(57)【要約】【課題】比較的結晶欠陥の少ない窒化ガリウム系化合物半導体層を比較的低コストで得ることができる技術を提供する。【解決手段】サファイア基板１０上に、ＳｉＯ２層１３を形成し、層１３を部分的に除去してサファイア基板の露出部を形成し、露出部を持つサファイア基板上に、非晶質窒化ガリウム系化合物半導体を堆積し、層１３上の非晶質窒化ガリウム系化合物半導体を蒸発させ、サファイア基板の露出部上に非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核を形成し、核のサイズ増大、合体、結晶成長、層１３上への横方向結晶成長、平坦表面形成などを経て、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層２０を形成し、サファイア基板１０の露出部上の窒化ガリウム系化合物半導体層を除去して分離溝２５を形成する。サファイア基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層２０は他の基板に移設される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板又はＳｉＣ基板である第１の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長させて層を形成する窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法であって、
前記第１の基板上に、主として酸化ケイ素から成る第１の層を形成する工程と、
前記第１の層を部分的に除去して前記第１の基板の露出部を形成する工程と、
前記露出部を持つ第１の基板上に、非晶質窒化ガリウム系化合物半導体を堆積する工程と、
前記第１の層上の前記非晶質窒化ガリウム系化合物半導体を蒸発させ、前記第１の基板の露出部上に前記非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核を形成する工程と、
前記非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核のサイズ増大、合体、結晶成長、ファセット形成、転移線の屈曲、前記第１の層上への横方向結晶成長、隣接する結晶粒同士の衝突、合体、転移網の形成、平坦表面形成を経て、前記第１の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第１の基板の露出部上の前記窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を除去して分離溝を形成する工程と、
を含むことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法。
【請求項２】
前記窒化ガリウム系化合物半導体は、ＧａＮとＡｌＧａＮとＧａＩｎＮのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法で得られた第１の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を他の基板へ移設する移設方法であって、
前記第１の基板上の第１の層の端部を表出させる工程と、
処理により分離可能状態となる分離層を表面に有し貫通溝が存在する第２の基板を用意する工程と、
前記分離層を介して前記第１の基板と前記第２の基板を貼り合わせる工程と、
前記貼り合わせた第１の基板と第２の基板をエッチング液に浸潤してエッチング液を前記貫通溝と前記分離溝を通して前記第１の層と接触させることにより、前記第１の層を選択的にエッチングして前記第１の基板上の前記エピタキシャル層を前記第２の基板に移設する工程と、
前記第２の基板に移設された前記エピタキシャル層の少なくとも一部を第３の基板に接合し、前記第２の基板と前記エピタキシャル層を前記分離層で分離して前記エピタキシャル層を前記第２の基板から前記第３の基板に移設する工程と、
を含むことを特徴とする移設方法。
【請求項４】
前記第３の基板は、シリコン基板または金属基板であることを特徴とする請求項３に記載の移設方法。
【請求項５】
前記エピタキシャル層は前記第２の基板から前記第３の基板にウェーハスケールで移設されることを特徴とする請求項３又は４に記載の移設方法。
【請求項６】
前記エピタキシャル層の一部と、前記第３の基板上の前記エピタキシャル層の一部が移設される領域との、少なくとも一方に所定の厚さの接合層を設け、前記エピタキシャル層の一部と前記第３の基板とを前記接合層により接合し、前記第２の基板と前記第３の基板に前記接合層で接合された前記エピタキシャル層の一部のみを前記分離層で分離することを特徴とする請求項３又は４に記載の移設方法。
【請求項７】
前記第３の基板上の、前記移設されるエピタキシャル層の一部以外の領域に対応する領域の表面に所定の凹凸を形成することを特徴とする請求項６に記載の移設方法。
【請求項８】
前記第２の基板は透光性を有し、
前記分離層は、光の照射により分解又は結合強度が低下する材料を含み、
前記移設されるエピタキシャル層と前記第２の基板との間の前記分離層に光の照射を行って前記移設されるエピタキシャル層と前記第２の基板を前記分離層で分離することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の移設方法。
【請求項９】
前記分離層は、加熱又は冷却により分解又は結合強度が低下する材料を含み、
前記移設されるエピタキシャル層と前記第２の基板との間の前記分離層を加熱又は冷却して前記移設されるエピタキシャル層と前記第２の基板を前記分離層で分離することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の移設方法。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法で得られた窒化ガリウム系化合物半導体層が接合されたシリコン基板、金属基板または透光性基板から成ることを特徴とする基板。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシリコン基板、金属基板または透光性基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を加工して作製されたことを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシリコン基板、金属基板または透光性基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を加工して作製されたことを特徴とするＬＥＤアレイ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＬＥＤアレイに、ロッドレンズアレイまたはマイクロレンズアレイが実装されていることを特徴とするＬＥＤプリンタヘッド。
【請求項１４】
請求項１２に記載のＬＥＤアレイを含むＬＥＤプリンタヘッド又は請求項１３に記載のＬＥＤプリンタヘッドと、感光ドラムと、帯電器とを含み、
前記ＬＥＤプリンタヘッドを光源として、前記感光ドラムに静電潜像を書き込む作像ユニットを備えることを特徴とするＬＥＤプリンタ。
【請求項１５】
請求項１２に記載のＬＥＤアレイを含むＬＥＤプリンタヘッド又は請求項１３に記載のＬＥＤプリンタヘッドと、感光ドラムと、帯電器とを含み、
前記ＬＥＤプリンタヘッドを光源として、前記感光ドラムに静電潜像を書き込む作像ユニットを複数備えることを特徴とするカラーＬＥＤプリンタ。
【請求項１６】
請求項１０に記載の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を加工して作製されたことを特徴とするトランジスタとその集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部材、半導体物品、半導体素子などを製造するためのＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する方法、窒化ガリウム系化合物半導体層を移設する方法、窒化ガリウム系化合物半導体層が接合されたシリコン基板、金属基板または透光性基板に関する。また、本発明は、前記方法ないしシリコン基板、金属基板または透光性基板を用いて作製された発光素子、電子デバイス、ＬＥＤアレイ、ＬＥＤプリンタヘッド、ＬＥＤプリンタなどに関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来、青色発光ダイオードやレーザの主材料であるＧａＮエピタキシャル層は、サファイアやシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶基板上にＭＯＣＶＤ法によって形成され、それを用いたデバイスが市販されている。しかし、デバイスのコストの半分以上は、基板とエピタキシャル層のコストで占められている。この様に、白熱球や蛍光灯に代わって、この技術の固体照明への応用を実現するには、大きなコスト的障害が存在する。例えば、市販品は、９０Ｗの白熱球の十分の一の消費電力で照明することが可能で、その寿命は５万時間を越え、白熱球を大きく超える性能に達したが、その価格は白熱球の数十倍から百倍に近いことが報じられている。
【０００３】
サファイア基板は、最も一般に使用されているＧａＮエピタキシャル層成長用下地単結晶ウェーハである（特許文献１参照）。本来、この基板は、１９６０年代から、ＳＯＳ（シリコン・オン・サファイア）というＳＯＩ構造用のシリコン・ヘテロエピタキシャル成長用の下地基板として８インチの大口径ウェーハまで開発が進んでいる。そして、これに関する技術は、最も成熟したヘテロエピタキシャル成長用のウェーハ技術の一つである。しかしながら、最も安価で高品質、大口径化が進んでいるシリコンウェーハに比較すると、ＧａＡｓウェーハと同様に十倍以上の価格差が存在し、その応用範囲を限定的なものとしてきた。また、８インチ径のサファイア基板はＧａＮ系のエピタキシャル成長に最適な結晶面が６インチサファイアウェーハのように実現されていない。そのため、８インチサファイア基板は良質な結晶品質の半導体層の成長には、最適とは言えず、他の小口径基板上の活性層およびそのデバイス特性は劣化する。
【０００４】
また、シリコン基板上へのＧａＮ単結晶エピタキシャル成長も試みられている（特許文献２参照）。しかし、この技術は、格子定数の差異から導入される結晶欠陥のために、電子デバイス（トランジスタ）への応用開発例は見られるが、より結晶欠陥に影響を受け易いＬＥＤやレーザなどの発光素子への応用は困難である。
【０００５】
一方、次の様な技術も報告されている（特許文献３参照）。すなわち、サファイア基板上に成長させたＧａＮエピタキシャル層をサファイア基板裏面から短波長レーザで加熱し、ＧａＮの基板界面近傍のみ溶融させ、金属Ｇａと気体窒素に分解し、素子或いは素子領域を異種基板上へリフトオフする技術が報告されている。しかし、素子領域を逐次移設する技術の通例にもれず、その生産性は大面積基板化する上で大きなハードルとなり、実用化が遅れている。
【特許文献１】日本国特許第２６２８４０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２２２４０２号公報
【特許文献２】米国特許第６，４２０，２４２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した様に、ＧａＮエピタキシャル層をサファイア基板上に形成する技術にはコストに係る課題があり、ＧａＮエピタキシャル層をシリコン基板等の格子定数の大きく異なる基板上に形成する技術には結晶欠陥に係る課題がある。また、サファイア基板上に成長させたＧａＮエピタキシャル層を異種基板に移設する技術には、生産性に係る課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、サファイア基板又はＳｉＣ基板である第１の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長させて層を形成する本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法は、次の工程を含むことを特徴とする。
第１の基板上に、主として酸化ケイ素から成る第１の層を形成する工程。
第１の層を部分的に除去して第１の基板の露出部を形成する工程。
露出部を持つ第１の基板上に、非晶質窒化ガリウム系化合物半導体を堆積する工程。
第１の層上の非晶質窒化ガリウム系化合物半導体を蒸発させ、第１の基板の露出部上に非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核を形成する工程。
非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核のサイズ増大、合体、結晶成長、ファセット形成、転移線の屈曲、第１の層上への横方向結晶成長、隣接する結晶粒同士の衝突、合体、転移網の形成、平坦表面形成を経て、第１の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を形成する工程。
第１の基板の露出部上の窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を除去して分離溝を形成する工程。
【０００８】
ここにおいて、前記窒化ガリウム系化合物半導体は、典型的には、ＧａＮとＡｌＧａＮとＧａＩｎＮのうちの少なくとも１つを含むものである。
【０００９】
また、上記課題に鑑み、前記窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法で得られた第１の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を他の基板へ移設する本発明の移設方法は、次の工程を含むことを特徴とする。
前記第１の基板上の第１の層の端部を表出させる工程。
処理により分離可能状態となる分離層を表面に有し貫通溝が存在する第２の基板を用意する工程。
分離層を介して第１の基板と第２の基板を貼り合わせる工程。
前記貼り合わせた第１の基板と第２の基板をＨＦ溶液などのエッチング液に浸潤してエッチング液を貫通溝と分離溝を通して第１の層と接触させることにより、第１の層を選択的にエッチングして第１の基板上のエピタキシャル層を第２の基板に移設する工程。
第２の基板に移設されたエピタキシャル層の少なくとも一部を第３の基板に接合し、第２の基板とエピタキシャル層を分離層で分離してエピタキシャル層を第２の基板から第３の基板に移設する工程。
【００１０】
ここにおいて、前記第３の基板は、シリコン基板、金属基板、サファイア基板、ガラス基板などの透明基板等である。前記エピタキシャル層は第２の基板から第３の基板にウェーハスケールで移設されたり、一部のみが移設されたりする。
【００１１】
また、上記課題に鑑み、本発明の基板は、前記窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法で得られた窒化ガリウム系化合物半導体層が接合されたシリコン基板、金属基板、サファイア基板、ガラス基板などの透明基板から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法では、サファイア基板又はＳｉＣ基板である第１の基板上の主として酸化ケイ素から成る層への横方向結晶成長を利用し、第１の基板の露出部上の窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を除去する。よって、比較的結晶欠陥の少ない窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の移設方法では、前記形成方法で形成したサファイア基板又はＳｉＣ基板上の窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を、主として酸化ケイ素から成る層をエッチング犠牲層としてエッチングして前記エピタキシャル層を他の基板に移設する。そして、前記他の基板とエピタキシャル層との間に設けた分離層での分離を用いて、前記エピタキシャル層の全て或いは一部をシリコン基板、金属基板などの更なる他の基板に移設する。よって、エピタキシャル成長させたＧａＮ層などの窒化ガリウム系化合物半導体層を、生産性良く、高い収率で移設することができる。また、サファイア基板又はＳｉＣ基板や、前記他の基板は、脆弱なＧａＡｓ基板と比較して、その融点（二千℃以上）が物語るように、非常に堅牢な性質を有するため、再利用することができるので、ウェーハコストを著しく軽減することができる。
【００１４】
また、前記形成方法で得られた窒化ガリウム系化合物半導体層が接合された本発明のシリコン基板、金属基板、サファイア基板、ガラス基板等の透光性基板を用いて、比較的低価格で、このシリコン基板上、金属基板上、サファイア基板、ガラス基板等の透光性基板上のＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体をベースに発光素子や電子デバイスなどを作製することができる。高輝度、大面積、低価格の固体照明用のＬＥＤ素子、高性能なＬＥＤアレイ、電子写真用の高解像・固体スキャナー、ＬＥＤプリンタヘッド、ＬＥＤプリンタ等を提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法において重要なことは、次の点である。前記第１の基板上の前記第１の層以外の露出部上に形成した非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核を出発点として、第１の層への横方向結晶成長を利用し、第１の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を形成すること。
前記第１の基板の露出部上の窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を除去すること。
【００１６】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の移設方法において重要なことは、次の点である。
前記形成方法で形成した第１の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を、前記第１の層をエッチング犠牲層として、高い選択性エッチング特性を元に、選択的にエッチングして前記エピタキシャル層を他の基板に移設すること。
前記他の基板とエピタキシャル層との間に設けた分離層での分離を用いて、前記エピタキシャル層の全て或いは一部をシリコン基板、金属基板、サファイア基板、ガラス基板などの透光性基板等の更なる他の基板に移設すること。
【００１７】
上記の考え方に基づき、サファイア基板又はＳｉＣ基板である第１の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長させて層を形成する本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法の基本的な実施形態は、次の工程を少なくとも含む。
前記第１の基板上に、主として酸化ケイ素から成る第１の層を形成する第１の工程。
前記第１の層を部分的に除去して前記第１の基板のストライプ状などの露出部を形成する第２の工程。
前記露出部を持つ第１の基板上に、非晶質窒化ガリウム系化合物半導体を堆積する第３の工程。
前記第１の層上の非晶質窒化ガリウム系化合物半導体を蒸発させ、前記第１の基板の露出部上に非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核を形成する第４の工程。
前記非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核のサイズ増大、前記第１の層上への横方向結晶成長、平坦表面形成などを経て、前記第１の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を形成する第５の工程。
前記第１の基板の露出部上の前記窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を除去して分離溝を形成する第６の工程。
【００１８】
前記第１乃至第６の工程について、詳しく説明する。前記窒化ガリウム系化合物半導体は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮなどであるが、以下ではＧａＮとして説明し、前記第１の基板はサファイア基板として説明する。また、主として酸化ケイ素から成る前記第１の層は、微量の窒化ケイ素などを含むこともあるが、ＳｉＯ２層として説明する。
【００１９】
まず、前記第１及び第２の工程において、図１に示す様に、２乃至８インチのサファイア基板１０を準備し、ストライプ状などのＳｉＯ２層１３を形成する。図１（ａ）は断面図であり、図１（ｂ）は上面図である。ＳｉＯ２層１３は、スパッタやＣＶＤ（ＳｉＨ４を用いる）などで形成することができ、ここでは、これをストライプ状にエッチングする。例えば、ＳｉＯ２層１３のストライプの幅は数十μｍ、厚みは１μｍ以下、ストライプの間隔は数μｍとする。これにより、サファイア基板１０のストライプ状の露出部が形成される。同幅、同厚のストライプ状のＳｉＯ２層１３を等間隔で形成することは、後述する窒化ガリウム系化合物半導体の平坦表面を形成するために重要である。
【００２０】
次に、前記第３及び第４の工程において、断面図である図２（ａ）に示す様に、露出部を持つサファイア基板１０上に、例えば、４７０℃の低温で厚み２５ｎｍの非晶質ＧａＮ１５をＭＯＣＶＤ成長で堆積する。これは、例えば、サファイア基板１０を支持するサセプター、ヒータ、反応ガス噴射管などを備える周知の反応容器内で行われる。Ｇａソースガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、水素ガスをキャリアとしてＮ源のアンモニアを反応ガス噴射管から基板表面に噴射する。続いて、断面図である図２（ｂ）に示す様に、例えば、１１００℃に昇温して非晶質ＧａＮ１５を分断し、ＳｉＯ２層１３上の非晶質ＧａＮ１５を蒸発させて、サファイア基板１０の露出部上に非晶質ＧａＮの核１６を形成する。
【００２１】
次に、前記第５の工程において、ＴＭＧとアンモニアのソースガスを前記反応容器内に再導入する。そして、サファイア基板１０上の核１６のサイズ増大、合体、結晶成長、ファセット形成、転移線の屈曲（図３（ａ）参照）、ＳｉＯ２層１３上への横方向結晶成長、隣接する結晶粒同士の衝突、合体、転移網の形成、平坦表面形成（図３（ｂ）参照）を行う。こうして、これらの過程を経て、サファイア基板１０上に窒化ガリウム系化合物半導体のＭＯＣＶＤエピタキシャル層２０が形成される。エピタキシャル層２０の膜厚は、ＳｉＯ２層１３のストライプの幅に一致し、ここでは、ほぼ数十μｍである。窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層は、ＭＯＣＶＤなどの気相成長法の他に、ＭＢＥ法を利用して成長させることもできる。
【００２２】
次に、前記第６の工程において、図４の断面図に示す様に、サファイア基板１０の露出部上の窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層２０を除去してトレンチすなわち分離溝２５を形成する。分離溝２５は、例えば、パターニングされたレジスト１０７のマスクを用いて、ＲＩＥ（塩素系ガス）或いはレーザ・スクライバーによるトレンチ形成により形成することができる。この際、ＳｉＯ２層１３の端が露出される。このトレンチは、後述する選択エッチングのときのエッチング液の流路となる。通常の機械的なダイシング装置を用いてもこのトレンチは形成できるが、ウェーハ状態での移設は不可能である。しかし、このセグメントに分割された第２の基板からなるキャリアを多数個用意すれば、サファイア基板よりも大口径のシリコン基板、例えば、１２インチ径基板への移設も、フリップチップボンダーを利用すれば可能となり、有用となる。
【００２３】
分離溝２５を形成する目的を説明する。１つは上述のエッチング液流路の形成のためであるが、他の１つは、比較的欠陥密度の大きい部分を除くためである。ＧａＮエピタキシャル層２０における欠陥密度分布とＬＥＤ効率の比較を示す図５を用いて説明する。図５（ａ）は本実施形態のＧａＮエピタキシャル層２０を示し、図５（ｂ）はサファイア基板上に全面的に成長させた従来のＧａＮエピタキシャル層を示す。また、図５（ｃ）は、図５（ａ）、（ｂ）において図示する各ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの面積、欠陥密度、ＬＥＤ内部量子効率、ＬＥＤ外部効率、ＬＥＤ全体効率を比較して示す。図５（ｃ）の表から分かる様に、図５（ａ）に示すゾーンＣは結晶品質的に比較的劣るので、本発明ではこれを除いてゾーンＡ、Ｂをデバイス作製に使用するのである。これに伴い、前記分離溝２５ができるので、これを利用してＳｉＯ２層１３をエッチング犠牲層として用いてＧａＮエピタキシャル層を他の基板に移設する。このことで、高価なサファイア基板が再利用できる様になって、コストが抑制される。これと比較して、図５（ｂ）に示す従来のものでは、本実施形態のゾーンＢとほぼ等しい結晶品質のＧａＮエピタキシャル層が得られるが、サファイア基板を再利用できないので、コスト的には高価にならざるを得ない。
【００２４】
次に、前記窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法で得られた第１の基板（サファイア基板など）上の窒化ガリウム系化合物半導体層を他の基板へ移設する本発明の移設方法の基本的な実施形態について説明する。この基本的な実施形態は、次の工程を少なくとも含む。
前記第１の基板上の第１の層の端部を表出させる第７の工程処理により分離可能状態となる分離層を表面に有し貫通溝が存在する第２の基板を用意する第８の工程。
分離層を介して第１の基板と第２の基板を貼り合わせる第９の工程。
貼り合わせた第１及び第２の基板をエッチング液（ＨＦ溶液）に浸潤してエッチング液を前記貫通溝と前記分離溝を通して第１の層と接触させることにより、第１の層を選択的にエッチングして第１の基板上のエピタキシャル層を第２の基板に移設する第１０の工程。
第２の基板に移設されたエピタキシャル層の少なくとも一部を第３の基板に接合し、第２の基板とエピタキシャル層を前記分離層で分離してエピタキシャル層を第２の基板から第３の基板に移設する第１１の工程。
【００２５】
前記第３の基板は、典型的には、シリコン基板であり、前記エピタキシャル層は第２の基板から第３の基板にウェーハスケールで、或いは部分的に移設される。また、本発明においては、上記シリコン基板以外の基板として金属基板を用いることもできる。以下に本発明において金属基板を用いる際の注意すべき点について説明する。電子デバイス、高周波トランジスタ、レーダ用、通信用の高出力アンプなどに使用するＧａＮ系のＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor)）等は、大きな発熱がその素子特性を劣化させる。その為に、より高い熱伝導度が要求されるデバイスへの応用には、サファイアやシリコンよりも熱伝導度が高いＳｉＣが使用される。そこで、本発明において上記基板に代替する安価な基板として、金属基板が考えられる。最も有効なのが、Ｃｕであるが、ＧａＮとの熱膨張係数を合わせこむ（熱膨張係数の差を一定の範囲内とする）ことが大切なので、Ｗ／Ｃｕの合金が有効である。他の使用可能な金属材料としてはＡｌ、Ｗ、Ｔｉなどが挙げられる。しかし、熱伝導度については良好であっても、熱膨張係数の違いにより、デバイス製造時の熱処理工程やデバイスの発熱時にストレスが発生し、基板から剥離、離脱する場合がある。そのため、基板として用いるデバイスの製造時及び使用時を考慮して、熱膨張係数の整合と耐熱性との関係から最適な金属材料を選定することが重要となる。
【００２６】
前記第８乃至第１１の工程について、詳しく説明する。
前記第７の工程は、図４を用いて説明した前記第６の工程と実質的に同じものである。次に、前記第８の工程において、第２の基板である例えば転写ウェーハ（Ｓｉ）１００を用意し、図６と図７に示す様に、これに貫通溝（エッチング流路）１５０を形成する。また、転写ウェーハ１００の一面に、前記分離層である例えば両面接着シート１１５を設置し、図６（ｂ）に示す様に、これにも孔を形成して貫通溝１５０と連結させる。貫通溝１５０は、サンドブラスト（ウェーハ１００の厚さが５０μｍ以上の場合に適する）、レーザ・スクライバー（同じく４０μｍ以上の場合に適する）、ＲＩＥ（ボッシュプロセス）（同じく４０μｍ以下の場合に適する）などで形成できる。両面接着シート１１５の孔は、レーザ加工などで形成できる。両面接着シート１１５は、例えば熱剥離粘着層、光剥離粘着層などを含む。ここで、光剥離粘着層は、光の照射により分解又は結合強度が低下する材料を含む層であり、熱剥離粘着層は、加熱又は冷却により分解又は結合強度が低下する材料を含む層である。
【００２７】
次に、前記第９の工程において、両面接着シート１１５を介して、レジスト１０７でカバーされたストライプ状のＧａＮエピタキシャル層２０を持つ第１の基板（サファイア基板１０）と第２の基板（転写ウェーハ１００）を貼り合わせる。この状態における転写ウェーハ１００の貫通溝１５０とストライプ状のＧａＮエピタキシャル層２０の配置関係が図７に示されている。また、断面の様子が図８に示されている。
【００２８】
前記第１０の工程において、こうして貼り合わせた第１の基板（サファイア基板１０）と第２の基板（転写ウェーハ１００）をエッチング液（ＨＦ溶液）に浸潤し、エッチング液を貫通溝１５０と分離溝（トレンチ）２５を通して第１の層１３と接触させる。このことにより、図９に示す様に、第１の層（ＳｉＯ２層）１３が選択的にエッチングされ、サファイア基板１０上のエピタキシャル層２０が転写ウェーハ１００に移設される。このとき、ＨＦ溶液に関して、ＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体はＳｉＯ２に対して無限大のエッチング選択性を持つので、ＳｉＯ２層１３が完全に、選択的にエッチングされる。エッチング液の濡れ性向上のために、エッチング液に界面活性剤を混入するとエッチング速度を増加させるために、効果的である。分離されたサファイア基板１０は、成長基板として再使用することができる。これにより、高価なサファイアウェーハが再利用できて、窒化ガリウム系化合物半導体層の製造コストが下げられることになる。サファイア基板は、Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板などよりも堅牢で耐熱性も高く、安定であるので、リサイクルに耐えることができる。サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の融点が２０５０℃であるのに対して、Ｓｉの融点とＧａＡｓの融点は夫々１４２０℃、１２３８℃である。また、アルミニウムと酸素原子の結合は強固で、ＧａＡｓのように、Ａｓが選択的に抜けたりはせず、極めて熱的にも堅牢で、又、腕時計の窓ガラスに使用されることからも判るように、機械的にも堅牢である。
【００２９】
次に、前記第１１の工程を説明する。ここでは、第２の基板（転写ウェーハ１００）に移設されたエピタキシャル層２０を第３の基板（Ｓｉウェーハ２００）に接合し、第２の基板とエピタキシャル層を分離層１１５で分離してエピタキシャル層を第２の基板から第３の基板に移設する。エピタキシャル層２０は、ウェーハスケールで移設することもできるし、その一部を選択的に移設することもできる。まず、ウェーハスケールで移設する場合について説明する。
【００３０】
図１０は、分子間力（ファンデル・ワールス力）接合でエピタキシャル層２０をシリコンウェーハ（第３の基板）２００に直接接合する例を示す。この場合、シリコンウェーハ２００に対してアルゴン、酸素、窒素などのプラズマ活性種を用いて、表面プラズマ活性化処理を施すことが、接合力を高める上で有効である。エピタキシャル層２０をＬＥＤに応用する場合には、光取り出し効率向上のために、例えば、シリコン基板２００とＧａＮ−ＬＥＤ層の界面にＳｉＯ２（これは屈折力を変化させる）や反射層を挿入すると効果的である。この場合、タック性（粘着性・密着性）の制御が容易な有機絶縁層（スピンオンポリマー:Ｓｐｉｎ−ｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）が有効に働く上、５００℃以下の低温で十分に強固な接合を実現できる。エピタキシャル層２０をシリコンウェーハ２００へ直接接合する場合に、５００℃以上の熱処理により共有結合を形成して接合力をより高めることができる。
【００３１】
分離層１１５が熱剥離粘着層を含む場合、第２の基板１００とエピタキシャル層２０を分離層で分離することは、図１１に示す様に、分離層１１５を１００℃以上に加熱して行う。これにより、熱剥離粘着層内の発泡で転写Ｓｉウェーハ１００が分離される。アッシャー等でレジスト１０７を剥離して第２の基板１００とエピタキシャル層２０を分離することもできる。こうして分離された貫通溝１５０を持つＳｉウェーハ１００は、サファイア基板１０と同様に、残留した分離層（両面シート）１１５を剥離後に転写ウェーハとして再利用することができる。このことも、窒化ガリウム系化合物半導体層の製造コストを下げることに寄与する。
【００３２】
以上の様にして、前記窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法で得られた窒化ガリウム系化合物半導体層が接合されたシリコン基板を得ることができる。得られた窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層２０は、青色（蛍光白色）縦型・固体照明ＬＥＤなどを作製するのに用いることができる。エピタキシャル層２０を何の作製に用いるかに応じて、図３に示す結晶作成過程の適宜の時間において、ソースガスが適宜変更されたり適切な不純物が導入されたりする。これらについては後で詳しく述べる。
【００３３】
前述した様に、前記第１１の工程において、エピタキシャル層２０の一部を選択的に移設することもできる。この場合は、前記エピタキシャル層２０の一部と、第３の基板２００上のエピタキシャル層が移設される領域との、少なくとも一方に所定の厚さの有機絶縁層などの接合層を設け、エピタキシャル層の一部と第３の基板とを接合層により接合する。そして、第３の基板２００に接合層で接合されたエピタキシャル層２０の一部のみを、第２の基板１００から分離層１１５で分離する。
【００３４】
これらの工程の例について説明する。選択的に移設される第１の機能性領域１０１（以下の説明では、前記エピタキシャル層２０の一部をこの様にも呼ぶ）と、第３の基板２００上の第１の機能性領域１０１が移設される領域との、少なくとも一方に所定の厚さの接合層２０５を設ける。本例では、図１２に示す様に、駆動回路を備えるシリコン基板である第３の基板２００上に接合層２０５を設ける。設け方としては、まず、図１２（ａ）に示す様に第３の基板２００上に、所定の厚さの接合層（有機絶縁層）２０５を形成し、その上の第１の機能性領域１０１の移設予定領域のみに対してレジスト２０６でマスキングを行う。化学的なウェットエッチング或いはＲＩＥでドライエッチングを行い、図１２（ｂ）に示す様に所望の領域のみに接合層２０５を設け、レジスト２０６をアッシャーなどで剥離する。ここでは、接合層２０５の厚さは２．０μｍ程度とし（図１２等では１．９７μｍと表示している）、その表面は充分に滑らかにする。この程度の厚さがあれば、第１の機能性領域１０１と接合層２０５を接合するときに、別の第２の機能性領域１０２が基板２００の表面に強く押し付けられることは防止できる。この接合層の厚さとしては１．０μｍ〜１０μｍ程度が好ましい。１．０μｍ以下の厚さになると前記効果が小さくなり、また１０μｍ以上になると、機能性領域を移設した後に、当該機能性領域と基板に形成された回路等とを金属配線で、電気的に結合する際に段切れ等の問題が起こる可能性が高くなる。この際、図１２（ｂ）に示す様に、第１の機能性領域１０１以外の領域に対応する第３の基板２００上の領域の表面に所定の凹凸２０８を形成してもよい。こうすれば、第２の機能性領域１０２と基板２００の表面との接合がより確実に防止できる。凹凸２０８は、接合層（有機絶縁層）２０５を形成するときにオーバーエッチングなどを行うことで形成できる。凹凸２０８の面は、接合層２０５の表面より充分に粗いものである。例えば、接合層２０５の表面の滑らかさは、Ｒｐｖ（凹凸のピークと谷の差の最大値）が２ｎｍ程度以下であり、Ｒａ（凹凸のピークと谷の差の平均値）が０.２ｎｍ程度以下とする。一方、凹凸２０８の面の粗さは、Ｒｐｖ（凹凸のピークと谷の差の最大値）が２ｎｍ程度以上であり、Ｒａ（凹凸のピークと谷の差の平均値）が０.２ｎｍ程度以上とする。
【００３５】
この様に、分離層１１５を有する第２の基板１００の前記分離層の上には、島状ないしストライプ状に複数の前記エピタキシャル層２０があり、これは、第１の機能性領域１０１以外に第２の機能性領域１０２を含んでいる。そして、本例では、少なくとも、第２の基板１００上に残存することになる第１の機能性領域以外の第２の機能性領域１０２に対応する第３の基板２００上の領域の表面に、所定の凹凸２０８を形成する。
【００３６】
本例において、接合層２０５は、例えば有機材料からなる膜である。有機材料からなる膜としては、ポリイミドなどの有機絶縁膜がある。ポリイミド以外にも、エポキシ系接着層などを使用することもできる。また、絶縁膜としては、上述の有機材料膜のみならず、酸化シリコン膜などの無機系の絶縁性の酸化膜を用いることもできる。例えば、第３の基板２００としてのシリコン基板上及び／または内部を利用して回路領域を設ける場合には、次の様にしてもよい。スピンオングラス（ＳＯＧ）を利用して、前記回路領域上の平坦性を上げるための酸化シリコン絶縁膜（これは粘着性を有する）を所定の厚さで第３の基板２００上に形成し、これをパターニングしてもよい。有機絶縁層は可塑性が付与されるため、数ミクロンまで厚く塗布することができ、無機ＳＯＧよりもプロセス自由度が増加する。無機、有機ＳＯＧのタック性（粘着性）は、そのプリベーク温度を調節することにより、シラノール基やアルコキシ基などの加水分解性基の作用を制御することで、付与することが可能である。その後に硬化熱処理を施すと、比較的低温（五百℃以下）で強固な接合を実現できる。
【００３７】
上述した様に、第３の基板２００は、例えば、半導体基板やシリコン基板、表面に酸化層が形成されているシリコンウェーハ、所望の電気回路（例えば、ドライバ回路）が設けられているシリコンウェーハなどである。ここでいうドライバ回路とは、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が前記化合物半導体多層膜を含み構成される場合に、当該ＬＥＤを１つまたは複数個のアレイ状に形成されたＬＥＤアレイを駆動・制御するための回路のことである。シリコン基板は、いわゆるＣＺウェーハは勿論、表面にエピタキシャルシリコン層を有する基板であってもよく、またシリコン基板の代替としてＳＯＩ基板を用いることもできる。
【００３８】
次に、第１の機能性領域１０１と第３の基板２００とを接合層２０５により接合する工程と、第２の基板１００と第１の機能性領域１０１とを分離層１１５で分離する工程について説明する。図１３（ａ）に示す様に、第２の基板１００の分離層１１５上の第１の機能性領域１０１と接合層２０５をアライメントして接合し、図１３（ｂ）に示す様に、第２の基板１００と第１の機能性領域１０１とを分離層１１５で分離する。ここでは、分離層１１５としては、シート基材１１５ｃの一面にＵＶ剥離粘着層１１５ａを持ち他面に熱剥離粘着層１１５ｂを持つ両面接着シートを用いるとする。また、後の工程のために、第２の機能性領域１０２が存在する領域に対応する第２の基板１００の表面には、遮光層１１７が設けられる。遮光層１１７は蒸着などで形成することができるが、容易に剥がせるステンシルマスクを用いることもできる。
【００３９】
分離層１１５で分離するために、透明基板１００の側からＵＶ光を照射して分離層１１５のＵＶ剥離粘着層の分解或いは結合強度の弱化をもたらす。このことで、第２の基板１００と第１の機能性領域１０１とを分離する。遮光層１１７があるので、第２の機能性領域１０２の部分の分離層１１５にはＵＶ光が照射されず、これはそのままで、図１３（ｂ）に示す様に、第２の機能性領域１０２は第２の基板１００側に残って移設されない。この様に、本例では、第２の基板１００は透光層１１７を有し、分離層１１５は光の照射により分解又は結合強度が低下する材料からなるＵＶ剥離粘着層を含む。そして、少なくとも第１の機能性領域１０１と第２の基板１００との間の分離層１１５に光の照射を行って、第２の基板１００と第１の機能性領域１０１を分離層１１５で分離する。
【００４０】
全体的に光の照射を行って、第２の基板１００と第１の機能性領域１０１を分離層１１５で分離することもできる。全体的に光の照射をすれば、分離層１１５のＵＶ剥離粘着層は全体的に分解或いは結合強度が弱化して、接合層２０５と接合した第１の機能性領域１０１はその接合力で第２の基板１００から分離される。このとき、第３の基板２００と接合していない第２の機能性領域１０２の部分でも、分離層１１５のＵＶ剥離粘着層の粘着力は低下している。しかし、第２の機能性領域１０２の部分には第３の基板２００側から引き剥がし力が働かないので、第２の機能性領域１０２は第２の基板１００側に残ることになる。この方法は、多少確実性が低下するが、遮光層を設けなくてもよく、光の照射も単純に行えばよいので、簡易に行うことができる。この場合も、分離層１１５の弱った粘着力のＵＶ剥離粘着層により第２の基板１００側に残った第２の機能性領域１０２の部分を、次に説明する様に更に他の基板に移設することができる。
【００４１】
分離層１１５は、前記構成のものに限られない。分離層１１５は、一層のＵＶ又は熱の剥離粘着層などであってもよいし、ＵＶ剥離粘着層１１５ａと熱剥離粘着層１１５ｂの配置が図示例とは逆転したシートであってもよい。また、図１５に示す様に、第１及び第２の機能性領域１０１、１０２に夫々対応して異なる特性を持つ分離層１２０、１２１を第２の基板１００上に設けることもできる。例えば、一方がＵＶ剥離粘着層で、他方が熱剥離粘着層という組み合わせがある。また、一方が第１の光剥離粘着層で、他方が第２の光剥離粘着層（これは第１の光剥離粘着層とは異なる波長の光で分解或いは結合強度が弱化する粘着層）という組み合わせがある。更には、一方が第１の熱剥離粘着層で、他方が第２の熱剥離粘着層（これは第１の熱剥離粘着層とは異なる温度で分解或いは結合強度が弱化する粘着層）という組み合わせもある。分離層１１５は、シートではなく、第２の基板１００上に塗布、蒸着などで形成することもできる。具体的な材料としては、リバアルファ（日東電工製の商品名）がある。また、ＵＶ剥離粘着材料としては、ダイシングテープに用いられているものがあり、熱剥離粘着材料としては、熱発泡カプセルを含有するものがある。
【００４２】
第２の機能性領域１０２を更に他の基板に移設する場合は、第１の機能性領域１０１の移設とほぼ同様のことを行えばよい。すなわち、図１４（ａ）に示す様に、第４の基板３００上に接合層（有機絶縁層）３０５を形成し、その上の第２の機能性領域１０２の移設予定領域のみにレジストでマスキングを行う。そして、化学的なエッチング或いはＲＩＥでエッチングを行い、所望の領域のみに接合層３０５を設ける。次に、図１４（ａ）に示す様に、第２の機能性領域１０２と接合層３０５をアライメントして接合し、図１４（ｂ）に示す様に、第２の基板１００と第２の機能性領域１０２とを分離層１１５で分離する。ここでは、図１４（ｂ）に示す様に、１７０℃程度に加熱して分離層１１５の熱剥離粘着層１１５ｂの分解或いは結合強度の弱化をもたらすことで、第２の基板１００と第２の機能性領域１０２とを分離している。
【００４３】
ここで、図１４の工程が最後の移設工程である場合、この工程では、第１及び第２の機能性領域１０１、１０２を形成するときに用いたレジスト１０７をアッシャーなどで剥離して、第２の基板１００と第２の機能性領域１０２とを分離することもできる。また、本例において、熱剥離粘着層のみを有する分離層１１５を用いた場合、遮光層１１７は不必要で、図１３の工程では、第１の機能性領域１０１に対応する部分の分離層１１５を局所的に加熱することになる。分離温度の差が一定以上ある熱剥離粘着層を面内に図１５で示す様にパターニングして設ければ、より精度良く選択的に分離できる。
【００４４】
前述した様に、分離層１１５のＵＶ剥離粘着層１１５ａと熱剥離粘着層１１５ｂの配置を図１３に示すものとは反対にすることもできる。こうしたとき、例えば、遮光層１１７は不必要で、図１３の工程では、第１の機能性領域１０１に対応する部分の分離層１１５を局所的に加熱する。そして、図１４の工程では、透明基板１００の側からＵＶを照射して分離層１１５のＵＶ剥離粘着層の分解或いは結合強度の弱化をもたらすことで、第２の基板１００と第２の機能性領域１０２とを分離する。
【００４５】
この様に、第２の機能性領域１０２を更に他の基板に移設したい場合は、第２の基板に残存する第２の機能性領域と、第４の基板上の第２の機能性領域が移設される領域との、少なくとも一方に所定の厚さの接合層を設ける。そして、第２の機能性領域１０２と第４の基板３００とを接合層３０５により接合する工程と、第２の基板１００と第２の機能性領域１０２とを分離層１１５で分離する工程を更に実行する。この場合も、図１４に示す様に、第４の基板３００上の、少なくとも、第２の基板１００上の第２の機能性領域１０２に対応する領域以外の領域の表面に、所定の凹凸３０８を形成してもよい。
【００４６】
本例によれば、前述の如き所定の厚さの接合層を用いるので、１つの基板に設けられた複数の窒化ガリウム系化合物半導体層のうち、任意の領域を選択的に別の基板に確実に移設することができる。例えば、第２の基板に高密度に配置した窒化ガリウム系化合物半導体層の一部を、歩留まりを低下させること無く他の基板に移設することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、シリコン基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を加工して作製されるＬＥＤなどのデバイスに係る実施例、ＬＥＤアレイに係る実施例、ＬＥＤプリンタヘッドに係る実施例、及びＬＥＤプリンタに係る実施例を詳細に説明する。
【００４８】
（第１の実施例）
第１の実施例は、本発明の移設方法によりＳｉ基板上に移設された窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層２０を用いたデバイスである青色（蛍光白色）縦型・固体照明ＬＥＤに関する。このＬＥＤの素子構造は、図１６の断面図に示す如く次の様になっている。デバイス表面より、ＩＴＯ透明電極４１０、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１２、ＩｎＧａＮ多重量子井戸型活性層４１４、ｎ型ＧａＮコンタクト層４１６、ｎ＋−低抵抗Ｓｉ基板２００、裏面Ａｌ電極４１８が配されている。
【００４９】
こうしたエピタキシャル層２０の構造は、前述の図３の形成工程において適宜に反応容器内の温度、ソースガスなどを変化させて作製される。例えば、多重量子井戸型活性層４１４とｐ型ＧａＮコンタクト層４１２は次の様な工程で第１の基板１０上に作製される。まず、成長温度８４０℃でＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ障壁層を形成し、続けて３ｎｍ厚のＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層、９ｎｍ厚のＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ障壁層を交互に５層ずつ形成する。次に、成長温度を１０００℃として、２００ｎｍ厚のＭｇドープのｐ型ＧａＮ層４１２を形成する。図１６の構造は、こうして作製されたエピタキシャル層２０がＳｉ基板２００に移設された状態を示す。ソースガスとしては、ＧａＮを形成するときにはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、ＩｎＧａＮを形成するときにはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）をも用いる。また、ＧａＡｌＮを形成する必要があるときには、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）をも用いればよい。
【００５０】
本実施例のＬＥＤの素子構造は、従来のサファイア基板上のＬＥＤと比較して、次の様な特徴を有する。
基板裏面電極４１８が形成可能となり、表面側電極４１０の数が半減するので、デバイスの発光領域を拡大することができる。
取り出し効率向上のために、貼り合わせ技術により、屈折率変化を目的にしたＳｉＯ２や、反射ミラー（Ａｌ、Ａｇ等）を基板２００界面に挿入することが可能である。
機械的、熱的に安定なサファイア基板（第１の基板１０）を再利用できることから、大きな製造コスト減が期待される。
【００５１】
（第２の実施例）
第２の実施例は、本発明の移設方法によりＳｉ基板上に移設された窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層２０を用いたデバイスである電子写真用などの青色ＬＥＤ固体スキャナーである。素子構造（ＬＥＤ／ＣＭＯＳドライバ回路）は、図１７に示す如く、次の様になっている。デバイス表面より、Ａｕ／Ｎｉのｐ側電極５１０、ｐ型ＧａＮコンタクト層５１２、ＩｎＧａＮ量子井戸型活性層５１４、ｎ型ＧａＮコンタクト層５１６、Ａｕ／Ｎｉのｎ側電極５１８、ＣＭＯＳドライバ回路内蔵のＳｉ基板２００が配されている。
【００５２】
ここでは、ドライバＩＣ（駆動回路）とＬＥＤ素子とが接続されている。図１７の構成において、ドライバＩＣを構成するＭＯＳトランジスタ５６０を含むシリコン基板２００上に、有機材料からなる絶縁膜５２０（図１３等の接合層２０５参照）が設けられている。そして、絶縁膜５２０上に、窒化ガリウム系化合物半導体多層膜からなるＬＥＤ発光領域５７０が設けられている。また、図１７において、５８０は絶縁膜、５５０は、ＭＯＳトランジスタ５６０のソース又はドレイン領域となるワイヤボンディングパッドである。こうした構成は、例えば、図１３の第３の基板２００の構成から作製することができる
【００５３】
本実施例のＬＥＤの素子構造は、従来のＧａＡｓ基板上の赤外ＬＥＤ（波長７６０ｎｍ）と比較して、次の様な特徴を有する。
従来、赤外領域の波長（７５０nm）の電子写真用の光源として、レーザやＬＥＤが使用されているが、波長が半減する青色領域の光源を用いると、スポットサイズが半減する。すなわち、波長４５０ｎｍ程度とすれば、Ｔｒｕｅ２４００ｄｐｉに相当する１０μｍφのスポットサイズを実現することができる。
ＬＥＤアレイの駆動回路が下地シリコンに内蔵されているため、ボンディングワイヤ数が大幅に減少し、ヘッドユニット全体のコストは大きく削減される。
機械的、熱的に安定なサファイア基板を再利用できることから、大きな製造コスト減が期待される。また、移設後の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層の密度と高密度に第２の基板上に配置した窒化ガリウム系化合物半導体層の密度の比を１：ｎとする選択的な移設方法を用いれば、成長基板を有効に使用できて、更なるコスト減が期待できる。このコスト減は、基板の再利用と併せて、一枚の基板から複数の活性層を移設することができる相乗効果からも期待できる。
【００５４】
（第３の実施例）
第３の実施例は、本発明の移設方法によりＳｉ基板上に移設された窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層２０を用いたデバイスであるＧａＮトランジスタ（ＨＥＭＴ、ＭＩＳ）である。素子構造は、図１８に示す如く、次の様になっている。表面より、Ａｌゲート電極６１０、ＳｉＯ２絶縁層６１２、無添加ＡｌＧａＮ活性層６１４、Ｔｉ／Ａｌソース電極６１６、Ｎ＋ソース領域６１８（Ｓｉイオン注入）６１８、ｉ−ＧａＮ層６２０、ｎ＋低抵抗Ｓｉ基板２００、裏面Ａｌ電極６２２が配されている。
【００５５】
本実施例の素子構造は、従来のサファイア基板上のＬＥＤと比較して、次の様な特徴を有する。
基板裏面電極６２２が形成可能となり、デバイス層の電位が浮遊せずに、確定、制御でき、素子動作の安定性、信頼性が向上する。
下地Ｓｉ基板２００に作製したシリコン回路（ＣＭＯＳ、バイポーラ、高耐圧ＦＥＴなど）を内蔵、接続することができる。
機械的、熱的に安定なサファイア基板を再利用できることから、大きなコスト減が期待される。
Ｓｉ上の直接成長ＧａＮ／Ｓｉよりも、欠陥密度を低減できて、デバイスの特性、信頼性、均一性、収率が向上できる。ＧａＮ−ＨＥＭＴは従来のＧａＡｓ−ＨＥＭＴに比較して、数ギガヘルツのＣ帯域において、高い出力の増幅器を実現でき、携帯電話基地局や衛星通信、レーダ送信機の小型化、省電力化に貢献できる。
【００５６】
（第４の実施例）
前述の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法及び移設方法を用いて製造されるＬＥＤアレイの実施例を説明する。前記実施形態において説明した形成方法及び移設方法を用いることにより、図１９に示す様なＬＥＤアレイが提供される。図１９は、プリント基板５０００上に駆動回路とＬＥＤアレイ４０００とが接続・配置された一構成例を示す斜視図である。駆動回路とＬＥＤアレイは、前述した窒化ガリウム系化合物半導体層の移設方法で図１３等に示す様にシリコン基板上に複数のＬＥＤ素子を形成し、シリコン基板をダイシングにより分割して得たものを複数並べることで得られる。各ＬＥＤ素子と駆動回路の断面構成は、図１７のＬＥＤ発光領域を含むＬＥＤ素子と駆動回路と同じ様なものである。
【００５７】
図１９の構成では、複数のＬＥＤアレイ／駆動回路４０００をプリント基板５０００上にライン状に並べている。ＬＥＤアレイ／駆動回路４０００の各ＬＥＤ素子とドライバＩＣの駆動素子は図１７に示す様に電気的に接続されている。必要に応じて、ライン状に配されたＬＥＤアレイ４０００に、ロッドレンズアレイ（例えば、ＳＬＡ：セルフォックレンズアレイ）３０００を実装することにより、ＬＥＤプリンタヘッドとすることができる。ライン状に配されたＬＥＤアレイ４０００から放出された光はロッドレンズアレイ３０００で集光され、ＬＥＤアレイ結像が得られる。本発明においては前記ロッドレンズアレイに替えてマイクロレンズアレイを用いることもできる。
【００５８】
シリコン基板上に金属膜かＤＢＲミラーを介してＬＥＤ素子構成層が設けられている場合には、その指向性の向上により、更に微細なスポットサイズが実現される。従って、ロッドレンズアレイは省略して、ＬＥＤプリンタヘッドとすることもできる。
【００５９】
マトリックス駆動する際の一例を、図２０に示す。図２０は、電極数を減らすための時分割駆動可能な発光素子アレイ回路８５００を示す図である。図２０において、８０１１はｎ側電極、８０１７はｐ側電極、８０２１はｎ型ＧａＮ上の絶縁膜、８０２２はｐ型ＧａＮコンタクト層上の絶縁膜、８０２３は発光領域である。
【００６０】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法及び移設方法を用いることで、低コストで高性能な上記の如きＬＥＤアレイ、ＬＥＤプリンタヘッドを提供することができる。
【００６１】
（第５の実施例）
第４の実施例で説明したＬＥＤプリンタヘッドを用いて、ＬＥＤプリンタを構成した例を図２１（ａ）に示す。このＬＥＤプリンタは、前記ＬＥＤプリンタヘッドと、感光ドラムと、帯電器とを備え、ＬＥＤプリンタヘッドを光源として、感光ドラムに静電潜像を書き込む作像ユニットを含む。
【００６２】
ＬＥＤプリンタの構成例を示す概略断面図である図２１（ａ）において、プリンタ本体８１００の内部には、時計廻りに回転する感光ドラム８１０６が収納されている。感光ドラム８１０６の上方には、感光ドラムを露光するためのＬＥＤプリンタヘッド８１０４が設けられている。ＬＥＤプリンタヘッド８１０４は、画像信号に応じて発光する複数の発光ダイオードが配列されたＬＥＤアレイ８１０５と、各々の発光ダイオードの発光パターンを感光ドラム８１０６上に結像させるロッドレンズアレイ８１０１とから構成される。ここで、ロッドレンズアレイ８１０１は、先に説明した実施例に示す構成を有している。ロッドレンズアレイ８１０１により、発光ダイオードの結像面と感光ドラム８１０６の位置は一致する様になっている。つまり、発光ダイオードの発光面と感光ドラムの感光面とは、ロッドレンズアレイによって光学的に共役関係とされている。
【００６３】
感光ドラム８１０６の周囲には、感光ドラム１０６の表面を一様に帯電させる帯電器８１０３、及びプリンタヘッド８１０４による露光パターンに応じて感光ドラム８１０６にトナーを付着させてトナー像を形成する現像器８１０２が設けられている。また、感光ドラム８１０６上に形成されたトナー像をコピー用紙等の不図示の被転写材上に転写する転写帯電器８１０７、及び転写後に感光ドラム８１０６上に残留しているトナーを回収するクリーニング手段８１０８も設けられている。
【００６４】
更に、プリンタ本体８１００には、前記被転写材を積載する用紙カセット８１０９、用紙カセット８１０９内の被転写材を感光ドラム８１０６と転写帯電器８１０７との間に供給する給紙手段８１１０が設けられている。また、転写されたトナー像を被転写材に定着させるための定着器８１１２、被転写材を定着器８１１２に導く搬送手段８１１１、及び定着後に排出された被転写材を保持する排紙トレイ８１１３が設けられている。
【００６５】
次に、前記ＬＥＤプリンタヘッドと、感光ドラムと、帯電器と、ＬＥＤプリンタヘッドを光源として感光ドラムに静電潜像を書き込む作像ユニットとを複数備えるカラーＬＥＤプリンタを説明する。図２１（ｂ）に、カラーＬＥＤプリンタの一構成例の機構部の概略構成図を示す。図２１（ｂ）において、９００１、９００２、９００３、９００４はそれぞれマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各感光体ドラム、９００５、９００６、９００７、９００８は各ＬＥＤプリンタヘッドである。９００９は、転写紙を搬送すると共に各感光体ドラム９００１、９００２、９００３、９００４に接触するための搬送ベルトである。９０１０は給紙用のレジストローラ、９０１１は定着ローラである。また、９０１２は、搬送ベルト９００９に転写紙を吸着保持するためのチャージャー、９０１３は除電チャージャー、９０１４は転写紙の先端検出用センサである。
【００６６】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法及び移設方法を用いることで、低コストで高性能な上記の如きＬＥＤプリンタを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、半導体基板上にアレイ状に窒化ガリウム系化合物の半導体素子を配置したアレイ素子に適用することができる。特に、半導体基板上に配置された窒化ガリウム系化合物半導体層を含むＬＥＤ素子を用いたＬＥＤプリンタやディスプレイなどの表示装置、或いは、光送受信用素子や受光素子などに適用することができる。受光素子に適用すれば、スキャナーを構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法に係わる実施形態における第１の基板を示す図である。
【図２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法に係わる実施形態における第１の基板を示す断面図である。
【図３】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法に係わる実施形態において窒化ガリウム系化合物半導体層が形成された第１の基板を示す断面図である。
【図４】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法に係わる実施形態において窒化ガリウム系化合物半導体層に分離溝が形成された第１の基板を示す断面図である。
【図５】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法に係わる実施形態における窒化ガリウム系化合物半導体層と比較例を示す図である。
【図６】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の移設方法に係わる実施形態において貫通溝が形成された第２の基板を示す断面図である。
【図７】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の移設方法に係わる実施形態において貫通溝とストライプ状の窒化ガリウム系化合物半導体層の配置関係を示す上面図である。
【図８】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の移設方法に係わる実施形態において接合された第１の基板と第２の基板を示す断面図である。
【図９】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の移設方法に係わる実施形態において第１の基板から移設される第２の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を示す断面図である。
【図１０】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の移設方法に係わる実施形態において接合された第２の基板と第３の基板を示す断面図である。
【図１１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の移設方法に係わる実施形態において第２の基板から移設される第３の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を示す断面図である。
【図１２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の選択的な移設方法に係わる実施形態において第３の基板に接合層を形成する工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の選択的な移設方法に係わる実施形態において第２の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を選択的に第３の基板に移設する工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体層の選択的な移設方法に係わる実施形態において第２の基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層を選択的に第４の基板に移設する工程を示す断面図である。
【図１５】第２の基板の面内にパターニングされた分離層の組み合わせを示す断面図である。
【図１６】本発明の移設方法によりＳｉ基板上に移設された窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を用いたデバイスであるＬＥＤの素子構造を示す断面図である。
【図１７】本発明の移設方法によりＳｉ基板上に移設された窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を用いたデバイスである青色ＬＥＤ固体スキャナーの素子構造を示す断面図である。
【図１８】本発明の移設方法によりＳｉ基板上に移設された窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を用いたデバイスであるＧａＮトランジスタ（ＨＥＭＴ、ＭＩＳ）の素子構造を示す断面図である。
【図１９】本発明のＬＥＤプリンタヘッドに係わる実施例を示す斜視図である。
【図２０】電極数を減らすための時分割駆動可能な発光素子アレイ回路を示す図である。
【図２１】（ａ）はＬＥＤプリンタに係わる実施例の一構成例を示す概念図、（ｂ）はカラープリンタに係わる実施例の一構成例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０    第１の基板（サファイア基板、ＳｉＣ基板）
１３    第１の層（ＳｉＯ２層、エッチング犠牲層）
１５    非晶質窒化ガリウム系化合物半導体
１６    非晶質窒化ガリウム系化合物半導体の核
２０    窒化ガリウム系化合物半導体層（エピタキシャル層）
２５    分離溝
１００    第２の基板
１０１    第１の機能性領域
１０２    第２の機能性領域
１１５    分離層
１５０    貫通溝
２００    第３の基板
２０５、３０５    接合層
３０００    ロッドレンズアレイ
４０００、８１０５    ＬＥＤアレイ
８１０４、９００５、９００６、９００７、９００８    ＬＥＤプリンタヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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