JP2007013191A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの反りを抑制しつつ、結晶欠陥の少ないエピタキシャル成長層を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【解決手段】単結晶基板１の上に、スペーサ層２を形成し、さらに、スペーサ層２の上に、窒化物を含むIII-V 族化合物半導体層などからなるエピタキシャル成長層３を形成する。エピタキシャル成長層３を転写用基板４に接着し、単結晶基板１の裏面からレーザ光，水銀灯の輝線などの光を照射して、エピタキシャル成長層３と単結晶基板１とを互いに分離する。スペーサ層２の禁制帯幅が単結晶基板１の禁制帯幅よりも小さいので、エピタキシャル成長層３における結晶欠陥やクラックの発生を抑制しつつ、スペーサ層２を分解又は融解させて、薄い半導体層を基板から分離することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば短波長発光ダイオード、短波長半導体レーザや高温・高速トランジスタに利用できる半導体装置の製造方法に関するものである。

従来より、窒化物半導体は、禁制帯幅が大きいので（例えばＧａＮで室温３．４ｅＶ程度）、緑色・青色あるいは白色といった比較的短波長領域での可視域発光ダイオード、あるいは、光ディスクの大容量化に有効な短波長半導体レーザを実現できる材料である。窒化物半導体は、特に発光ダイオードの活性層として一般に広く使用されており、また、青色又は青紫色レーザは高密度光ディスクの読み出し・書き込み用光源としてその商品化が強く望まれている。

一般に、窒化物半導体層を形成するには、主面がほぼ（０００１）面であるサファイア基板の上に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などのＣＶＤ法により、デバイスを構成する各窒化物半導体層を形成している。また、半導体レーザを作製する場合には、各窒化物半導体層のエピタキシャル成長後、導波路構造及び電極の形成に続いて、共振器作製のために、半導体レーザの端部に共振器面となるへき開面を形成する必要がある。この際に、サファイア基板と窒化物半導体とでは結晶構造がｃ面（（０００１）面）内で３０°回転していること、サファイアが強固な材料であることなどにより、基板全体をへき開するのが困難であった。このため、良好な共振器面（ミラー）を得ることができず、半導体レーザのしきい値電流の低減等の特性改善が困難であった。

この問題を解決するために、窒化物半導体層のエピタキシャル成長後、窒化物半導体層のへき開面に平行なへき開面が形成されるような材料からなる転写用基板に窒化物半導体層を接着し、その後、窒化物半導体層とサファイア基板とを互いに分離させて、窒化物半導体層及び転写用基板の劈開を行なう方法が提案された。この方法では、窒化物半導体層とサファイア基板との分離は、サファイア基板の裏面からレーザ光を照射してサファイア基板との界面に存在するＧａＮ層などを分解又は融解することで実現しようとしている。この方法によれば、例えば転写用基板としてＳｉ（００１）基板を用い、接着時にＳｉのへき開面とＧａＮのへき開面を平行にしておくことで、窒化物半導体層に、平坦でかつ互いに平行な２つの共振器面を形成できる。その結果、半導体レーザの低しきい値電流の実現・長寿命化等の特性改善が期待できる。

以下、上記窒化物半導体装置の製造方法について説明する。図１５（ａ）〜（ｄ）は、上記従来の窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図１５（ａ）に示す工程で、サファイア基板１０１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:ＭＯＣＶＤ）を用いてＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含み、ｐｎ接合部を有する多層構造のエピタキシャル成長層１０３を形成する。半導体レーザを作製する場合には、再成長技術等を用い、エピタキシャル成長層１０３に導波路構造が組み込まれている。

次に、図１５（ｂ）に示す工程で、エピタキシャル成長層１０３を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板１０４に接着し、図１５（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１０１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を照射する。

図１６は、サファイア基板１０１と窒化物半導体層中のＧａＮ層とのバンド状態を示すエネルギバンド図である。同図に示すように、サファイア基板１０１のバンドギャップ（禁制帯幅）は広いので、ＫｒＦエキシマレーザ光の出力はサファイア基板１０１には吸収されることがない。そして、ＧａＮ層のバンドギャップ（禁制帯幅）が小さいことから、照射されたレーザ光はＧａＮ層で吸収されるので、非常にレーザのパワーが大きい場合には光エネルギーが結合を切ることに消費されるために、サファイア基板１０１との界面付近にてＧａＮ層の結合が分解する。

これにより、図１５（ｄ）に示すように、サファイア基板１０１とエピタキシャル成長層１０３とが互いに分離する。その後、Ｓｉ基板１０４上のエピタキシャル成長層１０３にコンタクトする電極の形成や、基板のへき開（半導体レーザ作製の場合）などのプロセスを行なう。半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＧａＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、エピタキシャル成長層１０３とＳｉ基板１０４とを互いに接着する。

以上の製造方法により、半導体レーザに平坦な共振器面が形成できる。また、窒化物半導体層をＳｉ基板に接着しているので、放熱性がサファイア基板に比べ良好なため、半導体レーザの長寿命化も期待できる。
特表２００１−５０１７７８号公報の図１及び要約書 特開２０００−９１６３２号公報の図１及び要約書

しかしながら、上記のような窒化物半導体装置の製造方法では、以下のような不具合があった。

図１５（ｃ）に示す工程で、ＫｒＦエキシマレーザ光の照射により、エピタキシャル成長層１０３とサファイア基板１０１との境界部に近いＧａＮ層において結晶欠陥あるいはクラックが入りやすい。その結果、半導体レーザのパワー調整の最適範囲が狭くなる。また、厚みが４μｍ程度の薄いエピタキシャル成長層を有するものでは、エピタキシャル成長層の表面にまで結晶欠陥やクラックが伝わるために、窒化物半導体層（エピタキシャル成長層）の合計膜厚を例えば１０μｍ程度と厚くする必要があった。しかしながら、サファイア基板上の窒化物半導体層を厚膜化すると、サファイア基板と窒化物半導体層との熱膨張係数の差によって、エピタキシャル成長後の冷却時に生じるウエハ全体の反りが顕著になり、平坦な転写用基板とウエハとの接着が困難であるという課題があった。

本発明の目的は、ウエハの反りを抑制しつつ、結晶欠陥の少ないエピタキシャル成長層を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の第１の半導体装置の製造方法は、単結晶基板からのエピタキシャル成長により形成された半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、上記単結晶基板の上面を覆うように、直接又はＡｌＮバッファ層を介して、上記半導体層の最下部よりも小さい禁制帯幅を有するスペーサ層を形成する工程（ａ）と、上記スペーサ層の上に、上記半導体層を形成する工程（ｂ）と、上記単結晶基板の禁制帯幅より小さく、かつ、上記スペーサ層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有する光を、上記単結晶基板の裏面側から上記スペーサ層に照射して、上記半導体層を上記単結晶基板から分離する工程（ｃ）とを含んでいる。

この方法により、工程（ｃ）においては、単結晶基板と半導体層との間に、単結晶基板の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅を有するスペーサ層が介在している状態で、スペーサ層に光が照射されるので、光のエネルギーが主としてスペーサ層で吸収される。その結果、スペーサ層のうち単結晶基板との境界部が主として分解又は融解することにより、単結晶基板と半導体層とが互いに分離する。したがって、低い照射光パワー密度、半導体層に結晶欠陥やクラックを発生させることなく、例えば５μｍ以下と薄い半導体層を基板から分離することが可能となる。

上記工程（ｂ）では、上記半導体層として窒素を含む化合物半導体層を形成することができる。

上記工程（ｂ）では、上記半導体層としてIII-V 族化合物半導体層を形成することができる。

上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＺｎＯ層を形成し、上記工程（ｂ）では、上記半導体層の最下部を上記ＺｎＯ層の禁制帯幅よりも大きいIII-V 族化合物材料により構成することにより、ＺｎＯ層の禁制帯幅が比較的小さいことを利用して、半導体層と単結晶基板とを容易に互いに分離することができる。つまり、照射した光が主としてＺｎＯ層で吸収される結果、低い照射光パワー密度で、半導体層に結晶欠陥やクラックを発生させることなく、例えば５μｍ以下と薄い半導体層を基板から分離することが可能となる。

上記工程（ａ）では、上記スペーサ層として窒素を含むIII-V 族化合物半導体層を形成し、上記工程（ｂ）では、上記半導体層の最下部を上記スペーサ層よりも禁制帯幅の大きい窒素を含むIII-V 族化合物半導体層により構成することにより、スペーサ層の禁制帯幅が比較的小さいことを利用して、半導体層と単結晶基板とを容易に互いに分離することができる。つまり、照射した光が主としてスペーサ層で吸収される結果、低い照射光パワー密度で、半導体層に結晶欠陥やクラックを発生させることなく、例えば５μｍ以下と薄い半導体層を基板から分離することが可能となる。

上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ層（０＜ｘ≦１）を形成し、上記工程（ｂ）では、上記半導体層の最下部をＡｌ_y Ｇａ_1-y Ｎ層（０＜ｙ≦１）により構成することができる。

上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＧａＮ層を形成し、上記工程（ｂ）では、上記半導体層の最下部をＡｌ_y Ｇａ_1-y Ｎ層（０＜ｙ≦１）により構成することにより、半導体層の薄膜化を図ることができる。

上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＧａＮ層を形成し、上記工程（ｂ）では、上記半導体層の厚みを０．５μｍ以上で４μｍ未満の範囲の値にすることが好ましい。

上記工程（ａ）の後で上記工程（ｂ）の前に、上記スペーサ層の上に、逐次組成の異なる複数の薄膜を積層してなる積層部を形成する工程をさらに含み、上記工程（ｂ）では、上記積層部の上に上記半導体層を形成することにより、光の照射によってスペーサ層に結晶欠陥やクラックなどが生じても、結晶欠陥やクラックの半導体層への伝播が積層部でくい止められるので、結晶性の良好な半導体層が得られる。

上記積層部が、量子井戸層と障壁層とを交互に積層して形成される多重量子井戸層であることにより、多重量子井戸層を利用した高性能のデバイスを形成することができる。

上記工程（ｂ）が、上記スペーサ層の上に、互いに間隙をあけて上記スペーサ層を覆う，複数の被覆部を形成する副工程（ｂ１）と、上記スペーサ層及び上記複数の被覆部を覆うように上記半導体層を形成する工程（ｂ２）とを含むことにより、半導体層のうち被覆部の上に沿って横方向に成長する部分には、結晶欠陥やクラックが少ないことを利用して、結晶性の良好な半導体層を得ることができる。

その場合、上記工程（ｂ）は、上記スペーサ層の上に上記半導体層の一部である下層を形成する副工程（ｂ３）と、上記工程（ｂ３）の後に、上記下層の上に、互いに間隙をあけて上記下層を覆う，複数の被覆部を形成するステップ（ｂ４）と、上記工程（ｂ４）の後で、上記各被覆部同士の間隙から、上記半導体層の残部として上層を形成するステップ（ｂ５）とを含むことができる。

上記副工程（ｂ２）又は上記副工程（ｂ４）では、上記被覆部として、多層の絶縁膜または金属膜によって構成される被覆部を形成することにより、上述の効果に加えて、光をスペーサ層と単結晶基板との間に集中させることが可能となり、その結果、半導体層における結晶欠陥やクラックの発生を抑制することができる。

上記副工程（ｂ２）又は上記副工程（ｂ４）では、上記被覆部として、上記スペーサ層よりも熱伝導率の低い材料からなる被覆部を形成することにより、上述の効果に加えて、熱をスペーサ層と単結晶基板との間に集中させることが可能となり、その結果、半導体層における結晶欠陥やクラックの発生を抑制することができる。

上記工程（ｃ）では、上記半導体層の最下部の禁制帯幅より小さいエネルギーの光を照射することにより、半導体層の分解又は融解をより確実に回避しつつ、スペーサ層の分解又は融解による半導体層と単結晶基板との分離を行なうことができる。

上記工程（ａ）の前に、上記単結晶基板の上に、上記工程（ｃ）で照射される光のエネルギーよりも大きい禁止帯幅を有し、工程（ｃ）における上記スペーサ層と上記単結晶基板との格子不整合による歪みを緩和するためのバッファ層を形成する工程をさらに含み、上記工程（ａ）では、上記スペーサ層を上記バッファ層の上に形成することにより、スペーサ層における欠陥の発生をできるだけ回避することができる。その結果、結晶性の良好な半導体層が得られることになる。

上記バッファ層を形成する工程では、上記バッファ層として厚みが０．５μｍ以上で２μｍ以下のＡｌＮバッファ層を形成することにより、結晶性が極めて良好な半導体層を形成することができる。

上記単結晶基板の上に、厚みが０．５μｍ以上のＡｌＮバッファ層を形成する工程を含む場合には、上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ層（０＜ｘ≦１）又はＧａＮ層を形成し、上記工程（ｂ）では、上記スペーサ層の上に、最下部がＡｌ_y Ｇａ_1-y Ｎ層（０＜ｙ≦１）により構成されるように上記半導体層を形成することが好ましい。

上記工程（ｃ）では、パルス状に発振するレーザからの光を上記単結晶基板の裏面から照射することにより、光の出力パワーを増大させることができ、その結果、スペーサ層を速やかに分解又は融解して、半導体層を基板から分離することが可能となる。

上記工程（ｃ）では、水銀灯の輝線を上記単結晶基板の裏面から照射することにより、例えば窒素を含むIII-V 族化合物半導体層では３６５ｎｍ輝線のエネルギーより大きな禁制帯幅を有するものと小さな禁制帯幅を有するものとを膜の組成の変化で作製できるので、窒素を含むIII-V 族化合物半導体層により、スペーサ層と半導体層とを形成することが可能となる。

上記工程（ｃ）では、上記単結晶基板を加熱することにより、スペーサ層を形成する際に熱膨張係数の差により生じた膜中のストレスを緩和することができるので、大面積の単結晶基板上に形成された半導体層を単結晶基板から分離させることが容易となる。

本発明の第１の半導体装置の製造方法によれば、単結晶基板上に、禁制帯幅が単結晶基板よりも小さいスペーサ層を形成した後、スペーサ層のうえに半導体層を形成し、その後、単結晶基板の裏面から光をスペーサ層に照射して、半導体層と単結晶基板とを互いに分離させるようにしたので、半導体層における結晶欠陥やクラックの発生を抑制しつつ、薄い半導体層を基板から分離することができる。

本発明の第２の半導体装置の製造方法によれば、単結晶基板の上面上に、複数の薄膜を逐次組成を変化させて積層してなる欠陥進展防止用の積層部を形成した後、積層部の上に半導体層を形成するようにしたので、バルクの単結晶基板に結晶欠陥やクラックが多く存在する場合でも、結晶性の良好な半導体層を得ることができる。

本発明の半導体装置によれば、基板上に発光領域となる活性層を含む半導体層を設け、半導体層の上に多重量子量子井戸層を設けたので、高性能の半導体レーザを得ることができる。

（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図１（ａ）に示す工程で、主面がほぼ（０００１）面（ｃ面）であるサファイア基板１（ウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１の上に、例えばＲＦスパッタリングにより、スペーサ層となる厚み約１００ｎｍのＺｎＯ層２を形成し、さらに、有機金属気相成長（Metal Organic Cheｍical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）により、ＺｎＯ層２の上に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造のエピタキシャル成長層３（厚み５μｍ）を形成する。半導体レーザを作製する場合には、再成長技術等を用い、エピタキシャル成長層３に導波路構造が組み込まれている。

次に、図１（ｂ）に示す工程で、エピタキシャル成長層３を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板４（転写用基板）に接着し、図１（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ，エネルギー５ｅＶに相当）を照射して、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離する。レーザ光は、そのビーム（光束）をウエハ面全体にスキャンさせるように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，ＺｎＯ層２及びエピタキシャル成長層３相互の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。

なお、半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＧａＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、エピタキシャル成長層３とＳｉ基板４とを互いに接着する。

これにより、図１（ｄ）に示すように、サファイア基板１とエピタキシャル成長層３とが互いに分離する。その後、Ｓｉ基板４上のエピタキシャル成長層３にコンタクトする電極の形成や、基板のへき開（半導体レーザ作製の場合）などのプロセスを行なう。

図２は、図１（ａ）に示す工程で形成される積層構造の例を示す断面図である。この例では、半導体レーザの構造を示しており、エピタキシャル成長層３は、厚み約３μｍのｎ−ＧａＮ層３ａと、厚み約１００ｎｍのｎ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層３ｂと、厚み６ｎｍのＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層及び厚み約３ｎｍのＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層を交互に３周期だけ積層してなる２井戸層の発光領域３ｃと、厚み約１００ｎｍのｐ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層３ｄと、厚み約４００ｎｍのｐ−ＧａＮ層３ｅとを有している。

図３は、図１（ｄ）に示す工程で形成される積層構造の例を示す図である。図３に示すように、図２に示すエピタキシャル成長層３が上下逆転した状態でＳｉ基板４上に搭載されており、さらに、エピタキシャル成長層３の上に例えばＴｉ／Ａｌからなるｎ型用電極１０が形成されている。

ただし、本発明におけるエピタキシャル成長層３は、図２，図３に示す構造に限定されるものではなく、他の構造を有する発光ダイオード，半導体レーザや、他の構造を有する半導体レーザ以外の半導体装置、例えばＭＥＳＦＥＴ，ＨＥＭＴ，ショットキーダイオードなどについても本発明を適用することができる。

図４は、本実施形態のサファイア基板１と、スペーサ層であるＺｎＯ層２と、エピタキシャル成長層３中のＧａＮ層とのバンド構造を示すエネルギバンド図である。同図に示すように、ＺｎＯ層２のバンドギャップ（禁制帯幅）は、３．２７ｅＶであり、ＧａＮ層のバンドギャップ（３．３９ｅＶ）よりも小さい。

本実施形態では、ウエハの裏面に照射されたレーザ光が、主にＺｎＯ層２で吸収されてエピタキシャル成長層３にはわずかしか到達しない。したがって、ＺｎＯ層２全体あるいはＺｎＯ層２のうちサファイア基板１との界面付近の領域で結晶の分解又は融解が生じるので、低い光パワー密度でエピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。また、エピタキシャル成長層３がほとんど融解しないことから、エピタキシャル成長層３中に結晶欠陥やクラックが発生するのを抑制することができる。すなわち、エピタキシャル成長層３の厚みを５μｍ以下にしても、エピタキシャル成長層３の結晶性を良好に維持しつつ、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。さらに、エピタキシャル成長層３の厚みは５μｍ程度であり、エピタキシャル成長層３が薄いので、エピタキシャル成長後、基板冷却時にエピタキシャル成長層３とサファイア基板１との熱膨張係数の差によって生じる基板の反りを低減することができる。したがって、例えば金属を用いて行なう平坦なＳｉ基板４との接着を容易にかつ均一に再現性良く行なうことが可能となる。

ここで、低い光パワー密度とは、例えばＹＡＧレーザの第３高調波のレーザ光を使用した場合、従来の窒化物半導体装置のごとく（図１６（ｃ）参照）、ＧａＮ層とサファイア基板とが直接接している場合に、ＧａＮ層が互いに分離する閾値パワー密度が約２００ｍＪ／ｃｍ² であるので、これより小さい値の光パワー密度のことをいう。

なお、Ｓｉ基板４をエピタキシャル成長層３に接着するタイミングは、本実施形態のごとくレーザ光の照射前であってもよいし、レーザ光の照射によるサファイア基板１の分離後であってもよい。

（第２の実施形態）
図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図５（ａ）に示す工程で、主面がほぼ（０００１）面（ｃ面）であるサファイア基板１（ウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１の上に、例えばＭＯＣＶＤにより、スペーサ層となる厚み約３０ｎｍのＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５を形成し、さらに、同じ装置内でのＭＯＣＶＤにより、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５の上に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造のエピタキシャル成長層３（厚み５μｍ）を形成する。半導体レーザを作製する場合には、再成長技術等を用い、エピタキシャル成長層３に導波路構造が組み込まれている。

次に、図５（ｂ）に示す工程で、エピタキシャル成長層３を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板４（転写用基板）に接着し、図５（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ，エネルギー５ｅＶに相当）を照射して、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離する。レーザ光は、そのビーム（光束）をウエハ面全体にスキャンさせるように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５及びエピタキシャル成長層３相互の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。

なお、半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＧａＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、エピタキシャル成長層３とＳｉ基板４とを互いに接着する。

また、Ｓｉ基板４をエピタキシャル成長層３に接着するタイミングは、本実施形態のごとくレーザ光の照射前であってもよいし、レーザ光の照射によるサファイア基板１の分離後であってもよい。

これにより、図５（ｄ）に示すように、サファイア基板１とエピタキシャル成長層３とが互いに分離する。その後、Ｓｉ基板４上のエピタキシャル成長層３にコンタクトする電極の形成や、基板のへき開（半導体レーザ作製の場合）などのプロセスを行なう。

本実施形態においては、図５（ａ），図５（ｄ）に示す工程で、例えば、それぞれ図２，図３に示す構造において、ＺｎＯ層２に代えてＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５を設けた構造が得られることになる。

図６は、本実施形態のサファイア基板１と、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５と、エピタキシャル成長層３中のＧａＮ層とのバンド構造を示すエネルギバンド図である。同図に示すように、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のバンドギャップ（禁制帯幅）は、３．０ｅＶであり、ＧａＮ層のバンドギャップ（３．３９ｅＶ）よりも小さい。

従って、本実施形態では、第１の実施形態におけるＺｎＯ層２（スペーサ層）をＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５によって置き換えた構成となっており、ウエハの裏面に照射されたレーザ光が、主にＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５で吸収されてエピタキシャル成長層３にはわずかしか到達しない。したがって、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５全体あるいはＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のうちサファイア基板１との界面付近の領域で結晶の分解又は融解が生じるので、低い光パワー密度でエピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。また、エピタキシャル成長層３がほとんど融解しないことから、エピタキシャル成長層３中に結晶欠陥やクラックが発生するのを抑制することができる。すなわち、エピタキシャル成長層３の厚みを５μｍ以下にしても、エピタキシャル成長層３の結晶性を良好に維持しつつ、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。さらに、エピタキシャル成長層３の厚みは５μｍ程度であり、エピタキシャル成長層３が薄いので、エピタキシャル成長後、基板冷却時にエピタキシャル成長層３とサファイア基板１との熱膨張係数の差によって生じる基板の反りを低減することができる。したがって、例えば金属を用いて行なう平坦なＳｉ基板４との接着を容易にかつ均一に再現性良く行なうことが可能となる。すなわち、第１の実施形態と基本的は同じ効果を発揮することができる。

しかも、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のバンドギャップは、第１の実施形態におけるＺｎＯ層２のバンドギャップよりも狭いので、本実施形態では、第１の実施形態よりもさらに低温で分離を行なうことができ、結晶欠陥等の発生や基板の反りの発生をより効果的に抑制することができる。

（第３の実施形態）
図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図７（ａ）に示す工程で、主面がほぼ（０００１）面（ｃ面）であるサファイア基板１（ウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１の上に、例えばＭＯＣＶＤにより、スペーサ層となる厚み約３０ｎｍのＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５を形成し、さらに、同じ装置内でのＭＯＣＶＤにより、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５の上に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造のエピタキシャル成長層３（厚み５μｍ）を形成する。本実施形態では、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層に直接接触して、Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層が形成されている。半導体レーザを作製する場合には、再成長技術等を用い、エピタキシャル成長層３に導波路構造が組み込まれている。

次に、図７（ｂ）に示す工程で、エピタキシャル成長層３を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板４（転写用基板）に接着し、図７（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の裏面から、ＹＡＧレーザの第三次高調波レーザ光（波長３５５ｎｍ、エネルギー３．４９ｅＶに相当）あるいは低圧水銀灯輝線（波長３６５ｎｍ、エネルギー３．３９ｅＶに相当）を照射して、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離する。レーザ光又は低圧水銀灯輝線は、そのビーム（光束）をウエハ面全体にスキャンさせるように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５及びエピタキシャル成長層３相互の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。

なお、半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＧａＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、エピタキシャル成長層３とＳｉ基板４とを互いに接着する。

また、Ｓｉ基板４をエピタキシャル成長層３に接着するタイミングは、本実施形態のごとくレーザ光の照射前であってもよいし、レーザ光の照射によるサファイア基板１の分離後であってもよい。

これにより、図７（ｄ）に示すように、サファイア基板１とエピタキシャル成長層３とが互いに分離する。その後、Ｓｉ基板４上のエピタキシャル成長層３にコンタクトする電極の形成や、基板のへき開（半導体レーザ作製の場合）などのプロセスを行なう。

本実施形態においては、図７（ａ），図７（ｄ）に示す工程で、例えば、それぞれ図２，図３に示す構造において、ＺｎＯ層２に代えてＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５を設けた構造が得られることになる。

図８は、本実施形態のサファイア基板１と、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５と、エピタキシャル成長層３中のＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層とのバンド構造を示すエネルギバンド図である。同図に示すように、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のバンドギャップ（禁制帯幅）Ｅ１は、３．０ｅＶであり、Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層のバンドギャップＥ２（３．５７ｅＶ）よりも小さく、Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層のバンドギャップのバンドギャップＥ２はサファイア基板１のバンドギャップＥ０よりも小さい。そして、本実施形態では、剥離のために用いるレーザ光のエネルギーｈνは、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のバンドギャップＥ１よりも大きく、Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層のバンドギャップＥ２よりも小さい。

従って、本実施形態では、第１の実施形態におけるＺｎＯ層２をＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５によって置き換えた構成となっており、ウエハの裏面に照射されたレーザ光が、主としてＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５で吸収されてエピタキシャル成長層３にはほとんど到達しない。したがって、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５全体あるいはＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のうちサファイア基板１との界面付近の領域で結晶の分解又は融解が生じるので、低い光パワー密度でエピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。また、エピタキシャル成長層３がほとんど融解しないことから、エピタキシャル成長層３中に結晶欠陥やクラックが発生するのを抑制することができる。すなわち、エピタキシャル成長層３の厚みを５μｍ以下にしても、エピタキシャル成長層３の結晶性を良好に維持しつつ、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。

さらに、エピタキシャル成長層３の厚みは５μｍ程度であり、エピタキシャル成長層３が薄いので、エピタキシャル成長後、基板冷却時にエピタキシャル成長層３とサファイア基板１との熱膨張係数の差によって生じる基板の反りを低減することができる。したがって、例えば金属を用いて行なう平坦なＳｉ基板４との接着を容易にかつ均一に再現性良く行なうことが可能となる。すなわち、第１，第２の実施形態と基本的は同じ効果を発揮することができる。

しかも、本実施形態におけるＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５とＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層とのバンドギャップの差（０．５７ｅＶ）は、第１の実施形態におけるＺｎＯ層２とＧａＮ層とのバンドギャップの差（０．１２ｅＶ）や、第２の実施形態におけるＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５とＧａＮ層とのバンドギャップの差（０．３９ｅＶ）よりも大きいので、本実施形態では、第１，第２の実施形態よりもさらに、結晶欠陥等の発生や基板の反りの発生をより効果的に抑制することができる。

特に、ＹＡＧレーザの第三次高調波レーザ光（波長３５５ｎｍ）を用いると、このレーザ光はＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５で吸収されるが、エピタキシャル成長層の最下部であるＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層ではほとんど吸収されないので、より効果的にＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のうちサファイア基板１との界面付近の領域のみを分解又は融解させることができる。

−変形例−
図１８は、第３の実施形態の変形例に係るサファイア基板，エピタキシャル成長層等のバンド構造を示すエネルギバンド図である。

この変形例では、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５に代えて、厚み０．３μｍのＧａＮ層５’を用いている。エピタキシャル成長層３の基本的な構造は、第３の実施形態と同様に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造を有し、その厚みは１μｍである。そして、本変形例では、ＧａＮ層５’に直接接触して、Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層が形成されている。

本変形例には、ＧａＮ層５’のバンドギャップＥ１’（禁制帯幅）は３．４ｅＶであり、同図に示すように、ＧａＮ層５’のバンドギャップＥ１’はＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層のバンドギャップＥ２（３．５７ｅＶ）よりも小さく、Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層のバンドギャップＥ２はサファイア基板１のバンドギャップＥ０よりも小さい。そして、本変形例においても、剥離のために用いるレーザ光のエネルギーｈνは、ＧａＮ層５’のバンドギャップＥ１’よりも大きく、Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層のバンドギャップＥ２よりも小さい。したがって、本変形例は、第３の実施形態と同じ効果を発揮することができる。

また、本変形例によると、第３の実施形態の効果に加えて、以下の効果が得られる。図１７に示すように、サファイア基板１０１の上に単層のＧａＮ層が設けられている従来の半導体装置においては、エピタキシャル成長層１０３全体の厚みは、種々の手段を講じても４μｍが下限であり、それよりも薄くすると、割れや剥がれが長じるという不具合があった。その原因は、エピタキシャル成長層の下端部で空気が発生したり、ストレスが開放されるときに衝撃が印加されることによるといわれている。

それに対し、本変形例においては、エピタキシャル成長層３全体の厚みを４μよりも薄くすることができる（本変形例においては、ＧａＮ層５’をエピタキシャル成長層として扱ったとしても、１．３μｍ）。したがって、サファイア基板とエピタキシャル成長層（窒化物半導体層）との熱膨張係数の差に起因するウエハ全体の反りを抑制することができるので、平坦な転写用基板とウエハとの接着が容易になる。そして、このような薄膜化されたエピタキシャル成長層を用いて、発光ダイオード，半導体レーザ，高温・高速トランジスタを形成すれば、エピタキシャル成長層が薄膜であることにより、例えば直列抵抗の低減といったデバイス特性の向上を図ることができる。

（第４の実施形態）
図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図９（ａ）に示す工程で、主面がほぼ（０００１）面（ｃ面）であるサファイア基板１（ウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１の上に、例えば５００℃程度の低温でのＭＯＣＶＤにより、厚みが約３０ｎｍのＡｌＮバッファ層６を形成した後、ＭＯＣＶＤにより、ＡｌＮバッファ層６の上に、スペーサ層となる厚み約３０ｎｍのＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５を形成し、さらに、同じ装置内でのＭＯＣＶＤにより、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５の上に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造のエピタキシャル成長層３（厚み５μｍ）を形成する。本実施形態では、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層に直接接触して、エピタキシャル成長層３中のＧａＮ層が形成されている。半導体レーザを作製する場合には、再成長技術等を用い、エピタキシャル成長層３に導波路構造が組み込まれている。

次に、図９（ｂ）に示す工程で、エピタキシャル成長層３を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板４（転写用基板）に接着し、図９（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ，エネルギー５ｅＶに相当）を照射して、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離する。レーザ光は、そのビーム（光束）をウエハ面全体にスキャンさせるように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５及びエピタキシャル成長層３相互の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。

なお、半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＧａＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、エピタキシャル成長層３とＳｉ基板４とを互いに接着する。

また、Ｓｉ基板４をエピタキシャル成長層３に接着するタイミングは、本実施形態のごとくレーザ光の照射前であってもよいし、レーザ光の照射によるサファイア基板１の分離後であってもよい。

これにより、図９（ｄ）に示すように、サファイア基板１とエピタキシャル成長層３とが互いに分離する。その後、Ｓｉ基板４上のエピタキシャル成長層３にコンタクトする電極の形成や、基板のへき開（半導体レーザ作製の場合）などのプロセスを行なう。

本実施形態においては、図９（ａ），図９（ｄ）に示す工程で、例えば、それぞれ図２，図３に示す構造において、サファイア基板１の上にＡｌＮバッファ層６を設け、ＺｎＯ層２に代えてＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５を設けた構造が得られることになる。

図１０は、本実施形態のサファイア基板１と、ＡｌＮバッファ層６と、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５と、エピタキシャル成長層３中のＧａＮ層とのバンド構造を示すエネルギバンド図である。同図に示すように、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のバンドギャップＥ１は、３．０ｅＶであり、ＧａＮ層のバンドギャップＥ４（３．３９ｅＶ）や、ＡｌＮバッファ層６のバンドギャップＥ３（６．１ｅＶ）よりも小さい。そして、剥離のために照射されるレーザ光のエネルギーｈνは、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のバンドギャップＥ１よりも大きく、ＡｌＮバッファ層６のバンドギャップＥ３（６．１ｅＶ）よりも小さい。

従って、本実施形態では、第１の実施形態におけるＺｎＯ層２をＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５によって置き換えた構成となっており、ウエハの裏面に照射されたレーザ光が、主としてＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５で吸収されてエピタキシャル成長層３にはほとんど到達しない。したがって、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５全体あるいはＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５のうちサファイア基板１との界面付近の領域で結晶の分解又は融解が生じるので、低い光パワー密度でエピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。また、エピタキシャル成長層３がほとんど融解しないことから、エピタキシャル成長層３中に結晶欠陥やクラックが発生するのを抑制することができる。すなわち、エピタキシャル成長層３の厚みを５μｍ以下にしても、エピタキシャル成長層３の結晶性を良好に維持しつつ、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。さらに、エピタキシャル成長層３の厚みは５μｍ程度であり、エピタキシャル成長層３が薄いので、エピタキシャル成長後、基板冷却時にエピタキシャル成長層３とサファイア基板１との熱膨張係数の差によって生じる基板の反りを低減することができる。したがって、例えば金属を用いて行なう平坦なＳｉ基板４との接着を容易にかつ均一に再現性良く行なうことが可能となる。すなわち、第１，第２，第３の実施形態と基本的は同じ効果を発揮することができる。

しかも、本実施形態におけるＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５とＧａＮ層とのバンドギャップの差（０．３９ｅＶ）は、第１の実施形態におけるＺｎＯ層２とＧａＮ層とのバンドギャップの差（０．１２ｅＶ）よりも大きいので、本実施形態では、第１の実施形態よりもさらに低温で分離を行なうことができ、結晶欠陥等の発生や基板の反りの発生をより効果的に抑制することができる。

さらに、本実施形態においては、サファイア基板１と、スペーサ層であるＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５との格子不整合による歪みを緩和するためのバッファ層であるＡｌＮバッファ層６が設けられているので、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５を直接サファイア基板１上に形成する場合に比べて、両者の格子不整合に起因する歪みが緩和され、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５及びエピタキシャル成長層５の結晶性は向上する。すなわち、第１〜第３の実施形態に比べて、さらに、エピタキシャル成長層５を用いて形成されるデバイスの特性（例えば半導体レーザにおいては、発光強度）の向上を図ることができる。

−変形例−
図１９は、第４の実施形態の変形例に係るサファイア基板，エピタキシャル成長層等のバンド構造を示すエネルギバンド図である。

この変形例では、厚みが約３０ｎｍのＡｌＮバッファ層６に代えて、厚みが１μｍのＡｌＮバッファ層６’が形成されている。また、ＡｌＮバッファ層６’の上に、厚み約３０ｎｍのＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層５に代えて、厚みが０．３μｍのＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層又はＧａＮ層からなるスペーサ層５”が形成されている。エピタキシャル成長層３の基本的な構造は、第４の実施形態と同様に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造を有している。そして、エピタキシャル成長層３の厚みは２μｍである。そして、本変形例では、スペーサ層５”に直接接触して、Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ｎ層が形成されている。この変形例においては、スペーサ層５”に直接接触するＡｌＧａＮ層のＡｌ組成率は、３５５ｎｍ波長のレーザ光が吸収されない範囲である５％以上であればよい。

本変形例では、スペーサ層５”のバンドギャップＥ２”は３．４ｅＶ又は３．０ｅＶであり、スペーサ層５”のバンドギャップＥ１”は、Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ｎ層のバンドギャップＥ４’（４．３ｅＶ）や、ＡｌＮバッファ層６’のバンドギャップＥ３’（６．１ｅＶ）よりも小さい。そして、剥離のために照射されるレーザ光のエネルギーｈνは、スペーサ層５”のバンドギャップＥ１”よりも大きく、ＡｌＮバッファ層６’のバンドギャップＥ３’（６．１ｅＶ）よりも小さい。したがって、本変形例では、第４の実施形態と同じ効果を発揮することができる。

さらに、本変形例では、第４の実施形態の効果に加えて、以下の効果を発揮することができる。すなわち、第３の実施形態の変形例と同様に、エピタキシャル成長層３全体の厚みを４μよりも薄くすることができる（本変形例においては、スペーサ層５”をエピタキシャル成長層として扱ったとしても、２．３μｍ）。したがって、サファイア基板とエピタキシャル成長層（窒化物半導体層）との熱膨張係数の差に起因するウエハ全体の反りを抑制することができるので、平坦な転写用基板とウエハとの接着が容易になる。また、このようにＡｌＮバッファ層６’の厚みを従来の５０ｎｍから１μｍまで厚くすることにより、エピタキシャル成長層の結晶性を改善することが可能となる。第４の実施形態の構造では、エピタキシャル成長層（窒化物半導体層）の転位密度が１０⁹ ／ｃｍ² 程度であるが、本変形例ではエピタキシャル成長層（窒化物半導体層）の転位密度が１０⁸ ／ｃｍ² 程度であり、１桁小さい転位密度を実現することができる。このような結晶性改善の効果を確実に得るためには、ＡｌＮバッファ層６’の厚みが１μｍ以上であることが好ましい。

（第５の実施形態）
図１１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第５の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図１１（ａ）に示す工程で、主面がほぼ（０００１）面（ｃ面）であるサファイア基板１（ウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１の上に、例えばＲＦスパッタリングにより、スペーサ層となる厚みが約１００ｎｍのＺｎＯ層２を形成した後、ＭＯＣＶＤにより、ＺｎＯ層２の上に、厚みが約３０ｎｍのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層と厚みが約３０ｎｍのＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層とを５層ずつ積層したＡｌＧａＮ積層部７を形成する。その後、ＭＯＣＶＤにより、ＡｌＧａＮ積層部７の上に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造のエピタキシャル成長層３（厚み５μｍ）を形成する。本実施形態では、ＡｌＧａＮ積層部７に直接接触して、エピタキシャル成長層３中のＧａＮ層が形成されている。半導体レーザを作製する場合には、再成長技術等を用い、エピタキシャル成長層３に導波路構造が組み込まれている。

次に、図１１（ｂ）に示す工程で、エピタキシャル成長層３を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板４（転写用基板）に接着し、図１１（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の裏面から、ＹＡＧレーザの第３次高調波レーザ光（波長３５５ｎｍ，エネルギー３．４９ｅＶに相当）を照射することにより、サファイア基板１とエピタキシャル成長層３とを互いに分離する。レーザ光は、そのビーム（光束）をウエハ面全体にスキャンさせるように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，ＺｎＯ層２，積層部７及びエピタキシャル成長層３相互の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。

なお、半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＧａＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、エピタキシャル成長層３とＳｉ基板４とを互いに接着する。

なお、ここで、ＹＡＧレーザの第３次高調波レーザ光（波長３５５ｎｍ）の光密度は、２００ｍＪ／ｃｍ² 以上であるのが望ましい。

また、Ｓｉ基板４をエピタキシャル成長層３に接着するタイミングは、本実施形態のごとくレーザ光の照射前であってもよいし、レーザ光の照射によるサファイア基板１の分離後であってもよい。

これにより、図１１（ｄ）に示すように、サファイア基板１とエピタキシャル成長層３とが互いに分離する。その後、Ｓｉ基板４上のエピタキシャル成長層３にコンタクトする電極の形成や、基板のへき開（半導体レーザ作製の場合）などのプロセスを行なう。

本実施形態においては、図１１（ａ），図１１（ｄ）に示す工程で、例えば、それぞれ図２，図３に示す構造において、ＺｎＯ層２に代えてＡｌＧａＮ積層部７を設けた構造が得られることになる。

図１２は、本実施形態のサファイア基板１と、ＺｎＯ層２と、ＡｌＧａＮ積層部７と、エピタキシャル成長層３中のＧａＮ層とのバンド構造を示すエネルギバンド図である。

本実施形態においても、ウエハの裏面に照射されたレーザ光が、主としてＺｎＯ層２で吸収されて、ＡｌＧａＮ積層部７やエピタキシャル成長層３にはほとんど到達しない。したがって、ＺｎＯ層２全体あるいはＺｎＯ層２のうちサファイア基板１との界面付近の領域で結晶の分解又は融解が生じるので、低い光パワー密度でエピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。また、エピタキシャル成長層３がほとんど融解しないことから、エピタキシャル成長層３中に結晶欠陥やクラックが発生するのを抑制することができる。また、エピタキシャル成長層３の厚みは５μｍ程度であり、エピタキシャル成長層３が薄いので、エピタキシャル成長後、基板冷却時にエピタキシャル成長層３とサファイア基板１との熱膨張係数の差によって生じる基板の反りを低減することができる。したがって、例えば金属を用いて行なう平坦なＳｉ基板４との接着を容易にかつ均一に再現性良く行なうことが可能となる。

しかも、図１１（ｄ）の拡大図に示すように、レーザ光の照射で生じたＺｎＯ層２内の結晶欠陥やクラックが、Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層とＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層とを５層ずつ積層したＡｌＧａＮ積層部７の各層間の界面において終端される。したがって、より効果的に結晶欠陥やクラックのエピタキシャル成長層３への伝播を阻止することができ、エピタキシャル成長層５の結晶性は向上する。すなわち、第１〜第３の実施形態に比べて、さらに、エピタキシャル成長層３を用いて形成されるデバイスの特性（例えば半導体レーザにおいては、発光強度）の向上を図ることができる。

なお、積層部７は、本実施形態のごとく互いに組成が異なる２つの薄膜を交互に積層して構成されている必要はなく、３つ以上の薄膜を交互に積層して形成してもよいし、複数の薄膜同士の組成がすべて異なっていてもよい。薄膜を形成していくごとに、逐次組成が異なれば、その境界で結晶欠陥やクラックの進展がくい止められるからである。

さらに、このような積層部７を設ける場合には、必ずしもレーザ光の照射によりエピタキシャル成長層の基板からの分離を伴う必要はなく、基板上にエピタキシャル成長されたエピタキシャル成長層をそのまま用いてもよい。その場合には、ＺｎＯ層２などのスペーサ層は必ずしも必要でない。そして、エピタキシャル成長層を積層部７の上に形成することにより、エピタキシャル成長層における結晶欠陥やクラックが従来のデバイスよりも低減されるので、デバイスの特性（例えば半導体レーザの場合は発光強度）の向上を図ることができるという効果を発揮することができる。

−変形例−
また、ＧａＮ積層部７は、多重量子井戸構造にすることもできる。図１３は、ＡｌＧａＮ積層部７を多重量子井戸構造にした本実施形態の変形例を示す断面図である。図１３に示すように、エピタキシャル成長層３は、サファイア基板から分離されてＳｉ基板４の上に搭載されており、エピタキシャル成長層３の上に、積層部７と、ＺｎＯ層２と、ｎ型電極１０とが順次設けられている。この構造は、エピタキシャル成長層３及び積層部７がサファイア基板から分離されてＳｉ基板上に移動された後の状態を示している。ただし、エピタキシャル成長層３及び積層部７をサファイア基板から分離する方法は、本実施形態の方法に限定されるものではなく、スペーサ層であるＺｎＯ層２がなくてもよい。エピタキシャル成長層３は、半導体レーザにおいては、図３に示すような構造を有していることになる。

この例では、ＡｌＧａＮ積層部７は、高濃度のｐ型不純物がドープされた厚みが約２ｎｍのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層７ａと、アンドープの厚みが約１０ｎｍのＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層ｂとを５層ずつ積層した構造となっている。このように、高濃度ドープされた複数の量子井戸を各々アンドープ層間に介在させる構造を採ることにより、欠陥領域を低減しつつ、低抵抗のｐ型領域を形成することができる。すなわち、バルクの単結晶基板に結晶欠陥やクラックが多く存在する場合でも、単結晶基板中の結晶欠陥やクラックの半導体層への伝播が積層部において阻止されるので、結晶性の良好な半導体層が得られる。そして、キャリアのエピタキシャル成長層３への供給効率を高めることができるので、デバイスの特性（例えば半導体レーザにおいては、発光強度）の向上と直列抵抗の低減とを図ることができる。

（第６の実施形態）
図１４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第６の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図１４（ａ）に示す工程で、主面がほぼ（０００１）面（ｃ面）であるサファイア基板１（ウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１の上に、例えばＲＦスパッタリングにより、スペーサ層となる厚みが約１００ｎｍのＺｎＯ層２を形成した後、ＺｎＯ層２の上に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造のエピタキシャル成長層３を形成する。そして、エピタキシャル成長層３の内部に、約１００ｎｍのタングステン層又はＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜からなる被覆部８を形成する。具体的には、例えば厚みが約１μｍのＧａＮ層をＺｎＯ層２の上に形成した後に、例えばＲＦスパッタリング法により、ＧａＮ層の上からタングステン膜あるいはＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜を形成する。このタングステン膜あるいはＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜を例えば反応性イオンエッチング法によりパターニングして、１０μｍの間隙で並ぶ幅約５μｍのストライプ状の被覆部８を形成する。ただし、ドット状（島状）の被覆部を設けてもよい。続いて、例えばＭＯＣＶＤにより、ＧａＮ層のうち被覆部８の間隙に位置する部分から、ＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層をエピタキシャル成長にさせることにより、合計厚み約６μｍの多層構造のエピタキシャル成長層３を形成する。本実施形態では、ＺｎＯ層２に直接接触して、エピタキシャル成長層３中のＧａＮ層が形成されている。半導体レーザを作製する場合には、再成長技術等を用い、エピタキシャル成長層３に導波路構造が組み込まれている。

なお、被覆部８を直接スペーサ層であるＺｎＯ層２の上に形成してから、その後、ＺｎＯ層のうち各被覆部８の間隙に位置する部分からエピタキシャル成長層３を成長させてもよい。

次に、図１４（ｂ）に示す工程で、エピタキシャル成長層３を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板４（転写用基板）に接着し、図１４（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の裏面から、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を照射して、エピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離する。レーザ光は、そのビーム（光束）をウエハ面全体にスキャンさせるように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，ＺｎＯ層２，被覆部８及びエピタキシャル成長層３相互の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。

なお、半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＧａＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、エピタキシャル成長層３とＳｉ基板４とを互いに接着する。

また、Ｓｉ基板４をエピタキシャル成長層３に接着するタイミングは、本実施形態のごとくレーザ光の照射前であってもよいし、レーザ光の照射によるサファイア基板１の分離後であってもよい。

なお、ここでＫｒＦエキシマレーザの光密度は、６００ｍＪ／ｃｍ² 以上であるのが望ましい。

これにより、図１４（ｄ）に示すように、サファイア基板１とエピタキシャル成長層３とが互いに分離する。その後、Ｓｉ基板４上のエピタキシャル成長層３にコンタクトする電極の形成や、基板のへき開（半導体レーザ作製の場合）などのプロセスを行なう。

図１５は、ＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜８ｘの構造例を示す断面図である。図１５に示すように、ＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜８ｘは、厚み５９．７ｎｍのＳｉＯ₂ 膜８ａと、厚み５９．７ｎｍのＴｉＯ₂ 膜８ｂとを交互に各々４回ずつ積層して構成されている。この構造によって、ＵＶ光３５５ｎｍ（例えばＹＡＧレーザの第３次高調波）に対する反射率が９９．５％という高い値になる。

本実施形態においても、ウエハの裏面に照射されたレーザ光が、主としてＺｎＯ層２で吸収されて、ＡｌＧａＮ積層部７やエピタキシャル成長層３にはほとんど到達しない。したがって、ＺｎＯ層２全体あるいはＺｎＯ層２のうちサファイア基板１との界面付近の領域で結晶の分解又は融解が生じるので、低い光パワー密度でエピタキシャル成長層３とサファイア基板１とを互いに分離することができる。また、エピタキシャル成長層３の厚みは５μｍ程度であり、エピタキシャル成長層３が薄いので、エピタキシャル成長後、基板冷却時にエピタキシャル成長層３とサファイア基板１との熱膨張係数の差によって生じる基板の反りを低減することができる。したがって、例えば金属を用いて行なう平坦なＳｉ基板４との接着を容易にかつ均一に再現性良く行なうことが可能となる。

加えて、本実施形態の製造方法では、第１の実施形態における窒化物半導体層であるエピタキシャル成長層３の内部に、タングステン層又はＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜からなる被覆部８を形成している。被覆部８としてタングステン層を挿入した場合には、レーザ光はタングステン層によって反射され、ＧａＮ層及びＺｎＯ層のうちタングステン層の下方に位置する部分に閉じ込められ、より低いパワー密度でのサファイア基板１とエピタキシャル成長層３との分離が可能となる。被覆部８としてＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜とした場合にも、ＳｉＯ₂ 層とＴｉＯ₂ 層との膜厚の調整により、レーザ光の反射率を大きくすることができ、タングステン層と同様の効果がある。

特に、被覆部８としてＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜を用いた場合には、その熱伝導率がＧａＮ層に比べて低いので、分離工程におけるレーザ光によって上昇した熱を閉じ込める機能が高くなる。したがって、より低いパワー密度でのサファイア基板１とエピタキシャル成長層３との分離が可能となる。

しかも、本実施形態では、被覆部８を形成した後に、下地となるＧａＮ層からＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を形成している。その場合には、エピタキシャル成長する結晶層が被覆部８の間隙を越えると、上方への結晶成長と共に被覆部８の上面に沿って横方向にも成長することで、エピタキシャル成長層３が形成される。このような構造の場合には、結晶成長の終了後に、ＺｎＯ層２に接するＧａＮ層で結晶欠陥やクラックが発生して、それらがＧａＮ層の上方に成長する結晶層に伝播しても、横方向に成長する結晶層にはほとんど伝播しないことがわかっている。したがって、エピタキシャル成長層３のうち被覆部８の上方に位置する部分には、下地の影響をほとんど受けず、下地から伝播した結晶欠陥やクラックがほとんど存在していない。つまり、本実施形態の製造方法により、特に結晶性の良好なエピタキシャル成長が可能となる。

したがって、本実施形態の製造方法によると、第１の実施形態よりもさらに低いレーザ光のパワー密度でサファイア基板１とエピタキシャル成長層３との分離を行なうことができるとともに、エピタキシャル成長層３における結晶欠陥・クラックをより低減できる。

（第７の実施形態）
図２０は、第７の実施形態に係るサファイア基板，エピタキシャル成長層等のバンド構造を示すエネルギバンド図である。

この実施形態では、第４の実施形態における厚みが約３０ｎｍのＡｌＮバッファ層６に代えて、厚みが１μｍのＡｌＮバッファ層６’が形成されている。また、ＡｌＮバッファ層６’の上に、第４の実施形態におけるＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層又はＧａＮ層からなるスペーサ層５”を設けずに、厚いＧａＮ層を含むエピタキシャル成長層３を形成する。エピタキシャル成長層３の基本的な構造は、第４の実施形態と同様に、ｐ型，ｎ型又はアンドープのＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含む多層構造を有している。そして、エピタキシャル成長層３の厚みは４μｍである。そして、本実施形態では、ＡｌＮバッファ層６’に直接接触して、ＧａＮ層が形成されている。

本実施形態では、エピタキシャル成長層３中のＧａＮ層のバンドギャップＥ５は３．４ｅＶであり、ＡｌＮバッファ層６’のバンドギャップＥ３’（６．１ｅＶ）よりも小さい。そして、剥離のために照射されるレーザ光のエネルギーｈνは、ＧａＮ層のバンドギャップＥ５（３．４ｅＶ）よりも大きく、ＡｌＮバッファ層６’のバンドギャップＥ３’（６．１ｅＶ）よりも小さい。

本実施形態では、第４の実施形態における変形例と同様に、ＡｌＮバッファ層６’の厚みを従来の５０ｎｍから１μｍまで厚くすることにより、エピタキシャル成長層の結晶性を改善することが可能となる。第４の実施形態の構造では、エピタキシャル成長層（窒化物半導体層）の転位密度が１０⁹ ／ｃｍ² 程度であるが、本実施形態ではエピタキシャル成長層（窒化物半導体層）の転位密度が１０⁸ ／ｃｍ² 程度であり、１桁小さい転位密度を実現することができる。このような結晶性改善の効果を確実に得るためには、ＡｌＮバッファ層６’の厚みが１μｍ以上であることが好ましい。

（その他の実施形態）
上記各実施形態及びそれらの変形例における半導体装置の製造方法及びその過程で形成される構造は、III-V 族化合物半導体層を有する半導体装置に適用することで、特に著効を発揮することができる。本発明の半導体装置の種類としては、発光ダイオード，半導体レーザをはじめ、半導体レーザ以外の半導体装置、例えばＭＥＳＦＥＴ，ＨＥＭＴ，ショットキーダイオードなどに適用することができる。

本発明において、エピタキシャル成長される各層の下地となる基板（単結晶基板）は、サファイア基板に限られず、ＳｉＣ基板，ＭｇＯ基板，ＬｉＧａＯ₂ 基板，ＬｉＧａ_x Ａｌ_1-x Ｏ₂ （０≦ｘ≦１）混晶基板などを用いることができる。サファイア基板を用いることにより、初期成長を改善し結晶性の良好な窒素を含むIII-V 族化合物半導体層をその上に形成することができる。また、ＳｉＣ基板，ＭｇＯ基板，ＬｉＧａＯ₂ 基板又はＬｉＧａ_x Ａｌ_1-x Ｏ₂ 混晶基板を用いることにより、単結晶基板の格子定数が窒素を含むIII-V 族化合物半導体層と近くなるので、結晶性の良好な窒素を含むIII-V 族化合物からなる半導体層をその上に形成することが可能となる。

本発明においては、サファイア基板から分離されたエピタキシャル成長層をＳｉ基板（転写用基板）に移動させたが、転写用基板としては、Ｓｉ基板以外にＧａＡｓ基板又，ＧａＰ基板，ＩｎＰ基板などを用いることもできる。これらの単結晶基板を用いることにより、良好なへき開面が容易に得られるからである。

上記各実施形態においては、サファイア基板から分離されたエピタキシャル成長層をＳｉ基板に移動させたが、分離されたエピタキシャル成長層を他の基板上に搭載することなく、そのまま用いてもよい。

本発明の半導体装置の製造方法によると、半導体層における結晶欠陥やクラックの発生を抑制しつつ半導体層を基板から分離することが可能であるため、短波長発光ダイオード、短波長半導体レーザ装置等の製造においても有用である。

図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図２は、図１（ａ）に示す工程で形成される積層構造の例を示す断面図である。 図３は、図１（ｄ）に示す工程で形成される積層構造の例を示す図である。 図４は、第１の実施形態のサファイア基板、ＺｎＯ層、及びエピタキシャル成長層中のＧａＮ層のバンド構造を示すエネルギバンド図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図６は、第２の実施形態のサファイア基板、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層、及びエピタキシャル成長層中のＧａＮ層のバンド構造を示すエネルギバンド図である。 図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図８は、第３の実施形態のサファイア基板、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層、及びエピタキシャル成長層中のＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層のバンド構造を示すエネルギバンド図である。 図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１０は、第４の実施形態のサファイア基板、ＡｌＮバッファ層、Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層、及びエピタキシャル成長層中のＧａＮ層のバンド構造を示すエネルギバンド図である。 図１１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第５の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１２は、第５の実施形態のサファイア基板、ＺｎＯ層、ＡｌＧａＮ積層部、及びエピタキシャル成長層中のＧａＮ層のバンド構造を示すエネルギバンド図である。 図１３は、ＡｌＧａＮ積層部を多重量子井戸構造にした第５の実施形態の変形例を示す断面図である。 図１４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第６の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１５は、第６の実施形態におけるＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂ 多層膜の構造例を示す断面図である。 図１６は、従来の半導体装置の製造方法を示す構成図である。 図１７は、従来の半導体装置における各層の禁制帯幅のダイヤグラムを示す模式図である。 図１８は、第３の実施形態の変形例に係るサファイア基板，エピタキシャル成長層等のバンド構造を示すエネルギバンド図である。 図１９は、第４の実施形態の変形例に係るサファイア基板，エピタキシャル成長層等のバンド構造を示すエネルギバンド図である。 図２０は、第７の実施形態に係るサファイア基板，エピタキシャル成長層等のバンド構造を示すエネルギバンド図である。

符号の説明

１ サファイア基板
２ ＺｎＯ層
３ エピタキシャル成長層
４ Ｓｉ基板
５ Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層
６ ＡｌＮバッファ層
７ 積層部
８ 被覆部
１０ ｐ型電極

Claims (17)

1. 単結晶基板からのエピタキシャル成長により形成されたIII-V 族窒化物である半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、
   上記単結晶基板の上面を覆うように、直接又はＡｌＮバッファ層を介して、上記半導体層の最下部よりも小さい禁制帯幅を有するスペーサ層を形成する工程（ａ）と、
   上記スペーサ層の上に、上記半導体層を形成する工程（ｂ）と、
   上記単結晶基板の禁制帯幅より小さく、かつ、上記スペーサ層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有する光を、上記単結晶基板の裏面側から上記スペーサ層に照射して、上記半導体層を上記単結晶基板から分離する工程（ｃ）と
   を含む半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＺｎＯ層を形成し、
   上記工程（ｂ）では、上記半導体層の最下部を上記ＺｎＯ層の禁制帯幅よりも大きい窒素を含むIII-V 族化合物材料により構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ａ）では、上記スペーサ層として窒素を含むIII-V 族化合物半導体層を形成し、
   上記工程（ｂ）では、上記半導体層の最下部を上記スペーサ層よりも禁制帯幅の大きい窒素を含むIII-V 族化合物半導体層により構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ層（０＜ｘ≦１）を形成し、
   上記工程（ｂ）では、上記半導体層の最下部をＡｌ_y Ｇａ_1-y Ｎ層（０＜ｙ≦１）により構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＧａＮ層を形成し、
   上記工程（ｂ）では、上記半導体層の最下部をＡｌ_y Ｇａ_1-y Ｎ層（０＜ｙ≦１）により構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＧａＮ層を形成し、
   上記工程（ｂ）では、上記半導体層の厚みを０．５μｍ以上で４μｍ未満の範囲の値にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ａ）の後で上記工程（ｂ）の前に、上記スペーサ層の上に、逐次組成の異なる複数の薄膜を積層してなる積層部を形成する工程をさらに含み、
   上記工程（ｂ）では、上記積層部の上に上記半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
   上記積層部は、量子井戸層と障壁層とを交互に積層して構成される多重量子井戸層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ｂ）は、
   上記スペーサ層の上に、互いに間隙をあけて上記スペーサ層を覆う，複数の被覆部を形成する副工程（ｂ１）と、
   上記スペーサ層及び上記複数の被覆部を覆うように上記半導体層を形成する工程（ｂ２）とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
    上記工程（ｂ）は、上記スペーサ層の上に上記半導体層の一部である下層を形成する副工程（ｂ３）と、
    上記工程（ｂ３）の後に、上記下層の上に、互いに間隙をあけて上記下層を覆う，複数の被覆部を形成するステップ（ｂ４）と、
    上記工程（ｂ４）の後で、上記各被覆部同士の間隙から、上記半導体層の残部として上層を形成するステップ（ｂ５）とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項９又は１０記載の半導体装置の製造方法において、
    上記副工程（ｂ２）又は上記副工程（ｂ４）では、上記被覆部として、多層の絶縁膜または金属膜によって構成される被覆部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項９〜１１のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
    上記副工程（ｂ２）又は上記副工程（ｂ４）では、上記被覆部として、上記スペーサ層よりも熱伝導率の低い材料からなる被覆部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 請求項１〜１２のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
    上記工程（ｃ）では、上記半導体層の最下部の禁制帯幅より小さいエネルギーの光を照射することを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 請求項１〜１３のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
    上記工程（ａ）の前に、上記単結晶基板の上に、上記工程（ｃ）で照射される光のエネルギーよりも大きい禁止帯幅を有し、工程（ｃ）における上記スペーサ層と上記単結晶基板との格子不整合による歪みを緩和するためのバッファ層を形成する工程をさらに含み、
    上記工程（ａ）では、上記スペーサ層を上記バッファ層の上に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 請求項１４記載の半導体装置の製造方法において、
    上記バッファ層を形成する工程では、上記バッファ層として厚みが０．５μｍ以上で２μｍ以下のＡｌＮバッファ層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
16. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
    上記工程（ａ）の前に、上記単結晶基板の上に、厚みが０．５μｍ以上のＡｌＮバッファ層を形成する工程をさらに含み、
    上記工程（ａ）では、上記スペーサ層としてＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ層（０＜ｘ≦１）又はＧａＮ層を形成し、
    上記工程（ｂ）では、上記スペーサ層の上に、最下部がＡｌ_y Ｇａ_1-y Ｎ層（０＜ｙ≦１）により構成されるように上記半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
17. 請求項１〜１６のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
    上記工程（ｃ）では、上記単結晶基板を加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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