半導体結晶を形成するものであり、その結晶を素子構造に利用したものである。
【０００６】
すなわち、本発明の結晶の成長方法は及びその結晶を用いた素子（発光素子）は、以下に示すものである。
【０００７】
本発明の窒化物半導体結晶の成長方法は、図１に示すように、基板１上に窒化物半導体結晶を成長する方法において、基板１の上に、窒化物半導体からなる第１の層３を成長させる工程と（図１（ａ），（ｂ））、該第１の層３の少なくとも一部を分断させる亀裂１０を形成する工程と（図１（ｃ））、該亀裂１０を有する第１の層４の上に窒化物半導体からなる第２の層５を成長させる工程と（図１（ｄ））、を具備してなることを特徴とする。このように、亀裂１０を設けた第１の層４を形成した上に、第２の層５を成長させることで、基板１若しくは基板１と第１の層との間の下地層２と、第２の層５との間で、熱膨張係数差、格子定数差により従来大きな応力などが掛かり、結晶が破壊されていたものが、亀裂１０を有する第１の層４を介在させることで、このような応力などが第２の層５に掛かるのを防ぎ、結晶性に優れた窒化物半導体を形成することができる。図３（ｅ）に示すように、第２の層５の結晶成長後に成長温度から室温への降温などにより、基板１若しくは各層（下地層２）と、第２の層５との上記係数の差違によるウエハの反り、応力などの影響から、亀裂を有する第１の層４が介在して両者を分離し、またその亀裂１０若しくは空隙１１が拡大・収縮することなどにより基板１若しくは第１の層４よりも基板側の層による影響を緩和して、結晶を維持して第２の層５を得ることができる。
【０００８】
また別の実施形態に係る基板上に窒化物半導体結晶を成長する方法では、図１に示すように、基板１の上に、窒化物半導体からなる第１の層３を成長させる工程と（図１（ａ），（ｂ））、第１の層３の少なくとも一方の表面側に応力を掛けて（図１（ｃ）中の矢印）、第１の層３の内部から上面側表面に達する亀裂１０を設ける工程と、該第１の層４の上に、第１の層４上面の亀裂１０を覆って窒化物半導体からなる第２の層５を成長させる工程と、を具備してなることを特徴とする。上述した窒化物半導体結晶の成長方法と異なる点は、第１の層３の亀裂１０の形成方法を具体的に示したところにあり、図１（ｃ）に示すように、ウエハに反りが発生するような応力を加えることにより、第１の層３に亀裂１０を形成するものであり、この応力は、例えばウエハに機械的に応力を加えても良く、後述するように、基板、下地層などと第１の層との間で、熱的な不整合、具体的には熱膨張係数差、格子定数差により、ウエハを温度変化させて基板１に熱的不整合による反りが発生するような応力を掛けて、亀裂１０を形成すると良い。またこのような第１の層４の亀裂１０にはわずかな空隙１１が残存する場合があるが、第２の層５はそのような亀裂１０を覆って、形成することができる。
【０００９】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第２の層の成長工程において、第２の層５を成長するに従って、第１の層４の亀裂１０が収縮・膨張して第２の層掛かる応力を緩和することを特徴とする上記（１）又は（２）記載の窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、亀裂１０を有する第１の層４は、基板側と第２の層側とに掛かる応力を分離させることができ、第２の層成長時、若しくは成長後の室温までの高温時などに亀裂１０が収縮・膨張して、第１の層４で応力を緩和させることができる。
【００１０】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第２の層がＡｌを含む窒化物半導体であることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、従来、Ａｌを含む窒化物半導体は、その結晶の性質上厚膜化、Ａｌ高混晶化すると、基板若しくは他の層の窒化物半導体材料との熱膨張係数差、格子定数差などの熱的不整合関係により、亀裂が発生して結晶破壊が起こるが、本発明では亀裂１０を有する第１の層４を介在させることで、Ａｌを含む窒化物半導体結晶でも亀裂の発生させずに結晶が得られ、また厚膜化、Ａｌ高混晶化も可能となる。
【００１１】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第２の層のＡｌ混晶比が、第１の層のＡｌ混晶比よりも低混晶であることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。第１の層に亀裂を形成する方法として、熱的な処理により形成する場合、上述したＡｌを含む窒化物半導体結晶の性質である亀裂発生容易性を利用することで、容易に亀裂を形成することができ、そのため、亀裂を有する第１の層４をＡｌ高混晶とすると薄膜でも容易に亀裂を形成することができ、また薄膜な第１の層４の方が、また、第１の層４より大きな膜厚で、Ａｌ低混晶の第２の層と組み合わせる方が、その他の組み合わせに比べて、上記応力緩和機構が好適に機能する傾向にあるためである。
【００１２】
本発明の成長方法で好ましくは、前記亀裂を形成する工程が、熱処理により亀裂が形成されることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、熱的な方法では、基板１、及び／又は、基板１と第１の層４との間の下地層２と、第１の層３との結晶の性質の違いを利用でき、且つ、応力は機械的な方法に比べて面内に一様に掛かる傾向にあるため、亀裂が面内で比較的均一に分散して得られ、上記応力緩和機構を好適に発現させる亀裂が形成されやすい。また、熱的な方法では、第１の層３の成長温度から温度を変化させて、好ましくは結晶の分解を防止することから降温させて、亀裂形成工程を経た後、すぐさま第２の層成長工程に移行でき、この間、ウエハを反応炉から取り出さずに連続して各工程を実施できることから、製造上優位である。
【００１３】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第１の層３の熱膨張係数が、前記基板１若しくは、基板１と第１の層３との間に設けられた下地層２の熱膨張係数と異なることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、熱処理による亀裂形成工程では、第１の層１と、基板１、及び／又は、下地層２との間で、熱的な不整合を決定する要因であるその材料の熱膨張係数差を利用することが、亀裂の形成が容易となり、上記応力緩和機構に好適な亀裂が得られる。このとき、特に好ましくは、基板１は、その上に成長させた窒化物半導体結晶に比較して、厚膜で、熱膨張係数差による応力について支配的であるため、基板と第１の層との熱膨張係数差が亀裂形成工程において重要な要因となり、このとき好ましくは、第１の層表面側に図１（ｃ）に示すように、第１の層表面側に引張応力が掛かるように、基板よりも第１の層の熱膨張係数を大きくすることが第１の層成長温度から降温することにより亀裂が形成され好ましい。このような熱的不整合の関係は、基板とその上に成長させた成長層との熱膨張係数差だけでなく、成長層の各層の成長上温度などの成長条件、成長層の膜厚により変化する。
本発明の成長方法で好ましくは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、前記第１の層成長工程において第１の層３を第１の成長温度で成長させ、図１（ｃ）に示すように前記亀裂形成工程において第１の成長温度と異なる第２の温度にして第１の層表面側３を凸面側として亀裂１０を形成し、図１（ｄ）に示すように、前記第２の層成長工程において第２の温度と異なる第３の温度にして第１の層の亀裂を収縮した後、図１（ｅ）に示すように第２の層を成長させることである。このように、第１の層３と基板１若しくは下地層２との間で熱的な不整合を有する場合に、第１の層を凸面側とすることで上述したように、亀裂１０を好適に形成できる。
【００１４】
本発明の成長方法で好ましくは、前記亀裂形成工程により第１の層に亀裂を形成した後、亀裂を収縮させる亀裂収縮工程を具備すること特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、第２の層５は、図３に示すように、亀裂１０若しくはそれにより設けられた空隙１１を覆って、第１の層４の上に設けられることから、亀裂形成時から亀裂が収縮していることが好ましく、また、上記応力緩和機構を好適に発現させるためには、亀裂がある程度収縮された状態で第２の層を設けることが、亀裂が膨張・拡大するための遊びができ好ましい。上記熱処理による亀裂形成ではその熱処理の逆プロセスをたどること、例えば亀裂形成工程で昇温すれば亀裂収縮工程で降温、亀裂形成工程で降温すれば亀裂収縮工程で昇温、機械的な方法では、亀裂形成時の負荷を解放すること、または逆方向に力を加えることで実施可能である。
【００１５】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第１の層成長工程において第１の層を第１の成長温度で成長させ、前記亀裂形成工程において第１の成長温度よりも低い第２の温度に降温して亀裂を形成し、前記第２の層成長工程において第２の温度よりも高い第３の温度に昇温して第１の層の亀裂を収縮した後、第２の層を成長させることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。このとき、上述したように、好ましくは、基板よりも第１の層の熱膨張係数が小さくなるように、各材料を設定する。
【００１６】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第２の層成長工程の後、基板の上に形成された少なくとも第１の層４と第２の層５とを有する成長層の上に、第１基板４０を張り合わせる工程と、基板１及び／又は成長層の一部を除去する工程とを具備することを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。この方法により、図４（ａ）に示すように、成長層の表面側に、第１基板４０を直接、又は接合層６０（電極層７２）などを解して貼り合わせ、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、成長用の基板１上に成長させた成長層の一部、亀裂１０を有する第１の層４が素子構造に必要であれば除去領域５０から除いて、その第１の層４と基板１との間の層（下地層２）を除去領域５０としても良く、亀裂１０を含む第１の層４が素子構造に不要であれば、図４（ｃ）に示すように第１の層４と第２の層の一部５ａを除去領域５０として基板１、下地層２などと伴に除去しても良い。
【００１７】
また、前記窒化物半導体結晶の成長方法のより得られる第２の層を、素子構造の一部に用いた窒化物半導体素子である。本願発明により、Ａｌ高混晶、厚膜化が可能となった第２の層５（Ａｌを含む窒化物半導体層）の少なくとも一部を残して素子構造に用いることで、従来成長用の基板１に成長することが困難であった窒化物半導体結晶を第２の層として上述した結晶成長方法により成長させ、その一部を素子構造として用い、更に貼り合わせ用の第１基板４０に貼り合わせた形で素子駆動させる素子とできる。
【００１８】
本発明の亀裂を有する第１の層を用いた素子として、第１導電型層と第２導電型層との間に活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、前記第１導電型層の少なくとも一部若しくは前記第１導電型層における活性層と対向するの面側に、亀裂を含む第１の層と、第１の層よりも活性層側に第２の層が設けられた構造を有する窒化物半導体発光素子である。このように、亀裂１０を有する第１の層４を、素子構造若しくは素子構造の近傍に設けられた積層体の一部に用いることで、図４の白抜き矢印に示すように、素子構造内を伝搬する光を該亀裂により好適に散乱させ、素子構造を構成する窒化物半導体による光吸収を低減し、特に横方向成分の大きな光の伝搬に関して縦方向（膜厚方向）成分が大きくなるように反射されるため効果的である。
【００１９】
上記素子の好ましくは、前記第１の層に設けられた亀裂が、第１の層の活性層側面内において、面内を複数の領域に分断するように複数設けられていることを特徴とする窒化物半導体発光素子である。図２に示すように、素子の（形成）領域と亀裂及び亀裂により分断された領域との大きさの関係において、素子の領域２１ａの方が、２１ｂに比べて、素子の領域２１ａ面内を複数の領域に分断するように亀裂１０が面内で延伸されることで、上述した光の反射作用が効果的になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る窒化物半導体結晶としては、特に限定されないが、具体的には、ＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎαＡｌβＧａ１−α−βＮ、０≦α、０≦β、α＋β≦１）であり、またこれに加えて、ＩＩＩ族元素として一部若しくは全部にＢを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂで置換した混晶でもよい。また、本発明の第２の層として好適に用いられ、また第１の層として好適に用いられるＡｌを含む窒化物半導体はβ＞０であり、本発明の発光素子に係る発光層、活性層に好適に用いられるＩｎを含む窒化物半導体はα＞０である。本発明の方法により得られる第１の層若しくはそれを用いた本発明に係る発光素子は、短波長系であるワイドバンドギャップの窒化物半導体を用いた発光素子は、活性層中に、ＧａＮ若しくはＡｌを含む窒化物半導体からなる井戸層を有し、第１導電型層、第２導電型層に、それぞれ少なくとも１つのＡｌを含む窒化物半導体からなる層が設けられる素子などを用いることができる。
【００２１】
本発明の窒化物半導体（第１の層、第２の層、下地層、素子構造など）の成長において、窒化物半導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法、特に気相成長法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚が５０μｍ以下ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長速度の制御が容易であり、素子構造の形成において、原子オーダーでの素子設計が可能となる。また膜厚が５０μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長速度が速くてコントロールが難しい。また、ＨＶＰＥを用いた場合には、上述した組成式の窒化物半導体の中で、好ましくは、ＧａＮ、ＡｌＮを用いると、結晶性良く、厚膜での成長が可能である。
【００２２】
以下、本発明の窒化物半導体結晶の成長方法に係る一実施の形態について説明する。ここで、図１は、本発明の成長方法における各工程を、順番に説明する模式断面図であり、図１（ａ）は下地層２形成工程（第１の層成長工程の前工程）、図１（ｂ）は第１の層１成長工程、図１（ｃ）は亀裂１０形成工程、図１（ｄ）は亀裂１０収縮工程、図１（ｄ）は第２の層５成長工程を説明するものである。また、図２は、本発明の方法により第１の層４に形成される溝の一形態、特にその表面内での溝の形成形態を説明する模式図であり、図３は本発明の成長方法により得られる亀裂１０を有する第１の層４と第２の層５と一積層形態と、その亀裂１０、空隙１１を詳細に説明する模式断面図と、両層の界面近傍を一部拡大した部分拡大図（ｂ）であり、図４は、本発明の成長方法において、成長用基板１の上に形成した第１の層４、第２の層５を含む成長層表面に貼り合わせ用の支持基板４０を貼り合わせて基板を除去して素子構造、チップを形成する方法を説明する模式断面図であり、支持基板（第１基板）４０に貼り合わせる工程を図４（ａ）に、支持基板４０にあり合わせた後、成長用基板１側から基板１と下地層などを除去する工程を除去領域５０が異なる形態としてそれぞれ図４（ｂ），（ｃ）に、その除去工程後に別の支持基板（第２基板）４１に貼り合わせる工程及び貼り合わせ後に第１基板を除去する工程を図４（ｄ）に示すものであり、本発明の成長方法により得られる第２の層５及び／又は第１の層４を発光素子に用いた形態を説明する模式断面図である。
（第１の層成長工程）
本発明の成長方法では、図１に示すように、成長用の基板１、若しくは基板上に成長させた下地層２の上に、窒化物半導体からなる第１の層３を成長させる（図１（ａ），（ｂ））。第１の層３は、特に窒化物半導体材料を用いなくても後に続く工程で層に亀裂が形成でき、第２の層を成長可能であれば他の材料（半導体材料）を用いても良い。
＜基板１＞：第１の層（第２の層）成長用の基板
本発明の成長方法に係る基板、特にエピタキシャル成長用の基板１としては、窒化物半導体と異なる材料の異種基板として、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができ、また異種基板以外として、ＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体基板なども用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられ、この異種基板はオフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化物半導体からなる下地層２の成長が結晶性よく成長させるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層２となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、この場合除去後の単体基板が本発明の成長用基板１となり、上記いずれの基板でも、本発明に係る第１の層、第２の層を実質的に成長させる基板が成長用の基板１となる。また、下地層、第１の層、第２の層、素子構造などを形成した後に、後述する支持基板４０を用いた基板剥離などにより、異種基板などの最初の成長用基板を除去して、除去されずに残った成長層を本発明の成長方法の各工程で用いても良い。
＜下地層２＞
ここで下地層２は、基板材料、第１の層の成長条件により省略可能であり、基板１に異種基板を用いる場合には、バッファ層（低温成長層）、高温成長で単結晶の窒化物半導体（好ましくはＧａＮ）からなる下地層を介して、第１の層３を形成すると、窒化物半導体の成長が良好なものとなる。ここで、低温成長バッファ層には、好適にはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を低温（２００〜９００℃）で成長させ、続いて高温で成長させて用い、膜厚５０Å〜０．１μｍ程度で形成する。また、基板１除去して成長基板とすることもでき、異種基板１上に設ける下地層２として、その他に、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌｌｙ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域を、所望のパターン、例えばストライプ状に設け、その非マスク領域をマスク領域に比べて優先的に、好適には選択的に窒化物半導体が成長することで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜された層などがある。その他のＥＬＯＧ形態では、異種基板若しくはその上に成長させた結晶に、凹凸、エッチングにより所望のパターン、例えば島状に、窒化物半導体の成長用の核を面内に複数を設け、その開口部側面から横方向への成長がなされて、成膜される層でもよく、ＥＬＯＧは異種基板に限定されない。
＜第１の層＞
本発明に係る第１の層としては、好適には窒化物半導体が用いられ、特に好ましくはＡｌを含む窒化物半導体が用いられ、最も好ましくはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）が用いられる。これは、その上に成長させる第２の層５との格子整合性に優れ、また後述する亀裂形成に優位な材料となるからである。また膜厚は特に限定されず、第２の層５が好適に成長可能であれば良く、具体的には後述する亀裂形成の容易化、制御可能性、応力緩和機構との関係から、具体的には、膜厚としては、組成、Ａｌ混晶比などにより異なるが、具体的には０．０５μｍ以上２μｍ以下の範囲、好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲で用いることができ、このときＡｌを含む窒化物半導体のＡｌ混晶比としては、０．１以上０．３以下の範囲のものが好適に使用される。
（亀裂形成工程）
本発明の成長方法に係る亀裂形成工程は、図１（ｃ）に示すように、第１の層３に亀裂が設るものであり、特に限定されないが、具体的な方法としては、機械的な方法と、熱処理による方法と、それらを組み合わせた複合的な方法とがある。
機械的な方法としては、図示しないが、第１の層３を成長させたウエハを固定治具により、例えば周縁部を固定し、固定治具から露出されたウエハに、当接して押圧する押圧治具により、ウエハを図１（ｃ）に示すように反る方向に力を掛けて、亀裂１０を形成することができる。この機械的な方法はこの例に限らず、ウエハを反る方向に外力が加わるような機構、手段であればどのような方法でも良い。また、機械的な方法において、ウエハが反る方向に力を加える他に、ウエハを折り曲げる方向に力を加えることでも亀裂が形成できるが、図３に示すような面内に複数方向、複数本に走る亀裂を形成するには複数回の折り曲げを実施する必要があるため、煩雑な作業となる傾向にあり好ましくはなく、また治具を叩き当てる衝撃により亀裂を永逝することができるが、亀裂１０は、第１の層以外の層、例えば下地層、には設けられていないことが第２の層の成長から好ましく、そのような亀裂形成時の制御が困難となる傾向にある。
また、別の機械的な方法によるものとして、ダイサー、スクライバーなどの機械的な加工手段により、第１の層を加工して、亀裂形成することも可能である。例えば、スクライバーなどの切り欠き手段により、第１の層３表面に当接させて、切り欠きを設けること、ダイサーにより第１の層の一部を除去する深さ（途中の深さ）で溝を設ける溝形成手段により、亀裂を誘発させることができる。上記切り欠きでは、上記機械的にウエハに力を加えることで、亀裂を膜厚方向に延伸させて第１の層に亀裂を形成しても、後述の材料間の格子定数、熱膨張係数差による応力が第１の層の基板側表面、図１では下地層２と第１の層３との界面、で加わった状態で切り欠きすることで、亀裂を誘発させることもでき、ダイサーのような溝形成手段でも同様な方法を採ることができる。すなわち、このような加工手段による亀裂形成では、上記機械的方法、熱処理方法（材料の性質の違いによる内部応力も含む）と、組み合わせて亀裂を形成することができる。
上記いずれの方法・手段においても、好ましくは図１（ｃ）に示すように、第１の層３側表面と凸面側とし、基板１側（第１の層を成長させた基板面に対向する面側）を負う面側とすることである。なぜなら、亀裂１０を第１の層３に形成する場合に、第１の層表面が凹面側、基板１裏面が凸面側とすると、第１の層表面に圧縮応力が加わり、表面の結晶が押しつぶされるようになるため、結晶の破壊、また基板側の第１の層表面側からの亀裂形成も可能であるがその制御が困難となるが、第１の層３表面を凸面側とし、表面に引張応力が加わることで、表面側から亀裂１０が深さ方向（基板に向かう方向）に延伸して形成され、基板１及び／又は下地層２と、第１の層３とで、異なる材料を用いると、第１の層３の基板側表面（図１では下地層２との界面）側に異種接合面、例えば第１の層と下地層との界面、下地層内での異種接合面、基板面と第１の層若しくは下地層の界面、が設けられ、そこで亀裂１０の伝搬が抑制され、深さ制御が可能となるからである。
熱処理による方法は、本発明の成長方法において好適に用いられ、基板１及び／又は下地層２と、第１の層３とで、異なる熱膨張係数の材料を選定することで、各材料の熱膨張係数差による熱的な不整合を利用して、ウエハの温度を変化させて、ウエハに図示するような応力を加えて、第１の層３に亀裂１０を形成することができる。熱処理方法では、基板１及び／又は下地層２と、第１の層３との間で、格子定数を異なるものとしても、このような温度変化による応力が生まれて亀裂１０を形成できるが、その応力は熱膨張係数差によるものと比較して非常に小さく、亀裂１０を形成するには不向きであるので、上記熱膨張係数差を主に利用する方法が好ましく、両者を複合的に利用しても良く、通常、各層、基板に異なる材料、異なる組成の半導体材料を用いることで実現される。
また、熱処理による方法では、好ましくは、第１の層の熱膨張係数より、基板１及び／又は下地層２の熱膨張係数を大きくすることで、第１の層の成長温度から降温すること、すなわち第１の層の成長温度より低温度として亀裂形成工程とすることで、第１の層表面が凸面側となる応力が加わるため好ましい。このとき、特に好ましくは、基板と第１の層との熱膨張係数差を考慮すると、基板はその上に成長させる層よりも比較的、且つ十分に厚膜であるため、熱処理による応力では基板との間での熱膨張係数差が支配的となるため好ましい。
但し、熱膨張係数は、温度により変化し、このような熱膨張係数の関係は、後述する第１の成長温度、第２の温度、第３の成長温度において変化することがあり、これらが複合的に作用して、熱的な不整合が形成される。従って、基板上の成長層の成長温度、膜厚により両者の関係が逆となることもある。すわわち、本願発明の成長方法において、熱処理による場合には、各工程において、熱的な不整合によりウエハに応力が掛かり、特に好ましくは、亀裂形成工程において第１の層表面を凸面側として、引張応力が係ることが好ましい。例えば、基板若しくは下地層と、第１の層との熱的不整合は、熱膨張係数において、室温と、第１の層成長温度（第１の成長温度）とでは、その差が変化し、温度条件によっては逆転させることも可能である。
本発明はこれに限らず、熱膨張係数が、第１の層が、基板１及び／又は下地層２より小さくすることもでき、この場合、熱処理は、第１の層より昇温してその成長温度よりも高温で亀裂形成することで第１の層表面を凸面側とできる。このような熱処理方法にあっては、第１の層に亀裂が形成されやすい応力が加わるような、材料、膜厚で形成することが好ましく、膜厚では、超格子のような薄膜では応力によりひずみが導入されて亀裂形成が困難となるため、それよりも厚膜とすること少なくとも１０ｎｍ以上、好ましくは上記５０ｎｍ以上とすることでそのようなひずみ導入による応力緩和、それによる亀裂形成困難な状態を回避できる。第１の層の材料としては、クラックなどの亀裂発生が容易なＡｌを含む窒化物半導体、好ましくは上記ＡｌＧａＮとすることで、好適に亀裂形成が可能となる。また、後述するように亀裂１０を有する第１の層４による応力緩和機構により、空隙１１の有無に関係なく亀裂１０の形態としては、少なくとも深さ方向に第１の層４の内部に達する深さで亀裂が形成され、好ましくは図１〜３に示すように第１の層４を貫通して、すなわち第１の層４の対向する表面間を延伸して両表面に到達するように設けられることであり、更に好ましくは断面内において縦断して横方向に分離されるように横方向に複数の縦方向に延伸する亀裂が設けられることである。
（亀裂収縮工程）：省略可
上述した亀裂形成工程を経た後、直ぐさま第２の層成長工程に移ることも可能で、すなわちここで説明する亀裂収縮工程は省略可能であるが、本発明の成長方法においては好適には両工程の間に、図１（ｄ）に示すように、亀裂の幅、空隙を小さくする亀裂収縮工程を備えることで、第２の層の成長工程において、図４に示すように、亀裂１０を覆って第２の層５が成長させやすくなり、結晶性が向上する。この亀裂収縮工程は、上述したように機械的な方法、熱処理による方法などを具体的な手法としてあげることができ、上記亀裂形成工程とは逆方向に力が掛かるようにすることで実現される。熱処理による方法について例示すると、図１に示すように第１の層４表面を凸面側とし、熱膨張係数が第１の層が、基板１及び／又は下地層２よりも小さい場合には、亀裂形成工程において降温により低温度にとする熱処理を、亀裂収縮工程において昇温する亀裂形成工程よりも高温度とすることで図中矢印とは逆方向に応力が掛かり、若しくは矢印方向の応力が弱まることで、図１（ｄ）に示すように収縮させることができ、このとき、次に成長させる第２の層５の成長温度まで昇温することでこの工程を経ることができる。このとき、亀裂形成工程における応力が逆方向、第１の層４の表面側が凹面側、である場合、上記各層・基板材料の熱膨張係数の大小関係が逆転する場合は、亀裂形成工程において昇温し、好ましくは第１の層３の成長温度より高温とし、亀裂収縮工程において亀裂形成工程より降温してその工程より低温度とし、更に、続けて第２の層５を成長させる場合にはその成長温度を亀裂収縮工程における低温度とすることができる。機械的方法による場合には、亀裂形成工程において加えた力を逆方向とすること、若しくはその外力を解放することでこの亀裂収縮工程が達成され、また第２の層の成長工程で成長温度において亀裂が大きくなるような場合には、機械的な方法によってウエハを固定、押圧する手段により亀裂収縮状態を維持して、第２の層を成長させることもできる。
（第２の層成長工程）
図１（ｅ）に示すように、第２の層成長工程として、亀裂１０を設けた第１の層４の上に所望の温度（第３の成長温度）にて、第２の層５を成長させる。このように面内で縦横に走る亀裂１０を跨って、それを覆うように成長された第２の層５は、従来困難であった窒化物半導体結晶、特にＡｌを含む窒化物半導体結晶を、高Ａｌ混晶化、厚膜化を実現させることができる。これは、上述したように亀裂を有する第１の層が基板若しくは下地層と第２の層との間に介在することで、第２の層に掛かる応力を緩和させる応力緩和機構により実現されると考えられ、図２、３に示すように、亀裂１０が面内に複数本、また縦横に延伸して互いに複数点で交叉し、亀裂により複数の領域に分断された第１の層４ａ、４ｂ、４ｃ（図３（ｂ））があることで、第２の層５成長時、また成長温度（第３の温度）から室温まで降温する際の熱的不整合による応力の発生を、亀裂の収縮・拡張若しくは亀裂により分断された領域４ａ〜ｃが各々移動することなどにより、上記応力緩和機構が実現されると考えられる。そのため、このような応力緩和機構は、基板と基板上の成長層である各層（下地層、第１の層、第２の層）との上記熱的不整合により変化し、また、第１の層の組成、膜厚などにも依存すると考えられ、これらを適宜選択することで、所望の応力緩和作用を奏し、また第２の層の組成に応じて適宜選択可能であり、結晶性良好な第２の層を得ることができる。また、第２の層５は、亀裂１０を有する第１の層の上に直接表面形成されても、図３、４などに示すように、その間に第１の層表面に介在層６を形成して、第２の層５を形成することもできる。このとき、介在層６としては、亀裂を有する第１の層４による応力緩和作用を阻害しない程度に薄膜で形成されることが好ましく、具体的には、第２の層よりも膜厚を小さくして、好ましくは第１の層よりも膜厚を小さくすると良い。また、亀裂１０を覆うように、第２の層が形成されることから、介在層６によりまず亀裂を覆うような層としてこの機能を担うこともでき、このような場合、平坦性でもって亀裂を覆うような成長に好適な組成としては、Ａｌ混晶比を第１の層、好ましくは第２の層よりも小さくした窒化物半導体、更に好ましくはＡｌ混晶比が０の窒化物半導体で、最も好ましくはＧａＮが用いられる。
＜第２の層＞
本願発明の成長方法において、好適に用いられる窒化物半導体としては、上述したように、Ａｌを含む窒化物半導体であり、このとき、第１の層と第２の層とでＡｌ混晶比を同じとしても異なるものとすることもでき、好ましくは第１の層のＡｌ混晶比より小さいＡｌを含む窒化物半導体である。なぜなら、従来クラックの発生などにより困難であったＡｌを含む窒化物半導体を、良好な結晶性で、高Ａｌ混晶、厚膜で得ることができるためであり、第１の層のＡｌを含む窒化物半導体のＡｌ混晶比を大きくすることで、その材料の性質を利用して比較的薄膜で上記熱的不整合による熱処理により亀裂形成が可能となり、一方、第１の層が薄膜であることで、上記応力緩和機構の効果が増大されると考えられ、また第２の層との関係において、第１の層よりＡｌ混晶比を小さくすることで、亀裂による上記応力緩和の効果が向上する傾向にあるためである。従って、このとき好ましくは第１の層より第２の層の膜厚を大きくすることが好ましい。このときＡｌを含む窒化物半導体としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）が好ましく用いられる。
【００２３】
また、膜厚としては、組成、Ａｌ混晶比などにより異なるが、具体的には１μｍ以上、好ましくは４μｍ以上で用いることができ、このときＡｌを含む窒化物半導体のＡｌ混晶比としては、０．０５以上０．２以下の範囲のものが好適に使用される。また、第２の層は、多層膜層、例えば組成傾斜層（Ａｌ混晶比を膜厚と伴に変化させたもの）、とすることもでき、単一膜で形成することもでき、好ましくは上記Ａｌ混晶比、膜厚で単一膜で形成される物が、素子構造の一部、又は素子形成時の
（第２の層成長後の工程）
以上説明した下地層、第１の層、第２の層の各層間は、特に接して形成される必要はなく、各層間に介在させて別の層が設けられていても良い。また後述する素子構造を形成する場合には、第２の層成長工程の後に続けて、素子構造を構成する第１導電型層、第２導電型層、発光素子ではそれら第１，２導電型層の間の活性層、などの各層を積層しても良い。また、第２の層を素子構造の構成層として、例えば第１導電型層の少なくとも一部として用いることもできる。
【００２４】
また、第２の層成長工程後に、一旦反応炉からウエハを取り出し、後述の基板接着・剥離などの工程、電極などの素子加工工程などを経た後、反応炉にウエハを移送して第２の層の上に、素子構造を積層することもできる。
＜支持基板の接着・剥離＞
本発明の成長方法により得られる第２の層を素子構造などに好適に利用するために、成長用基板１とは別に、支持基板となる第１基板４０に、基板１上に形成した成長層を貼り付けて、素子構造に不要な基板１側の層、例えば下地層２、第１の層４、第２の層５の一部を除去することもできる。
【００２５】
本発明の成長方法において、図４に示すように、第２の層５を成長させた後（第２の層成長工程後）、第２の層５の上に素子構造３０となる各層３１〜３３を積層した後、若しくは、電極形成、エッチングによる素子領域の分離などの素子加工工程を経た後、などに、支持基板の接着工程（貼合せ工程）、剥離工程（成長用基板の除去）、積層体の一部除去工程を実施することができる。
【００２６】
基板接着としては、図４（ａ）に示すように、第２の層５成長後、基板上に、更に第１導電型層３１、活性層３２、第２導電型層３３などの素子構造３０を積層した後、これら基板１上の成長層表面に支持基板４０を貼り合わせる。
この時、支持基板４０，４１の材料としては、その目的により種々の材料を用いることができ、素子の放熱性を高めるためには、放熱用の基板として、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｃ（ダイヤモンド）が用いられる。また、素子構造を発光素子とした場合には、基板による光の吸収・損失などを考慮して、透光性基板とすることが好ましく、このとき、基板材料は発光素子の出射光に対し、自己吸収の小さく、また支持基板４０と素子構造３０との間に接合層６０などで電極、導電性接着剤を用いる場合は多くの場合金属などの光遮蔽性、吸収性の物質が使用されるため、このような場合には透光性基板の効果が乏しく、故に、透光性基板とする際には、熱圧着などの接合層を介さない貼合せ方法、透光性の接合層を用いた貼合せ方法とすることが好ましい。
また、図４（ｃ）に示すように、支持基板４０側に素子の電極を設ける場合には、導電性を有する基板を用いることが好ましく、導電性基板としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等の半導体から成る半導体基板、又は、金属単体基板、又は相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることができるが、金属基板を用いることが好ましい。金属基板は、半導体基板に比べ機械的特性が優れており、弾性変形、さらには塑性変形し易く、割れにくく、更に素子構造を発光素子とする場合において、発光素子からの反射性に富み、すなわち反射性基板として好適に発光装置に使用されるからである。さらに、金属基板には、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ等の高導電性金属から選択された１種以上の金属と、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の高硬度の金属から選択された１種以上の金属と、から成るものを用いることができる。さらに、金属基板としては、Ｃｕ−ＷあるいはＣｕ−Ｍｏの複合体を用いることが好ましい。熱伝導率の高いＣｕを有し放熱性が優れているからである。さらに、Ｃｕ−Ｗの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦３０重量％、Ｃｕ−Ｍｏの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦５０重量％であることが好ましい。また、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックスの複合体などを用いることができる。なお、これら放熱性基板、透光性基板、導電性基板の厚さは、放熱性を高めるため５０〜５００μｍが好ましい。
【００２７】
本発明の基板貼合せ工程（接着工程）としては、基板１と成長用基板１上に成長させた成長層の表面に、図４に示すように、接合層６０を介して貼り合わせても良く、その時に接合層６０の一部を素子構造３０の第２導電型層にオーミック接触させた電極７２としても良い。また、このような接合層を介さずに、成長層表面と支持基板４０とを直接接着させる方法法を採っても良く、例えば、成長層接着側表面、支持基板接着側表面を、ウェットエッチングなどの化学的な処理、ポリッシングなどの機械的な処理、適当な雰囲気での熱処理による表面改質などの物理的な処理、またこれらを組み合わせた複合的な処理などの前処理を経て、両者の接着側表面を互いに当接させて、適当な温度、雰囲気、適当な圧力を加えることにより、両者の表面領域を拡散接合などにより接着させる。また、接合層のような接着剤を介する場合には、はんだ、共晶材料などが、用いられ、例えば、はんだを用いる場合には、成長層接着表面側、支持基板４０接着表面側の少なくとも一方にはんだ付けしてボンディングさせ、共晶材料の場合にはそのようなボンディングの他、後述するように、成長層接着表面側、支持基板４０接着表面側に、共晶となる組成物を積層させて熱圧着させて両者を接着させる。
【００２８】
以下、接合層６０を用い、尚かつ、支持基板４０に導電性基板を用いて、接合層６０の一部で素子構造の層にオーミック接触させて、基板側に電極を取り出す構造について説明する。
また、接合層６０を構成する層として、予め素子構造３０の第１導電型層３３に設ける電極７２を形成し、すなわち、成長用基板１上に成長させた成長層表面に、接合層６０の一部となる第１の接合層を設ける。以下、第２導電型層がｐ型層である場合について述べるが、ｎ型層の場合も、ｐ型層と同様にｎ電極（電極材料の一部など）が形成され、同様な構成（共晶層、接着方法など）とできる。第１の接合層は、少なくとも、第２導電型層がｐ型窒化物半導体層である場合、ｐ型層とオーミック接触し、高い反射率を有するｐ電極をｐ型窒化物半導体層に接して有することが好ましい。ｐ電極には、Ｒｈ，Ａｇ，Ｎｉ−Ａｕ，Ｎｉ−Ａｕ−ＲｈＯ及びＲｈ−Ｉｒのいずれか、より好ましくは、Ｒｈを用いることができる。ここで、ｐ電極は、ｎ型窒化物半導体層に比べ抵抗率の高いｐ型窒化物半導体層上に形成するため、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面に形成することが好ましい。なお、ｐ電極の厚さは、０．０５〜０．５μｍが好ましい。
また、第１の接合層のｐ電極を形成したｐ型窒化物半導体層の露出面に絶縁性の保護膜を形成することが好ましい。この保護膜の材料には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等から成る単層膜あるいは多層膜を用いることができる。さらに、その保護膜の上にＡｌ、Ａｇ、Ｒｈ等の高反射率の金属膜を形成しても良い。この金属膜により反射率が高くなり、光の取出し効率を向上させることができる。
また、第１の接合層のｐ電極の上に第１の共晶形成層を設けるとともに、第２の接合層に、導電性基板の主面の上に第２の共晶形成層を設けることが好ましい。第１及び第２の共晶形成層は、接合時に互いに拡散して共晶を形成する層であり、それぞれ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ等の金属から成る。第１及び第２の共晶形成層の組合せは、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、又はＩｎ−Ｐｄが好ましい。さらに好ましくは、第１の共晶形成層にＳｎを、そして第２の共晶形成層にＡｕを用いる組合せである。
また、第１の接合層の第１の共晶形成層とｐ電極との間に、ｐ電極側から密着層とバリア層を設けることが好ましい。密着層はｐ電極との間に高い密着性を確保する層であり、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏのいずれかの金属が好ましい。また、バリア層は、第１の共晶形成層を構成する金属が密着層へ拡散するのを防止する層であり、ＰｔあるいはＷが好ましい。また、第１の共晶形成層の金属が密着層へ拡散するのをさらに防止するため、バリア層と第１の共晶形成層との間に、０．３μｍ程度の厚さのＡｕ膜を形成しても良い。なお、第２の共晶層と導電性基板との間に、上記の密着層とバリア層及びＡｕ膜を設けることが好ましい。
また、接合用積層体と導電性基板とを加熱圧接する際の温度は、１５０℃〜３５０℃が好ましい。１５０℃以上とすることにより、共晶形成層の金属の拡散が促進され均一な密度分布の共晶が形成され、接合用積層体と導電性基板との密着性を向上させることができる。３５０℃より大きいと、共晶形成層の金属がバリア層、さらには密着層まで拡散して、良好な密着性が得られないからである。
また、導電性基板４０，４１を接着後に成長用基板１を除去するには、研磨、エッチング、電磁波照射、あるいはこれらの方法を組み合せた複合的な方法を用いることができる。電磁波照射は、電磁波に例えばレーザを用い、導電性基板を接合後、成長用基板１の下地層２の形成されていない面の全面にレーザを照射して（レーザアブレーション）、下地層２の一部を分解させることにより、容易に成長用基板１を成長層（下地層２など）から分離・剥離して、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、成長用基板１と下地層２などの成長層の一部とを除去すること（除去領域５０）ができる。さらに、成長用基板と下地層とを除去した後、露出した窒化物半導体層の表面をＣＭＰ処理して所望の膜を露出させる。これにより、ダメージ層の除去や、窒化物半導体層の厚み及び表面粗さの調整を行うことができる。加えて、このような基板１剥離には、その剥離に伴う衝撃による影響、例えば機械的な研磨では研磨時の衝撃、レーザ照射剥離では分解による急激な基板と下地層などの成長層の応力変化による衝撃、が加わるが、第２の層５と剥離される基板１との間に、亀裂を有する第１の層４があることで、このような衝撃から上記応力緩和機構により、第２の層及びその上に形成された素子構造を守り、良好な基板剥離が実現される。また、第２の層との関係において、第２の層よりも低Ａｌ混晶比の窒化物半導体で形成された第１の層４、下地層２、介在層６などにより、発光素子の発光を吸収する場合には、これら吸収する層を除去することが好ましい。
【００２９】
本願発明にかかる基板貼合せ工程において、支持基板４０を貼り合わせた後、所望の素子構造とするために、成長用の基板１を除去することもできる。例えば、成長用の基板１だけを除去しても良く、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板１と、基板側の成長層の一部である下地層２、下地層２、亀裂１０を有する第１の層４、第２の層の一部５ａなど、素子構造に不要となる部分を、除去領域５０として除去する。除去方法としては、研削、研磨など機械的による方法、ウェットエッチング、ドライエッチングなどのエッチングによる方法、またはこれらの方法を組み合わせた方法を用いることができる。
【００３０】
更に、本願発明の基板貼合せ工程において、図４（ｄ）に示すように、支持基板４０（第１の基板）に貼り合わせた成長層の表面を、別の支持基板４１（第２の基板）に貼り合わせることもできる。
＜第２の層を用いたい素子に関する実施形態＞
以上説明した本発明の成長方法により得られる第２の層を用いた素子の発明に係る一実施形態について以下説明する。
（半導体素子）
また、窒化物半導体層に用いるｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、特に限定されないが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。これら、アクセプター、ドナーを添加することにより、素子構造に用いられる各導電型の窒化物半導体層を形成し、後述する各導電型層を構成する。加えて、第２の層を素子構造の一部として用いる場合には上記不純物を添加して所望の導電型とでき、また、第２の層、第１の層、下地層などに上記不純物を添加することで、上述した各層の結晶性、機能を変化させることができるため、所望の機能を発現させるために、不純物が添加されても良く、不純物無添加（アンドープ）でも良い。また、本発明における第１導電型層、第２導電型層には、部分的にアンドープの層、半絶縁性の層が積層されていても良く、レーザ素子における逆導電型の埋込層（電流阻止層）のように、各導電型層内に部分的に寄生な素子部分を形成していても良い。
【００３１】
また、半導体素子となる素子構造３０は、図４に示すように、第２の層５の上に、設けられても良く、第２の層を素子構造３０の一部として含む構造で合っても良い。素子構造は、成長用基板１側の第１の導電型層３１と、それよりも基板１から離れて第２の導電型層３３とが積層された構造とできる。このとき、素子構造３０の一部に第２の層５を用いる場合は、第１の導電型層３１の一部として形成される。
【００３２】
このように素子構造において、図４に示すように、素子に電流を注入する電極の形成形態は、図４（ｃ）に示すように支持基板４０の接着面に対向する面側に電極７３を設けても良く、同図に示すように成長用基板１を剥離した除去領域５０側の成長層表面に電極７１を設けても良く、図４（ｄ）に示すように、第２の支持基板４１に貼り合わせた場合には、第１の支持基板４０を剥離した除去領域５０側の成長層表面に電極７２（７３）を設けることができる。ここで、各電極は、素子構造を構成する成長用基板１側若しくは第２の支持基板４１側の第１の導電型層３１、それとは対向する成長層表面側にある第２の導電型層３３側に電流を供給できるように、第１導電型層側電極７３、第２導電型層側電極７１とがそれぞれ電気的に接続されて、例えば、上述したように支持基板４０と素子構造３０との間に設けられた第２導電型層３３側のオーミック用の電極層７２を含む導電性の接合層６０を介して、形成される。
（発光素子）
本発明の成長方法により得られる成長層（積層体）の少なくとも一部、例えば、第２の層５、第１の層４など、を上述したように素子構造に用いることができ、発光素子に用いることもできる。具体的には、上記第１導電型層３１、第２導電型層３３との間に、活性層３２を設けた素子構造３０の積層体となる。活性層３２、発光層、井戸層などに窒化物半導体を用いる場合には、Ｉｎを含む窒化物半導体が発光効率に優れるため好ましく用いられ、更に好ましくは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）が特に優れた発光効率の発光素子が得られる。その他に、発光層として、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなども用いることができる。活性層は、単一の発光層でも、単一の井戸層の単一量子井戸構造、複数の井戸層と、障壁層を積層した多重量子井戸構造を用いることができ、好ましくは多重量子井戸構造とすることで発光出力に優れた発光素子構造。
【００３３】
図３に示すように、亀裂１０を有する第１の層４は、発光素子構造の積層体の一部として用いられると、図中白抜き矢印に示すように、素子積層体内部を伝搬する活性層からの光（図中大きな矢印）が、亀裂１０、空隙１１などにより反射され（小さい矢印）、素子外部への光取り出し効率を向上させることができる。具体的には、図中の大きな矢印として示すように、成長方向に垂直な横方向成分の大きな光に対して、それを亀裂などにより乱反射させて、成長方向（縦方向）成分を大きくした光として、素子外部に光を出す構造とでき、横方向距離が大きな薄膜積層体となる発光素子において有用な光取り出し用の素子構造、光乱反射層として第１の層４を機能させることができる。
【００３４】
このような発光素子構造と、第１の層、第２の層との関係において、第２の層５は本願発明により結晶性良好に高Ａｌ混晶比、厚膜のＡｌを含む窒化物半導体が形成されるため、発光素子の活性層からの発光波長が、実施例に示すように紫外域のような短波長である場合には、自己吸収の少ない層として第２の層（Ａｌを含む窒化物半導体層）を用いることができる。具体的には、Ａｌを含む窒化物半導体を含むの第２の層を素子構造（第１導電型層）の一部として、若しくは素子構造形成用の下地層として用い、その他の素子構造を構成する層（第１導電型層３１、活性層３２、第２導電型層３３）を、第２の層のＡｌ混晶比より小さいＡｌ混晶比の窒化物半導体とすること、Ａｌ混晶比を第２の層より大きくして第２の層より薄膜とすることで、短波長域の発光素子に好適な素子構造とできる。これは、第２の層を素子構造の他の層より高Ａｌ混晶比とすると、上述したＡｌを含む窒化物半導体によるクラックの発生、結晶性悪化を低減でき、更に、それら素子構造の層よりも厚膜で第２の層が形成されると、素子構造に対して厚膜の第２の層が各界面の応力に大きく影響を及ぼし、それが結晶性良好なものであると、結晶性良く素子構造が形成されるためである。更に、第２の層の素子構造側に対向する面側に、図に示すように、亀裂を有する第１の層４があると、素子構造積層時においても、亀裂、空隙の収縮自在・膨張自在による応力緩和機構が働き、好適にＡｌを含む窒化物半導体の層を成長させることができる。また、素子構造の各層は、活性層からの発光（電磁波）に対し、自己吸収の少ない材料を選定し、好ましくはＡｌを含む窒化物半導体を用い、更に好ましくはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を用いる。このとき、短波長域としては、青色〜紫外域の４７０ｎｍ以下、具体的には視感度の低い４２０ｎｍ以下の近紫外域、好ましくはＧａＮの吸収が大きくなる吸収端近傍の３８０ｎｍの紫外域、更に好ましくはＧａＮの吸収端である３６５ｎｍ以下の紫外域に発光する短波長域の発光素子に好適に用いられ、またこのとき、蛍光体などの波長変換部材を発光素子と共に変換部材を有する発光装置として、その波長変換部材により発光素子（放射源）の少なくとも一部の光（電磁波）を励起・変換して、その光よりも長波長の光、特に変換された可視光域の光を取り出す発光装置とできる。このとき、波長変換部材を複数として複数の波長域の光、並びに、発光素子の光と、を加法混色で、白色など、所望の発光色を発光可能な発光装置とできる。
【００３５】
図５の発光素子１００は、本発明の一実施形態を示すものであり、図５（ａ）は、第１の層４を基板１側に設けて、光反射層として機能させ、素子駆動領域となる素子構造３０には第２の層を含む第１導電型層１３１、活性層、第２導電型層が積層された発光素子構造３０であり、図５（ｂ）は、同様に素子駆動領域となる素子構造３０には第２の層を含む第１導電型層１３１、活性層、第２導電型層が積層された発光素子構造をフェースダウンで外部基板２００に導電性部材１６１、１６２により接着して実装し、成長基板１側の下地層２などを除去し、第２の層１３３側を光り出射方向とするものであり、このとき、第１の層４、介在層６も不要であれば除去することができる。
【００３６】
【実施例】
本発明に係る実施例として以下に示すが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
実施例１として、図１を用いてＡｌ高混晶の窒化物半導体結晶をＭＯＣＶＤで成長させる方法を説明する。
（下地層２）
基板１として、２インチφのサファイア基板をＭＯＣＶＤの反応炉に搬送し、続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなる（低温成長の）バッファ層を約２０ｎｍの膜厚で成長させ、次に、温度をＴＭＧのみを止めて１０５０℃まで昇温して、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用いてＧａＮよりなる高温成長のバッファ層（高温成長単結晶層）を３μｍの膜厚で成長させる。この２層を図１（ａ）に示すように下地層２として用いる。
（第１の層３）
続いて、図１（ｂ）に示すように、温度１０００℃（第１の温度）で、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用いてＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎを０．２μｍの膜厚で第１の層３を成長させる。
（亀裂形成工程）
続いて、ＴＭＧのみを止めて反応炉の温度を５００℃（第２の温度）まで降温してする。これにより、図１（ｃ）に示すように、第１の層４（３）にクラック（亀裂）が発生し、亀裂を有する第１の層４となり、またここでは、第２の温度として後に続く第２の層５の成長温度（第３の温度）まで昇温するが、第２の温度で所定の時間保持して亀裂形成工程としても良い。この状態で、更に室温まで降温して反応炉からウエハを取り出して、第１の層４（３）を観察すると、図１（ｃ）に示すように、第１の層４の表面から深さ方向に亀裂１０が形成され、ほぼ第１の層４を貫通して下地層２の表面に達しその表面で亀裂が止まり、図２に示すように下地層２表面上で第１の層４を分離させる亀裂１０が観られ、またその亀裂には空隙１１も観られ、更に図に示すように、第１の層４の表面（Ｃ面）において窒化物半導体のＭ面２０に平行な亀裂１０が面内走っているものが得られる。このように、亀裂は、第１の層表面において、その窒化物半導体の結晶面（Ｍ面の他、Ｃ面、Ａ面、Ｒ面など）に平行に形成される。また、下地層２若しくは基板と第１の層４との熱膨張係数差、格子定数差によるひずみが第１の層４、下地層２に導入される。
（亀裂収縮工程）
亀裂形成工程に続いて、反応炉の温度を５００℃から１０５０℃に昇温する。これにより、図１（ｄ）に示すように、下地層若しくは基板と第１の層４との熱膨張係数差により、図１（ｂ）に示す第１の層３成長時の状態が復元されるように、亀裂形成工程によるウエハの反り（ここでは第１の層（表面側）を凸、基板（裏面）側を凹とするウエハの反り）が緩和するように第１の層４に応力が掛かり、図１（ｄ）に示すように、亀裂１０が収縮する。
続いて、温度１０５０℃、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用いて、亀裂を有する第１の層４の上に第２の層５としてＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎを６μｍの膜厚で形成する。
【００３７】
第２の層５を形成後、に室温まで降温して、反応炉からウエハを取り出し、そのＡｌを含む窒化物半導体結晶（第２の層）を観察すると、図３に示すように、亀裂を有する第１の層４の亀裂１０を覆うように第２の層５が成長しており、平坦な表面が得られる。
［比較例１］
実施例１において、下地層２を成長後、第２の層５を成長させて窒化物半導体結晶性を得る。このようにして得られる窒化物半導体結晶は、第２の層にクラック（亀裂）が発生するものであり、下地層、基板の材料、膜厚にもより異なるが、Ａｌ混晶比０．１のＡｌＧａＮ結晶（第２の層５）ではその膜厚が約０．５μｍ以上でクラックが発生するものとなる。
［実施例２］
実施例１において、第１の層の組成をＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ、第２の層５の組成をＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎとする他は、実施例１と同様にして、Ａｌを含む窒化物半導体（第２の層）を得る。得られる窒化物半導体結晶は、実施例１と同様に、表面の平坦性に優れるものとなる。
［実施例３］
実施例１において、亀裂収縮工程の後、第２の層５を成長させる前に、図３に示すように第１の層４と第２の層５との間に設ける介在層６として、温度１０５０℃、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用いて、亀裂を有する第１の層４の上にＧａＮを０．１μｍの膜厚で形成し、その介在層６の上に実施例１と同様に第２の層を形成して、Ａｌを含む窒化物半導体結晶を得る。このとき介在層６は、図３に示すように第１の層４の亀裂１０を跨ってそれを覆うように第１の層４のほぼ全面に形成され、空隙１１が第１の層４と介在層６との間に設けられ、また、第２の層よりもＡｌ混晶比の小さい窒化物半導体の介在層により結晶性良好で平坦な介在層６表面が設けられ、Ａｌを含む窒化物半導体の第２の層５を成長させることで、第２の層の結晶性を良好なものとでき、一方、結晶成長終了後の熱膨張係数差などによる大きな応力が掛かることにおいても介在層が第２の層より膜厚が小さく、Ａｌ混晶比が小さいことで、介在層でも緩和され、更にそれが亀裂を含む第１の層４により大幅に緩和されて、第２の層のクラックによる結晶破壊が回避される。
［実施例４］
本実施例は、実施例４〜６の紫外発光ＬＥＤ素子と異なり、図４（ａ），（ｃ）に示す青色ＬＥＤ素子に関するものである。
【００３８】
成長用基板１として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングする。
（下地層２）
実施例１と同様に、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層を約２０ｎｍの膜厚で成長させ、温度を１０５０℃に昇温してＧａＮを膜厚３μｍで単結晶の高温バッファ層を成長させて下地層２とする。
（第１の層３）（亀裂形成工程・亀裂収縮工程）
実施例１と同様に、第１の層３として、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎを膜厚０．２μｍを成長させて、降温して亀裂形成し、更に昇温してその亀裂１０を収縮させる。
【００３９】
続いて、図４（ａ）に示すように、亀裂を有する第１の層４の上に、第２の層５と第１導電型層３１を有するｎ型層、活性層３０、ｐ型層３３を発光素子構造３０（図中点線部の領域）を積層して素子構造の積層体を形成する。
（ｎ型コンタクト層；第２の層５）
亀裂を有する第１の層４の上に、ｎ型導電型層として、ｎ型コンタクト層（第２の層５）、ｎ型クラッド層（ｎ型層３１）を積層する。第２の層５（ｎ型コンタクト層）として、温度１０５０℃、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉが１×１０１８／ｃｍ３ドープのｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．８Ｎよりなるｎ型コンタクト層を５μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型クラッド層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層５を４０ｎｍの膜厚で形成した。
（活性層３２）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＧａＮよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎＧａＮよりなる井戸層を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順に積層する。このとき、障壁層を２０ｎｍ、井戸層を５ｎｍの膜厚とする。活性層は、総膜厚約７０ｎｍの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
（ｐ型クラッド層）
活性層１３２の上に、ｐ型導電型層３３として、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を積層する。水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層を６０ｎｍの膜厚で成長させる。
（ｐ型コンタクト層）
続いてｐ型クラッド層上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｐ型コンタクト層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００４０】
成長終了後、窒素雰囲中、ウエハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化処理となる熱処理し、アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出す。続いて、導電性の基板として第１基板４０とウエハ表面（ｐ型コンタクト層表面）との間に、両者を接着するための接合層６０を第１基板４０側、ウエハ表面にそれぞれ第１の接合層、第２の接合層として設ける。ここで、第１の接合層は、ｐ型導電型層３３に電流注入するオーミック用の電極としても機能する。
（第１の接合層）
アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚０．２μｍで形成してｐ側電極とする。その後、オーミックアニールを６００℃で行って、ｐ側電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成する。
【００４１】
次に、ｐ側電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚０．２μｍ−０．３μｍ−０．３μｍ−３．０μｍ−０．１μｍで形成する。ここで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２の共晶形成層との密着性を向上させる役割を果たす。
（第２の接合層）
一方、導電性基板（第１基板４０）として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚０．２μｍ−０．３μｍ−１．２μｍで形成する。
【００４２】
次に、第１の接合層と第２の接合層とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接する。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させる。
（基板剥離工程）
次に、図４（ｃ）に示すように、導電性基板を接合した接合用積層体について、サファイア基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面を走査してレーザを照射する。レーザ照射により下地層２の窒化物半導体を分解して、サファイア基板１を除去できる。さらに第２の層５ｂ（ｎ型コンタクト層）が露出するまで研磨して、下地層２、第１の層４と、第２の層の一部５ａを除去して、面荒れを無くす。
【００４３】
続いて、第２の層５ｂの研磨側（成長基板側）表面を、フォトリソグラフィー技術により、所望のマスクを施してＲＩＥによるドライエッチングにより、約１μｍの深さ、２μｍ×２μｍの四角形の凹部９０を縦横に間隔２μｍで表面内のほぼ全域に配置した凹凸加工を施す。
（ｎ電極）
次に、ｎ型コンタクト層の凹凸９０表面上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１０ｎｍ−０．２５ｎｍ−０．１ｎｍ−０．２ｎｍ−０．６ｎｍで形成してｎ側電極とする。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨し、導電性基板の裏面にｐ側電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を０．１μｍ−０．２μｍ−０．３μｍで成膜する。次に、ダイシングにより素子を分離する。
【００４４】
得られるＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光となる。また、Ａｌを含む窒化物半導体結晶（第２の層５）を厚膜で結晶性良好で形成できることにより、成長用基板１剥離において取り扱いが容易なものとなり、また、膜厚が十分に厚いため光取り出し効率を高める凹凸加工面形成も可能となり、更にＡｌ混晶比の大きな層が形成できることで、素子構造を構成する窒化物半導体材料による光の吸収を低減し、透明な材料による素子構造の形成が可能となる。
［実施例５］
実施例４と同様に、第１の層４の上に、第１導電型層３１（１３１）としてｎ型コンタクト層（第２の層５）とｎ型クラッド層、その上に活性層３２（１３２）、その上に第２導電型層３３（１３３）としてｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層、を積層した素子構造３０（１３０）を形成し、図５（ａ）に示すように、ｎ型コンタクト層（第２の層５）の一部が露出するまでエッチングで除去し、第１導電型層（ｎ型層）１３１表面、第２導電型層（ｐ型層）１３３表面に、それぞれ実施例１と同様なｎ側電極１７１、Ｎｉ−Ａｕからなる透光性のｐ側電極１７２、更にｐ側電極の一部にボンディング用の電極１７３を設けて、３２０μｍ×３２０μｍにウエハを分割して発光素子１００を得る。この発光素子１００では、亀裂を含む第１の層４が、第１導電型層１３１側（成長用基板１と第１導電型層１３１との間）に設けられることで、上述したように、活性層１３２からの発光を第１の層４により乱反射して素子外部へ効率的に取り出され、光取り出し効率の高い発光素子となる。
［実施例６］
実施例５において、第１の層、ｎ側クラッド層（第２の層）、活性層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層を以下の様にする他は実施例５と同様にして発光素子を得る。
（第１の層）
Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎを０．１５μｍの膜厚で形成し（第１の温度）、降温（第２の温度）して亀裂を形成する。
（ｎ側クラッド層［第２の層］）
亀裂を有する第１の層の上に、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｎ型クラッド層（コンタクト層を兼用）を２．５μｍの膜厚で形成する。
（活性層）
Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を、障壁層（ａ１）／井戸層（ｂ１）／障壁層（ａ２）／井戸層（ｂ２）／障壁層（ａ３）／井戸層（ｂ３）／障壁層（ａ３）の順に積層する。この時、障壁層ａ１とａ２とａ３とａ４をそれぞれ３７０Å、井戸層ｂ１とｂ２とｂ３をそれぞれ８０Åの膜厚とする。障壁層ａ４のみアンドープとする。活性層は、総膜厚約１７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
（ｐ側クラッド層）
Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層を３７０Åの膜厚で成長させる。
（ｐ型コンタクト層）
続いて、ｐ型クラッド層上に、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その上に、Ｍｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させる。
【００４５】
素子構造形成後は、実施例５と同様にして、支持基板に接着して、基板１を剥離し、除去工程により第２の層の一部を除去して露出したｎ側クラッド層の表面に電極を形成して素子構造とする。得られる発光素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は２．４ｍＷ、Ｖｆは３．６Ｖのものが得られる。
【００４６】
【発明の効果】
本願発明の成長方法により、従来困難であった高Ａｌ混晶比の窒化物半導体結晶を、結晶性良好に得ることができ、また、その第２の層の上に、Ａｌを含む窒化物半導体を用いた各層を積層した素子構造についても結晶性良好とでき、また高Ａｌ混晶比の窒化物半導体とでき、従来のように結晶性を考慮せずに、素子構造の設計自由度が向上される。また、第２の層、その上の素子構造積層後に、成長温度から室温までの高温、電極形成などの素子加工工程、成長用基板１を剥離する工程、などにおいても、衝撃緩和する第１の層を有していることで、結晶、ウエハの取り扱いが容易となり、歩留まりも向上する。また、それらＡｌを含む窒化物半導体を用いた半導体素子（ＨＥＭＴ、バイポーラトランジスタなど）、特に、紫外域に発光する発光素子においては、自己吸収の少ない窒化物半導体とできるため、有用である。加えて、発光素子にあっては、亀裂を有する第１の層による光の乱反射作用により、光取り出し効率に優れた発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態を説明する模式断面図。
【図２】本発明に係る第１の層の結晶形態を説明する模式図。
【図３】本発明に係る一実施形態を説明する模式断面図。
【図４】本発明に係る一実施形態を説明する模式断面図。
【図５】本発明に係る一実施形態を説明する模式断面図。
【符号の説明】
１・・・基板（成長用）、 ２・・・下地層、 ３・・・第１の層、 ４・・・第１の層（亀裂を含む）、 ５・・・第２の層、 ６・・・第３の層（介在層）、 １０・・・クラック（亀裂）、 １１・・・空隙、 ２０・・・面方位（Ｍ面）、 ２１・・・チップ形状、 ３０，１３０・・・素子構造、 ３１，１３１・・・第１導電型層、 ３２，１３２・・・第２導電型層、 ３３，１３３・・・第２導電型層、 ４０・・・第１基板、 ４１・・・第２基板、 ５０，５１・・・除去部、 ６０，６１・・・接合層（導電性）、 ７１，１７１・・・ｎ電極（第１導電型層側電極）、 ７２，１７２・・・ｐ電極（第２導電型層側電極）、 ７３，１７３・・・パッド電極、 ９０・・・凹凸加工面、 １００・・・発光素子（ＬＥＤ）、 １６１，１６２・・・導電性接着剤、 １８１，１８２・・・外部リード、 ２００・・・支持体
【産業上の利用分野】
本発明は窒化物半導体結晶の成長方法及びそれを用いた素子に係り、Ａｌを含む窒化物半導体、特にＡｌ高混晶の窒化物半導体を厚膜で結晶成長させる方法、並びにその結晶を用いて素子構造を積層する方法に関し、また、その結晶を素子構造を構成する層として用いた窒化物半導体素子（受光素子、高周波素子、ＦＥＴ、ＨＥＭＴ）、窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ、ＬＤなど）
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体のワイドバンドギャップ材料について盛んに研究がなされている。特に、紫外域（短波長域）での発光素子について、その素子を用いて、又はその素子からの発光を励起光として波長変換する変換物質（蛍光体）とを組み合わせた発光装置が、照明用途、イルミネーション、など様々な応用として考えられている。
【０００３】
一方で、発光素子の材料による光の吸収が問題となり、特に窒化物半導体発光素子の短波長化につれて従来多用されてきたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａｌ低混晶のＡｌＧａＮによる光の吸収が大きくなり、光取り出し効率を低下させてきた。
【特許文献１】
特開２００２−１７５９８５号公報
サファイア基板１の表面近傍若しくは異種基板１０条に形成された剥離用窒化物半導体層１１に水素や窒素、酸素などのイオンを打ち込むことにより得られる中間層２，１２がアモルファス的な構造となるため、歪を吸収、緩和し、クラックや反りなどを低減する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
窒化物半導体発光素子の短波長域での使用において、光の吸収が少なくなるようにバンドギャップエネルギーの大きなＡｌ高混晶のＡｌＧａＮを用いることで、問題を解決できる。また、Ａｌ高混晶の窒化物半導体を厚膜で形成することができれば、その結晶を境にして基板を除去し、基板による光吸収を軽減することが可能となる。
しかし、一方で、Ａｌ高混晶の窒化物半導体結晶は、その材料が、他のＧａＮ、ＩｎＧａＮなどに比べて、延性に貧しており、特に膜厚が大きくなると、下地層となる他の窒化物半導体材料若しくは基板との格子不整合、特に問題となるのは熱膨張係数差に起因する応力が掛かり、クラックが発生する問題がある。例えばＡｌ混晶比０．１のＡｌＧａＮを数μｍほど成長するとクラックが発生する。すなわち、Ａｌ高混晶の窒化物半導体を成長することが困難であり、一方、紫外域のような短波長域で発光する素子に用いるＡｌ高混晶の窒化物半導体結晶が十分満足するものが得られない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、従来問題となっていたＡｌＧａＮ層のクラックを結晶成長の下地層とし、結晶成長後の降温時に掛かる大きな応力をそのクラックによる収縮自在な亀裂・空隙を応力吸収する衝撃吸収層（応力緩和機構）として利用するという画期的な方法により、Ａｌ高混晶の窒化物半導体結晶を形成するものであり、その結晶を素子構造に利用したものである。
【０００６】
すなわち、本発明の結晶の成長方法は及びその結晶を用いた素子（発光素子）は、以下に示すものである。
【０００７】
本発明の窒化物半導体結晶の成長方法は、図１に示すように、基板１上に窒化物半導体結晶を成長する方法において、基板１の上に、窒化物半導体からなる第１の層３を成長させる工程と（図１（ａ），（ｂ））、該第１の層３の少なくとも一部を分断させる亀裂１０を形成する工程と（図１（ｃ））、該亀裂１０を有する第１の層４の上に窒化物半導体からなる第２の層５を成長させる工程と（図１（ｄ））、を具備してなることを特徴とする。このように、亀裂１０を設けた第１の層４を形成した上に、第２の層５を成長させることで、基板１若しくは基板１と第１の層との間の下地層２と、第２の層５との間で、熱膨張係数差、格子定数差により従来大きな応力などが掛かり、結晶が破壊されていたものが、亀裂１０を有する第１の層４を介在させることで、このような応力などが第２の層５に掛かるのを防ぎ、結晶性に優れた窒化物半導体を形成することができる。図３（ｅ）に示すように、第２の層５の結晶成長後に成長温度から室温への降温などにより、基板１若しくは各層（下地層２）と、第２の層５との上記係数の差違によるウエハの反り、応力などの影響から、亀裂を有する第１の層４が介在して両者を分離し、またその亀裂１０若しくは空隙１１が拡大・収縮することなどにより基板１若しくは第１の層４よりも基板側の層による影響を緩和して、結晶を維持して第２の層５を得ることができる。
【０００８】
また別の実施形態に係る基板上に窒化物半導体結晶を成長する方法では、図１に示すように、基板１の上に、窒化物半導体からなる第１の層３を成長させる工程と（図１（ａ），（ｂ））、第１の層３の少なくとも一方の表面側に応力を掛けて（図１（ｃ）中の矢印）、第１の層３の内部から上面側表面に達する亀裂１０を設ける工程と、該第１の層４の上に、第１の層４上面の亀裂１０を覆って窒化物半導体からなる第２の層５を成長させる工程と、を具備してなることを特徴とする。上述した窒化物半導体結晶の成長方法と異なる点は、第１の層３の亀裂１０の形成方法を具体的に示したところにあり、図１（ｃ）に示すように、ウエハに反りが発生するような応力を加えることにより、第１の層３に亀裂１０を形成するものであり、この応力は、例えばウエハに機械的に応力を加えても良く、後述するように、基板、下地層などと第１の層との間で、熱的な不整合、具体的には熱膨張係数差、格子定数差により、ウエハを温度変化させて基板１に熱的不整合による反りが発生するような応力を掛けて、亀裂１０を形成すると良い。またこのような第１の層４の亀裂１０にはわずかな空隙１１が残存する場合があるが、第２の層５はそのような亀裂１０を覆って、形成することができる。
【０００９】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第２の層の成長工程において、第２の層５を成長するに従って、第１の層４の亀裂１０が収縮・膨張して第２の層掛かる応力を緩和することを特徴とする上記（１）又は（２）記載の窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、亀裂１０を有する第１の層４は、基板側と第２の層側とに掛かる応力を分離させることができ、第２の層成長時、若しくは成長後の室温までの高温時などに亀裂１０が収縮・膨張して、第１の層４で応力を緩和させることができる。
【００１０】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第２の層がＡｌを含む窒化物半導体であることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、従来、Ａｌを含む窒化物半導体は、その結晶の性質上厚膜化、Ａｌ高混晶化すると、基板若しくは他の層の窒化物半導体材料との熱膨張係数差、格子定数差などの熱的不整合関係により、亀裂が発生して結晶破壊が起こるが、本発明では亀裂１０を有する第１の層４を介在させることで、Ａｌを含む窒化物半導体結晶でも亀裂の発生させずに結晶が得られ、また厚膜化、Ａｌ高混晶化も可能となる。
【００１１】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第２の層のＡｌ混晶比が、第１の層のＡｌ混晶比よりも低混晶であることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。第１の層に亀裂を形成する方法として、熱的な処理により形成する場合、上述したＡｌを含む窒化物半導体結晶の性質である亀裂発生容易性を利用することで、容易に亀裂を形成することができ、そのため、亀裂を有する第１の層４をＡｌ高混晶とすると薄膜でも容易に亀裂を形成することができ、また薄膜な第１の層４の方が、また、第１の層４より大きな膜厚で、Ａｌ低混晶の第２の層と組み合わせる方が、その他の組み合わせに比べて、上記応力緩和機構が好適に機能する傾向にあるためである。
【００１２】
本発明の成長方法で好ましくは、前記亀裂を形成する工程が、熱処理により亀裂が形成されることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、熱的な方法では、基板１、及び／又は、基板１と第１の層４との間の下地層２と、第１の層３との結晶の性質の違いを利用でき、且つ、応力は機械的な方法に比べて面内に一様に掛かる傾向にあるため、亀裂が面内で比較的均一に分散して得られ、上記応力緩和機構を好適に発現させる亀裂が形成されやすい。また、熱的な方法では、第１の層３の成長温度から温度を変化させて、好ましくは結晶の分解を防止することから降温させて、亀裂形成工程を経た後、すぐさま第２の層成長工程に移行でき、この間、ウエハを反応炉から取り出さずに連続して各工程を実施できることから、製造上優位である。
【００１３】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第１の層３の熱膨張係数が、前記基板１若しくは、基板１と第１の層３との間に設けられた下地層２の熱膨張係数と異なることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、熱処理による亀裂形成工程では、第１の層１と、基板１、及び／又は、下地層２との間で、熱的な不整合を決定する要因であるその材料の熱膨張係数差を利用することが、亀裂の形成が容易となり、上記応力緩和機構に好適な亀裂が得られる。このとき、特に好ましくは、基板１は、その上に成長させた窒化物半導体結晶に比較して、厚膜で、熱膨張係数差による応力について支配的であるため、基板と第１の層との熱膨張係数差が亀裂形成工程において重要な要因となり、このとき好ましくは、第１の層表面側に図１（ｃ）に示すように、第１の層表面側に引張応力が掛かるように、基板よりも第１の層の熱膨張係数を大きくすることが第１の層成長温度から降温することにより亀裂が形成され好ましい。このような熱的不整合の関係は、基板とその上に成長させた成長層との熱膨張係数差だけでなく、成長層の各層の成長上温度などの成長条件、成長層の膜厚により変化する。
本発明の成長方法で好ましくは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、前記第１の層成長工程において第１の層３を第１の成長温度で成長させ、図１（ｃ）に示すように前記亀裂形成工程において第１の成長温度と異なる第２の温度にして第１の層表面側３を凸面側として亀裂１０を形成し、図１（ｄ）に示すように、前記第２の層成長工程において第２の温度と異なる第３の温度にして第１の層の亀裂を収縮した後、図１（ｅ）に示すように第２の層を成長させることである。このように、第１の層３と基板１若しくは下地層２との間で熱的な不整合を有する場合に、第１の層を凸面側とすることで上述したように、亀裂１０を好適に形成できる。
【００１４】
本発明の成長方法で好ましくは、前記亀裂形成工程により第１の層に亀裂を形成した後、亀裂を収縮させる亀裂収縮工程を具備すること特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。上述したように、第２の層５は、図３に示すように、亀裂１０若しくはそれにより設けられた空隙１１を覆って、第１の層４の上に設けられることから、亀裂形成時から亀裂が収縮していることが好ましく、また、上記応力緩和機構を好適に発現させるためには、亀裂がある程度収縮された状態で第２の層を設けることが、亀裂が膨張・拡大するための遊びができ好ましい。上記熱処理による亀裂形成ではその熱処理の逆プロセスをたどること、例えば亀裂形成工程で昇温すれば亀裂収縮工程で降温、亀裂形成工程で降温すれば亀裂収縮工程で昇温、機械的な方法では、亀裂形成時の負荷を解放すること、または逆方向に力を加えることで実施可能である。
【００１５】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第１の層成長工程において第１の層を第１の成長温度で成長させ、前記亀裂形成工程において第１の成長温度よりも低い第２の温度に降温して亀裂を形成し、前記第２の層成長工程において第２の温度よりも高い第３の温度に昇温して第１の層の亀裂を収縮した後、第２の層を成長させることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。このとき、上述したように、好ましくは、基板よりも第１の層の熱膨張係数が小さくなるように、各材料を設定する。
【００１６】
本発明の成長方法で好ましくは、前記第２の層成長工程の後、基板の上に形成された少なくとも第１の層４と第２の層５とを有する成長層の上に、第１基板４０を張り合わせる工程と、基板１及び／又は成長層の一部を除去する工程とを具備することを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法である。この方法により、図４（ａ）に示すように、成長層の表面側に、第１基板４０を直接、又は接合層６０（電極層７２）などを解して貼り合わせ、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、成長用の基板１上に成長させた成長層の一部、亀裂１０を有する第１の層４が素子構造に必要であれば除去領域５０から除いて、その第１の層４と基板１との間の層（下地層２）を除去領域５０としても良く、亀裂１０を含む第１の層４が素子構造に不要であれば、図４（ｃ）に示すように第１の層４と第２の層の一部５ａを除去領域５０として基板１、下地層２などと伴に除去しても良い。
【００１７】
また、前記窒化物半導体結晶の成長方法のより得られる第２の層を、素子構造の一部に用いた窒化物半導体素子である。本願発明により、Ａｌ高混晶、厚膜化が可能となった第２の層５（Ａｌを含む窒化物半導体層）の少なくとも一部を残して素子構造に用いることで、従来成長用の基板１に成長することが困難であった窒化物半導体結晶を第２の層として上述した結晶成長方法により成長させ、その一部を素子構造として用い、更に貼り合わせ用の第１基板４０に貼り合わせた形で素子駆動させる素子とできる。
【００１８】
本発明の亀裂を有する第１の層を用いた素子として、第１導電型層と第２導電型層との間に活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、前記第１導電型層の少なくとも一部若しくは前記第１導電型層における活性層と対向するの面側に、亀裂を含む第１の層と、第１の層よりも活性層側に第２の層が設けられた構造を有する窒化物半導体発光素子である。このように、亀裂１０を有する第１の層４を、素子構造若しくは素子構造の近傍に設けられた積層体の一部に用いることで、図４の白抜き矢印に示すように、素子構造内を伝搬する光を該亀裂により好適に散乱させ、素子構造を構成する窒化物半導体による光吸収を低減し、特に横方向成分の大きな光の伝搬に関して縦方向（膜厚方向）成分が大きくなるように反射されるため効果的である。
【００１９】
上記素子の好ましくは、前記第１の層に設けられた亀裂が、第１の層の活性層側面内において、面内を複数の領域に分断するように複数設けられていることを特徴とする窒化物半導体発光素子である。図２に示すように、素子の（形成）領域と亀裂及び亀裂により分断された領域との大きさの関係において、素子の領域２１ａの方が、２１ｂに比べて、素子の領域２１ａ面内を複数の領域に分断するように亀裂１０が面内で延伸されることで、上述した光の反射作用が効果的になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る窒化物半導体結晶としては、特に限定されないが、具体的には、ＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎαＡｌβＧａ１−α−βＮ、０≦α、０≦β、α＋β≦１）であり、またこれに加えて、ＩＩＩ族元素として一部若しくは全部にＢを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂで置換した混晶でもよい。また、本発明の第２の層として好適に用いられ、また第１の層として好適に用いられるＡｌを含む窒化物半導体はβ＞０であり、本発明の発光素子に係る発光層、活性層に好適に用いられるＩｎを含む窒化物半導体はα＞０である。本発明の方法により得られる第１の層若しくはそれを用いた本発明に係る発光素子は、短波長系であるワイドバンドギャップの窒化物半導体を用いた発光素子は、活性層中に、ＧａＮ若しくはＡｌを含む窒化物半導体からなる井戸層を有し、第１導電型層、第２導電型層に、それぞれ少なくとも１つのＡｌを含む窒化物半導体からなる層が設けられる素子などを用いることができる。
【００２１】
本発明の窒化物半導体（第１の層、第２の層、下地層、素子構造など）の成長において、窒化物半導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法、特に気相成長法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚が５０μｍ以下ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長速度の制御が容易であり、素子構造の形成において、原子オーダーでの素子設計が可能となる。また膜厚が５０μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長速度が速くてコントロールが難しい。また、ＨＶＰＥを用いた場合には、上述した組成式の窒化物半導体の中で、好ましくは、ＧａＮ、ＡｌＮを用いると、結晶性良く、厚膜での成長が可能である。
【００２２】
以下、本発明の窒化物半導体結晶の成長方法に係る一実施の形態について説明する。ここで、図１は、本発明の成長方法における各工程を、順番に説明する模式断面図であり、図１（ａ）は下地層２形成工程（第１の層成長工程の前工程）、図１（ｂ）は第１の層１成長工程、図１（ｃ）は亀裂１０形成工程、図１（ｄ）は亀裂１０収縮工程、図１（ｄ）は第２の層５成長工程を説明するものである。また、図２は、本発明の方法により第１の層４に形成される溝の一形態、特にその表面内での溝の形成形態を説明する模式図であり、図３は本発明の成長方法により得られる亀裂１０を有する第１の層４と第２の層５と一積層形態と、その亀裂１０、空隙１１を詳細に説明する模式断面図と、両層の界面近傍を一部拡大した部分拡大図（ｂ）であり、図４は、本発明の成長方法において、成長用基板１の上に形成した第１の層４、第２の層５を含む成長層表面に貼り合わせ用の支持基板４０を貼り合わせて基板を除去して素子構造、チップを形成する方法を説明する模式断面図であり、支持基板（第１基板）４０に貼り合わせる工程を図４（ａ）に、支持基板４０にあり合わせた後、成長用基板１側から基板１と下地層などを除去する工程を除去領域５０が異なる形態としてそれぞれ図４（ｂ），（ｃ）に、その除去工程後に別の支持基板（第２基板）４１に貼り合わせる工程及び貼り合わせ後に第１基板を除去する工程を図４（ｄ）に示すものであり、本発明の成長方法により得られる第２の層５及び／又は第１の層４を発光素子に用いた形態を説明する模式断面図である。
（第１の層成長工程）
本発明の成長方法では、図１に示すように、成長用の基板１、若しくは基板上に成長させた下地層２の上に、窒化物半導体からなる第１の層３を成長させる（図１（ａ），（ｂ））。第１の層３は、特に窒化物半導体材料を用いなくても後に続く工程で層に亀裂が形成でき、第２の層を成長可能であれば他の材料（半導体材料）を用いても良い。
＜基板１＞：第１の層（第２の層）成長用の基板
本発明の成長方法に係る基板、特にエピタキシャル成長用の基板１としては、窒化物半導体と異なる材料の異種基板として、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができ、また異種基板以外として、ＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体基板なども用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられ、この異種基板はオフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化物半導体からなる下地層２の成長が結晶性よく成長させるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層２となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、この場合除去後の単体基板が本発明の成長用基板１となり、上記いずれの基板でも、本発明に係る第１の層、第２の層を実質的に成長させる基板が成長用の基板１となる。また、下地層、第１の層、第２の層、素子構造などを形成した後に、後述する支持基板４０を用いた基板剥離などにより、異種基板などの最初の成長用基板を除去して、除去されずに残った成長層を本発明の成長方法の各工程で用いても良い。
＜下地層２＞
ここで下地層２は、基板材料、第１の層の成長条件により省略可能であり、基板１に異種基板を用いる場合には、バッファ層（低温成長層）、高温成長で単結晶の窒化物半導体（好ましくはＧａＮ）からなる下地層を介して、第１の層３を形成すると、窒化物半導体の成長が良好なものとなる。ここで、低温成長バッファ層には、好適にはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を低温（２００〜９００℃）で成長させ、続いて高温で成長させて用い、膜厚５０Å〜０．１μｍ程度で形成する。また、基板１除去して成長基板とすることもでき、異種基板１上に設ける下地層２として、その他に、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌｌｙ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域を、所望のパターン、例えばストライプ状に設け、その非マスク領域をマスク領域に比べて優先的に、好適には選択的に窒化物半導体が成長することで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜された層などがある。その他のＥＬＯＧ形態では、異種基板若しくはその上に成長させた結晶に、凹凸、エッチングにより所望のパターン、例えば島状に、窒化物半導体の成長用の核を面内に複数を設け、その開口部側面から横方向への成長がなされて、成膜される層でもよく、ＥＬＯＧは異種基板に限定されない。
＜第１の層＞
本発明に係る第１の層としては、好適には窒化物半導体が用いられ、特に好ましくはＡｌを含む窒化物半導体が用いられ、最も好ましくはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）が用いられる。これは、その上に成長させる第２の層５との格子整合性に優れ、また後述する亀裂形成に優位な材料となるからである。また膜厚は特に限定されず、第２の層５が好適に成長可能であれば良く、具体的には後述する亀裂形成の容易化、制御可能性、応力緩和機構との関係から、具体的には、膜厚としては、組成、Ａｌ混晶比などにより異なるが、具体的には０．０５μｍ以上２μｍ以下の範囲、好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲で用いることができ、このときＡｌを含む窒化物半導体のＡｌ混晶比としては、０．１以上０．３以下の範囲のものが好適に使用される。
（亀裂形成工程）
本発明の成長方法に係る亀裂形成工程は、図１（ｃ）に示すように、第１の層３に亀裂が設るものであり、特に限定されないが、具体的な方法としては、機械的な方法と、熱処理による方法と、それらを組み合わせた複合的な方法とがある。
機械的な方法としては、図示しないが、第１の層３を成長させたウエハを固定治具により、例えば周縁部を固定し、固定治具から露出されたウエハに、当接して押圧する押圧治具により、ウエハを図１（ｃ）に示すように反る方向に力を掛けて、亀裂１０を形成することができる。この機械的な方法はこの例に限らず、ウエハを反る方向に外力が加わるような機構、手段であればどのような方法でも良い。また、機械的な方法において、ウエハが反る方向に力を加える他に、ウエハを折り曲げる方向に力を加えることでも亀裂が形成できるが、図３に示すような面内に複数方向、複数本に走る亀裂を形成するには複数回の折り曲げを実施する必要があるため、煩雑な作業となる傾向にあり好ましくはなく、また治具を叩き当てる衝撃により亀裂を永逝することができるが、亀裂１０は、第１の層以外の層、例えば下地層、には設けられていないことが第２の層の成長から好ましく、そのような亀裂形成時の制御が困難となる傾向にある。
また、別の機械的な方法によるものとして、ダイサー、スクライバーなどの機械的な加工手段により、第１の層を加工して、亀裂形成することも可能である。例えば、スクライバーなどの切り欠き手段により、第１の層３表面に当接させて、切り欠きを設けること、ダイサーにより第１の層の一部を除去する深さ（途中の深さ）で溝を設ける溝形成手段により、亀裂を誘発させることができる。上記切り欠きでは、上記機械的にウエハに力を加えることで、亀裂を膜厚方向に延伸させて第１の層に亀裂を形成しても、後述の材料間の格子定数、熱膨張係数差による応力が第１の層の基板側表面、図１では下地層２と第１の層３との界面、で加わった状態で切り欠きすることで、亀裂を誘発させることもでき、ダイサーのような溝形成手段でも同様な方法を採ることができる。すなわち、このような加工手段による亀裂形成では、上記機械的方法、熱処理方法（材料の性質の違いによる内部応力も含む）と、組み合わせて亀裂を形成することができる。
上記いずれの方法・手段においても、好ましくは図１（ｃ）に示すように、第１の層３側表面と凸面側とし、基板１側（第１の層を成長させた基板面に対向する面側）を負う面側とすることである。なぜなら、亀裂１０を第１の層３に形成する場合に、第１の層表面が凹面側、基板１裏面が凸面側とすると、第１の層表面に圧縮応力が加わり、表面の結晶が押しつぶされるようになるため、結晶の破壊、また基板側の第１の層表面側からの亀裂形成も可能であるがその制御が困難となるが、第１の層３表面を凸面側とし、表面に引張応力が加わることで、表面側から亀裂１０が深さ方向（基板に向かう方向）に延伸して形成され、基板１及び／又は下地層２と、第１の層３とで、異なる材料を用いると、第１の層３の基板側表面（図１では下地層２との界面）側に異種接合面、例えば第１の層と下地層との界面、下地層内での異種接合面、基板面と第１の層若しくは下地層の界面、が設けられ、そこで亀裂１０の伝搬が抑制され、深さ制御が可能となるからである。
熱処理による方法は、本発明の成長方法において好適に用いられ、基板１及び／又は下地層２と、第１の層３とで、異なる熱膨張係数の材料を選定することで、各材料の熱膨張係数差による熱的な不整合を利用して、ウエハの温度を変化させて、ウエハに図示するような応力を加えて、第１の層３に亀裂１０を形成することができる。熱処理方法では、基板１及び／又は下地層２と、第１の層３との間で、格子定数を異なるものとしても、このような温度変化による応力が生まれて亀裂１０を形成できるが、その応力は熱膨張係数差によるものと比較して非常に小さく、亀裂１０を形成するには不向きであるので、上記熱膨張係数差を主に利用する方法が好ましく、両者を複合的に利用しても良く、通常、各層、基板に異なる材料、異なる組成の半導体材料を用いることで実現される。
また、熱処理による方法では、好ましくは、第１の層の熱膨張係数より、基板１及び／又は下地層２の熱膨張係数を大きくすることで、第１の層の成長温度から降温すること、すなわち第１の層の成長温度より低温度として亀裂形成工程とすることで、第１の層表面が凸面側となる応力が加わるため好ましい。このとき、特に好ましくは、基板と第１の層との熱膨張係数差を考慮すると、基板はその上に成長させる層よりも比較的、且つ十分に厚膜であるため、熱処理による応力では基板との間での熱膨張係数差が支配的となるため好ましい。
但し、熱膨張係数は、温度により変化し、このような熱膨張係数の関係は、後述する第１の成長温度、第２の温度、第３の成長温度において変化することがあり、これらが複合的に作用して、熱的な不整合が形成される。従って、基板上の成長層の成長温度、膜厚により両者の関係が逆となることもある。すわわち、本願発明の成長方法において、熱処理による場合には、各工程において、熱的な不整合によりウエハに応力が掛かり、特に好ましくは、亀裂形成工程において第１の層表面を凸面側として、引張応力が係ることが好ましい。例えば、基板若しくは下地層と、第１の層との熱的不整合は、熱膨張係数において、室温と、第１の層成長温度（第１の成長温度）とでは、その差が変化し、温度条件によっては逆転させることも可能である。
本発明はこれに限らず、熱膨張係数が、第１の層が、基板１及び／又は下地層２より小さくすることもでき、この場合、熱処理は、第１の層より昇温してその成長温度よりも高温で亀裂形成することで第１の層表面を凸面側とできる。このような熱処理方法にあっては、第１の層に亀裂が形成されやすい応力が加わるような、材料、膜厚で形成することが好ましく、膜厚では、超格子のような薄膜では応力によりひずみが導入されて亀裂形成が困難となるため、それよりも厚膜とすること少なくとも１０ｎｍ以上、好ましくは上記５０ｎｍ以上とすることでそのようなひずみ導入による応力緩和、それによる亀裂形成困難な状態を回避できる。第１の層の材料としては、クラックなどの亀裂発生が容易なＡｌを含む窒化物半導体、好ましくは上記ＡｌＧａＮとすることで、好適に亀裂形成が可能となる。また、後述するように亀裂１０を有する第１の層４による応力緩和機構により、空隙１１の有無に関係なく亀裂１０の形態としては、少なくとも深さ方向に第１の層４の内部に達する深さで亀裂が形成され、好ましくは図１〜３に示すように第１の層４を貫通して、すなわち第１の層４の対向する表面間を延伸して両表面に到達するように設けられることであり、更に好ましくは断面内において縦断して横方向に分離されるように横方向に複数の縦方向に延伸する亀裂が設けられることである。
（亀裂収縮工程）：省略可
上述した亀裂形成工程を経た後、直ぐさま第２の層成長工程に移ることも可能で、すなわちここで説明する亀裂収縮工程は省略可能であるが、本発明の成長方法においては好適には両工程の間に、図１（ｄ）に示すように、亀裂の幅、空隙を小さくする亀裂収縮工程を備えることで、第２の層の成長工程において、図４に示すように、亀裂１０を覆って第２の層５が成長させやすくなり、結晶性が向上する。この亀裂収縮工程は、上述したように機械的な方法、熱処理による方法などを具体的な手法としてあげることができ、上記亀裂形成工程とは逆方向に力が掛かるようにすることで実現される。熱処理による方法について例示すると、図１に示すように第１の層４表面を凸面側とし、熱膨張係数が第１の層が、基板１及び／又は下地層２よりも小さい場合には、亀裂形成工程において降温により低温度にとする熱処理を、亀裂収縮工程において昇温する亀裂形成工程よりも高温度とすることで図中矢印とは逆方向に応力が掛かり、若しくは矢印方向の応力が弱まることで、図１（ｄ）に示すように収縮させることができ、このとき、次に成長させる第２の層５の成長温度まで昇温することでこの工程を経ることができる。このとき、亀裂形成工程における応力が逆方向、第１の層４の表面側が凹面側、である場合、上記各層・基板材料の熱膨張係数の大小関係が逆転する場合は、亀裂形成工程において昇温し、好ましくは第１の層３の成長温度より高温とし、亀裂収縮工程において亀裂形成工程より降温してその工程より低温度とし、更に、続けて第２の層５を成長させる場合にはその成長温度を亀裂収縮工程における低温度とすることができる。機械的方法による場合には、亀裂形成工程において加えた力を逆方向とすること、若しくはその外力を解放することでこの亀裂収縮工程が達成され、また第２の層の成長工程で成長温度において亀裂が大きくなるような場合には、機械的な方法によってウエハを固定、押圧する手段により亀裂収縮状態を維持して、第２の層を成長させることもできる。
（第２の層成長工程）
図１（ｅ）に示すように、第２の層成長工程として、亀裂１０を設けた第１の層４の上に所望の温度（第３の成長温度）にて、第２の層５を成長させる。このように面内で縦横に走る亀裂１０を跨って、それを覆うように成長された第２の層５は、従来困難であった窒化物半導体結晶、特にＡｌを含む窒化物半導体結晶を、高Ａｌ混晶化、厚膜化を実現させることができる。これは、上述したように亀裂を有する第１の層が基板若しくは下地層と第２の層との間に介在することで、第２の層に掛かる応力を緩和させる応力緩和機構により実現されると考えられ、図２、３に示すように、亀裂１０が面内に複数本、また縦横に延伸して互いに複数点で交叉し、亀裂により複数の領域に分断された第１の層４ａ、４ｂ、４ｃ（図３（ｂ））があることで、第２の層５成長時、また成長温度（第３の温度）から室温まで降温する際の熱的不整合による応力の発生を、亀裂の収縮・拡張若しくは亀裂により分断された領域４ａ〜ｃが各々移動することなどにより、上記応力緩和機構が実現されると考えられる。そのため、このような応力緩和機構は、基板と基板上の成長層である各層（下地層、第１の層、第２の層）との上記熱的不整合により変化し、また、第１の層の組成、膜厚などにも依存すると考えられ、これらを適宜選択することで、所望の応力緩和作用を奏し、また第２の層の組成に応じて適宜選択可能であり、結晶性良好な第２の層を得ることができる。また、第２の層５は、亀裂１０を有する第１の層の上に直接表面形成されても、図３、４などに示すように、その間に第１の層表面に介在層６を形成して、第２の層５を形成することもできる。このとき、介在層６としては、亀裂を有する第１の層４による応力緩和作用を阻害しない程度に薄膜で形成されることが好ましく、具体的には、第２の層よりも膜厚を小さくして、好ましくは第１の層よりも膜厚を小さくすると良い。また、亀裂１０を覆うように、第２の層が形成されることから、介在層６によりまず亀裂を覆うような層としてこの機能を担うこともでき、このような場合、平坦性でもって亀裂を覆うような成長に好適な組成としては、Ａｌ混晶比を第１の層、好ましくは第２の層よりも小さくした窒化物半導体、更に好ましくはＡｌ混晶比が０の窒化物半導体で、最も好ましくはＧａＮが用いられる。
＜第２の層＞
本願発明の成長方法において、好適に用いられる窒化物半導体としては、上述したように、Ａｌを含む窒化物半導体であり、このとき、第１の層と第２の層とでＡｌ混晶比を同じとしても異なるものとすることもでき、好ましくは第１の層のＡｌ混晶比より小さいＡｌを含む窒化物半導体である。なぜなら、従来クラックの発生などにより困難であったＡｌを含む窒化物半導体を、良好な結晶性で、高Ａｌ混晶、厚膜で得ることができるためであり、第１の層のＡｌを含む窒化物半導体のＡｌ混晶比を大きくすることで、その材料の性質を利用して比較的薄膜で上記熱的不整合による熱処理により亀裂形成が可能となり、一方、第１の層が薄膜であることで、上記応力緩和機構の効果が増大されると考えられ、また第２の層との関係において、第１の層よりＡｌ混晶比を小さくすることで、亀裂による上記応力緩和の効果が向上する傾向にあるためである。従って、このとき好ましくは第１の層より第２の層の膜厚を大きくすることが好ましい。このときＡｌを含む窒化物半導体としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）が好ましく用いられる。
【００２３】
また、膜厚としては、組成、Ａｌ混晶比などにより異なるが、具体的には１μｍ以上、好ましくは４μｍ以上で用いることができ、このときＡｌを含む窒化物半導体のＡｌ混晶比としては、０．０５以上０．２以下の範囲のものが好適に使用される。また、第２の層は、多層膜層、例えば組成傾斜層（Ａｌ混晶比を膜厚と伴に変化させたもの）、とすることもでき、単一膜で形成することもでき、好ましくは上記Ａｌ混晶比、膜厚で単一膜で形成される物が、素子構造の一部、又は素子形成時の
（第２の層成長後の工程）
以上説明した下地層、第１の層、第２の層の各層間は、特に接して形成される必要はなく、各層間に介在させて別の層が設けられていても良い。また後述する素子構造を形成する場合には、第２の層成長工程の後に続けて、素子構造を構成する第１導電型層、第２導電型層、発光素子ではそれら第１，２導電型層の間の活性層、などの各層を積層しても良い。また、第２の層を素子構造の構成層として、例えば第１導電型層の少なくとも一部として用いることもできる。
【００２４】
また、第２の層成長工程後に、一旦反応炉からウエハを取り出し、後述の基板接着・剥離などの工程、電極などの素子加工工程などを経た後、反応炉にウエハを移送して第２の層の上に、素子構造を積層することもできる。
＜支持基板の接着・剥離＞
本発明の成長方法により得られる第２の層を素子構造などに好適に利用するために、成長用基板１とは別に、支持基板となる第１基板４０に、基板１上に形成した成長層を貼り付けて、素子構造に不要な基板１側の層、例えば下地層２、第１の層４、第２の層５の一部を除去することもできる。
【００２５】
本発明の成長方法において、図４に示すように、第２の層５を成長させた後（第２の層成長工程後）、第２の層５の上に素子構造３０となる各層３１〜３３を積層した後、若しくは、電極形成、エッチングによる素子領域の分離などの素子加工工程を経た後、などに、支持基板の接着工程（貼合せ工程）、剥離工程（成長用基板の除去）、積層体の一部除去工程を実施することができる。
【００２６】
基板接着としては、図４（ａ）に示すように、第２の層５成長後、基板上に、更に第１導電型層３１、活性層３２、第２導電型層３３などの素子構造３０を積層した後、これら基板１上の成長層表面に支持基板４０を貼り合わせる。
この時、支持基板４０，４１の材料としては、その目的により種々の材料を用いることができ、素子の放熱性を高めるためには、放熱用の基板として、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｃ（ダイヤモンド）が用いられる。また、素子構造を発光素子とした場合には、基板による光の吸収・損失などを考慮して、透光性基板とすることが好ましく、このとき、基板材料は発光素子の出射光に対し、自己吸収の小さく、また支持基板４０と素子構造３０との間に接合層６０などで電極、導電性接着剤を用いる場合は多くの場合金属などの光遮蔽性、吸収性の物質が使用されるため、このような場合には透光性基板の効果が乏しく、故に、透光性基板とする際には、熱圧着などの接合層を介さない貼合せ方法、透光性の接合層を用いた貼合せ方法とすることが好ましい。
また、図４（ｃ）に示すように、支持基板４０側に素子の電極を設ける場合には、導電性を有する基板を用いることが好ましく、導電性基板としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等の半導体から成る半導体基板、又は、金属単体基板、又は相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることができるが、金属基板を用いることが好ましい。金属基板は、半導体基板に比べ機械的特性が優れており、弾性変形、さらには塑性変形し易く、割れにくく、更に素子構造を発光素子とする場合において、発光素子からの反射性に富み、すなわち反射性基板として好適に発光装置に使用されるからである。さらに、金属基板には、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ等の高導電性金属から選択された１種以上の金属と、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の高硬度の金属から選択された１種以上の金属と、から成るものを用いることができる。さらに、金属基板としては、Ｃｕ−ＷあるいはＣｕ−Ｍｏの複合体を用いることが好ましい。熱伝導率の高いＣｕを有し放熱性が優れているからである。さらに、Ｃｕ−Ｗの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦３０重量％、Ｃｕ−Ｍｏの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦５０重量％であることが好ましい。また、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックスの複合体などを用いることができる。なお、これら放熱性基板、透光性基板、導電性基板の厚さは、放熱性を高めるため５０〜５００μｍが好ましい。
【００２７】
本発明の基板貼合せ工程（接着工程）としては、基板１と成長用基板１上に成長させた成長層の表面に、図４に示すように、接合層６０を介して貼り合わせても良く、その時に接合層６０の一部を素子構造３０の第２導電型層にオーミック接触させた電極７２としても良い。また、このような接合層を介さずに、成長層表面と支持基板４０とを直接接着させる方法法を採っても良く、例えば、成長層接着側表面、支持基板接着側表面を、ウェットエッチングなどの化学的な処理、ポリッシングなどの機械的な処理、適当な雰囲気での熱処理による表面改質などの物理的な処理、またこれらを組み合わせた複合的な処理などの前処理を経て、両者の接着側表面を互いに当接させて、適当な温度、雰囲気、適当な圧力を加えることにより、両者の表面領域を拡散接合などにより接着させる。また、接合層のような接着剤を介する場合には、はんだ、共晶材料などが、用いられ、例えば、はんだを用いる場合には、成長層接着表面側、支持基板４０接着表面側の少なくとも一方にはんだ付けしてボンディングさせ、共晶材料の場合にはそのようなボンディングの他、後述するように、成長層接着表面側、支持基板４０接着表面側に、共晶となる組成物を積層させて熱圧着させて両者を接着させる。
【００２８】
以下、接合層６０を用い、尚かつ、支持基板４０に導電性基板を用いて、接合層６０の一部で素子構造の層にオーミック接触させて、基板側に電極を取り出す構造について説明する。
また、接合層６０を構成する層として、予め素子構造３０の第１導電型層３３に設ける電極７２を形成し、すなわち、成長用基板１上に成長させた成長層表面に、接合層６０の一部となる第１の接合層を設ける。以下、第２導電型層がｐ型層である場合について述べるが、ｎ型層の場合も、ｐ型層と同様にｎ電極（電極材料の一部など）が形成され、同様な構成（共晶層、接着方法など）とできる。第１の接合層は、少なくとも、第２導電型層がｐ型窒化物半導体層である場合、ｐ型層とオーミック接触し、高い反射率を有するｐ電極をｐ型窒化物半導体層に接して有することが好ましい。ｐ電極には、Ｒｈ，Ａｇ，Ｎｉ−Ａｕ，Ｎｉ−Ａｕ−ＲｈＯ及びＲｈ−Ｉｒのいずれか、より好ましくは、Ｒｈを用いることができる。ここで、ｐ電極は、ｎ型窒化物半導体層に比べ抵抗率の高いｐ型窒化物半導体層上に形成するため、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面に形成することが好ましい。なお、ｐ電極の厚さは、０．０５〜０．５μｍが好ましい。
また、第１の接合層のｐ電極を形成したｐ型窒化物半導体層の露出面に絶縁性の保護膜を形成することが好ましい。この保護膜の材料には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等から成る単層膜あるいは多層膜を用いることができる。さらに、その保護膜の上にＡｌ、Ａｇ、Ｒｈ等の高反射率の金属膜を形成しても良い。この金属膜により反射率が高くなり、光の取出し効率を向上させることができる。
また、第１の接合層のｐ電極の上に第１の共晶形成層を設けるとともに、第２の接合層に、導電性基板の主面の上に第２の共晶形成層を設けることが好ましい。第１及び第２の共晶形成層は、接合時に互いに拡散して共晶を形成する層であり、それぞれ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ等の金属から成る。第１及び第２の共晶形成層の組合せは、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、又はＩｎ−Ｐｄが好ましい。さらに好ましくは、第１の共晶形成層にＳｎを、そして第２の共晶形成層にＡｕを用いる組合せである。
また、第１の接合層の第１の共晶形成層とｐ電極との間に、ｐ電極側から密着層とバリア層を設けることが好ましい。密着層はｐ電極との間に高い密着性を確保する層であり、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏのいずれかの金属が好ましい。また、バリア層は、第１の共晶形成層を構成する金属が密着層へ拡散するのを防止する層であり、ＰｔあるいはＷが好ましい。また、第１の共晶形成層の金属が密着層へ拡散するのをさらに防止するため、バリア層と第１の共晶形成層との間に、０．３μｍ程度の厚さのＡｕ膜を形成しても良い。なお、第２の共晶層と導電性基板との間に、上記の密着層とバリア層及びＡｕ膜を設けることが好ましい。
また、接合用積層体と導電性基板とを加熱圧接する際の温度は、１５０℃〜３５０℃が好ましい。１５０℃以上とすることにより、共晶形成層の金属の拡散が促進され均一な密度分布の共晶が形成され、接合用積層体と導電性基板との密着性を向上させることができる。３５０℃より大きいと、共晶形成層の金属がバリア層、さらには密着層まで拡散して、良好な密着性が得られないからである。
また、導電性基板４０，４１を接着後に成長用基板１を除去するには、研磨、エッチング、電磁波照射、あるいはこれらの方法を組み合せた複合的な方法を用いることができる。電磁波照射は、電磁波に例えばレーザを用い、導電性基板を接合後、成長用基板１の下地層２の形成されていない面の全面にレーザを照射して（レーザアブレーション）、下地層２の一部を分解させることにより、容易に成長用基板１を成長層（下地層２など）から分離・剥離して、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、成長用基板１と下地層２などの成長層の一部とを除去すること（除去領域５０）ができる。さらに、成長用基板と下地層とを除去した後、露出した窒化物半導体層の表面をＣＭＰ処理して所望の膜を露出させる。これにより、ダメージ層の除去や、窒化物半導体層の厚み及び表面粗さの調整を行うことができる。加えて、このような基板１剥離には、その剥離に伴う衝撃による影響、例えば機械的な研磨では研磨時の衝撃、レーザ照射剥離では分解による急激な基板と下地層などの成長層の応力変化による衝撃、が加わるが、第２の層５と剥離される基板１との間に、亀裂を有する第１の層４があることで、このような衝撃から上記応力緩和機構により、第２の層及びその上に形成された素子構造を守り、良好な基板剥離が実現される。また、第２の層との関係において、第２の層よりも低Ａｌ混晶比の窒化物半導体で形成された第１の層４、下地層２、介在層６などにより、発光素子の発光を吸収する場合には、これら吸収する層を除去することが好ましい。
【００２９】
本願発明にかかる基板貼合せ工程において、支持基板４０を貼り合わせた後、所望の素子構造とするために、成長用の基板１を除去することもできる。例えば、成長用の基板１だけを除去しても良く、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板１と、基板側の成長層の一部である下地層２、下地層２、亀裂１０を有する第１の層４、第２の層の一部５ａなど、素子構造に不要となる部分を、除去領域５０として除去する。除去方法としては、研削、研磨など機械的による方法、ウェットエッチング、ドライエッチングなどのエッチングによる方法、またはこれらの方法を組み合わせた方法を用いることができる。
【００３０】
更に、本願発明の基板貼合せ工程において、図４（ｄ）に示すように、支持基板４０（第１の基板）に貼り合わせた成長層の表面を、別の支持基板４１（第２の基板）に貼り合わせることもできる。
＜第２の層を用いたい素子に関する実施形態＞
以上説明した本発明の成長方法により得られる第２の層を用いた素子の発明に係る一実施形態について以下説明する。
（半導体素子）
また、窒化物半導体層に用いるｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、特に限定されないが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。これら、アクセプター、ドナーを添加することにより、素子構造に用いられる各導電型の窒化物半導体層を形成し、後述する各導電型層を構成する。加えて、第２の層を素子構造の一部として用いる場合には上記不純物を添加して所望の導電型とでき、また、第２の層、第１の層、下地層などに上記不純物を添加することで、上述した各層の結晶性、機能を変化させることができるため、所望の機能を発現させるために、不純物が添加されても良く、不純物無添加（アンドープ）でも良い。また、本発明における第１導電型層、第２導電型層には、部分的にアンドープの層、半絶縁性の層が積層されていても良く、レーザ素子における逆導電型の埋込層（電流阻止層）のように、各導電型層内に部分的に寄生な素子部分を形成していても良い。
【００３１】
また、半導体素子となる素子構造３０は、図４に示すように、第２の層５の上に、設けられても良く、第２の層を素子構造３０の一部として含む構造で合っても良い。素子構造は、成長用基板１側の第１の導電型層３１と、それよりも基板１から離れて第２の導電型層３３とが積層された構造とできる。このとき、素子構造３０の一部に第２の層５を用いる場合は、第１の導電型層３１の一部として形成される。
【００３２】
このように素子構造において、図４に示すように、素子に電流を注入する電極の形成形態は、図４（ｃ）に示すように支持基板４０の接着面に対向する面側に電極７３を設けても良く、同図に示すように成長用基板１を剥離した除去領域５０側の成長層表面に電極７１を設けても良く、図４（ｄ）に示すように、第２の支持基板４１に貼り合わせた場合には、第１の支持基板４０を剥離した除去領域５０側の成長層表面に電極７２（７３）を設けることができる。ここで、各電極は、素子構造を構成する成長用基板１側若しくは第２の支持基板４１側の第１の導電型層３１、それとは対向する成長層表面側にある第２の導電型層３３側に電流を供給できるように、第１導電型層側電極７３、第２導電型層側電極７１とがそれぞれ電気的に接続されて、例えば、上述したように支持基板４０と素子構造３０との間に設けられた第２導電型層３３側のオーミック用の電極層７２を含む導電性の接合層６０を介して、形成される。
（発光素子）
本発明の成長方法により得られる成長層（積層体）の少なくとも一部、例えば、第２の層５、第１の層４など、を上述したように素子構造に用いることができ、発光素子に用いることもできる。具体的には、上記第１導電型層３１、第２導電型層３３との間に、活性層３２を設けた素子構造３０の積層体となる。活性層３２、発光層、井戸層などに窒化物半導体を用いる場合には、Ｉｎを含む窒化物半導体が発光効率に優れるため好ましく用いられ、更に好ましくは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）が特に優れた発光効率の発光素子が得られる。その他に、発光層として、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなども用いることができる。活性層は、単一の発光層でも、単一の井戸層の単一量子井戸構造、複数の井戸層と、障壁層を積層した多重量子井戸構造を用いることができ、好ましくは多重量子井戸構造とすることで発光出力に優れた発光素子構造。
【００３３】
図３に示すように、亀裂１０を有する第１の層４は、発光素子構造の積層体の一部として用いられると、図中白抜き矢印に示すように、素子積層体内部を伝搬する活性層からの光（図中大きな矢印）が、亀裂１０、空隙１１などにより反射され（小さい矢印）、素子外部への光取り出し効率を向上させることができる。具体的には、図中の大きな矢印として示すように、成長方向に垂直な横方向成分の大きな光に対して、それを亀裂などにより乱反射させて、成長方向（縦方向）成分を大きくした光として、素子外部に光を出す構造とでき、横方向距離が大きな薄膜積層体となる発光素子において有用な光取り出し用の素子構造、光乱反射層として第１の層４を機能させることができる。
【００３４】
このような発光素子構造と、第１の層、第２の層との関係において、第２の層５は本願発明により結晶性良好に高Ａｌ混晶比、厚膜のＡｌを含む窒化物半導体が形成されるため、発光素子の活性層からの発光波長が、実施例に示すように紫外域のような短波長である場合には、自己吸収の少ない層として第２の層（Ａｌを含む窒化物半導体層）を用いることができる。具体的には、Ａｌを含む窒化物半導体を含むの第２の層を素子構造（第１導電型層）の一部として、若しくは素子構造形成用の下地層として用い、その他の素子構造を構成する層（第１導電型層３１、活性層３２、第２導電型層３３）を、第２の層のＡｌ混晶比より小さいＡｌ混晶比の窒化物半導体とすること、Ａｌ混晶比を第２の層より大きくして第２の層より薄膜とすることで、短波長域の発光素子に好適な素子構造とできる。これは、第２の層を素子構造の他の層より高Ａｌ混晶比とすると、上述したＡｌを含む窒化物半導体によるクラックの発生、結晶性悪化を低減でき、更に、それら素子構造の層よりも厚膜で第２の層が形成されると、素子構造に対して厚膜の第２の層が各界面の応力に大きく影響を及ぼし、それが結晶性良好なものであると、結晶性良く素子構造が形成されるためである。更に、第２の層の素子構造側に対向する面側に、図に示すように、亀裂を有する第１の層４があると、素子構造積層時においても、亀裂、空隙の収縮自在・膨張自在による応力緩和機構が働き、好適にＡｌを含む窒化物半導体の層を成長させることができる。また、素子構造の各層は、活性層からの発光（電磁波）に対し、自己吸収の少ない材料を選定し、好ましくはＡｌを含む窒化物半導体を用い、更に好ましくはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を用いる。このとき、短波長域としては、青色〜紫外域の４７０ｎｍ以下、具体的には視感度の低い４２０ｎｍ以下の近紫外域、好ましくはＧａＮの吸収が大きくなる吸収端近傍の３８０ｎｍの紫外域、更に好ましくはＧａＮの吸収端である３６５ｎｍ以下の紫外域に発光する短波長域の発光素子に好適に用いられ、またこのとき、蛍光体などの波長変換部材を発光素子と共に変換部材を有する発光装置として、その波長変換部材により発光素子（放射源）の少なくとも一部の光（電磁波）を励起・変換して、その光よりも長波長の光、特に変換された可視光域の光を取り出す発光装置とできる。このとき、波長変換部材を複数として複数の波長域の光、並びに、発光素子の光と、を加法混色で、白色など、所望の発光色を発光可能な発光装置とできる。
【００３５】
図５の発光素子１００は、本発明の一実施形態を示すものであり、図５（ａ）は、第１の層４を基板１側に設けて、光反射層として機能させ、素子駆動領域となる素子構造３０には第２の層を含む第１導電型層１３１、活性層、第２導電型層が積層された発光素子構造３０であり、図５（ｂ）は、同様に素子駆動領域となる素子構造３０には第２の層を含む第１導電型層１３１、活性層、第２導電型層が積層された発光素子構造をフェースダウンで外部基板２００に導電性部材１６１、１６２により接着して実装し、成長基板１側の下地層２などを除去し、第２の層１３３側を光り出射方向とするものであり、このとき、第１の層４、介在層６も不要であれば除去することができる。
【００３６】
【実施例】
本発明に係る実施例として以下に示すが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
実施例１として、図１を用いてＡｌ高混晶の窒化物半導体結晶をＭＯＣＶＤで成長させる方法を説明する。
（下地層２）
基板１として、２インチφのサファイア基板をＭＯＣＶＤの反応炉に搬送し、続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなる（低温成長の）バッファ層を約２０ｎｍの膜厚で成長させ、次に、温度をＴＭＧのみを止めて１０５０℃まで昇温して、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用いてＧａＮよりなる高温成長のバッファ層（高温成長単結晶層）を３μｍの膜厚で成長させる。この２層を図１（ａ）に示すように下地層２として用いる。
（第１の層３）
続いて、図１（ｂ）に示すように、温度１０００℃（第１の温度）で、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用いてＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎを０．２μｍの膜厚で第１の層３を成長させる。
（亀裂形成工程）
続いて、ＴＭＧのみを止めて反応炉の温度を５００℃（第２の温度）まで降温してする。これにより、図１（ｃ）に示すように、第１の層４（３）にクラック（亀裂）が発生し、亀裂を有する第１の層４となり、またここでは、第２の温度として後に続く第２の層５の成長温度（第３の温度）まで昇温するが、第２の温度で所定の時間保持して亀裂形成工程としても良い。この状態で、更に室温まで降温して反応炉からウエハを取り出して、第１の層４（３）を観察すると、図１（ｃ）に示すように、第１の層４の表面から深さ方向に亀裂１０が形成され、ほぼ第１の層４を貫通して下地層２の表面に達しその表面で亀裂が止まり、図２に示すように下地層２表面上で第１の層４を分離させる亀裂１０が観られ、またその亀裂には空隙１１も観られ、更に図に示すように、第１の層４の表面（Ｃ面）において窒化物半導体のＭ面２０に平行な亀裂１０が面内走っているものが得られる。このように、亀裂は、第１の層表面において、その窒化物半導体の結晶面（Ｍ面の他、Ｃ面、Ａ面、Ｒ面など）に平行に形成される。また、下地層２若しくは基板と第１の層４との熱膨張係数差、格子定数差によるひずみが第１の層４、下地層２に導入される。
（亀裂収縮工程）
亀裂形成工程に続いて、反応炉の温度を５００℃から１０５０℃に昇温する。これにより、図１（ｄ）に示すように、下地層若しくは基板と第１の層４との熱膨張係数差により、図１（ｂ）に示す第１の層３成長時の状態が復元されるように、亀裂形成工程によるウエハの反り（ここでは第１の層（表面側）を凸、基板（裏面）側を凹とするウエハの反り）が緩和するように第１の層４に応力が掛かり、図１（ｄ）に示すように、亀裂１０が収縮する。
続いて、温度１０５０℃、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用いて、亀裂を有する第１の層４の上に第２の層５としてＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎを６μｍの膜厚で形成する。
【００３７】
第２の層５を形成後、に室温まで降温して、反応炉からウエハを取り出し、そのＡｌを含む窒化物半導体結晶（第２の層）を観察すると、図３に示すように、亀裂を有する第１の層４の亀裂１０を覆うように第２の層５が成長しており、平坦な表面が得られる。
［比較例１］
実施例１において、下地層２を成長後、第２の層５を成長させて窒化物半導体結晶性を得る。このようにして得られる窒化物半導体結晶は、第２の層にクラック（亀裂）が発生するものであり、下地層、基板の材料、膜厚にもより異なるが、Ａｌ混晶比０．１のＡｌＧａＮ結晶（第２の層５）ではその膜厚が約０．５μｍ以上でクラックが発生するものとなる。
［実施例２］
実施例１において、第１の層の組成をＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ、第２の層５の組成をＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎとする他は、実施例１と同様にして、Ａｌを含む窒化物半導体（第２の層）を得る。得られる窒化物半導体結晶は、実施例１と同様に、表面の平坦性に優れるものとなる。
［実施例３］
実施例１において、亀裂収縮工程の後、第２の層５を成長させる前に、図３に示すように第１の層４と第２の層５との間に設ける介在層６として、温度１０５０℃、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用いて、亀裂を有する第１の層４の上にＧａＮを０．１μｍの膜厚で形成し、その介在層６の上に実施例１と同様に第２の層を形成して、Ａｌを含む窒化物半導体結晶を得る。このとき介在層６は、図３に示すように第１の層４の亀裂１０を跨ってそれを覆うように第１の層４のほぼ全面に形成され、空隙１１が第１の層４と介在層６との間に設けられ、また、第２の層よりもＡｌ混晶比の小さい窒化物半導体の介在層により結晶性良好で平坦な介在層６表面が設けられ、Ａｌを含む窒化物半導体の第２の層５を成長させることで、第２の層の結晶性を良好なものとでき、一方、結晶成長終了後の熱膨張係数差などによる大きな応力が掛かることにおいても介在層が第２の層より膜厚が小さく、Ａｌ混晶比が小さいことで、介在層でも緩和され、更にそれが亀裂を含む第１の層４により大幅に緩和されて、第２の層のクラックによる結晶破壊が回避される。
［実施例４］
本実施例は、実施例４〜６の紫外発光ＬＥＤ素子と異なり、図４（ａ），（ｃ）に示す青色ＬＥＤ素子に関するものである。
【００３８】
成長用基板１として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングする。
（下地層２）
実施例１と同様に、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層を約２０ｎｍの膜厚で成長させ、温度を１０５０℃に昇温してＧａＮを膜厚３μｍで単結晶の高温バッファ層を成長させて下地層２とする。
（第１の層３）（亀裂形成工程・亀裂収縮工程）
実施例１と同様に、第１の層３として、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎを膜厚０．２μｍを成長させて、降温して亀裂形成し、更に昇温してその亀裂１０を収縮させる。
【００３９】
続いて、図４（ａ）に示すように、亀裂を有する第１の層４の上に、第２の層５と第１導電型層３１を有するｎ型層、活性層３０、ｐ型層３３を発光素子構造３０（図中点線部の領域）を積層して素子構造の積層体を形成する。
（ｎ型コンタクト層；第２の層５）
亀裂を有する第１の層４の上に、ｎ型導電型層として、ｎ型コンタクト層（第２の層５）、ｎ型クラッド層（ｎ型層３１）を積層する。第２の層５（ｎ型コンタクト層）として、温度１０５０℃、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉが１×１０１８／ｃｍ３ドープのｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．８Ｎよりなるｎ型コンタクト層を５μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型クラッド層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層５を４０ｎｍの膜厚で形成した。
（活性層３２）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＧａＮよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎＧａＮよりなる井戸層を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順に積層する。このとき、障壁層を２０ｎｍ、井戸層を５ｎｍの膜厚とする。活性層は、総膜厚約７０ｎｍの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
（ｐ型クラッド層）
活性層１３２の上に、ｐ型導電型層３３として、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を積層する。水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層を６０ｎｍの膜厚で成長させる。
（ｐ型コンタクト層）
続いてｐ型クラッド層上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｐ型コンタクト層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００４０】
成長終了後、窒素雰囲中、ウエハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化処理となる熱処理し、アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出す。続いて、導電性の基板として第１基板４０とウエハ表面（ｐ型コンタクト層表面）との間に、両者を接着するための接合層６０を第１基板４０側、ウエハ表面にそれぞれ第１の接合層、第２の接合層として設ける。ここで、第１の接合層は、ｐ型導電型層３３に電流注入するオーミック用の電極としても機能する。
（第１の接合層）
アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚０．２μｍで形成してｐ側電極とする。その後、オーミックアニールを６００℃で行って、ｐ側電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成する。
【００４１】
次に、ｐ側電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚０．２μｍ−０．３μｍ−０．３μｍ−３．０μｍ−０．１μｍで形成する。ここで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２の共晶形成層との密着性を向上させる役割を果たす。
（第２の接合層）
一方、導電性基板（第１基板４０）として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚０．２μｍ−０．３μｍ−１．２μｍで形成する。
【００４２】
次に、第１の接合層と第２の接合層とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接する。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させる。
（基板剥離工程）
次に、図４（ｃ）に示すように、導電性基板を接合した接合用積層体について、サファイア基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面を走査してレーザを照射する。レーザ照射により下地層２の窒化物半導体を分解して、サファイア基板１を除去できる。さらに第２の層５ｂ（ｎ型コンタクト層）が露出するまで研磨して、下地層２、第１の層４と、第２の層の一部５ａを除去して、面荒れを無くす。
【００４３】
続いて、第２の層５ｂの研磨側（成長基板側）表面を、フォトリソグラフィー技術により、所望のマスクを施してＲＩＥによるドライエッチングにより、約１μｍの深さ、２μｍ×２μｍの四角形の凹部９０を縦横に間隔２μｍで表面内のほぼ全域に配置した凹凸加工を施す。
（ｎ電極）
次に、ｎ型コンタクト層の凹凸９０表面上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１０ｎｍ−０．２５ｎｍ−０．１ｎｍ−０．２ｎｍ−０．６ｎｍで形成してｎ側電極とする。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨し、導電性基板の裏面にｐ側電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を０．１μｍ−０．２μｍ−０．３μｍで成膜する。次に、ダイシングにより素子を分離する。
【００４４】
得られるＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光となる。また、Ａｌを含む窒化物半導体結晶（第２の層５）を厚膜で結晶性良好で形成できることにより、成長用基板１剥離において取り扱いが容易なものとなり、また、膜厚が十分に厚いため光取り出し効率を高める凹凸加工面形成も可能となり、更にＡｌ混晶比の大きな層が形成できることで、素子構造を構成する窒化物半導体材料による光の吸収を低減し、透明な材料による素子構造の形成が可能となる。
［実施例５］
実施例４と同様に、第１の層４の上に、第１導電型層３１（１３１）としてｎ型コンタクト層（第２の層５）とｎ型クラッド層、その上に活性層３２（１３２）、その上に第２導電型層３３（１３３）としてｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層、を積層した素子構造３０（１３０）を形成し、図５（ａ）に示すように、ｎ型コンタクト層（第２の層５）の一部が露出するまでエッチングで除去し、第１導電型層（ｎ型層）１３１表面、第２導電型層（ｐ型層）１３３表面に、それぞれ実施例１と同様なｎ側電極１７１、Ｎｉ−Ａｕからなる透光性のｐ側電極１７２、更にｐ側電極の一部にボンディング用の電極１７３を設けて、３２０μｍ×３２０μｍにウエハを分割して発光素子１００を得る。この発光素子１００では、亀裂を含む第１の層４が、第１導電型層１３１側（成長用基板１と第１導電型層１３１との間）に設けられることで、上述したように、活性層１３２からの発光を第１の層４により乱反射して素子外部へ効率的に取り出され、光取り出し効率の高い発光素子となる。
［実施例６］
実施例５において、第１の層、ｎ側クラッド層（第２の層）、活性層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層を以下の様にする他は実施例５と同様にして発光素子を得る。
（第１の層）
Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎを０．１５μｍの膜厚で形成し（第１の温度）、降温（第２の温度）して亀裂を形成する。
（ｎ側クラッド層［第２の層］）
亀裂を有する第１の層の上に、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｎ型クラッド層（コンタクト層を兼用）を２．５μｍの膜厚で形成する。
（活性層）
Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を、障壁層（ａ１）／井戸層（ｂ１）／障壁層（ａ２）／井戸層（ｂ２）／障壁層（ａ３）／井戸層（ｂ３）／障壁層（ａ３）の順に積層する。この時、障壁層ａ１とａ２とａ３とａ４をそれぞれ３７０Å、井戸層ｂ１とｂ２とｂ３をそれぞれ８０Åの膜厚とする。障壁層ａ４のみアンドープとする。活性層は、総膜厚約１７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
（ｐ側クラッド層）
Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層を３７０Åの膜厚で成長させる。
（ｐ型コンタクト層）
続いて、ｐ型クラッド層上に、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その上に、Ｍｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させる。
【００４５】
素子構造形成後は、実施例５と同様にして、支持基板に接着して、基板１を剥離し、除去工程により第２の層の一部を除去して露出したｎ側クラッド層の表面に電極を形成して素子構造とする。得られる発光素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は２．４ｍＷ、Ｖｆは３．６Ｖのものが得られる。
【００４６】
【発明の効果】
本願発明の成長方法により、従来困難であった高Ａｌ混晶比の窒化物半導体結晶を、結晶性良好に得ることができ、また、その第２の層の上に、Ａｌを含む窒化物半導体を用いた各層を積層した素子構造についても結晶性良好とでき、また高Ａｌ混晶比の窒化物半導体とでき、従来のように結晶性を考慮せずに、素子構造の設計自由度が向上される。また、第２の層、その上の素子構造積層後に、成長温度から室温までの高温、電極形成などの素子加工工程、成長用基板１を剥離する工程、などにおいても、衝撃緩和する第１の層を有していることで、結晶、ウエハの取り扱いが容易となり、歩留まりも向上する。また、それらＡｌを含む窒化物半導体を用いた半導体素子（ＨＥＭＴ、バイポーラトランジスタなど）、特に、紫外域に発光する発光素子においては、自己吸収の少ない窒化物半導体とできるため、有用である。加えて、発光素子にあっては、亀裂を有する第１の層による光の乱反射作用により、光取り出し効率に優れた発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態を説明する模式断面図。
【図２】本発明に係る第１の層の結晶形態を説明する模式図。
【図３】本発明に係る一実施形態を説明する模式断面図。
【図４】本発明に係る一実施形態を説明する模式断面図。
【図５】本発明に係る一実施形態を説明する模式断面図。
【符号の説明】
１・・・基板（成長用）、 ２・・・下地層、 ３・・・第１の層、 ４・・・第１の層（亀裂を含む）、 ５・・・第２の層、 ６・・・第３の層（介在層）、 １０・・・クラック（亀裂）、 １１・・・空隙、 ２０・・・面方位（Ｍ面）、 ２１・・・チップ形状、 ３０，１３０・・・素子構造、 ３１，１３１・・・第１導電型層、 ３２，１３２・・・第２導電型層、 ３３，１３３・・・第２導電型層、 ４０・・・第１基板、 ４１・・・第２基板、 ５０，５１・・・除去部、 ６０，６１・・・接合層（導電性）、 ７１，１７１・・・ｎ電極（第１導電型層側電極）、 ７２，１７２・・・ｐ電極（第２導電型層側電極）、 ７３，１７３・・・パッド電極、 ９０・・・凹凸加工面、 １００・・・発光素子（ＬＥＤ）、 １６１，１６２・・・導電性接着剤、 １８１，１８２・・・外部リード、 ２００・・・支持体
Claims (14)
- 基板上に窒化物半導体結晶を成長する方法において、
基板の上に、窒化物半導体からなる第１の層を成長させる工程と、該第１の層の少なくとも一部を分断させる亀裂を形成する工程と、該亀裂を有する第１の層の上に窒化物半導体からなる第２の層を成長させる工程と、を具備してなることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法。 - 基板上に窒化物半導体結晶を成長する方法において、
基板の上に、窒化物半導体からなる第１の層を成長させる工程と、第１の層の少なくとも一方の表面側に応力を掛けて、第１の層の内部から上面側表面に達する亀裂を設ける工程と、該第１の層の上に、第１の層上面の亀裂を覆って窒化物半導体からなる第２の層を成長させる工程と、を具備してなることを特徴とする窒化物半導体結晶の成長方法。 - 前記第２の層の成長工程において、第２の層を成長するに従って、第１の層の亀裂が収縮・膨張して第２の層掛かる応力を緩和することを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 前記第２の層がＡｌを含む窒化物半導体であることを特徴とする請求項１乃至３記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 前記第２の層のＡｌ混晶比が、第１の層のＡｌ混晶比よりも高混晶であることを特徴とする請求項１乃至４記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 前記亀裂を形成する工程が、熱処理により亀裂が形成されることを特徴とする請求項１乃至５記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 前記第１の層の熱膨張係数が、前記基板若しくは、基板と第１の層との間に設けられた下地層の熱膨張係数と異なることを特徴とする請求項１乃至６記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 前記亀裂形成工程により第１の層に亀裂を形成した後、亀裂を収縮させる亀裂収縮工程を具備すること特徴とする請求項１乃至７記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 前記第１の層成長工程において第１の層を第１の成長温度で成長させ、前記亀裂形成工程において第１の成長温度よりも低い第２の温度に降温して亀裂を形成し、前記第２の層成長工程において第２の温度よりも高い第３の温度に昇温して第１の層の亀裂を収縮した後、第２の層を成長させることを特徴とする請求項１乃至８記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 前記第１の層成長工程において第１の層を第１の成長温度で成長させ、前記亀裂形成工程において第１の成長温度と異なる第２の温度にして第１の層表面側を凸面側として亀裂を形成し、前記第２の層成長工程において第２の温度と異なる第３の温度にして第１の層の亀裂を収縮した後、第２の層を成長させることを特徴とする請求項１乃至９記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 前記第２の層成長工程の後、基板の上に形成された少なくとも第１の層と第２の層とを有する成長層の上に、第１の基板を張り合わせる工程と、基板及び／又は成長層の一部を除去する工程とを具備することを特徴とする請求項１乃至１０記載の窒化物半導体結晶の成長方法。
- 請求項１乃至１１記載の前記窒化物半導体結晶の成長方法のより得られる第２の層を、素子構造の一部に用いた窒化物半導体素子。
- 第１導電型層と第２導電型層との間に活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記第１導電型層の少なくとも一部若しくは前記第１導電型層における活性層と対向するの面側に、亀裂を含む第１の層と、第１の層よりも活性層側に第２の層が設けられた構造を有する窒化物半導体発光素子。 - 前記第１の層に設けられた亀裂が、第１の層の活性層側面内において、面内を複数の領域に分断するように複数設けられていることを特徴とする請求項１３記載の窒化物半導体発光素子。
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