JP4524953B2 - 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体装置の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4524953B2 JP4524953B2 JP2001149099A JP2001149099A JP4524953B2 JP 4524953 B2 JP4524953 B2 JP 4524953B2 JP 2001149099 A JP2001149099 A JP 2001149099A JP 2001149099 A JP2001149099 A JP 2001149099A JP 4524953 B2 JP4524953 B2 JP 4524953B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride semiconductor
- substrate
- layer
- base material
- gan
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体基板の製造方法、および可視発光ダイオード装置や青紫色レーザ装置や高速トランジスタなどの窒化物半導体装置が形成された窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ等の窒化物半導体は、青色や緑色のＬＥＤや、青色半導体レーザ、高温動作可能な高速トランジスタなどに用いる材料として好適である。
【０００３】
サファイア基板上に窒化物半導体層を成長し、サファイア基板と窒化物半導体層との界面に強いレーザ光を当てることで、窒化物半導体層を母材基板界面で局所的に加熱し、分解させ、母材基板から窒化物半導体層を剥離させる技術（以下レーザリフトオフと呼ぶ）が検討されている。
【０００４】
例えば、特開２０００−２５２２２号公報には、レーザリフトオフを用いて、シリコンなどのホスト基板上に窒化物半導体装置を転写する方法が示されている。以下、図２２を用いて従来の転写技術の説明を行う。図２２（ａ）の母材基板１はサファイアである。母材基板１上にＧａＮ層２を成長する（図２２（ｂ））。なお、ＧａＮ層２に変えて窒化物半導体の積層構造を成長して、半導体装置を形成しても良い。ＧａＮ層２を、接着剤３５を介してホスト基板３６に接着させる（図２２（ｃ））。母材基板１を通して、ＧａＮ層２にレーザ光１０を照射する。レーザ光１０は、母材基板１のサファイアが透過可能で、ＧａＮ層２に吸収される波長とする。レーザ光１０として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次以上の高調波光や、ＫｒＦエキシマレーザ光を用いることができる。照射部は金属Ｇａ１１を生じて、母材基板１とＧａＮ層２とが分離される（図２２（ｄ））。レーザ光１０をスキャンして、窒化物半導体層全面に照射すると、ＧａＮ層２と母材基板１とが全面で分離され、母材基板１からホスト基板３６にＧａＮ層２を転写できる（図２２（ｅ））。
【０００５】
また、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス第３８巻Ｌ２１７ページ〜Ｌ２１９ページ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．３８，Ｌ２１７−Ｌ２１９）には、窒化物半導体層の厚さを２００μｍから３００μｍとして、ホスト基板などを用いずにレーザリフトオフを行い、単体のＧａＮ基板を得る方法が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
サファイア基板と窒化物半導体層の界面にレーザ光を当てることで、窒化物半導体層を分解させる際、０．３Ｊ／ｃｍ2以上もの非常に強い光が照射されるため、サファイア基板と窒化物半導体層との界面は非常に高温となる。例えば、ＧａＮの比熱は３．８Ｊ／ｍｏｌ／Ｋであり、光を吸収して１／ｅ（ｅは自然対数の底）となるＧａＮの厚さはおよそ０．１μｍであるので、ＧａＮが光を吸収する領域（以降単に光吸収領域という）の熱容量はおよそ７×１０―7Ｊ／Ｋとなる。照射されたレーザ光がすべて光吸収領域の熱上昇に使われた場合、温度上昇は約１００００℃にも達する。実際には、レーザ光のパルスが有限の幅を有するため熱が光吸収領域以外にもサファイア基板中や窒化物半導体層中に放散することと、ＧａＮ分解のために熱が消費されることなどのため、界面近傍の温度は数１０００℃程度の温度になる。
【０００７】
サファイア基板の融点は２０４６℃であるため、それ以上の温度ではサファイア基板も溶融し、照射後固化する際に、ＧａＮ層と付着してしまうことがあった。このようになると、ＧａＮ層の分離がスムーズに行われず、局所的に付着した部分に熱膨張係数差によるストレスが集中する。その結果、ＧａＮ層やサファイア基板にクラックが生じ、大面積の分離ができない。また、溶融後固化して付着したときの、サファイア基板とＧａＮ層の付着は不均一である。そのため、照射後に、サファイア基板とＧａＮ層の熱膨張係数差によるストレスがＧａＮ層やサファイア基板に不均一に加わって、ＧａＮ層にクラックが生じることがある。
【０００８】
また、ＧａＮが分解するとき、金属Ｇａと窒素ガスが発生する。このとき、界面がＧａの沸点より高い温度以上に加熱されると高圧のＧａガスと窒素ガスが発生する。なお、Ｇａの１気圧における沸点は２４０３℃である。例えば、１気圧、２５００℃で、１ｃｍ3のＧａＮが分解されると、約１６０００ｃｍ3の金属Ｇａガスと、約８０００ｃｍ3の窒素ガスが発生する。このように、発生するガスの総量は分解したＧａＮの約２００００倍以上にも達するため、界面が膨張して、窒化物半導体層やサファイア基板にクラックが生じることがあり、半導体装置転写や基板作製時に問題となっていた。
【０００９】
上記に鑑み、本発明は、レーザ光照射による窒化物半導体基板の製造において、窒化物半導体層にクラックなどを発生させることなく、レーザリフトオフを行う手段を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、以下に示す構成よりなるものである。
【００１１】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記母材基板と前記窒化物半導体層との界面の温度が前記母材基板の融点未満の温度となるように前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有するものである。
【００１２】
このような構成とすることで、母材基板が溶融して窒化物半導体層と再固着することを防ぎ、効率よく窒化物半導体層を母材基板から分離できる。
【００１３】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記母材基板と前記窒化物半導体層との界面の温度がＧａの沸点未満の温度となるように前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有するものである。
【００１４】
このような構成とすることで、発生するＧａは液体または固体となるため生じるガスは窒素のみと著しく低減され、窒化物半導体層に生じるクラックを防止することができる。
【００１５】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有し、前記の前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程は冷却手段と加熱手段とを有する装置を用いて行われ、前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程は、前記冷却手段を用いて前記母材基板を前記窒化物半導体層側から冷却するものである。
【００１６】
このような構成とすると、発生するＧａは液体または固体となり、さらに冷却によって発生する窒素の体積が低減されるため、窒化物半導体層に生じるクラックを防止することができる。
【００１７】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、さらに前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程において、前記母材基板または前記窒化物半導体層を、窒素が液化する条件下に設置することが好ましい。この好ましい構成によれば、発生するＧａは固体であり、発生した窒素も液化しているため、その体積を著しく低減することができ、窒化物半導体層に生じるクラックを防止することができる。
【００１８】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記母材基板および前記窒化物半導体層にかかる圧力が１気圧より大きくなる条件で前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有する。
【００１９】
このような構成とすることで、発生するＧａや窒素の体積を低減することができるので、窒化物半導体層に生じるクラックを防止することができる。
【００２０】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、さらに前記母材基板は、熱膨張係数が前記窒化物半導体層より小さい第１の材料と、熱膨張係数が前記窒化物半導体層より大きい第２の材料とからなり、前記第１の材料および前記第２の材料は、ともに前記の光を透過することが好ましい。この好ましい構成によれば、光を照射しているときの窒化物半導体層中のクラックの発生を防ぐことができる。
【００２１】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、さらに母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程が、前記窒化物半導体層を単数または複数層形成して半導体装置を形成する工程であることが好ましい。この好ましい構成によれば、効率よく窒化物半導体層を母材基板から分離できる。
【００２２】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を単数または複数層形成して半導体装置を形成する工程と、前記母材基板と前記窒化物半導体装置との界面の温度が前記母材基板の融点未満の温度となるように前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体装置とを分離するものである。
【００２３】
この構成により、母材基板が溶融して窒化物半導体装置と再固着することを防ぎ、効率よく窒化物半導体装置を母材基板から分離できる。
【００２４】
なお、ここで、窒化物半導体基板とは、例えばＧａＮ基板のような単なる単結晶基板だけをさすのではなく、可視発光ダイオード装置や青紫色レーザ装置や高速トランジスタなどの窒化物半導体装置が形成された窒化物半導体基板をもさす。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１から図５を参照しながら、本発明の第１の実施の形態における窒化物半導体基板の製造方法を説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる窒化物半導体基板の製造工程の前半を表す図である。
【００２８】
図１（ａ）の母材基板１は直径２インチ、厚さ４００ミクロンのサファイア（酸化アルミニウムの単結晶）であり、表面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。表面の面方位は（０００１）面である。
【００２９】
母材基板１はサファイアより構成されており、サファイアのバンドギャップは８．７ｅＶであるため、バンドギャップに相当するエネルギーの１４２．５ｎｍより長波長の光は透過する。そのため、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光や波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波光を透過することができる。
【００３０】
まず、窒化物半導体層の成長を行う。
【００３１】
アンモニアと、金属ＧａとＨＣｌを約９００℃程度の高温で反応させて生じるＧａＣｌとを原料とするハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法と称する）によりＧａＮの成長を行った。圧力は大気圧下で成長を行った。成長法は特に限定されるものではないが、上述のＨＶＰＥ法では、５０μｍ／ｈ程度の成長速度が得られるため、数十μｍから数百μｍの窒化物半導体の成長に適する。
【００３２】
サファイア上へＧａＮの核形成密度を増加させるため、ＧａＮの成長に先立って基板温度を１０００℃に保ち、ＧａＣｌのみを１５分間供給する（以下、このプロセスをＧａＣｌ処理と呼ぶ）。なお、核形成密度を増加させる目的では、ＧａＣｌ処理に替えて低温バッファ層やアンモニアでサファイアを窒化する処理を行っても良いし、これらを組み合わせても良い。
【００３３】
ＧａＣｌ処理後、アンモニアを導入してＧａＮ層２の成長を開始する。母材基板１を構成するサファイアの主面が（０００１）面であるため、ＧａＮ層２は（０００１）面を主面として成長する。
【００３４】
ＧａＮ層２の厚さが１５０μｍとなるまで成長を行った（図１（ｂ））。
【００３５】
室温付近まで基板温度を降下させ、ＨＶＰＥ装置から基板を取り出し、レーザ照射工程を行った。
【００３６】
レーザ照射は、図２に示すような装置を用いた。レーザ装置３より発せられたレーザ光１０をスキャンミラー４によって２次元に走査する構成となっている。また、集光手段５と開口６とによって、ＧａＮ層２上でのレーザ光の径を調整することができる。基板温度は冷却手段７と加熱手段８により温度調整可能である。冷却手段は、例えば冷媒を循環させるパイプとすることができ、冷媒として、液体ヘリウム、液体窒素、アンモニア、フロン、水などを用いることで幅広い温度範囲を実現できる。加熱手段８としては、例えば抵抗線ヒーター等を用いることができる。あるいは、冷却手段７と加熱手段８とを兼ねるペルチェ素子を用いても良い。レーザ装置３は波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧの３次高調波とする。パルス幅は５ｎｓでパルス周期は１０Ｈｚとする。レーザ光１０はサファイアに対して透明であるので、母材基板１を通して、ＧａＮ層２にレーザ光１０を照射する。レーザ光１０を集光して、ＧａＮ層２の位置で２ｍｍ径の円形とする。レーザ光１０は、母材基板１に入射される直前の位置で０．２Ｊ／ｃｍ2から２Ｊ／ｃｍ2の範囲の光密度とする。
【００３７】
母材基板１とＧａＮ層２は、互いに熱膨張係数が異なることにより、室温においては反っている。そこで、本実施の形態では、母材基板１とＧａＮ層２の熱膨張係数差による反りを低減するため、母材基板１およびＧａＮ層２は、加熱手段８により５００℃に加熱して照射を行う。
【００３８】
ＧａＮ層２を５００℃に加熱して、レーザ光１０をスキャンしながら照射を行う（図１（ｃ））。図３にスキャン方法の模式図を示す。図３では、図をわかりやすくするため、スポット３７の重なりを現実より離して描写している。スポット３７は最外周のみ記載し、光軸の軌跡のみ模式的に示している。ＧａＮ層２に、隣り合う照射スポット３７が１．５ｍｍずつ重なるように、円形にレーザ光をスキャンを行い、外側から内側にかけて照射をすることで、ＧａＮ層２全面にレーザ光を照射できる。
【００３９】
レーザパワーを０．５Ｊ／ｃｍ2として、レーザ光１０をＧａＮ層２に照射する。レーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２の母材基板１との界面が分解し、金属Ｇａ１１と窒素ガス（図示せず）が生じる（図１（ｄ））。窒素ガスは、基板を周囲から照射しているため、周囲のＧａＮ層２と母材基板１とが分離した領域を通じて放散される。なお、図１（ｄ）は断面図であるため、母材基板１とＧａＮ層２の空隙の周囲が、金属Ｇａ１１で塞がったような図となっているが、上面から観察すると、金属Ｇａ１１は点在するように生じているので、窒素を放散することができる。金属Ｇａ１１の状態は、照射時は液体である。そのため、ＧａＮ層２全体へ照射を行うとＧａＮ層２は母材基板１と、金属Ｇａ１１を介して弱く付着するのみとなる（図１（ｅ））。
【００４０】
照射後母材基板１およびＧａＮ層２を３０℃程度に下げても、金属Ｇａ１１は液体であるから、母材基板１を保持して、真空吸引などでＧａＮ層２を持ち上げるだけで、母材基板１からＧａＮ層２が剥離する（図１（ｆ））。なお、２５℃以下にすると金属Ｇａ１１が固体となるが、Ｇａは固体でも非常に軟らかい材料である。そのため、ＧａＮ層２の厚さがおよそ５０μｍ程度以上あれば、Ｇａが固体になっても、持ち上げる際にクラックを生じたりしない。
【００４１】
金属Ｇａ１１が、ＧａＮ層２と、母材基板１それぞれに付着しているが、塩酸などの酸を用いて除去することができる（図１（ｇ））。
【００４２】
ＧａＮ層２中にはクラックなどがないため、ＧａＮ層２は、母材基板１とほぼ同じ大きさの、２インチの自立したＧａＮ基板として使用することができる。また、金属Ｇａ１１を除去したサファイア基板には、ダメージなどは導入されていないので再度ＧａＮ層の成長用に用いることができ、原料費を節減して、低コストでＧａＮ基板を作製できる。
【００４３】
なお、母材基板１とＧａＮ層２とを分離するための適切なレーザ光のパワーの範囲は、０．３Ｊ／ｃｍ2以上１．５Ｊ／ｃｍ2未満である。
【００４４】
以下、レーザパワーが上述の範囲以外の場合について説明する。
【００４５】
図４は、０．３Ｊ／ｃｍ3未満のパワー密度を照射した場合であり、レーザパワーが低いときの照射工程を表す図である。０．３Ｊ／ｃｍ3未満のパワー密度では、レーザ光１０を照射しても、ＧａＮ層２の分解は生じない。レーザ照射を行った部分の温度上昇がＧａＮの分解温度であるおよそ１０００℃に達していないため、分解が生じない。そのため、母材基板１とＧａＮ層２とを分離することができない。
【００４６】
図５は、レーザパワーが１．５Ｊ／ｃｍ2以上の場合であり、レーザパワーが高いときの照射工程を示す。図５（ａ）は照射中の図である。レーザ光１０を照射すると、ＧａＮ層２が分解し、金属Ｇａ１１と窒素（図示せず）が生じるとともに、母材基板１も、発生した熱によって界面の一部が溶融し、溶融サファイア１２を生じている。図５（ａ）中のアルミナ１３の生成に関して説明する。照射スポットが移動すると、溶融サファイア１２の温度が下がって固化を始める。このとき、溶融サファイア１２の周囲にはＧａＮ層２の分解によって生じた金属Ｇａ１１や窒素ガスがあるため、溶融サファイア１２中に金属Ｇａ１１が混入したり、一部は窒素と反応してＡｌＮとなる。また、一部金属Ｇａ１１と反応して、ＡｌＧａ合金やＧａの酸化物を形成する。また、サファイア中の酸素の一部は分解して放散する。そのため、溶融サファイア１２が再固化するときは単結晶とはならず、Ｇａや窒素などの不純物を多く含んだ多結晶のアルミナ１３となってしまう。アルミナ１３は金属Ｇａ１１や窒素を取り込んで体積が大きくなり、母材基板１およびＧａＮ層２と付着して析出する。図５（ａ）中のアルミナ１３は、このようにして形成される。
【００４７】
アルミナ１３は、液相から母材基板１およびＧａＮ層２上に析出したものであるため、付着力も強い。また、アルミナ自身も固く容易に変形しない。しかも、ＧａＮ層２と母材基板１がアルミナ１３を介して不均一に付着された状態となる。そのため、照射後室温に下げる工程で、ストレスが母材基板１やＧａＮ層２に不均一に加わる。本実施の形態では、ＧａＮ層２の方が母材基板１より薄いため、ＧａＮ層２にクラックを生じてしまう（図５（ｂ））。しかも、母材基板１の表面には、アルミナ層１３が形成されているので、酸処理などの処理ではアルミナ層１３を除去できず、母材基板１をＧａＮ成長用に容易に再利用することはできない。なお、図５（ｂ）のＧａＮ層２は、クラックの様子を示すため、ハッチングを省略している。
【００４８】
以上の結果を簡単に説明すると、０．３Ｊ／ｃｍ2で５００℃のＧａＮが分解したことから、ＧａＮの分解温度を１０００℃とすれば、０．３Ｊ／ｃｍ2でおよそ５００℃の温度上昇を生じると考えられる。１．５Ｊ／ｃｍ2ではおよそ２５００℃の温度上昇となる。そのため、ＧａＮ層２と接する母材基板１の界面は、サファイアの融点の２０４６℃以上に加熱されていると考えられる。
【００４９】
以上示した本実施の形態の製造方法により、レーザ照射により上昇する母材基板と窒化物半導体層の界面の温度を、母材基板の融点以下とすることで、２インチという大面積かつ定型のＧａＮ基板を、クラックなどによる歩留まり低下なしに、低コストで製造できることを示した。
【００５０】
なお、クラックのないＧａＮ基板が得られるパワーの範囲は、サファイア基板の裏面が粗面であったり、裏面に層が形成されるなどで、レーザ光の透過率が変化したときなどに変化することはいうまでもない。
【００５１】
なお、クラックのないＧａＮ基板が得られるパワーの範囲は、レーザのパルス幅や、パルス波形、レーザビーム形状によっても変化することはいうまでもない。
【００５２】
なお、実施の形態１において、母材基板１は、サファイアに変えて、レーザ光１０を透過する基板を用いることができる。そのような基板として、スピネル基板やＡｌＮ基板がある。基板材料が変わると、その材料の融点が異なるので、照射可能な上限の光密度が変わることはいうまでもない。この際、母材基板表面の融点はＧａＮの分解温度より高くすることが好ましいことはいうまでもない。
【００５３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態にかかる窒化物半導体装置の製造工程を表す図である。本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態のＧａＮ基板に半導体装置を形成した場合である。
【００５４】
図６（ａ）の母材基板１は直径２インチ、厚さ４００ミクロンのサファイアであり、表面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。表面の面方位は（０００１）面である。
【００５５】
実施の形態１と同様の方法で、窒化物半導体層の成長を行う。
【００５６】
アンモニアと、金属ＧａとＨＣｌを約９００℃程度の高温で反応させて生じるＧａＣｌとを原料とするハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法と称する）によりＧａＮの成長を行う。
【００５７】
ＧａＮの成長に先立って基板温度を１０００℃に保ち、ＧａＣｌ処理を１５分間行う。ＧａＣｌ処理後、アンモニアを導入してＧａＮ層２の成長を開始する。なお、ＧａＮ層２をｎ型とするために、成長中にＨＣｌの百分の一から一万分の一程度の流量のシランガスを導入する。ＧａＮ層２の厚さが１５０μｍとなるまで成長を行う（図６（ｂ））。
【００５８】
次に、室温付近まで基板温度を降下させ、ＨＶＰＥ装置から基板を取り出し、レーザ照射工程を行う。
【００５９】
レーザ照射工程や用いる装置およびレーザ光１０のスキャン方法は、実施の形態１とまったく同じである。
【００６０】
ＧａＮ層２を５００℃に加熱して、レーザ光１０を周囲からスキャンしながら照射を行う（図６（ｃ））。
【００６１】
０．５Ｊ／ｃｍ2の適切なレーザパワーのレーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２の母材基板１との界面が分解し、金属Ｇａと窒素ガスが生じる。適切なレーザパワーとは、ＧａＮ層２と母材基板１との界面の温度を母材基板１の融点以下とするパワーである。ＧａＮ層２全体へ照射を行うとＧａＮ層２は母材基板１と、金属Ｇａ１１を介して弱く付着するのみとなる（図６（ｄ））。なお、分離を行うために適切なレーザ光のパワー範囲は、実施の形態１と全く同じ事情により、０．３Ｊ／ｃｍ2以上１．５Ｊ／ｃｍ2未満である。
【００６２】
照射後母材基板１およびＧａＮ層２を室温に下げ、母材基板１を保持して、真空吸引などでＧａＮ層２を持ち上ると、母材基板１からＧａＮ層２が剥離する（図６（ｅ））。以上の工程で、自立した２インチ径のＧａＮ層２が得られる。母材基板１は除去して、以下ＧａＮ層２のみを使用する。なお、母材基板１は、表面のＧａを除去するための洗浄や研磨の処理を行って、再びＧａＮ層の成長に適用可能である。
【００６３】
ＧａＮ層２に付着している金属Ｇａ１１を、塩酸などの酸を用いて除去する（図６（ｆ））。
【００６４】
次に窒化物半導体装置の成長を行う。成長には有機金属気相成長法（以降ＭＯＣＶＤ法と略す）を用いる。Ｇａ原料はトリメチルガリウム（以降ＴＭＧと略す）であり、Ａｌ原料はトリメチルアルミニウム（以降ＴＭＡと略す）、Ｉｎ原料はトリメチルインジウム（以降ＴＭＩと略す）である。Ｎ原料はアンモニアである。原料の輸送ガスは水素または窒素とする。圧力は０．１気圧である。ＧａＮおよびＡｌＧａＮの成長時は、輸送ガスを水素として、Ｖ族原料のIII族原料に対するモル流量比は４０００、成長温度は１０５０℃とする。ＴＭＧとＴＭＡの流量比を制御してＡｌＧａＮの混晶比を制御した。ＩｎＧａＮの成長時は、輸送ガスを窒素として、Ｖ族原料とIII族原料のモル流量比は１００００、成長温度は７５０℃とする。ＴＭＧとＴＭＩの流量比を制御してＩｎＧａＮの混晶比を制御する。
【００６５】
まず輸送ガスを窒素として、ＧａＮ層２上にアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層２３を５０ｎｍの厚さ形成する。次に輸送ガスを水素として、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２４を１μｍの厚さ形成し、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２５を０．１μｍの厚さ成長する（図６（ｇ））。
【００６６】
ＧａＮ層２に接してＴｉとＡｌの多層構造よりなるｎ電極２６を、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５に接してＮｉとＡｕの多層構造よりなるｐ電極２７を、いずれも蒸着により形成する（図６（ｈ））。なお、ｎ電極２６またはｐ電極２７は、光の取り出し効率を向上させる目的で、１００ｎｍ程度の厚さで光を透過できる薄い電極としても良い。
【００６７】
最後に、劈開やダイシングなどによってＧａＮ層２およびＧａＮ層２上に形成した層構造を分割すると、ＬＥＤチップが得られる（図６（ｉ））。
【００６８】
以上の工程では、ＧａＮ層２や母材基板１にクラックを生じない。そのため、２インチ径を有するＧａＮ層２のほぼ全面からＬＥＤを得ることができる。以上によって完成したＬＥＤは、サファイア基板を有さず、両面に電極が配置されているので、同じ発光層面積では、従来より半導体装置全体の面積を小さくすることができる。そのため、半導体装置の小型化に有利である。また、１枚のウェハから、従来より多くの半導体装置が形成できるため、コスト的にも有利である。
【００６９】
すなわち、本実施の形態によって、小型化および低コスト化に有利なＬＥＤを、クラックによる歩留まり低下なしに製造可能な方法を提供できるという効果が得られる。
【００７０】
なお、実施の形態２において、ＬＥＤに変えてレーザやＦＥＴなどの他の窒化物半導体装置も全く同様に形成できることはいうまでもない。特に、形成する窒化物半導体装置をレーザとしたときは、上述のＬＥＤの利点に加えて、共振器端面を劈開によって形成できるという利点がある。
【００７１】
なお、実施の形態２において、ＧａＮ層２の成長後、引き続いてＭＯＣＶＤ法による窒化物半導体装置の形成を行い、その後にレーザの照射工程を行っても、必要な設備を増やすことなく、同様にＬＥＤが完成できることはいうまでもない。
【００７２】
（実施の形態３）
図７から図９を参照しながら、本発明の第３の実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法を説明する。
【００７３】
図７は、本発明の第３の実施形態にかかる窒化物半導体基板の製造工程の前半を示す図である。
【００７４】
図７（ａ）の基板は直径２インチ、厚さ３００ミクロンのサファイアよりなる母材基板１上に、窒化アルミニウムの単結晶からなるＡｌＮ層２１が０．５μｍの厚さ成長されたものである。窒化アルミニウムの単結晶は、たとえばＭＯＣＶＤ法などで、１０００℃で成長させるなどで形成することができる。母材基板１は表面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。表面の窒化アルミニウムの面方位は（０００１）面である。
【００７５】
窒化アルミニウムのバンドギャップは６．２ｅＶであるため、バンドギャップに相当するエネルギーの１９３ｎｍより大きな波長の光は透過する。そのため、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光や波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波光を透過することができる。
【００７６】
まず、ＧａＮ層２の成長を行う。成長は、実施の形態１と同じ、ＨＶＰＥ法である。圧力は大気圧下で成長を行った。
【００７７】
ＡｌＮとＧａＮとは同じ窒化物であり、ＡｌＮとＧａＮとの付着が良いため、ＧａＣｌ処理などを行わなくても、直接１０００℃で単結晶のＧａＮを成長できる。
【００７８】
そこで、ＡｌＮ層２１の上に直接ＧａＮ層２を成長し、その膜厚が１５０μｍとなるまで成長を行った（図７（ｂ））。
【００７９】
次にレーザ光の照射を行った。照射のための装置や照射条件は実施の形態１と同じであり、ＧａＮ層２を５００℃に加熱して、レーザ光１０をスキャンしながら照射を行った（図７（ｃ））。実施の形態１の図３と同じように、ＧａＮ層２の外側から、隣り合う照射スポットが１．５ｍｍずつ重なるようにレーザ光をスキャンした。
【００８０】
レーザ光１０のパワーを０．５Ｊ／ｃｍ2として、レーザ光１０を母材基板１とＡｌＮ層２１を透過させて、ＧａＮ層２に照射する。レーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２のＡｌＮ層２１との界面が分解し、金属Ｇａ１１と窒素ガス（図示せず）が生じる（図７（ｄ））。ＧａＮ層２全体へ照射を行うと、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とは、金属Ｇａ１１を介して弱く付着するのみとなる（図７（ｅ））。照射後ＧａＮ層２を室温付近に下げて、母材基板１を保持しながらＧａＮ層２を持ち上げるだけで、ＡｌＮ層２１からＧａＮ層２が剥離する（図７（ｆ））。
【００８１】
金属Ｇａ１１は、ＧａＮ層２と、ＡｌＮ層２１に付着しているが、塩酸などの酸を用いて除去することができる（図７（ｇ））。ＧａＮ層２は、クラックなどがなく、ほぼ母材基板と同じ大きさの２インチであり、ＧａＮ層２を自立したＧａＮ基板として使用できる。金属Ｇａ１１を除去したＡｌＮ層２１には、ダメージなどは導入されていないので、再度ＧａＮ層の成長用に用いることができ、低コストでＧａＮ基板が製造できる。
【００８２】
なお、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とを分離するための適切なレーザパワーの範囲は、０．３Ｊ／ｃｍ2以上１．７Ｊ／ｃｍ2未満である。単結晶のＡｌＮの融点は２４５０℃であり、サファイアの融点より高いため、実施の形態１に比べ適切なレーザパワーの上限が拡大している。
【００８３】
以下、レーザパワーが上述以外の範囲の場合に関して示す。
【００８４】
図８は、０．３Ｊ／ｃｍ3未満のパワー密度を照射した場合であり、レーザパワーが低いときのの照射工程を示す図である。０．３Ｊ／ｃｍ3未満のパワー密度では、実施の形態１と同様、レーザ光１０を照射しても、ＧａＮ層２の分解は生じない。そのため、ＡｌＮ層２１とＧａＮ層２とを分離することはできない。
【００８５】
図９は、レーザパワーを１．７Ｊ／ｃｍ2以上とした場合であり、レーザパワーが高いときの照射中の図を示す。ＧａＮ層２が分解し、金属Ｇａ１１と窒素（図示せず）が生じるが、照射がウェハの中央に及ぶにつれ、照射スポットの形状に沿ってＧａＮ層２が吹き飛んでしまう。そのため、２インチ径のフリースタンディングのＧａＮ基板は得られない。なお、ＡｌＮ層２１上に多結晶の析出などは認められなかった。１．７Ｊ／ｃｍ2未満では、クラックが生じることなく、１．７Ｊ／ｃｍ2を閾値として、ＧａＮ層２が吹き飛ぶ現象が観察された。
【００８６】
この現象について以下に説明する。実施の形態１の結果から推定すると、１．７Ｊ／ｃｍ2のレーザを照射すると、ＧａＮ層２の温度は２５００℃程度に加熱されると考えられる。そのため、金属Ｇａ１１の沸点である２４０３℃を越えて、発生したＧａ１１が気体となっていると考えられる。発生するガスが窒素だけでなく、気体のＧａも加わるために、界面の温度がＧａの沸点を超えると、発生するガスの圧力が著しく高まりＧａＮ層２が吹き飛ぶと考えられる。そのため、金属Ｇａ１１が気化するレーザパワーを閾値として、ＧａＮ層２が吹き飛ぶ現象が観察されると考えられる。しかも、金属ガスの粘性は高いため、周囲からレーザ照射しているが、発生したガスがＧａＮ層２とＡｌＮ基板１との隙間から放散しにくくなり、圧力によってクラックが生じる。
【００８７】
以上の本実施の形態の製造方法により、レーザ照射により上昇する母材基板と窒化物半導体層の界面の温度を、Ｇａの沸点以下とすることで、２インチという大面積かつ定型のＧａＮ基板を、クラックなどによる歩留まり低下なしに、低コストで製造できることを示した。
【００８８】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の第４の実施の形態にかかる窒化物半導体装置の製造工程を表す図である。本発明の第４の実施の形態は、前述の第３の実施の形態のＧａＮ基板に半導体装置を形成した場合である。
【００８９】
図１０（ａ）の基板は直径２インチ、厚さ３００ミクロンのサファイアよりなる母材基板１上に、窒化アルミニウムの単結晶からなるＡｌＮ層２１が成長されたものである。表面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。表面の窒化アルミニウムの面方位は（０００１）面である。
【００９０】
まず、ＧａＮ層２の成長を行う。ＡｌＮ層２１の上に直接ＧａＮ層２を成長し、その膜厚が１５０μｍとなるまで成長を行った（図１０（ｂ））。
【００９１】
次にレーザ光の照射を行った。照射のための装置や照射条件は実施の形態３と同じであり、ＧａＮ層２を５００℃に加熱して、レーザ光１０をスキャンしながら照射を行った（図１０（ｃ））。実施の形態１の図３と同じように、ＧａＮ層２の外側から、隣り合う照射スポットが１．５ｍｍずつ重なるようにレーザ光をスキャンした。
【００９２】
レーザ光１０のパワーを０．５Ｊ／ｃｍ2として、レーザ光１０を母材基板１とＡｌＮ層２１とを透過させて、ＧａＮ層２に照射する。レーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２のＡｌＮ層２１との界面が分解し、金属Ｇａと窒素ガスが生じる。ＧａＮ層２全体へ照射を行うとＧａＮ層２はＡｌＮ層２１と、金属Ｇａ１１を介して弱く付着するのみとなる（図１０（ｄ））。照射後ＧａＮ層２を３０℃程度までに下げて、母材基板１を保持しながらＧａＮ層２を持ち上げるだけで、ＡｌＮ層２１からＧａＮ層２が剥離する（図１０（ｅ））。ＧａＮ層２は、クラックなどがなく、ほぼ母材基板と同じ大きさの２インチである。一方、ＡｌＮ層２１には、ダメージなどは導入されていないので、金属Ｇａ１１を除去して再度ＧａＮ層の成長用に用いることができる。以下、ＧａＮ層２のみを使用する。
【００９３】
なお、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とを分離するための適切なレーザパワーの範囲は、実施の形態３と全く同じ事情により、０．３Ｊ／ｃｍ2以上１．７Ｊ／ｃｍ2未満である。
【００９４】
ＧａＮ層２に付着している金属Ｇａ１１を、塩酸などの酸を用いて除去する（図１０（ｆ））。
【００９５】
次に窒化物半導体装置の成長を行った。各窒化物半導体層の成長法や窒化物半導体装置の構造は、実施の形態２と同様である。
【００９６】
すなわち、輸送ガスを窒素として、ＧａＮ層２上にアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層２３を５０ｎｍの厚さ形成する。次に輸送ガスを水素として、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２４を１μｍの厚さ形成し、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２５を０．１μｍの厚さ成長する（図１０（ｇ））。
【００９７】
ＧａＮ層２に接してＴｉとＡｌの多層構造よりなるｎ電極２６を、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５に接してＮｉとＡｕの多層構造よりなるｐ電極２７を、蒸着により形成する（図１０（ｈ））。
【００９８】
最後に、劈開やダイシングなどによってＧａＮ層２およびＧａＮ層２上に形成された層構造を分割すると、ＬＥＤチップが得られる（図１０（ｉ））。
【００９９】
以上の工程では、ＧａＮ層２や母材基板１にクラックを生じない。そのため、２インチ径のＧａＮ層２のほぼ全面からＬＥＤを得ることができる。以上によって完成したＬＥＤは、サファイア基板を有さず、両面に電極が配置されているので、同じ発光層面積では、従来より半導体装置全体の面積を小さくすることができる。そのため、半導体装置の小型化に有利である。また、１枚のウェハから、従来より多くの半導体装置が形成できるため、コスト的にも有利である。
【０１００】
すなわち、本実施の形態のように、レーザ照射時の母材基板とＧａＮ層の界面の温度をＧａの沸点以下とすることによって、小型化および低コスト化に有利なＬＥＤを、クラックによる歩留まり低下なしに製造可能な方法を提供できる。
【０１０１】
なお、実施の形態４において、ＬＥＤに変えてレーザやＦＥＴなどの他の窒化物半導体装置も全く同様に形成できることはいうまでもない。特に、形成する窒化物半導体装置をレーザとしたときは、上述のＬＥＤの利点に加えて、共振器端面を劈開によって形成できるという利点がある。
【０１０２】
なお、実施の形態４において、ＧａＮ層２の成長後、引き続いてＭＯＣＶＤ法による窒化物半導体装置の形成を行い、その後にレーザの照射工程を行っても、必要な設備を増やすことなく、同様にＬＥＤが完成できることはいうまでもない。
【０１０３】
（実施の形態５）
図１１〜図１３は、本発明の第５の実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法を示す図である。
【０１０４】
図１１（ａ）のウェハ１４は直径２インチ、厚さ１５０ミクロンのサファイアウェハである。また、ウェハ１５は直径２インチ厚さ６００ミクロンの石英ガラスウェハである。なお、以降の図において、層の左右に波線を設置しているのは、図が、ウェハ内の一半導体装置付近の拡大図であって、左右にも層があることを示すためである。
【０１０５】
石英ガラスウェハ１５を２枚のサファイアウェハ１４に挟むように設置し、石英ガラスの軟化点より高く、サファイアの融点よりも低い、約１８００℃で加熱する。そうすると、サファイアウェハ１４にダメージを与えずに、石英ガラスウェハ１５とサファイアウェハ１４を融着することができ、１枚の母材基板１を得ることができる（図１１（ｂ））。
【０１０６】
この母材基板１は、石英ガラスウェハ１５の両面にサファイアウェハ１４を配置することで、主面に垂直な方向の熱膨張係数分布が対称になっている。そのため、室温においても、また加熱時においても反りが発生しない。なお、サファイアの熱膨張係数は７．８×１０-6Ｋ-1、石英ガラスの熱膨張係数は０．５×１０-6Ｋ-1であり、ＧａＮの熱膨張係数は５．６×１０-6Ｋ-1である。ＧａＮより熱膨張係数の小さな石英ガラスとＧａＮより熱膨張係数が大きなサファイアとを適切な厚さ貼り合わせているため、面方向の熱膨張係数がＧａＮとほぼ同じである。そのため、母材基板１上に、熱膨張係数差による歪みを加えずＧａＮを成長させることができる。
【０１０７】
次に窒化物半導体装置の成長を行う。成長にはＭＯＣＶＤ法を用いる。原料や成長条件は、実施の形態２と同じである。
【０１０８】
まず輸送ガスを水素として、半導体装置構造形成前に、母材基板１上に６００℃の温度でＡｌＮ層２１を８０ｎｍの厚さ形成する。次に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層２２を３μｍの厚さ形成する。引き続いて、輸送ガスを窒素に変えて、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層２３を５０ｎｍの厚さ形成する。再び輸送ガスを水素として、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２４を１μｍの厚さ形成し、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２５を０．１μｍの厚さ成長する（図１１（ｃ））。
【０１０９】
塩素ガスを用いたリアクティブイオンエッチングによりｎ型ＧａＮコンタクト層２２の一部を露出させ、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２に接してＴｉとＡｌの多層構造よりなるｎ電極２６を、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５に接してＮｉとＡｕの多層構造よりなるｐ電極２７を、蒸着とフォトリソグラフィーにより形成する。半導体装置の大きさは、ほぼ５００μｍの正方形である。
【０１１０】
以上でＬＥＤ半導体装置構造が形成できる（図１１（ｄ））。
【０１１１】
次に、融着工程を行う。
【０１１２】
あらかじめ、ＡｕＳｎ半田２８を、Ｓｉサブマウント２９上に、ＬＥＤの電極パターンとほぼ同形状に配置する。ＡｕＳｎ半田２８とｎ電極２６、ｐ電極２７が密着するように設置し３５０℃に加熱することで、Ｓｉサブマウント２９にＬＥＤ半導体装置が融着される（図１２（ｅ））。なお、ＡｕＳｎ半田の厚さを１０μｍ以上と充分厚くしておけば、ｎ電極２６とｐ電極２７の高さが異なることによる、融着への影響はほとんどなくなる。
【０１１３】
次に、レーザ照射による転写工程を行う。
【０１１４】
実施の形態１と同じ装置、条件でレーザ照射を行う。半導体装置の大きさが５００μｍに対し、レーザ光の径が２ｍｍである。そこで、本実施の形態のように、一つの半導体装置だけを転写する場合は、レーザをスキャンする必要はなく、半導体装置が含まれるように一度照射するのみでよい。
【０１１５】
母材基板１は、Ｎｄ：ＹＡＧの３倍高調波レーザ光に対して透明なサファイアと石英ガラスからなるため、レーザ光を透過する。また、ＡｌＮ層２１も、ほとんどレーザ光を吸収しないため、レーザ光はｎ型ＧａＮコンタクト層２２の、ＡｌＮ層２１との界面付近に吸収される。
【０１１６】
本実施の形態では、半導体装置層構造の厚さが４μｍ程度と薄いため、レーザ照射時の分解温度を低くしてＧａガスの発生を防止しなければならないことはもちろんのこと、窒素ガスの発生量に注意する必要がある。このことに関して、以下に説明する。
【０１１７】
本実施の形態では、レーザの光密度を０．４Ｊ／ｃｍ2とし、このときのｎ型ＧａＮコンタクト層が分解される領域は４０ｎｍ程度である。
【０１１８】
レーザ照射時、発生する窒素によってｎ型ＧａＮコンタクト層２２が母材基板１から浮く。レーザ照射時の基板温度を５００℃とすると、発生する窒素によってｎ型ＧａＮコンタクト層２２が母材基板１から浮く距離は、クラックが生じないと仮定すると１２０μｍ程度にもなる。実際には、１２０μｍもの変形に耐えられず、窒化物半導体中にクラックが生じてしまう。
【０１１９】
そこで、レーザ照射時に冷却手段７に冷却水を導入し、基板温度を摂氏１０℃程度に冷却する。このようにして、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２が母材基板１から浮く量を低減し、クラックを防止することができる。このとき、照射サイズが２ｍｍ径であるのに比べて、ＡｌＮ層２１とｎ型ＧａＮコンタクト層２２の距離が４０μｍ程度と小さいため、窒化物半導体層がたわむだけで、クラックは発生しない（図１２（ｆ））。なお、ＡｌＮ層２１とｎ型ＧａＮコンタクト層２２との間には金属Ｇａ１１を生じている。また、金属Ｇａ１１以外の空隙は、分解して生じた窒素ガスで満たされている。
【０１２０】
窒化物半導体装置を良好に分離するため、サブマウント２９の周囲の窒化物半導体をダイヤモンドスクライバでけがく（図１３（ｇ））。サブマウント２９を母材基板１から引きはずすと、ＬＥＤチップがけがきに沿って分割され、サブマウント２９にＬＥＤが付着して母材基板１から剥離できる（図１３（ｈ））。ＬＥＤチップに付着した金属Ｇａ１１は、ＬＥＤの光を吸収して発光効率を低下させることがあるので、塩酸などに短時間浸して除去しても良い。この際、塩酸で処理する時間を長時間とすると、ｎ電極２６のＡｌが腐食されるので注意が必要である。
【０１２１】
なお、サファイア基板上に成長した窒化物半導体に室温でレーザを照射すると、サファイア基板や窒化物半導体にクラックが生じてしまい、歩留まり低下の原因となることがある。これは、レーザ照射部と非照射部の境界で熱膨張係数差によるストレスが集中することによる。それに対し、本実施の形態では、ＧａＮ半導体装置形成用の母材基板として熱膨張係数がほぼ窒化物半導体に等しい複合材料からなる母材基板１を用いているため、レーザ照射によって、熱膨張係数によるストレスが集中することなく、母材基板１やＧａＮ半導体装置にクラックなどは生じない。また、母材基板１上の全面にＬＥＤを形成し、転写工程を実施した後、母材基板１は再度窒化物半導体層の成長に利用することができ、原料費を節減して低コストでＬＥＤを製造することができる。
【０１２２】
以上示した本実施の形態のように、レーザ照射時に基板を冷却することで、クラックを発生せず薄膜のＧａＮを剥離することができ、ＧａＮ半導体装置の転写などに利用することが可能である。また、熱膨張係数が制御された複合基板によって、冷却時においても、熱膨張係数差によるストレスを発生させず、レーザ照射可能である。
【０１２３】
なお、レーザの照射サイズが小さくなると、ｎ型ＧａＮコンタクト層が浮く量を小さくしなければならないので、それだけ低い温度に基板を冷却しなければならない。一方、レーザの照射サイズが大きくなると、基板の温度は高くしても良い。ただし、レーザ照射によって窒化物半導体層や母材基板全体の温度が上昇してしまうため、基板を数１００℃に保持して照射する場合においても、レーザパワーなどの条件によっては、基板直上をガスフローするなどして有効な冷却手段によって、基板の温度を面内均一に設定温度に保持する機構が必要であることはいうまでもない。
【０１２４】
なお、大気中で冷却を行うと水滴などが基板１等に付着して、レーザ光を屈折させるため、レーザ照射に悪影響を及ぼすことがある。これを防ぐには、乾燥空気や乾燥窒素などの雰囲気中に基板１を設置するのが好ましい。
【０１２５】
なお、実施の形態５ではＬＥＤ構造を用いたが、他の半導体装置構造や窒化物半導体薄膜でも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０１２６】
（実施の形態６）
図１４、図１５は、本発明の第６の実施の形態における窒化物半導体基板の製造方法を示す図である。
【０１２７】
図１４（ａ）のウェハ１４は直径２インチ、厚さ１５０ミクロンのサファイアウェハである。また、ウェハ１５は直径２インチ厚さ６００ミクロンの石英ガラスウェハである。
【０１２８】
図１４（ｂ）に示すように、実施の形態５と全く同様の方法で、石英ガラスウェハ１５と２枚のサファイアウェハ１４とを、約１８００℃で加熱融着し、母材基板１を作製する。
【０１２９】
次に実施の形態２と同じＭＯＣＶＤ法でＧａＮ層の成長を行う。成長条件等は、ドーピングを行わない以外は実施の形態５とは同じで、ＡｌＮ層２１を８０ｎｍし、ＧａＮ層２を５μｍ成長する（図１４（ｃ））。
【０１３０】
次に、レーザ照射工程を行う。
【０１３１】
本実施の形態では、レーザの光密度を０．４Ｊ／ｃｍ2とし、このときのｎ型ＧａＮコンタクト層が分解される領域は４０ｎｍ程度である。本実施の形態では、図３と同じ方法でレーザ光１０を基板全面にスキャンする。
【０１３２】
レーザ照射時に冷却手段７に冷却水を導入し、基板温度を摂氏１０℃程度に冷却することで、発生した窒素によってＧａＮ層２が母材基板１から浮く量を低減し、ＧａＮ層２に生じるクラックを防止する。
【０１３３】
レーザ照射によって、ＡｌＮ層２１とＧａＮ層２との間には金属Ｇａ１１を生じる。ＡｌＮ層２１とＧａＮ層２とが、軟らかい固体の金属Ｇａ１１を介して弱く付着している状態となる（図１４（ｄ））。
【０１３４】
ＧａＮ層２は５μｍ程度と非常に薄いため、剥離の際に、３０℃程度に暖めて金属Ｇａ１１を液化しておくことが好ましい。ＧａＮ層２を均一に吸着できるような、静電吸着などの適切な機構の保持治具３１を用いると、ＧａＮ層２をＡｌＮ層２１から分離することができる（図１５（ｅ））。
【０１３５】
ＧａＮ層２に付着している金属Ｇａ１１は、好ましくはＧａＮ層２が割れないように保持治具３１で保持したまま、塩酸などによって除去することができる（図１５（ｆ））。
【０１３６】
以上の方法で分離したＧａＮ層２は基板として用いることができる。例えば、５μｍのＧａＮ層２を、ストレス無くＧａＮを厚く成長させることが可能な下地層基板として用いることが可能である。
【０１３７】
本実施の形態では、ＧａＮ半導体装置形成用の母材基板が、熱膨張係数がほぼ窒化物半導体に等しい母材基板１であるため、レーザ照射によって、熱膨張係数によるストレスが集中することなく、母材基板１やＧａＮ層２にクラックなどは生じない。したがって、ＧａＮ層２は、母材基板１とほぼ同じ２インチという大面積で定型である。
【０１３８】
以上のように、レーザ照射時に基板を冷却することで、クラックを発生せず、従来の方法では作製が非常に困難な、薄膜の大面積のＧａＮ基板の形成が可能である。
【０１３９】
なお、レーザの照射サイズが小さくなると、ＧａＮ層２が浮く量を小さくしなければならないので、それだけ低い温度に基板を冷却しなければならない。一方、レーザの照射サイズが大きくなると、基板の温度は高くしても良い。ただし、レーザ照射によって窒化物半導体層や母材基板全体の温度が上昇してしまうため、基板を数１００℃に保持して照射する場合においても、レーザパワーなどの条件によっては、基板直上をガスフローするなどして有効な冷却手段によって、基板の温度を面内均一に設定温度に保持する機構が必要であることはいうまでもない。
【０１４０】
なお、大気中で冷却を行うと水滴などが基板１等に付着して、レーザ光を屈折させるため、レーザ照射に悪影響を及ぼすことがある。これを防ぐには、乾燥空気や乾燥窒素などの雰囲気中に母材基板１を設置するのが好ましい。
【０１４１】
（実施の形態７）
図１６〜図１８を参照しながら、本発明の第７の実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態７は、分離条件が実施の形態５と異なる他は、実施の形態５とほぼ同じ工程である。
【０１４２】
図１６（ａ）のウェハ１４は直径２インチ、厚さ１５０ミクロンのサファイアウェハである。また、ウェハ１５は直径２インチ厚さ６００ミクロンの石英ガラスウェハである。
【０１４３】
図１６（ｂ）に示すように、実施の形態３と全く同様の方法で、石英ガラスウェハ１５と２枚のサファイアウェハ１４とを、約１８００℃で加熱融着し、母材基板１を作製する。
【０１４４】
次に実施の形態５と同じ窒化物半導体装置の成長を行う。成長条件等は実施の形態５と同じで、ＡｌＮ層２１を８０ｎｍ、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層２２を３μｍ、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層２３を５０ｎｍ、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２４を１μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２５を０．１μｍ、順次成長する（図１６（ｃ））。
【０１４５】
リアクティブイオンエッチングによりｎ型ＧａＮコンタクト層２２の一部を露出させ、ｎ電極２６、ｐ電極２７を形成する。半導体装置の大きさは、ほぼ５００μｍの正方形である。
【０１４６】
以上でＬＥＤ構造が形成できる（図１６（ｄ））。
【０１４７】
次の、融着工程も実施の形態５と同様である。すなわち、Ｓｉサブマウント２９上にパタニングされたＡｕＳｎ半田２８と、ｎ電極２６、ｐ電極２７が密着するように設置し３５０℃に加熱することで、Ｓｉサブマウント２９とＬＥＤ半導体装置とを融着する。
【０１４８】
その次に、窒化物半導体装置を有効に分離するためのけがきを、Ｓｉサブマウント２９の周囲のｎ型ＧａＮコンタクト層２２上に形成する（図１７（ｅ））。
【０１４９】
次に、レーザ照射による転写工程を行う。
【０１５０】
本実施の形態では、実施の形態５に対して、以下の置き換えを行う。レーザとしては取扱の容易な低出力のレーザを用いる。レーザが低出力であるため、照射サイズを５０μｍまで集光して、レーザの光密度を０．４Ｊ／ｃｍ2とする。照射サイズが半導体装置サイズより小さいため、スキャンミラー４を用いて、半導体装置全体に照射を行う。
【０１５１】
レーザ照射により分解するＧａＮの量と、発生する窒素の量との比は、温度、圧力が同じで有れば、スポット径によらず同じである。そのため、スポットサイズを小さくすると、スポットサイズと、窒素によりｎ型ＧａＮコンタクト層２２がＡｌＮ層２１から浮く距離との比は、より大きくなる。その結果、より大きな曲率でｎ型ＧａＮコンタクト層２２が変形するためクラックが非常に生じやすくなってしまう。
【０１５２】
そのため、本実施の形態では窒素が液化する条件に基板を冷却して照射を行う。
【０１５３】
冷媒に液体窒素を用いた場合、冷気が発散するためｎ型ＧａＮコンタクト層２２の温度は、若干高い温度になってしまう。そこで、液体窒素はほぼ大気圧程度で冷却管に送り、窒化物半導体層を形成した基板１を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを透過する窓３２を有する容器３３に導入し、１０気圧に加圧してレーザ光１０を照射する（図１７（ｆ））。
【０１５４】
このように加圧することで、発生する窒素の体積を減少させることが可能である。例えば、１０気圧の加圧雰囲気中でレーザ照射を行えば、発生する窒素の体積を１気圧の場合の十分の一とすることができる。さらに、本実施の形態のように窒素の臨界温度以下では、加圧圧力を適切にすることで、窒素を液化する条件とすることができる。なお、窒素を含む雰囲気では窒素が液化して母材基板１上に付着することがある。また、母材基板１の温度より高い沸点の気体も母材基板１上に付着することがある。それらを防ぐため、例えば純粋水素雰囲気等の沸点の低い雰囲気で照射を行う。
【０１５５】
レーザ光１０の照射によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２とＡｌＮ層２１との間には、液化窒素と金属Ｇａからなる領域３４が生じている。
【０１５６】
本実施の形態においては、窒素が液化する条件に基板を冷却しているため、レーザ光の照射によってＧａＮが分解したとき、生じる窒素は速やかに液体となる。ＧａＮの分解物は、固体のＧａと液体の窒素であり、その体積は、もとのＧａＮの体積の２倍程度となる。このとき、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２とＡｌＮ層２１との距離は８０ｎｍ程度となり、スポットサイズの５０μｍに比べ非常に小さい。そのため、窒化物半導体成長層の変形を著しく小さくすることができる。
その結果、クラックの発生を防ぐことが可能である（図１８（ｇ））。
【０１５７】
そして、液体窒素温度のまま、ないしは、窒素が急激に気化しないようにゆっくり温度を上昇させてから、真空吸引などの適切な治具を用いてサブマウント２９を母材基板１から引きはずすと、ＬＥＤがサブマウント２９に付着して母材基板１から剥離できる（図１８（ｈ））。ＬＥＤに付着した液化窒素と金属Ｇａからなる領域３４のうち、窒素は常温にもどす過程で蒸散する。金属Ｇａは、常温に到達してから塩酸で除去してもよい。
【０１５８】
以上のように、レーザ照射時に基板を冷却することで、クラックを発生せず薄膜のＧａＮ半導体装置の転写が可能である。また、母材基板１をサファイアと石英ガラスからなる複合基板としたことによって、液体窒素温度近くの冷却時においても、熱膨張係数差によるストレスに起因するクラックを発生させず、レーザ照射可能である。
【０１５９】
なお、窒素が液化する条件で照射を行うためには、基板を加圧するほかに、液体ヘリウムなど、より低い温度の冷媒を用いる方法や、液体窒素を高い圧力で７７Ｋ以下に保ったまま送液し、基板直前でパイプの径を太くして、断熱膨張によって低い温度を達成する方法などを用いても良い。
【０１６０】
（実施の形態８）
図１９〜図２１は、本発明の第８の実施の形態における窒化物半導体基板の製造方法を示す図である。
【０１６１】
図１９（ａ）のウェハ１４は直径２インチ、厚さ１５０ミクロンのサファイアウェハである。また、ウェハ１５は直径２インチ厚さ６００ミクロンの石英ガラスウェハである。
【０１６２】
図１９（ｂ）に示すように、実施の形態５と全く同様の方法で、石英ガラスウェハ１５と２枚のサファイアウェハ１４とを、約１８００℃で加熱融着し、母材基板１を作製する。
【０１６３】
次に実施の形態２と同じＭＯＣＶＤ法でＧａＮ層の成長を行う。成長条件等は実施の形態５とドーピングを行わない以外は同じで、ＡｌＮ層２１を８０ｎｍし、ＧａＮ層２を５μｍ成長する（図１９（ｃ））。
【０１６４】
次に、レーザ照射工程を行う。
【０１６５】
本実施の形態では、実施の形態７と同じ取扱の容易な低出力のレーザを用いる。レーザが低出力であるため、照射サイズを５０μｍまで集光して、レーザの光密度を０．４Ｊ／ｃｍ2とする。照射サイズが半導体装置サイズより小さいため、スキャンミラー４を用いて、周囲から内側に向けて、ＧａＮ層２全体に照射を行う。
【０１６６】
本実施の形態では窒素が液化する条件に基板を冷却して照射を行う。
【０１６７】
液体窒素はほぼ大気圧程度で冷却管に送り、窒化物半導体層を形成した基板１を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを透過する窓３２を有する容器３３に導入し、１０気圧に加圧してレーザ光１０を照射する（図２０（ｄ））。
【０１６８】
このように加圧することで、発生する窒素の体積を減少させ、さらに好ましくは、窒素を液化する条件とすることができる。照射中、容器３３の内は、例えば純粋水素雰囲気等の窒素をほとんど含まない雰囲気で照射を行う。
【０１６９】
レーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１との間には、液化窒素と金属Ｇａからなる領域３４が生じ、クラックを発生させずに、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とを液化窒素と金属Ｇａからなる領域３４を介して弱く付着させた状態とすることができる（図２１（ｅ））。そして、液体窒素温度のまま、ないしは、窒素が急激に気化しないようにゆっくり温度を上昇させてから、適切な保持治具３１を用いてＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とを分離することができる。分離したＧａＮ層２とＡｌＮ層２１上には、室温付近では窒素が発散して金属Ｇａ１１が形成されている（図２１（ｆ））。
【０１７０】
金属Ｇａ１１は、塩酸などの酸で除去することができる（図２１（ｇ））。
【０１７１】
以上のように、レーザ照射時に基板を冷却することで、クラックを発生せず薄膜で大面積のＧａＮ基板を得ることが可能である。また、母材基板１をサファイアと石英ガラスからなる複合基板としたことによって、液体窒素温度近くの冷却時においても、熱膨張係数差によるストレスに起因するクラックを発生させず、レーザ照射を行うことが可能である。
【０１７２】
なお、実施の形態１から８において、レーザによって分解される層をＧａＮ層としているが、ＧａＮ層に変えてレーザ光を吸収可能なＡｌＧａＮ層を用いても同様であることはいうまでもない。この場合は、金属Ｇａに変えてＡｌＧａ合金が形成されるので、レーザ照射によるＡｌＧａＮ層の温度上昇をＡｌＧａ合金の沸点以下とする必要があることはいうまでもない。
【０１７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の窒化物半導体基板の製造方法によれば、レーザ照射によって、クラック無く母材基板から窒化物半導体層を剥離する方法を提供でき、窒化物半導体基板や、窒化物半導体装置を量産性よく製造する方法を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図２】本発明の実施の形態におけるレーザ照射のための装置を示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるレーザ照射の方法を示す図
【図４】本発明の実施の形態１において、レーザパワーが低いときの照射工程を示す図
【図５】本発明の実施の形態１において、レーザパワーが高いときの照射工程を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図７】本発明の実施の形態３における窒化物半導体基板の製造工程の前半を示す図
【図８】本発明の実施の形態３において、レーザパワーが低いときの照射工程を示す図
【図９】本発明の実施の形態３において、レーザパワーが高いときの照射工程を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１１】本発明の実施の形態５における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１２】本発明の実施の形態５における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１３】本発明の実施の形態５における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１４】本発明の実施の形態６における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図１５】本発明の実施の形態６における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図１６】本発明の実施の形態７における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１７】本発明の実施の形態７における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１８】本発明の実施の形態７における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１９】本発明の実施の形態８における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図２０】本発明の実施の形態８における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図２１】本発明の実施の形態８における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図２２】従来の窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【符号の説明】
１ 母材基板
２ ＧａＮ層
３ レーザ装置
４ スキャンミラー
５ 集光手段
６ 開口
７ 冷却手段
８ 加熱手段
１０ レーザ光
１１ 金属Ｇａ
１２ 溶融サファイア
１３ アルミナ
１４ サファイアウェハ
１５ 石英ガラスウェハ
２１ ＡｌＮ層
２２ ｎ型ＧａＮコンタクト層
２３ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層
２４ ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層
２５ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２６ ｎ電極
２７ ｐ電極
２８ ＡｕＳｎ半田
２９ Ｓｉサブマウント
３１ 保持治具
３２ 窓
３３ 容器
３４ 液体窒素と金属Ｇａからなる領域
３５ 接着剤
３６ ホスト基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体基板の製造方法、および可視発光ダイオード装置や青紫色レーザ装置や高速トランジスタなどの窒化物半導体装置が形成された窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ等の窒化物半導体は、青色や緑色のＬＥＤや、青色半導体レーザ、高温動作可能な高速トランジスタなどに用いる材料として好適である。
【０００３】
サファイア基板上に窒化物半導体層を成長し、サファイア基板と窒化物半導体層との界面に強いレーザ光を当てることで、窒化物半導体層を母材基板界面で局所的に加熱し、分解させ、母材基板から窒化物半導体層を剥離させる技術（以下レーザリフトオフと呼ぶ）が検討されている。
【０００４】
例えば、特開２０００−２５２２２号公報には、レーザリフトオフを用いて、シリコンなどのホスト基板上に窒化物半導体装置を転写する方法が示されている。以下、図２２を用いて従来の転写技術の説明を行う。図２２（ａ）の母材基板１はサファイアである。母材基板１上にＧａＮ層２を成長する（図２２（ｂ））。なお、ＧａＮ層２に変えて窒化物半導体の積層構造を成長して、半導体装置を形成しても良い。ＧａＮ層２を、接着剤３５を介してホスト基板３６に接着させる（図２２（ｃ））。母材基板１を通して、ＧａＮ層２にレーザ光１０を照射する。レーザ光１０は、母材基板１のサファイアが透過可能で、ＧａＮ層２に吸収される波長とする。レーザ光１０として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３次以上の高調波光や、ＫｒＦエキシマレーザ光を用いることができる。照射部は金属Ｇａ１１を生じて、母材基板１とＧａＮ層２とが分離される（図２２（ｄ））。レーザ光１０をスキャンして、窒化物半導体層全面に照射すると、ＧａＮ層２と母材基板１とが全面で分離され、母材基板１からホスト基板３６にＧａＮ層２を転写できる（図２２（ｅ））。
【０００５】
また、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス第３８巻Ｌ２１７ページ〜Ｌ２１９ページ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．３８，Ｌ２１７−Ｌ２１９）には、窒化物半導体層の厚さを２００μｍから３００μｍとして、ホスト基板などを用いずにレーザリフトオフを行い、単体のＧａＮ基板を得る方法が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
サファイア基板と窒化物半導体層の界面にレーザ光を当てることで、窒化物半導体層を分解させる際、０．３Ｊ／ｃｍ2以上もの非常に強い光が照射されるため、サファイア基板と窒化物半導体層との界面は非常に高温となる。例えば、ＧａＮの比熱は３．８Ｊ／ｍｏｌ／Ｋであり、光を吸収して１／ｅ（ｅは自然対数の底）となるＧａＮの厚さはおよそ０．１μｍであるので、ＧａＮが光を吸収する領域（以降単に光吸収領域という）の熱容量はおよそ７×１０―7Ｊ／Ｋとなる。照射されたレーザ光がすべて光吸収領域の熱上昇に使われた場合、温度上昇は約１００００℃にも達する。実際には、レーザ光のパルスが有限の幅を有するため熱が光吸収領域以外にもサファイア基板中や窒化物半導体層中に放散することと、ＧａＮ分解のために熱が消費されることなどのため、界面近傍の温度は数１０００℃程度の温度になる。
【０００７】
サファイア基板の融点は２０４６℃であるため、それ以上の温度ではサファイア基板も溶融し、照射後固化する際に、ＧａＮ層と付着してしまうことがあった。このようになると、ＧａＮ層の分離がスムーズに行われず、局所的に付着した部分に熱膨張係数差によるストレスが集中する。その結果、ＧａＮ層やサファイア基板にクラックが生じ、大面積の分離ができない。また、溶融後固化して付着したときの、サファイア基板とＧａＮ層の付着は不均一である。そのため、照射後に、サファイア基板とＧａＮ層の熱膨張係数差によるストレスがＧａＮ層やサファイア基板に不均一に加わって、ＧａＮ層にクラックが生じることがある。
【０００８】
また、ＧａＮが分解するとき、金属Ｇａと窒素ガスが発生する。このとき、界面がＧａの沸点より高い温度以上に加熱されると高圧のＧａガスと窒素ガスが発生する。なお、Ｇａの１気圧における沸点は２４０３℃である。例えば、１気圧、２５００℃で、１ｃｍ3のＧａＮが分解されると、約１６０００ｃｍ3の金属Ｇａガスと、約８０００ｃｍ3の窒素ガスが発生する。このように、発生するガスの総量は分解したＧａＮの約２００００倍以上にも達するため、界面が膨張して、窒化物半導体層やサファイア基板にクラックが生じることがあり、半導体装置転写や基板作製時に問題となっていた。
【０００９】
上記に鑑み、本発明は、レーザ光照射による窒化物半導体基板の製造において、窒化物半導体層にクラックなどを発生させることなく、レーザリフトオフを行う手段を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、以下に示す構成よりなるものである。
【００１１】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記母材基板と前記窒化物半導体層との界面の温度が前記母材基板の融点未満の温度となるように前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有するものである。
【００１２】
このような構成とすることで、母材基板が溶融して窒化物半導体層と再固着することを防ぎ、効率よく窒化物半導体層を母材基板から分離できる。
【００１３】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記母材基板と前記窒化物半導体層との界面の温度がＧａの沸点未満の温度となるように前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有するものである。
【００１４】
このような構成とすることで、発生するＧａは液体または固体となるため生じるガスは窒素のみと著しく低減され、窒化物半導体層に生じるクラックを防止することができる。
【００１５】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有し、前記の前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程は冷却手段と加熱手段とを有する装置を用いて行われ、前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程は、前記冷却手段を用いて前記母材基板を前記窒化物半導体層側から冷却するものである。
【００１６】
このような構成とすると、発生するＧａは液体または固体となり、さらに冷却によって発生する窒素の体積が低減されるため、窒化物半導体層に生じるクラックを防止することができる。
【００１７】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、さらに前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程において、前記母材基板または前記窒化物半導体層を、窒素が液化する条件下に設置することが好ましい。この好ましい構成によれば、発生するＧａは固体であり、発生した窒素も液化しているため、その体積を著しく低減することができ、窒化物半導体層に生じるクラックを防止することができる。
【００１８】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、前記母材基板および前記窒化物半導体層にかかる圧力が１気圧より大きくなる条件で前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有する。
【００１９】
このような構成とすることで、発生するＧａや窒素の体積を低減することができるので、窒化物半導体層に生じるクラックを防止することができる。
【００２０】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、さらに前記母材基板は、熱膨張係数が前記窒化物半導体層より小さい第１の材料と、熱膨張係数が前記窒化物半導体層より大きい第２の材料とからなり、前記第１の材料および前記第２の材料は、ともに前記の光を透過することが好ましい。この好ましい構成によれば、光を照射しているときの窒化物半導体層中のクラックの発生を防ぐことができる。
【００２１】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、さらに母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程が、前記窒化物半導体層を単数または複数層形成して半導体装置を形成する工程であることが好ましい。この好ましい構成によれば、効率よく窒化物半導体層を母材基板から分離できる。
【００２２】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、母材基板上に窒化物半導体層を単数または複数層形成して半導体装置を形成する工程と、前記母材基板と前記窒化物半導体装置との界面の温度が前記母材基板の融点未満の温度となるように前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体装置とを分離するものである。
【００２３】
この構成により、母材基板が溶融して窒化物半導体装置と再固着することを防ぎ、効率よく窒化物半導体装置を母材基板から分離できる。
【００２４】
なお、ここで、窒化物半導体基板とは、例えばＧａＮ基板のような単なる単結晶基板だけをさすのではなく、可視発光ダイオード装置や青紫色レーザ装置や高速トランジスタなどの窒化物半導体装置が形成された窒化物半導体基板をもさす。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１から図５を参照しながら、本発明の第１の実施の形態における窒化物半導体基板の製造方法を説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる窒化物半導体基板の製造工程の前半を表す図である。
【００２８】
図１（ａ）の母材基板１は直径２インチ、厚さ４００ミクロンのサファイア（酸化アルミニウムの単結晶）であり、表面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。表面の面方位は（０００１）面である。
【００２９】
母材基板１はサファイアより構成されており、サファイアのバンドギャップは８．７ｅＶであるため、バンドギャップに相当するエネルギーの１４２．５ｎｍより長波長の光は透過する。そのため、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光や波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波光を透過することができる。
【００３０】
まず、窒化物半導体層の成長を行う。
【００３１】
アンモニアと、金属ＧａとＨＣｌを約９００℃程度の高温で反応させて生じるＧａＣｌとを原料とするハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法と称する）によりＧａＮの成長を行った。圧力は大気圧下で成長を行った。成長法は特に限定されるものではないが、上述のＨＶＰＥ法では、５０μｍ／ｈ程度の成長速度が得られるため、数十μｍから数百μｍの窒化物半導体の成長に適する。
【００３２】
サファイア上へＧａＮの核形成密度を増加させるため、ＧａＮの成長に先立って基板温度を１０００℃に保ち、ＧａＣｌのみを１５分間供給する（以下、このプロセスをＧａＣｌ処理と呼ぶ）。なお、核形成密度を増加させる目的では、ＧａＣｌ処理に替えて低温バッファ層やアンモニアでサファイアを窒化する処理を行っても良いし、これらを組み合わせても良い。
【００３３】
ＧａＣｌ処理後、アンモニアを導入してＧａＮ層２の成長を開始する。母材基板１を構成するサファイアの主面が（０００１）面であるため、ＧａＮ層２は（０００１）面を主面として成長する。
【００３４】
ＧａＮ層２の厚さが１５０μｍとなるまで成長を行った（図１（ｂ））。
【００３５】
室温付近まで基板温度を降下させ、ＨＶＰＥ装置から基板を取り出し、レーザ照射工程を行った。
【００３６】
レーザ照射は、図２に示すような装置を用いた。レーザ装置３より発せられたレーザ光１０をスキャンミラー４によって２次元に走査する構成となっている。また、集光手段５と開口６とによって、ＧａＮ層２上でのレーザ光の径を調整することができる。基板温度は冷却手段７と加熱手段８により温度調整可能である。冷却手段は、例えば冷媒を循環させるパイプとすることができ、冷媒として、液体ヘリウム、液体窒素、アンモニア、フロン、水などを用いることで幅広い温度範囲を実現できる。加熱手段８としては、例えば抵抗線ヒーター等を用いることができる。あるいは、冷却手段７と加熱手段８とを兼ねるペルチェ素子を用いても良い。レーザ装置３は波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧの３次高調波とする。パルス幅は５ｎｓでパルス周期は１０Ｈｚとする。レーザ光１０はサファイアに対して透明であるので、母材基板１を通して、ＧａＮ層２にレーザ光１０を照射する。レーザ光１０を集光して、ＧａＮ層２の位置で２ｍｍ径の円形とする。レーザ光１０は、母材基板１に入射される直前の位置で０．２Ｊ／ｃｍ2から２Ｊ／ｃｍ2の範囲の光密度とする。
【００３７】
母材基板１とＧａＮ層２は、互いに熱膨張係数が異なることにより、室温においては反っている。そこで、本実施の形態では、母材基板１とＧａＮ層２の熱膨張係数差による反りを低減するため、母材基板１およびＧａＮ層２は、加熱手段８により５００℃に加熱して照射を行う。
【００３８】
ＧａＮ層２を５００℃に加熱して、レーザ光１０をスキャンしながら照射を行う（図１（ｃ））。図３にスキャン方法の模式図を示す。図３では、図をわかりやすくするため、スポット３７の重なりを現実より離して描写している。スポット３７は最外周のみ記載し、光軸の軌跡のみ模式的に示している。ＧａＮ層２に、隣り合う照射スポット３７が１．５ｍｍずつ重なるように、円形にレーザ光をスキャンを行い、外側から内側にかけて照射をすることで、ＧａＮ層２全面にレーザ光を照射できる。
【００３９】
レーザパワーを０．５Ｊ／ｃｍ2として、レーザ光１０をＧａＮ層２に照射する。レーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２の母材基板１との界面が分解し、金属Ｇａ１１と窒素ガス（図示せず）が生じる（図１（ｄ））。窒素ガスは、基板を周囲から照射しているため、周囲のＧａＮ層２と母材基板１とが分離した領域を通じて放散される。なお、図１（ｄ）は断面図であるため、母材基板１とＧａＮ層２の空隙の周囲が、金属Ｇａ１１で塞がったような図となっているが、上面から観察すると、金属Ｇａ１１は点在するように生じているので、窒素を放散することができる。金属Ｇａ１１の状態は、照射時は液体である。そのため、ＧａＮ層２全体へ照射を行うとＧａＮ層２は母材基板１と、金属Ｇａ１１を介して弱く付着するのみとなる（図１（ｅ））。
【００４０】
照射後母材基板１およびＧａＮ層２を３０℃程度に下げても、金属Ｇａ１１は液体であるから、母材基板１を保持して、真空吸引などでＧａＮ層２を持ち上げるだけで、母材基板１からＧａＮ層２が剥離する（図１（ｆ））。なお、２５℃以下にすると金属Ｇａ１１が固体となるが、Ｇａは固体でも非常に軟らかい材料である。そのため、ＧａＮ層２の厚さがおよそ５０μｍ程度以上あれば、Ｇａが固体になっても、持ち上げる際にクラックを生じたりしない。
【００４１】
金属Ｇａ１１が、ＧａＮ層２と、母材基板１それぞれに付着しているが、塩酸などの酸を用いて除去することができる（図１（ｇ））。
【００４２】
ＧａＮ層２中にはクラックなどがないため、ＧａＮ層２は、母材基板１とほぼ同じ大きさの、２インチの自立したＧａＮ基板として使用することができる。また、金属Ｇａ１１を除去したサファイア基板には、ダメージなどは導入されていないので再度ＧａＮ層の成長用に用いることができ、原料費を節減して、低コストでＧａＮ基板を作製できる。
【００４３】
なお、母材基板１とＧａＮ層２とを分離するための適切なレーザ光のパワーの範囲は、０．３Ｊ／ｃｍ2以上１．５Ｊ／ｃｍ2未満である。
【００４４】
以下、レーザパワーが上述の範囲以外の場合について説明する。
【００４５】
図４は、０．３Ｊ／ｃｍ3未満のパワー密度を照射した場合であり、レーザパワーが低いときの照射工程を表す図である。０．３Ｊ／ｃｍ3未満のパワー密度では、レーザ光１０を照射しても、ＧａＮ層２の分解は生じない。レーザ照射を行った部分の温度上昇がＧａＮの分解温度であるおよそ１０００℃に達していないため、分解が生じない。そのため、母材基板１とＧａＮ層２とを分離することができない。
【００４６】
図５は、レーザパワーが１．５Ｊ／ｃｍ2以上の場合であり、レーザパワーが高いときの照射工程を示す。図５（ａ）は照射中の図である。レーザ光１０を照射すると、ＧａＮ層２が分解し、金属Ｇａ１１と窒素（図示せず）が生じるとともに、母材基板１も、発生した熱によって界面の一部が溶融し、溶融サファイア１２を生じている。図５（ａ）中のアルミナ１３の生成に関して説明する。照射スポットが移動すると、溶融サファイア１２の温度が下がって固化を始める。このとき、溶融サファイア１２の周囲にはＧａＮ層２の分解によって生じた金属Ｇａ１１や窒素ガスがあるため、溶融サファイア１２中に金属Ｇａ１１が混入したり、一部は窒素と反応してＡｌＮとなる。また、一部金属Ｇａ１１と反応して、ＡｌＧａ合金やＧａの酸化物を形成する。また、サファイア中の酸素の一部は分解して放散する。そのため、溶融サファイア１２が再固化するときは単結晶とはならず、Ｇａや窒素などの不純物を多く含んだ多結晶のアルミナ１３となってしまう。アルミナ１３は金属Ｇａ１１や窒素を取り込んで体積が大きくなり、母材基板１およびＧａＮ層２と付着して析出する。図５（ａ）中のアルミナ１３は、このようにして形成される。
【００４７】
アルミナ１３は、液相から母材基板１およびＧａＮ層２上に析出したものであるため、付着力も強い。また、アルミナ自身も固く容易に変形しない。しかも、ＧａＮ層２と母材基板１がアルミナ１３を介して不均一に付着された状態となる。そのため、照射後室温に下げる工程で、ストレスが母材基板１やＧａＮ層２に不均一に加わる。本実施の形態では、ＧａＮ層２の方が母材基板１より薄いため、ＧａＮ層２にクラックを生じてしまう（図５（ｂ））。しかも、母材基板１の表面には、アルミナ層１３が形成されているので、酸処理などの処理ではアルミナ層１３を除去できず、母材基板１をＧａＮ成長用に容易に再利用することはできない。なお、図５（ｂ）のＧａＮ層２は、クラックの様子を示すため、ハッチングを省略している。
【００４８】
以上の結果を簡単に説明すると、０．３Ｊ／ｃｍ2で５００℃のＧａＮが分解したことから、ＧａＮの分解温度を１０００℃とすれば、０．３Ｊ／ｃｍ2でおよそ５００℃の温度上昇を生じると考えられる。１．５Ｊ／ｃｍ2ではおよそ２５００℃の温度上昇となる。そのため、ＧａＮ層２と接する母材基板１の界面は、サファイアの融点の２０４６℃以上に加熱されていると考えられる。
【００４９】
以上示した本実施の形態の製造方法により、レーザ照射により上昇する母材基板と窒化物半導体層の界面の温度を、母材基板の融点以下とすることで、２インチという大面積かつ定型のＧａＮ基板を、クラックなどによる歩留まり低下なしに、低コストで製造できることを示した。
【００５０】
なお、クラックのないＧａＮ基板が得られるパワーの範囲は、サファイア基板の裏面が粗面であったり、裏面に層が形成されるなどで、レーザ光の透過率が変化したときなどに変化することはいうまでもない。
【００５１】
なお、クラックのないＧａＮ基板が得られるパワーの範囲は、レーザのパルス幅や、パルス波形、レーザビーム形状によっても変化することはいうまでもない。
【００５２】
なお、実施の形態１において、母材基板１は、サファイアに変えて、レーザ光１０を透過する基板を用いることができる。そのような基板として、スピネル基板やＡｌＮ基板がある。基板材料が変わると、その材料の融点が異なるので、照射可能な上限の光密度が変わることはいうまでもない。この際、母材基板表面の融点はＧａＮの分解温度より高くすることが好ましいことはいうまでもない。
【００５３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態にかかる窒化物半導体装置の製造工程を表す図である。本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態のＧａＮ基板に半導体装置を形成した場合である。
【００５４】
図６（ａ）の母材基板１は直径２インチ、厚さ４００ミクロンのサファイアであり、表面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。表面の面方位は（０００１）面である。
【００５５】
実施の形態１と同様の方法で、窒化物半導体層の成長を行う。
【００５６】
アンモニアと、金属ＧａとＨＣｌを約９００℃程度の高温で反応させて生じるＧａＣｌとを原料とするハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法と称する）によりＧａＮの成長を行う。
【００５７】
ＧａＮの成長に先立って基板温度を１０００℃に保ち、ＧａＣｌ処理を１５分間行う。ＧａＣｌ処理後、アンモニアを導入してＧａＮ層２の成長を開始する。なお、ＧａＮ層２をｎ型とするために、成長中にＨＣｌの百分の一から一万分の一程度の流量のシランガスを導入する。ＧａＮ層２の厚さが１５０μｍとなるまで成長を行う（図６（ｂ））。
【００５８】
次に、室温付近まで基板温度を降下させ、ＨＶＰＥ装置から基板を取り出し、レーザ照射工程を行う。
【００５９】
レーザ照射工程や用いる装置およびレーザ光１０のスキャン方法は、実施の形態１とまったく同じである。
【００６０】
ＧａＮ層２を５００℃に加熱して、レーザ光１０を周囲からスキャンしながら照射を行う（図６（ｃ））。
【００６１】
０．５Ｊ／ｃｍ2の適切なレーザパワーのレーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２の母材基板１との界面が分解し、金属Ｇａと窒素ガスが生じる。適切なレーザパワーとは、ＧａＮ層２と母材基板１との界面の温度を母材基板１の融点以下とするパワーである。ＧａＮ層２全体へ照射を行うとＧａＮ層２は母材基板１と、金属Ｇａ１１を介して弱く付着するのみとなる（図６（ｄ））。なお、分離を行うために適切なレーザ光のパワー範囲は、実施の形態１と全く同じ事情により、０．３Ｊ／ｃｍ2以上１．５Ｊ／ｃｍ2未満である。
【００６２】
照射後母材基板１およびＧａＮ層２を室温に下げ、母材基板１を保持して、真空吸引などでＧａＮ層２を持ち上ると、母材基板１からＧａＮ層２が剥離する（図６（ｅ））。以上の工程で、自立した２インチ径のＧａＮ層２が得られる。母材基板１は除去して、以下ＧａＮ層２のみを使用する。なお、母材基板１は、表面のＧａを除去するための洗浄や研磨の処理を行って、再びＧａＮ層の成長に適用可能である。
【００６３】
ＧａＮ層２に付着している金属Ｇａ１１を、塩酸などの酸を用いて除去する（図６（ｆ））。
【００６４】
次に窒化物半導体装置の成長を行う。成長には有機金属気相成長法（以降ＭＯＣＶＤ法と略す）を用いる。Ｇａ原料はトリメチルガリウム（以降ＴＭＧと略す）であり、Ａｌ原料はトリメチルアルミニウム（以降ＴＭＡと略す）、Ｉｎ原料はトリメチルインジウム（以降ＴＭＩと略す）である。Ｎ原料はアンモニアである。原料の輸送ガスは水素または窒素とする。圧力は０．１気圧である。ＧａＮおよびＡｌＧａＮの成長時は、輸送ガスを水素として、Ｖ族原料のIII族原料に対するモル流量比は４０００、成長温度は１０５０℃とする。ＴＭＧとＴＭＡの流量比を制御してＡｌＧａＮの混晶比を制御した。ＩｎＧａＮの成長時は、輸送ガスを窒素として、Ｖ族原料とIII族原料のモル流量比は１００００、成長温度は７５０℃とする。ＴＭＧとＴＭＩの流量比を制御してＩｎＧａＮの混晶比を制御する。
【００６５】
まず輸送ガスを窒素として、ＧａＮ層２上にアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層２３を５０ｎｍの厚さ形成する。次に輸送ガスを水素として、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２４を１μｍの厚さ形成し、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２５を０．１μｍの厚さ成長する（図６（ｇ））。
【００６６】
ＧａＮ層２に接してＴｉとＡｌの多層構造よりなるｎ電極２６を、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５に接してＮｉとＡｕの多層構造よりなるｐ電極２７を、いずれも蒸着により形成する（図６（ｈ））。なお、ｎ電極２６またはｐ電極２７は、光の取り出し効率を向上させる目的で、１００ｎｍ程度の厚さで光を透過できる薄い電極としても良い。
【００６７】
最後に、劈開やダイシングなどによってＧａＮ層２およびＧａＮ層２上に形成した層構造を分割すると、ＬＥＤチップが得られる（図６（ｉ））。
【００６８】
以上の工程では、ＧａＮ層２や母材基板１にクラックを生じない。そのため、２インチ径を有するＧａＮ層２のほぼ全面からＬＥＤを得ることができる。以上によって完成したＬＥＤは、サファイア基板を有さず、両面に電極が配置されているので、同じ発光層面積では、従来より半導体装置全体の面積を小さくすることができる。そのため、半導体装置の小型化に有利である。また、１枚のウェハから、従来より多くの半導体装置が形成できるため、コスト的にも有利である。
【００６９】
すなわち、本実施の形態によって、小型化および低コスト化に有利なＬＥＤを、クラックによる歩留まり低下なしに製造可能な方法を提供できるという効果が得られる。
【００７０】
なお、実施の形態２において、ＬＥＤに変えてレーザやＦＥＴなどの他の窒化物半導体装置も全く同様に形成できることはいうまでもない。特に、形成する窒化物半導体装置をレーザとしたときは、上述のＬＥＤの利点に加えて、共振器端面を劈開によって形成できるという利点がある。
【００７１】
なお、実施の形態２において、ＧａＮ層２の成長後、引き続いてＭＯＣＶＤ法による窒化物半導体装置の形成を行い、その後にレーザの照射工程を行っても、必要な設備を増やすことなく、同様にＬＥＤが完成できることはいうまでもない。
【００７２】
（実施の形態３）
図７から図９を参照しながら、本発明の第３の実施の形態におけるＧａＮ基板の製造方法を説明する。
【００７３】
図７は、本発明の第３の実施形態にかかる窒化物半導体基板の製造工程の前半を示す図である。
【００７４】
図７（ａ）の基板は直径２インチ、厚さ３００ミクロンのサファイアよりなる母材基板１上に、窒化アルミニウムの単結晶からなるＡｌＮ層２１が０．５μｍの厚さ成長されたものである。窒化アルミニウムの単結晶は、たとえばＭＯＣＶＤ法などで、１０００℃で成長させるなどで形成することができる。母材基板１は表面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。表面の窒化アルミニウムの面方位は（０００１）面である。
【００７５】
窒化アルミニウムのバンドギャップは６．２ｅＶであるため、バンドギャップに相当するエネルギーの１９３ｎｍより大きな波長の光は透過する。そのため、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光や波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波光を透過することができる。
【００７６】
まず、ＧａＮ層２の成長を行う。成長は、実施の形態１と同じ、ＨＶＰＥ法である。圧力は大気圧下で成長を行った。
【００７７】
ＡｌＮとＧａＮとは同じ窒化物であり、ＡｌＮとＧａＮとの付着が良いため、ＧａＣｌ処理などを行わなくても、直接１０００℃で単結晶のＧａＮを成長できる。
【００７８】
そこで、ＡｌＮ層２１の上に直接ＧａＮ層２を成長し、その膜厚が１５０μｍとなるまで成長を行った（図７（ｂ））。
【００７９】
次にレーザ光の照射を行った。照射のための装置や照射条件は実施の形態１と同じであり、ＧａＮ層２を５００℃に加熱して、レーザ光１０をスキャンしながら照射を行った（図７（ｃ））。実施の形態１の図３と同じように、ＧａＮ層２の外側から、隣り合う照射スポットが１．５ｍｍずつ重なるようにレーザ光をスキャンした。
【００８０】
レーザ光１０のパワーを０．５Ｊ／ｃｍ2として、レーザ光１０を母材基板１とＡｌＮ層２１を透過させて、ＧａＮ層２に照射する。レーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２のＡｌＮ層２１との界面が分解し、金属Ｇａ１１と窒素ガス（図示せず）が生じる（図７（ｄ））。ＧａＮ層２全体へ照射を行うと、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とは、金属Ｇａ１１を介して弱く付着するのみとなる（図７（ｅ））。照射後ＧａＮ層２を室温付近に下げて、母材基板１を保持しながらＧａＮ層２を持ち上げるだけで、ＡｌＮ層２１からＧａＮ層２が剥離する（図７（ｆ））。
【００８１】
金属Ｇａ１１は、ＧａＮ層２と、ＡｌＮ層２１に付着しているが、塩酸などの酸を用いて除去することができる（図７（ｇ））。ＧａＮ層２は、クラックなどがなく、ほぼ母材基板と同じ大きさの２インチであり、ＧａＮ層２を自立したＧａＮ基板として使用できる。金属Ｇａ１１を除去したＡｌＮ層２１には、ダメージなどは導入されていないので、再度ＧａＮ層の成長用に用いることができ、低コストでＧａＮ基板が製造できる。
【００８２】
なお、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とを分離するための適切なレーザパワーの範囲は、０．３Ｊ／ｃｍ2以上１．７Ｊ／ｃｍ2未満である。単結晶のＡｌＮの融点は２４５０℃であり、サファイアの融点より高いため、実施の形態１に比べ適切なレーザパワーの上限が拡大している。
【００８３】
以下、レーザパワーが上述以外の範囲の場合に関して示す。
【００８４】
図８は、０．３Ｊ／ｃｍ3未満のパワー密度を照射した場合であり、レーザパワーが低いときのの照射工程を示す図である。０．３Ｊ／ｃｍ3未満のパワー密度では、実施の形態１と同様、レーザ光１０を照射しても、ＧａＮ層２の分解は生じない。そのため、ＡｌＮ層２１とＧａＮ層２とを分離することはできない。
【００８５】
図９は、レーザパワーを１．７Ｊ／ｃｍ2以上とした場合であり、レーザパワーが高いときの照射中の図を示す。ＧａＮ層２が分解し、金属Ｇａ１１と窒素（図示せず）が生じるが、照射がウェハの中央に及ぶにつれ、照射スポットの形状に沿ってＧａＮ層２が吹き飛んでしまう。そのため、２インチ径のフリースタンディングのＧａＮ基板は得られない。なお、ＡｌＮ層２１上に多結晶の析出などは認められなかった。１．７Ｊ／ｃｍ2未満では、クラックが生じることなく、１．７Ｊ／ｃｍ2を閾値として、ＧａＮ層２が吹き飛ぶ現象が観察された。
【００８６】
この現象について以下に説明する。実施の形態１の結果から推定すると、１．７Ｊ／ｃｍ2のレーザを照射すると、ＧａＮ層２の温度は２５００℃程度に加熱されると考えられる。そのため、金属Ｇａ１１の沸点である２４０３℃を越えて、発生したＧａ１１が気体となっていると考えられる。発生するガスが窒素だけでなく、気体のＧａも加わるために、界面の温度がＧａの沸点を超えると、発生するガスの圧力が著しく高まりＧａＮ層２が吹き飛ぶと考えられる。そのため、金属Ｇａ１１が気化するレーザパワーを閾値として、ＧａＮ層２が吹き飛ぶ現象が観察されると考えられる。しかも、金属ガスの粘性は高いため、周囲からレーザ照射しているが、発生したガスがＧａＮ層２とＡｌＮ基板１との隙間から放散しにくくなり、圧力によってクラックが生じる。
【００８７】
以上の本実施の形態の製造方法により、レーザ照射により上昇する母材基板と窒化物半導体層の界面の温度を、Ｇａの沸点以下とすることで、２インチという大面積かつ定型のＧａＮ基板を、クラックなどによる歩留まり低下なしに、低コストで製造できることを示した。
【００８８】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の第４の実施の形態にかかる窒化物半導体装置の製造工程を表す図である。本発明の第４の実施の形態は、前述の第３の実施の形態のＧａＮ基板に半導体装置を形成した場合である。
【００８９】
図１０（ａ）の基板は直径２インチ、厚さ３００ミクロンのサファイアよりなる母材基板１上に、窒化アルミニウムの単結晶からなるＡｌＮ層２１が成長されたものである。表面、裏面ともに鏡面仕上げとなっている。表面の窒化アルミニウムの面方位は（０００１）面である。
【００９０】
まず、ＧａＮ層２の成長を行う。ＡｌＮ層２１の上に直接ＧａＮ層２を成長し、その膜厚が１５０μｍとなるまで成長を行った（図１０（ｂ））。
【００９１】
次にレーザ光の照射を行った。照射のための装置や照射条件は実施の形態３と同じであり、ＧａＮ層２を５００℃に加熱して、レーザ光１０をスキャンしながら照射を行った（図１０（ｃ））。実施の形態１の図３と同じように、ＧａＮ層２の外側から、隣り合う照射スポットが１．５ｍｍずつ重なるようにレーザ光をスキャンした。
【００９２】
レーザ光１０のパワーを０．５Ｊ／ｃｍ2として、レーザ光１０を母材基板１とＡｌＮ層２１とを透過させて、ＧａＮ層２に照射する。レーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２のＡｌＮ層２１との界面が分解し、金属Ｇａと窒素ガスが生じる。ＧａＮ層２全体へ照射を行うとＧａＮ層２はＡｌＮ層２１と、金属Ｇａ１１を介して弱く付着するのみとなる（図１０（ｄ））。照射後ＧａＮ層２を３０℃程度までに下げて、母材基板１を保持しながらＧａＮ層２を持ち上げるだけで、ＡｌＮ層２１からＧａＮ層２が剥離する（図１０（ｅ））。ＧａＮ層２は、クラックなどがなく、ほぼ母材基板と同じ大きさの２インチである。一方、ＡｌＮ層２１には、ダメージなどは導入されていないので、金属Ｇａ１１を除去して再度ＧａＮ層の成長用に用いることができる。以下、ＧａＮ層２のみを使用する。
【００９３】
なお、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とを分離するための適切なレーザパワーの範囲は、実施の形態３と全く同じ事情により、０．３Ｊ／ｃｍ2以上１．７Ｊ／ｃｍ2未満である。
【００９４】
ＧａＮ層２に付着している金属Ｇａ１１を、塩酸などの酸を用いて除去する（図１０（ｆ））。
【００９５】
次に窒化物半導体装置の成長を行った。各窒化物半導体層の成長法や窒化物半導体装置の構造は、実施の形態２と同様である。
【００９６】
すなわち、輸送ガスを窒素として、ＧａＮ層２上にアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層２３を５０ｎｍの厚さ形成する。次に輸送ガスを水素として、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２４を１μｍの厚さ形成し、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２５を０．１μｍの厚さ成長する（図１０（ｇ））。
【００９７】
ＧａＮ層２に接してＴｉとＡｌの多層構造よりなるｎ電極２６を、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５に接してＮｉとＡｕの多層構造よりなるｐ電極２７を、蒸着により形成する（図１０（ｈ））。
【００９８】
最後に、劈開やダイシングなどによってＧａＮ層２およびＧａＮ層２上に形成された層構造を分割すると、ＬＥＤチップが得られる（図１０（ｉ））。
【００９９】
以上の工程では、ＧａＮ層２や母材基板１にクラックを生じない。そのため、２インチ径のＧａＮ層２のほぼ全面からＬＥＤを得ることができる。以上によって完成したＬＥＤは、サファイア基板を有さず、両面に電極が配置されているので、同じ発光層面積では、従来より半導体装置全体の面積を小さくすることができる。そのため、半導体装置の小型化に有利である。また、１枚のウェハから、従来より多くの半導体装置が形成できるため、コスト的にも有利である。
【０１００】
すなわち、本実施の形態のように、レーザ照射時の母材基板とＧａＮ層の界面の温度をＧａの沸点以下とすることによって、小型化および低コスト化に有利なＬＥＤを、クラックによる歩留まり低下なしに製造可能な方法を提供できる。
【０１０１】
なお、実施の形態４において、ＬＥＤに変えてレーザやＦＥＴなどの他の窒化物半導体装置も全く同様に形成できることはいうまでもない。特に、形成する窒化物半導体装置をレーザとしたときは、上述のＬＥＤの利点に加えて、共振器端面を劈開によって形成できるという利点がある。
【０１０２】
なお、実施の形態４において、ＧａＮ層２の成長後、引き続いてＭＯＣＶＤ法による窒化物半導体装置の形成を行い、その後にレーザの照射工程を行っても、必要な設備を増やすことなく、同様にＬＥＤが完成できることはいうまでもない。
【０１０３】
（実施の形態５）
図１１〜図１３は、本発明の第５の実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法を示す図である。
【０１０４】
図１１（ａ）のウェハ１４は直径２インチ、厚さ１５０ミクロンのサファイアウェハである。また、ウェハ１５は直径２インチ厚さ６００ミクロンの石英ガラスウェハである。なお、以降の図において、層の左右に波線を設置しているのは、図が、ウェハ内の一半導体装置付近の拡大図であって、左右にも層があることを示すためである。
【０１０５】
石英ガラスウェハ１５を２枚のサファイアウェハ１４に挟むように設置し、石英ガラスの軟化点より高く、サファイアの融点よりも低い、約１８００℃で加熱する。そうすると、サファイアウェハ１４にダメージを与えずに、石英ガラスウェハ１５とサファイアウェハ１４を融着することができ、１枚の母材基板１を得ることができる（図１１（ｂ））。
【０１０６】
この母材基板１は、石英ガラスウェハ１５の両面にサファイアウェハ１４を配置することで、主面に垂直な方向の熱膨張係数分布が対称になっている。そのため、室温においても、また加熱時においても反りが発生しない。なお、サファイアの熱膨張係数は７．８×１０-6Ｋ-1、石英ガラスの熱膨張係数は０．５×１０-6Ｋ-1であり、ＧａＮの熱膨張係数は５．６×１０-6Ｋ-1である。ＧａＮより熱膨張係数の小さな石英ガラスとＧａＮより熱膨張係数が大きなサファイアとを適切な厚さ貼り合わせているため、面方向の熱膨張係数がＧａＮとほぼ同じである。そのため、母材基板１上に、熱膨張係数差による歪みを加えずＧａＮを成長させることができる。
【０１０７】
次に窒化物半導体装置の成長を行う。成長にはＭＯＣＶＤ法を用いる。原料や成長条件は、実施の形態２と同じである。
【０１０８】
まず輸送ガスを水素として、半導体装置構造形成前に、母材基板１上に６００℃の温度でＡｌＮ層２１を８０ｎｍの厚さ形成する。次に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層２２を３μｍの厚さ形成する。引き続いて、輸送ガスを窒素に変えて、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層２３を５０ｎｍの厚さ形成する。再び輸送ガスを水素として、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２４を１μｍの厚さ形成し、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２５を０．１μｍの厚さ成長する（図１１（ｃ））。
【０１０９】
塩素ガスを用いたリアクティブイオンエッチングによりｎ型ＧａＮコンタクト層２２の一部を露出させ、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２に接してＴｉとＡｌの多層構造よりなるｎ電極２６を、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５に接してＮｉとＡｕの多層構造よりなるｐ電極２７を、蒸着とフォトリソグラフィーにより形成する。半導体装置の大きさは、ほぼ５００μｍの正方形である。
【０１１０】
以上でＬＥＤ半導体装置構造が形成できる（図１１（ｄ））。
【０１１１】
次に、融着工程を行う。
【０１１２】
あらかじめ、ＡｕＳｎ半田２８を、Ｓｉサブマウント２９上に、ＬＥＤの電極パターンとほぼ同形状に配置する。ＡｕＳｎ半田２８とｎ電極２６、ｐ電極２７が密着するように設置し３５０℃に加熱することで、Ｓｉサブマウント２９にＬＥＤ半導体装置が融着される（図１２（ｅ））。なお、ＡｕＳｎ半田の厚さを１０μｍ以上と充分厚くしておけば、ｎ電極２６とｐ電極２７の高さが異なることによる、融着への影響はほとんどなくなる。
【０１１３】
次に、レーザ照射による転写工程を行う。
【０１１４】
実施の形態１と同じ装置、条件でレーザ照射を行う。半導体装置の大きさが５００μｍに対し、レーザ光の径が２ｍｍである。そこで、本実施の形態のように、一つの半導体装置だけを転写する場合は、レーザをスキャンする必要はなく、半導体装置が含まれるように一度照射するのみでよい。
【０１１５】
母材基板１は、Ｎｄ：ＹＡＧの３倍高調波レーザ光に対して透明なサファイアと石英ガラスからなるため、レーザ光を透過する。また、ＡｌＮ層２１も、ほとんどレーザ光を吸収しないため、レーザ光はｎ型ＧａＮコンタクト層２２の、ＡｌＮ層２１との界面付近に吸収される。
【０１１６】
本実施の形態では、半導体装置層構造の厚さが４μｍ程度と薄いため、レーザ照射時の分解温度を低くしてＧａガスの発生を防止しなければならないことはもちろんのこと、窒素ガスの発生量に注意する必要がある。このことに関して、以下に説明する。
【０１１７】
本実施の形態では、レーザの光密度を０．４Ｊ／ｃｍ2とし、このときのｎ型ＧａＮコンタクト層が分解される領域は４０ｎｍ程度である。
【０１１８】
レーザ照射時、発生する窒素によってｎ型ＧａＮコンタクト層２２が母材基板１から浮く。レーザ照射時の基板温度を５００℃とすると、発生する窒素によってｎ型ＧａＮコンタクト層２２が母材基板１から浮く距離は、クラックが生じないと仮定すると１２０μｍ程度にもなる。実際には、１２０μｍもの変形に耐えられず、窒化物半導体中にクラックが生じてしまう。
【０１１９】
そこで、レーザ照射時に冷却手段７に冷却水を導入し、基板温度を摂氏１０℃程度に冷却する。このようにして、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２が母材基板１から浮く量を低減し、クラックを防止することができる。このとき、照射サイズが２ｍｍ径であるのに比べて、ＡｌＮ層２１とｎ型ＧａＮコンタクト層２２の距離が４０μｍ程度と小さいため、窒化物半導体層がたわむだけで、クラックは発生しない（図１２（ｆ））。なお、ＡｌＮ層２１とｎ型ＧａＮコンタクト層２２との間には金属Ｇａ１１を生じている。また、金属Ｇａ１１以外の空隙は、分解して生じた窒素ガスで満たされている。
【０１２０】
窒化物半導体装置を良好に分離するため、サブマウント２９の周囲の窒化物半導体をダイヤモンドスクライバでけがく（図１３（ｇ））。サブマウント２９を母材基板１から引きはずすと、ＬＥＤチップがけがきに沿って分割され、サブマウント２９にＬＥＤが付着して母材基板１から剥離できる（図１３（ｈ））。ＬＥＤチップに付着した金属Ｇａ１１は、ＬＥＤの光を吸収して発光効率を低下させることがあるので、塩酸などに短時間浸して除去しても良い。この際、塩酸で処理する時間を長時間とすると、ｎ電極２６のＡｌが腐食されるので注意が必要である。
【０１２１】
なお、サファイア基板上に成長した窒化物半導体に室温でレーザを照射すると、サファイア基板や窒化物半導体にクラックが生じてしまい、歩留まり低下の原因となることがある。これは、レーザ照射部と非照射部の境界で熱膨張係数差によるストレスが集中することによる。それに対し、本実施の形態では、ＧａＮ半導体装置形成用の母材基板として熱膨張係数がほぼ窒化物半導体に等しい複合材料からなる母材基板１を用いているため、レーザ照射によって、熱膨張係数によるストレスが集中することなく、母材基板１やＧａＮ半導体装置にクラックなどは生じない。また、母材基板１上の全面にＬＥＤを形成し、転写工程を実施した後、母材基板１は再度窒化物半導体層の成長に利用することができ、原料費を節減して低コストでＬＥＤを製造することができる。
【０１２２】
以上示した本実施の形態のように、レーザ照射時に基板を冷却することで、クラックを発生せず薄膜のＧａＮを剥離することができ、ＧａＮ半導体装置の転写などに利用することが可能である。また、熱膨張係数が制御された複合基板によって、冷却時においても、熱膨張係数差によるストレスを発生させず、レーザ照射可能である。
【０１２３】
なお、レーザの照射サイズが小さくなると、ｎ型ＧａＮコンタクト層が浮く量を小さくしなければならないので、それだけ低い温度に基板を冷却しなければならない。一方、レーザの照射サイズが大きくなると、基板の温度は高くしても良い。ただし、レーザ照射によって窒化物半導体層や母材基板全体の温度が上昇してしまうため、基板を数１００℃に保持して照射する場合においても、レーザパワーなどの条件によっては、基板直上をガスフローするなどして有効な冷却手段によって、基板の温度を面内均一に設定温度に保持する機構が必要であることはいうまでもない。
【０１２４】
なお、大気中で冷却を行うと水滴などが基板１等に付着して、レーザ光を屈折させるため、レーザ照射に悪影響を及ぼすことがある。これを防ぐには、乾燥空気や乾燥窒素などの雰囲気中に基板１を設置するのが好ましい。
【０１２５】
なお、実施の形態５ではＬＥＤ構造を用いたが、他の半導体装置構造や窒化物半導体薄膜でも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０１２６】
（実施の形態６）
図１４、図１５は、本発明の第６の実施の形態における窒化物半導体基板の製造方法を示す図である。
【０１２７】
図１４（ａ）のウェハ１４は直径２インチ、厚さ１５０ミクロンのサファイアウェハである。また、ウェハ１５は直径２インチ厚さ６００ミクロンの石英ガラスウェハである。
【０１２８】
図１４（ｂ）に示すように、実施の形態５と全く同様の方法で、石英ガラスウェハ１５と２枚のサファイアウェハ１４とを、約１８００℃で加熱融着し、母材基板１を作製する。
【０１２９】
次に実施の形態２と同じＭＯＣＶＤ法でＧａＮ層の成長を行う。成長条件等は、ドーピングを行わない以外は実施の形態５とは同じで、ＡｌＮ層２１を８０ｎｍし、ＧａＮ層２を５μｍ成長する（図１４（ｃ））。
【０１３０】
次に、レーザ照射工程を行う。
【０１３１】
本実施の形態では、レーザの光密度を０．４Ｊ／ｃｍ2とし、このときのｎ型ＧａＮコンタクト層が分解される領域は４０ｎｍ程度である。本実施の形態では、図３と同じ方法でレーザ光１０を基板全面にスキャンする。
【０１３２】
レーザ照射時に冷却手段７に冷却水を導入し、基板温度を摂氏１０℃程度に冷却することで、発生した窒素によってＧａＮ層２が母材基板１から浮く量を低減し、ＧａＮ層２に生じるクラックを防止する。
【０１３３】
レーザ照射によって、ＡｌＮ層２１とＧａＮ層２との間には金属Ｇａ１１を生じる。ＡｌＮ層２１とＧａＮ層２とが、軟らかい固体の金属Ｇａ１１を介して弱く付着している状態となる（図１４（ｄ））。
【０１３４】
ＧａＮ層２は５μｍ程度と非常に薄いため、剥離の際に、３０℃程度に暖めて金属Ｇａ１１を液化しておくことが好ましい。ＧａＮ層２を均一に吸着できるような、静電吸着などの適切な機構の保持治具３１を用いると、ＧａＮ層２をＡｌＮ層２１から分離することができる（図１５（ｅ））。
【０１３５】
ＧａＮ層２に付着している金属Ｇａ１１は、好ましくはＧａＮ層２が割れないように保持治具３１で保持したまま、塩酸などによって除去することができる（図１５（ｆ））。
【０１３６】
以上の方法で分離したＧａＮ層２は基板として用いることができる。例えば、５μｍのＧａＮ層２を、ストレス無くＧａＮを厚く成長させることが可能な下地層基板として用いることが可能である。
【０１３７】
本実施の形態では、ＧａＮ半導体装置形成用の母材基板が、熱膨張係数がほぼ窒化物半導体に等しい母材基板１であるため、レーザ照射によって、熱膨張係数によるストレスが集中することなく、母材基板１やＧａＮ層２にクラックなどは生じない。したがって、ＧａＮ層２は、母材基板１とほぼ同じ２インチという大面積で定型である。
【０１３８】
以上のように、レーザ照射時に基板を冷却することで、クラックを発生せず、従来の方法では作製が非常に困難な、薄膜の大面積のＧａＮ基板の形成が可能である。
【０１３９】
なお、レーザの照射サイズが小さくなると、ＧａＮ層２が浮く量を小さくしなければならないので、それだけ低い温度に基板を冷却しなければならない。一方、レーザの照射サイズが大きくなると、基板の温度は高くしても良い。ただし、レーザ照射によって窒化物半導体層や母材基板全体の温度が上昇してしまうため、基板を数１００℃に保持して照射する場合においても、レーザパワーなどの条件によっては、基板直上をガスフローするなどして有効な冷却手段によって、基板の温度を面内均一に設定温度に保持する機構が必要であることはいうまでもない。
【０１４０】
なお、大気中で冷却を行うと水滴などが基板１等に付着して、レーザ光を屈折させるため、レーザ照射に悪影響を及ぼすことがある。これを防ぐには、乾燥空気や乾燥窒素などの雰囲気中に母材基板１を設置するのが好ましい。
【０１４１】
（実施の形態７）
図１６〜図１８を参照しながら、本発明の第７の実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態７は、分離条件が実施の形態５と異なる他は、実施の形態５とほぼ同じ工程である。
【０１４２】
図１６（ａ）のウェハ１４は直径２インチ、厚さ１５０ミクロンのサファイアウェハである。また、ウェハ１５は直径２インチ厚さ６００ミクロンの石英ガラスウェハである。
【０１４３】
図１６（ｂ）に示すように、実施の形態３と全く同様の方法で、石英ガラスウェハ１５と２枚のサファイアウェハ１４とを、約１８００℃で加熱融着し、母材基板１を作製する。
【０１４４】
次に実施の形態５と同じ窒化物半導体装置の成長を行う。成長条件等は実施の形態５と同じで、ＡｌＮ層２１を８０ｎｍ、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層２２を３μｍ、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層２３を５０ｎｍ、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２４を１μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２５を０．１μｍ、順次成長する（図１６（ｃ））。
【０１４５】
リアクティブイオンエッチングによりｎ型ＧａＮコンタクト層２２の一部を露出させ、ｎ電極２６、ｐ電極２７を形成する。半導体装置の大きさは、ほぼ５００μｍの正方形である。
【０１４６】
以上でＬＥＤ構造が形成できる（図１６（ｄ））。
【０１４７】
次の、融着工程も実施の形態５と同様である。すなわち、Ｓｉサブマウント２９上にパタニングされたＡｕＳｎ半田２８と、ｎ電極２６、ｐ電極２７が密着するように設置し３５０℃に加熱することで、Ｓｉサブマウント２９とＬＥＤ半導体装置とを融着する。
【０１４８】
その次に、窒化物半導体装置を有効に分離するためのけがきを、Ｓｉサブマウント２９の周囲のｎ型ＧａＮコンタクト層２２上に形成する（図１７（ｅ））。
【０１４９】
次に、レーザ照射による転写工程を行う。
【０１５０】
本実施の形態では、実施の形態５に対して、以下の置き換えを行う。レーザとしては取扱の容易な低出力のレーザを用いる。レーザが低出力であるため、照射サイズを５０μｍまで集光して、レーザの光密度を０．４Ｊ／ｃｍ2とする。照射サイズが半導体装置サイズより小さいため、スキャンミラー４を用いて、半導体装置全体に照射を行う。
【０１５１】
レーザ照射により分解するＧａＮの量と、発生する窒素の量との比は、温度、圧力が同じで有れば、スポット径によらず同じである。そのため、スポットサイズを小さくすると、スポットサイズと、窒素によりｎ型ＧａＮコンタクト層２２がＡｌＮ層２１から浮く距離との比は、より大きくなる。その結果、より大きな曲率でｎ型ＧａＮコンタクト層２２が変形するためクラックが非常に生じやすくなってしまう。
【０１５２】
そのため、本実施の形態では窒素が液化する条件に基板を冷却して照射を行う。
【０１５３】
冷媒に液体窒素を用いた場合、冷気が発散するためｎ型ＧａＮコンタクト層２２の温度は、若干高い温度になってしまう。そこで、液体窒素はほぼ大気圧程度で冷却管に送り、窒化物半導体層を形成した基板１を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを透過する窓３２を有する容器３３に導入し、１０気圧に加圧してレーザ光１０を照射する（図１７（ｆ））。
【０１５４】
このように加圧することで、発生する窒素の体積を減少させることが可能である。例えば、１０気圧の加圧雰囲気中でレーザ照射を行えば、発生する窒素の体積を１気圧の場合の十分の一とすることができる。さらに、本実施の形態のように窒素の臨界温度以下では、加圧圧力を適切にすることで、窒素を液化する条件とすることができる。なお、窒素を含む雰囲気では窒素が液化して母材基板１上に付着することがある。また、母材基板１の温度より高い沸点の気体も母材基板１上に付着することがある。それらを防ぐため、例えば純粋水素雰囲気等の沸点の低い雰囲気で照射を行う。
【０１５５】
レーザ光１０の照射によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２とＡｌＮ層２１との間には、液化窒素と金属Ｇａからなる領域３４が生じている。
【０１５６】
本実施の形態においては、窒素が液化する条件に基板を冷却しているため、レーザ光の照射によってＧａＮが分解したとき、生じる窒素は速やかに液体となる。ＧａＮの分解物は、固体のＧａと液体の窒素であり、その体積は、もとのＧａＮの体積の２倍程度となる。このとき、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２とＡｌＮ層２１との距離は８０ｎｍ程度となり、スポットサイズの５０μｍに比べ非常に小さい。そのため、窒化物半導体成長層の変形を著しく小さくすることができる。
その結果、クラックの発生を防ぐことが可能である（図１８（ｇ））。
【０１５７】
そして、液体窒素温度のまま、ないしは、窒素が急激に気化しないようにゆっくり温度を上昇させてから、真空吸引などの適切な治具を用いてサブマウント２９を母材基板１から引きはずすと、ＬＥＤがサブマウント２９に付着して母材基板１から剥離できる（図１８（ｈ））。ＬＥＤに付着した液化窒素と金属Ｇａからなる領域３４のうち、窒素は常温にもどす過程で蒸散する。金属Ｇａは、常温に到達してから塩酸で除去してもよい。
【０１５８】
以上のように、レーザ照射時に基板を冷却することで、クラックを発生せず薄膜のＧａＮ半導体装置の転写が可能である。また、母材基板１をサファイアと石英ガラスからなる複合基板としたことによって、液体窒素温度近くの冷却時においても、熱膨張係数差によるストレスに起因するクラックを発生させず、レーザ照射可能である。
【０１５９】
なお、窒素が液化する条件で照射を行うためには、基板を加圧するほかに、液体ヘリウムなど、より低い温度の冷媒を用いる方法や、液体窒素を高い圧力で７７Ｋ以下に保ったまま送液し、基板直前でパイプの径を太くして、断熱膨張によって低い温度を達成する方法などを用いても良い。
【０１６０】
（実施の形態８）
図１９〜図２１は、本発明の第８の実施の形態における窒化物半導体基板の製造方法を示す図である。
【０１６１】
図１９（ａ）のウェハ１４は直径２インチ、厚さ１５０ミクロンのサファイアウェハである。また、ウェハ１５は直径２インチ厚さ６００ミクロンの石英ガラスウェハである。
【０１６２】
図１９（ｂ）に示すように、実施の形態５と全く同様の方法で、石英ガラスウェハ１５と２枚のサファイアウェハ１４とを、約１８００℃で加熱融着し、母材基板１を作製する。
【０１６３】
次に実施の形態２と同じＭＯＣＶＤ法でＧａＮ層の成長を行う。成長条件等は実施の形態５とドーピングを行わない以外は同じで、ＡｌＮ層２１を８０ｎｍし、ＧａＮ層２を５μｍ成長する（図１９（ｃ））。
【０１６４】
次に、レーザ照射工程を行う。
【０１６５】
本実施の形態では、実施の形態７と同じ取扱の容易な低出力のレーザを用いる。レーザが低出力であるため、照射サイズを５０μｍまで集光して、レーザの光密度を０．４Ｊ／ｃｍ2とする。照射サイズが半導体装置サイズより小さいため、スキャンミラー４を用いて、周囲から内側に向けて、ＧａＮ層２全体に照射を行う。
【０１６６】
本実施の形態では窒素が液化する条件に基板を冷却して照射を行う。
【０１６７】
液体窒素はほぼ大気圧程度で冷却管に送り、窒化物半導体層を形成した基板１を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを透過する窓３２を有する容器３３に導入し、１０気圧に加圧してレーザ光１０を照射する（図２０（ｄ））。
【０１６８】
このように加圧することで、発生する窒素の体積を減少させ、さらに好ましくは、窒素を液化する条件とすることができる。照射中、容器３３の内は、例えば純粋水素雰囲気等の窒素をほとんど含まない雰囲気で照射を行う。
【０１６９】
レーザ光１０の照射によって、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１との間には、液化窒素と金属Ｇａからなる領域３４が生じ、クラックを発生させずに、ＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とを液化窒素と金属Ｇａからなる領域３４を介して弱く付着させた状態とすることができる（図２１（ｅ））。そして、液体窒素温度のまま、ないしは、窒素が急激に気化しないようにゆっくり温度を上昇させてから、適切な保持治具３１を用いてＧａＮ層２とＡｌＮ層２１とを分離することができる。分離したＧａＮ層２とＡｌＮ層２１上には、室温付近では窒素が発散して金属Ｇａ１１が形成されている（図２１（ｆ））。
【０１７０】
金属Ｇａ１１は、塩酸などの酸で除去することができる（図２１（ｇ））。
【０１７１】
以上のように、レーザ照射時に基板を冷却することで、クラックを発生せず薄膜で大面積のＧａＮ基板を得ることが可能である。また、母材基板１をサファイアと石英ガラスからなる複合基板としたことによって、液体窒素温度近くの冷却時においても、熱膨張係数差によるストレスに起因するクラックを発生させず、レーザ照射を行うことが可能である。
【０１７２】
なお、実施の形態１から８において、レーザによって分解される層をＧａＮ層としているが、ＧａＮ層に変えてレーザ光を吸収可能なＡｌＧａＮ層を用いても同様であることはいうまでもない。この場合は、金属Ｇａに変えてＡｌＧａ合金が形成されるので、レーザ照射によるＡｌＧａＮ層の温度上昇をＡｌＧａ合金の沸点以下とする必要があることはいうまでもない。
【０１７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の窒化物半導体基板の製造方法によれば、レーザ照射によって、クラック無く母材基板から窒化物半導体層を剥離する方法を提供でき、窒化物半導体基板や、窒化物半導体装置を量産性よく製造する方法を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図２】本発明の実施の形態におけるレーザ照射のための装置を示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるレーザ照射の方法を示す図
【図４】本発明の実施の形態１において、レーザパワーが低いときの照射工程を示す図
【図５】本発明の実施の形態１において、レーザパワーが高いときの照射工程を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図７】本発明の実施の形態３における窒化物半導体基板の製造工程の前半を示す図
【図８】本発明の実施の形態３において、レーザパワーが低いときの照射工程を示す図
【図９】本発明の実施の形態３において、レーザパワーが高いときの照射工程を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１１】本発明の実施の形態５における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１２】本発明の実施の形態５における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１３】本発明の実施の形態５における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１４】本発明の実施の形態６における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図１５】本発明の実施の形態６における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図１６】本発明の実施の形態７における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１７】本発明の実施の形態７における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１８】本発明の実施の形態７における窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【図１９】本発明の実施の形態８における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図２０】本発明の実施の形態８における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図２１】本発明の実施の形態８における窒化物半導体基板の製造工程を示す図
【図２２】従来の窒化物半導体装置の製造工程を示す図
【符号の説明】
１ 母材基板
２ ＧａＮ層
３ レーザ装置
４ スキャンミラー
５ 集光手段
６ 開口
７ 冷却手段
８ 加熱手段
１０ レーザ光
１１ 金属Ｇａ
１２ 溶融サファイア
１３ アルミナ
１４ サファイアウェハ
１５ 石英ガラスウェハ
２１ ＡｌＮ層
２２ ｎ型ＧａＮコンタクト層
２３ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層
２４ ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層
２５ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２６ ｎ電極
２７ ｐ電極
２８ ＡｕＳｎ半田
２９ Ｓｉサブマウント
３１ 保持治具
３２ 窓
３３ 容器
３４ 液体窒素と金属Ｇａからなる領域
３５ 接着剤
３６ ホスト基板
Claims (3)
- 母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程と、
前記窒化物半導体層に光を照射して前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程とを有し、
前記の前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程は冷却手段と加熱手段とを有する装置を用いて行われ、
前記母材基板と前記窒化物半導体層とを分離する工程は、前記冷却手段を用いて前記母材基板を前記窒化物半導体層側から冷却することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記母材基板は、熱膨張係数が前記窒化物半導体層より小さい第１の材料と、熱膨張係数が前記窒化物半導体層より大きい第２の材料とからなり、前記第１の材料および前記第２の材料は、ともに前記の光を透過することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- 母材基板上に窒化物半導体層を形成する工程が、前記窒化物半導体層を単数または複数層形成して半導体装置を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001149099A JP4524953B2 (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001149099A JP4524953B2 (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002338398A JP2002338398A (ja) | 2002-11-27 |
| JP4524953B2 true JP4524953B2 (ja) | 2010-08-18 |
Family
ID=18994313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001149099A Expired - Fee Related JP4524953B2 (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4524953B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI226139B (en) | 2002-01-31 | 2005-01-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method to manufacture a semiconductor-component |
| KR101247727B1 (ko) * | 2003-01-31 | 2013-03-26 | 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 | 반도체 소자 제조 방법 |
| JP2005064188A (ja) * | 2003-08-11 | 2005-03-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 基板の回収方法および再生方法、ならびに半導体ウエハの製造方法 |
| EP1706893A2 (en) * | 2003-12-24 | 2006-10-04 | Gelcore LLC | Laser lift-off of sapphire from a nitride flip-chip |
| US7897423B2 (en) | 2004-04-29 | 2011-03-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method for production of a radiation-emitting semiconductor chip |
| CN1327486C (zh) * | 2004-07-21 | 2007-07-18 | 南京大学 | 利用氢化物汽相外延方法在硅衬底上生长GaN薄膜 |
| JP4801345B2 (ja) * | 2004-12-10 | 2011-10-26 | 古河機械金属株式会社 | レーザ剥離装置、レーザ剥離方法、ｉｉｉ族窒化物半導体自立基板の製造方法 |
| JP4872246B2 (ja) * | 2005-06-10 | 2012-02-08 | 住友電気工業株式会社 | 半絶縁性ＧａＡｓ基板及びエピタキシャル基板 |
| KR101182581B1 (ko) * | 2005-09-21 | 2012-11-27 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | 질화갈륨계 반도체 기판 및 이의 제조방법 |
| JP2007116110A (ja) | 2005-09-22 | 2007-05-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子の製造方法 |
| KR101078060B1 (ko) * | 2009-08-26 | 2011-10-31 | 서울옵토디바이스주식회사 | 레이저 리프트 오프 기술을 사용하여 발광 다이오드를 제조하는 방법 |
| US8333860B1 (en) * | 2011-11-18 | 2012-12-18 | LuxVue Technology Corporation | Method of transferring a micro device |
| JP5810907B2 (ja) * | 2011-12-28 | 2015-11-11 | 日亜化学工業株式会社 | 基板の再生方法及び該再生方法を用いた窒化物半導体素子の製造方法 |
| JP5996254B2 (ja) * | 2012-04-26 | 2016-09-21 | 株式会社ディスコ | リフトオフ方法 |
| JP6136649B2 (ja) | 2013-06-28 | 2017-05-31 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子及び発光装置 |
| GB201509766D0 (en) * | 2015-06-05 | 2015-07-22 | Element Six Technologies Ltd | Method of fabricating diamond-semiconductor composite substrates |
| WO2021112648A1 (ko) * | 2019-12-05 | 2021-06-10 | 웨이브로드 주식회사 | 반도체 발광소자를 제조하는 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000022283A (ja) * | 1998-07-06 | 2000-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体素子、半導体素子の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
| JP2000101139A (ja) * | 1998-09-25 | 2000-04-07 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びその製造方法並びに半導体発光装置 |
| WO2001023648A1 (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Prowtech Inc. | Apparatus and method for forming single crystalline nitride substrate using hydride vapor phase epitaxy and laser beam |
-
2001
- 2001-05-18 JP JP2001149099A patent/JP4524953B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000022283A (ja) * | 1998-07-06 | 2000-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体素子、半導体素子の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
| JP2000101139A (ja) * | 1998-09-25 | 2000-04-07 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びその製造方法並びに半導体発光装置 |
| WO2001023648A1 (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Prowtech Inc. | Apparatus and method for forming single crystalline nitride substrate using hydride vapor phase epitaxy and laser beam |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002338398A (ja) | 2002-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4524953B2 (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体装置の製造方法 | |
| JP5199525B2 (ja) | 窒化物レーザダイオード構造及びその製造方法 | |
| JP3962282B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US6617261B2 (en) | Structure and method for fabricating GaN substrates from trench patterned GaN layers on sapphire substrates | |
| US8809981B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device and apparatus for manufacturing same | |
| JP4622720B2 (ja) | 窒化物半導体ウエハ又は窒化物半導体素子の製造方法 | |
| US8329511B2 (en) | Nitride crystal with removable surface layer and methods of manufacture | |
| JP5732684B2 (ja) | 単結晶基板、単結晶基板の製造方法、多層膜付き単結晶基板の製造方法および素子製造方法 | |
| US8691674B2 (en) | Method for producing group 3-5 nitride semiconductor and method for producing light-emitting device | |
| KR101254639B1 (ko) | 반도체 발광 소자의 제조 방법 | |
| TWI419354B (zh) | Ｉｉｉ族氮化物半導體發光元件及其製造方法 | |
| JP2004072052A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP4227315B2 (ja) | 窒化ガリウム単結晶基板の製造方法 | |
| CN1937271B (zh) | 氮化物类半导体元件的制造方法 | |
| JP2005057220A (ja) | 半導体光素子及びその製造方法 | |
| JP4595207B2 (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法 | |
| JP4242599B2 (ja) | 窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体基板の製造方法 | |
| JP2003347590A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2002053399A (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体基板 | |
| JP2013021251A (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2008282942A (ja) | 半導体素子及びその製造方法 | |
| JP2005251961A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物単結晶ウエハおよびそれを用いた半導体装置の製造方法 | |
| JP2007123858A (ja) | ３−５族窒化物半導体の製造方法 | |
| JP4015849B2 (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法 | |
| JPH10229218A (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070129 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20070214 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090416 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090421 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090605 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20091119 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100202 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100318 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100511 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100524 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |