(57)【要約】【課題】  少なくとも部分的に緩和されている材料の層を作製するための、迅速で、効果的で、実用的な方法を提案する。【解決手段】  本発明は、少なくとも部分的に緩和されている材料層（５、５ａ、５ｂ）を作製する方法に関し、リフロー層（２、２ａ、２ｂ）と補剛材層（４、４ａ、４ｂ）との間にひずみ材料層（３、３ａ、３ｂ）を備える構造（１０）を供給するステップと、リフロー層（２、２ａ、２ｂ）をそのガラス転移温度以上の温度まで至らせる熱処理を適用するステップとを備え、熱処理適用ステップ中に補剛材層（４、４ａ、４ｂ）の厚さ削減工程を含む。また、本発明は、半導体デバイスを作製する方法に関し、少なくとも部分的に緩和されている材料層（５、５ａ、５ｂ）を供給するステップを備え、材料層（５、５ａ、５ｂ）上に、少なくとも１つの活性層（６、６ａ、６ｂ）を形成するステップを更に備える。【選択図】  図１
2010093233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス又は光起電力学向けの少なくとも部分的に緩和されている材料層（５、５ａ、５ｂ）を作製する方法であって、
リフロー層（２、２ａ、２ｂ）が設けられている支持基板（１）と、前記リフロー層（２、２ａ、２ｂ）と補剛材層（４、４ａ、４ｂ）との間に位置するひずみ材料層（３、３ａ、３ｂ）とを備える構造（１０）を供給するステップと、
前記リフロー層（２、２ａ、２ｂ）のガラス転移温度以上の温度まで前記リフロー層（２、２ａ、２ｂ）を至らせる熱処理を適用するステップと、
を備え、
前記熱処理適用ステップ中に前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）の厚さを漸進的に削減する工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記熱処理が、前記構造（１０）の全体に適用され、前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）の厚さ削減工程が、ドライエッチングによって、特に気相化学反応エッチングによって行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱処理適用ステップ前に、特にエッチング又は電磁波照射によって、前記ひずみ材料層（３）に島状領域（３ａ、３ｂ）を形成するステップを更に備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記島状領域（３ａ、３ｂ）上に整列させるパターン（２ａ、２ｂ）が、前記リフロー層（２）の厚さの少なくとも一部に形成されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ひずみ材料層（３、３ａ、３ｂ）が、
ａ）核形成基板（１１）上に単結晶性又は多結晶性の前記ひずみ材料層（３、３ａ、３ｂ）を堆積させるステップと、
ｂ）前記リフロー層（２、２ａ、２ｂ）を介して、前記ひずみ材料層（３、３ａ、３ｂ）と、前記支持基板（１）とを組み合わせるステップと、
ｃ）前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）を形成するステップと
により形成されることを特徴とする、請求項１〜４の一項に記載の方法。
【請求項６】
前記核形成基板（１１）を部分的に除去して前記核形成基板（１１）の残余部（１４、１４ａ、１４ｂ）を形成し、前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）の少なくとも一部が、前記核形成基板（１１）の残余部（１４、１４ａ、１４ｂ）によって形成されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記核形成基板（１１）が完全に除去され、前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）が、前記ひずみ材料層（３、３ａ、３ｂ）上に堆積によって形成されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記核形成基板（１１）が分割によって除去されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）の厚さは、前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）が完全に除去されるまで削減され、前記熱処理は、前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）が完全に除去された後に継続されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）が、多結晶シリコン、ゲルマニウム又はIII／Ｎ材料であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ひずみ材料層（３、３ａ、３ｂ）が単結晶III／Ｎ材料、特に該層がＩｎＧａＮを備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）がＧａＮを備え、前記ひずみ材料層（３、３ａ、３ｂ）がＩｎＧａＮを備え、前記補剛材層（４、４ａ、４ｂ）のエッチングが、ＨＣｌを含む雰囲気中で行われることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
半導体デバイスを作製する方法であって、請求項１〜１２の一項に記載の前記方法に従って得られる少なくとも部分的に緩和されている材料層（５、５ａ、５ｂ）を供給するステップを備え、前記少なくとも部分的に緩和されている材料層（５、５ａ、５ｂ）上に、少なくとも１つの活性層（６、６ａ、６ｂ）、特に、レーザ部品、光起電性部品又は電界発光ダイオードの少なくとも１つの活性層（６、６ａ、６ｂ）を形成するステップを更に備えることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの活性層（６、６ａ、６ｂ）形成ステップ前に、最終基板（１８）上に前記少なくとも部分的に緩和されている材料層（５、５ａ、５ｂ）を転写するステップを更に備えることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも部分的に緩和されている材料層（５、５ａ、５ｂ）がIII／Ｎ材料を備え、前記少なくとも１つの活性層（６、６ａ、６ｂ）がIII／Ｎ材料を備え、前記少なくとも１つの活性層（６、６ａ、６ｂ）形成ステップが、前記少なくとも部分的に緩和されている材料層（５、５ａ、５ｂ）の材料のうち第III族元素の極性面上で、エピタキシーによって行われることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス又は光起電力学向けの少なくとも部分的に緩和されている材料の層を作製する方法に関する。この方法は、リフロー層(ｒｅｆｌｏｗ  ｌａｙｅｒ)と補剛材層（ｓｔｉｆｆｅｎｅｒ  ｌａｙｅｒ）との間に位置するひずみ材料層(ｓｔｒａｉｎｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｌａｙｅｒ)を備える構造を供給するステップと、上記リフロー層のガラス転移温度以上の温度までリフロー層を至らせる熱処理を適用するステップとを含む。
【０００２】
また、本発明は、少なくとも部分的に緩和されている材料層からなる半導体デバイスの作製に関する。
【背景技術】
【０００３】
基板が固体状である場合、入手不可能又は非常に高価であるならば、シード基板上へのエピタキシャル成長によってより薄い層で得ることができる。しかし、これらシード基板の特性は、成長させたい材料に必ずしも適応しているとは限らない。実際には、シード基板が、例えば、成長させたい材料の熱膨張係数及び格子定数とは異なる熱膨張係数及び格子定数を示すことがある。これにより、形成される層中に、構造の成長中若しくは冷却中に成長することがある亀裂など一定数の欠陥が生じ、後に形成されるデバイスの有効性を減少させる格子欠陥が存在し、又は層の圧縮応力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｓｔｒｅｓｓ）若しくは引張応力（ｔｅｎｓｉｏｎ  ｓｔｒｅｓｓ）が生じる。
【０００４】
特に、このようなひずみを受けた材料層（本明細書及び特許請求の範囲において、「ひずみ材料層」又は「ひずみ層」と称する）と支持基板との間にリフロー層を導入するとによって、ひずみ材料層を緩和する技法は公知である。しかし、これらの技法は、完全に満足できる結果をもたらすわけではなく、ひずみ層が、必ずしも又は完全に、弾性的に緩和されるわけではない。積層（ｌａｙｅｒ  ｓｔａｃｋ）で形成される構造は劣化することもあり、緩和する層が構造の残余部から切り離されてしまうことがある。
【０００５】
加えて、材料が圧縮によるひずみを受けている場合、この弾性緩和は材料の座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）を招くことがあり、その場合、座屈した層の浮き沈み(ｐｅａｋｓ  ａｎｄ  ｖａｌｌｅｙｓ)の粗さ及び大きさを所望の利用と調和させることができない。材料が張力によるひずみを受けている場合、緩和により亀裂が生じ、また表面粗さが増大することが多い。
【０００６】
Ｈ．Ｙｉｎらによる論文「ｂｕｃｋｌｉｎｇ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ＳｉＧｅ  ｉｌａｎｄｓ  ｏｎ  ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」（２００３年１１月１５日に出版されたＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．  ９４，ｎｕｍｂｅｒ  １０）には、２つの競合現象の実践として、圧縮応力を受けている材料の弾性緩和、横方向緩和、及び座屈緩和について記載されている。この文献によれば、第１の現象はひずみ材料の横方向緩和で構成され、この緩和はその後、膜の縁部、又は膜に形成される島状領域（ｉｓｌａｎｄ）の縁部から膜の中央又は島状領域の中央へと伝播する。従って、島状領域が小さくなればなるほど、横方向緩和が速くなること（ひずみ材料層の厚さによって強調される）が説明されている。この横方向緩和により、表面粗さが小さい実質的に平坦な緩和された材料膜を得ることが可能となる。例えば、ゲルマニウム含有量が３０％である最初のシリコン基板上に、エピタキシーによって設けられた６０μｍ×６０μｍのＳｉＧｅ島状領域が横方向に緩和し、その粗さｒｍｓが２ｎｍ未満である平坦な膜が得られる。
【０００７】
先に挙げた論文で説明されているように、第２の現象は座屈による緩和である。この緩和では、速度は緩和しようとする膜又は島状領域の表面に依らず、材料中の応力に依存する。座屈により、少なくとも部分的には緩和されているが非常に粗い膜が得られ、粗さが臨界値を超えた場合には膜が破壊される。この現象は、容易に湾曲することが可能な比較的薄い膜によって助長される。
【０００８】
最良のモーフォロジー（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を有する緩和されている材料を得るために、Ｈ．Ｙｉｎは座屈現象の減速及び横方向緩和現象の促進を推奨している。このために、彼は、緩和しようとする材料膜上にひずんでいない材料層を堆積させることを提案している。この層により、リフロー層上の材料の全厚さを、二重層（ひずみ材料層及び被覆層）を形成することによって増大させることが可能となり、従って、横方向緩和速度を増大させることが可能となる。この被覆層の堆積により、機械的にはより剛性の高く湾曲傾向がより小さい二重層構造を得ることも可能となる。加えて、被覆層が自由に堆積されることにより二重層中の平均応力がより低いため、座屈力はより低くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、熱処理の観点から、最初にひずんでいる材料において緩和が依然として部分的である。実際に、二重層中で応力の平衡が保たれている場合には緩和が中断される。その場合、座屈緩和を損ねるほど横方向緩和を促進するために、多重サイクル法が提案されている。この方法は、新たな応力平衡によって可能となる緩和が得られ、その後被覆層が所与の厚さに削減されるまで、二重層に熱処理を行うことである。これにより、座屈緩和現象を削減しながら、第２の緩和アニールの終わりには新たな応力平衡及び新たな部分的緩和を得ることが可能となる。これら薄化／アニールステップは、被覆層が完全に除去されるまで繰り返される。除去する被覆層の厚さは、各サイクルで同一であっても、又は可変であってもよく、前回のサイクルからの被覆層の厚さの半分と定義することができる。これら２つの変形例を組み合わせるサイクルの最適化も計画されているが、この緩和方法は整備するには依然としてかなりの時間がかかる。
【００１０】
本発明の目的は、上記不利点を修復し、またエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス又は光起電力学向けの少なくとも部分的に緩和されている材料の層を作製するための、迅速で、効果的で、実用的な方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、この目的は、この方法が熱処理の適用中に補剛材層の厚さを漸進的に削減することを含むことによって達成される。
【００１２】
特に有利には、この作製方法が加えて、熱処理の適用前に、ひずみ材料層に、特にはエッチング又は電磁波照射によって島状領域を形成するステップを含む。
【００１３】
本発明の特定の一実施形態によれば、ひずみ材料層は、以下の連続したステップ、すなわち
ａ）核形成基板上に、単結晶性ひずみ材料層又は多結晶性ひずみ材料層を堆積させるステップと、
ｂ）リフロー層を介してひずみ材料層と支持基板とを組み合わせるステップと、
ｃ）核形成基板を部分的に取り除くステップと、により形成される。
【００１４】
本発明の別の特定の実施形態によれば、核形成基板の除去が部分的で、補剛材層は、少なくとも一部が核形成基板の残余部によって形成される。
【００１５】
本発明の特定の一態様によれば、リフロー層が少なくとも１種の低粘度材料で構成され、特にこの材料が、好ましくは３〜７％、より好ましくは３〜５％のホウ素を含むホウリンケイ酸塩ガラスである。
【００１６】
本発明の好ましい一実施形態によれば、補剛材層がＧａＮであり、ひずみ材料層がＩｎＧａＮであり、補剛材層のエッチングが、ＨＣｌを含む雰囲気中で行われる。
【００１７】
また、本発明は半導体デバイスを作製する方法に関する。この方法は、本発明による少なくとも部分的に緩和されている材料の層を供給するステップと、少なくとも部分的に緩和されている材料層上に少なくとも１つの活性層を形成するステップを備える。特に、これらの活性層は、レーザ部品、光起電性部品又は電界発光ダイオードの活性層である。
【００１８】
本発明の特定の方法によれば、少なくとも部分的に緩和されている材料層がIII／Ｎ（窒素）材料（III／Ｎ  ｍａｔｅｒｉａｌ）であり、活性層がIII／Ｎ材料であり、少なくとも１つの活性層の形成が、少なくとも部分的に緩和されている材料層の材料のうち第III族元素の極性面上でエピタキシーによって行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明による第１の実施形態を示す図である。
【図３】本発明による別の実施形態を示す図である。
【図４】本発明による別の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製する異なるステップを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製する異なるステップを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製する異なるステップを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製する異なるステップを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製する一変形例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製する一変形例を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製する一変形例を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従って得られる、少なくとも部分的に緩和されている材料層上への活性層の作製を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に従って得られる、少なくとも部分的に緩和されている材料層上への活性層の作製を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に従って得られる、少なくとも部分的に緩和されている材料層上への活性層の作製を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製するための方法の実施の一例を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製するための方法の実施の一例を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態に適合するひずみ層を緩和するための基板を作製するための方法の実施の一例を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態に適合するひずみ材料層島状領域を緩和するための方法の、また材料の所望の極性を露出させるための島状領域の転写の実施の一例を示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態に適合するひずみ材料層島状領域を緩和するための方法の、また材料の所望の極性を露出させるための島状領域の転写の実施の一例を示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態に適合するひずみ材料層島状領域を緩和するための方法の、また材料の所望の極性を露出させるための島状領域の転写の実施の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、リフロー層２と補剛材層４との間に位置するひずみ材料層３を備える構造１０を示す。好ましくは、構造１０は、上にリフロー層２が設けられている支持基板１も備える。支持基板１は、熱処理の適用中に構造１０の剛性を強化する。
【００２１】
上記熱処理を適用して、リフロー層２をリフロー層２のガラス転移温度以上の温度まで至らせると、その間に補剛材層４の厚さが図２に示すように漸進的に削減される。
【００２２】
その格子定数が、通常の格子定数、すなわち、自然な状態における格子定数よりも小さい又は大きい場合に、その下にある材料との界面において伸張的に又は圧縮的にそれぞれひずみを受けていると、材料は称されることに注意した。また、用語「層」は広義に理解されなければならないことも示しており、すなわち、層は連続であっても、又は不連続であってもよい。
【００２３】
リフロー層は、ガラス転移温度を超える温度とした場合に流動し粘性となる非晶質材料の層を指すと理解される。好ましくは、低粘度リフロー層、すなわち、そのガラス転移温度がかなり低い層を本発明に使用する。例えば、高粘度酸化物のガラス転移温度は、１０００℃程度又は１２００℃を下回り、低粘度酸化物のガラス転移温度は６００℃と１０００℃との間に位置する。
【００２４】
本発明によるリフロー層２の非晶質材料は、ホウケイ酸塩ガラス（ｂｓｇ）若しくはホウリンケイ酸塩ガラス（ｂｐｓｇ）を形成するためにボロンによって、又はボロン及びリンによってドーピングされた、リチウムをベースとするガラスなどのガラス又はＳｉＯ２などの酸化物でもよい。ボロンの割合により酸化物のガラス転移温度が決まるため、酸化物組成を固定して所望の温度で酸化物を粘性とすることが可能である。例えば、ボロンを４．５％含有するｂｐｓｇの層のガラス転移温度は約６５０℃である。リフロー層２の材料は、７５０℃〜１０５０℃、好ましくは８５０℃〜９５０℃で熱処理を行うことができるように選択することができる。
【００２５】
本発明の特定の一実施形態によれば、リフロー層２はホウリンケイ酸塩ガラスで、酸化物のボロン含有量は好ましくは７％〜３％である。８５０℃を超える温度で操作することが望まれる場合、ボロン含有量は好ましくは４％以下である。
【００２６】
従って、構造１０のリフロー層２が、リフロー層２の材料が粘性状態に転移可能となるガラス転移温度を超えている場合、ひずみ材料層３は少なくとも部分的に緩和することができ、少なくとも部分的に緩和されている材料層５となる。この緩和は、その表面に設けられている補剛材４の存在により主に横方向の弾性変形によって行われる。補剛材層４は、横変形を支持する座屈によって、亀裂の形成によって、又は表面粗さの増大によって、変形の速度を制限することに寄与する。しかし、ひずみ材料層３に接触している補剛材４は、ひずみ材料の緩和に抵抗する。一部には後者ひずみ材料層３の厚さに依存する、補剛材によってもたらされる抵抗が、緩和へと押し進む力にかなり直面している限り、ひずみ材料の緩和は部分的なままとなる。こういうわけで、ガラス転移温度を超える温度でリフロー層２を維持しながら補剛材４の厚さを漸進的に削減することにより、効果を表す力のバランスを連続的に取り戻すことが可能となり、ひずみ材料の完全な、又は少なくとも部分的な横方向緩和を得ることができる。
【００２７】
好ましくは、構造１０を構成する全ての層も加熱されるように加熱装置内で構造１０全体を加熱することによって、リフロー層２をそのガラス転移温度を超えるようにする。しかし、リフロー層２の高さで局所的な熱処理を適用することも考えられる。
【００２８】
補剛材層４は、材料層３が圧縮の点又は張力の点でそれぞれ応力を示す場合には、ひずまない、すなわち有利には圧縮又は引張応力を有するように堆積させた材料で構成することもできる。使用する堆積方法は、化学液相堆積、化学気相堆積又は分子線堆積から選択することができる。
【００２９】
補剛材層４の材料は、単結晶、多結晶又は非晶質であってもよい。この材料は、考慮される温度で十分な剛性を可能にし、所望の剛化効果を示すように、適合した熱機械特性を示すべきである。この材料はゲルマニウム又はシリコンであってもよく、III／Ｎ材料で構成することもできる。シリコンを選択する場合、このシリコンは、より安価に形成されるため好ましくは多結晶である。このシリコンの厚さは５０ｎｍ〜１μｍであってもよい。
【００３０】
補剛材層４の厚さを漸進的に削減するための方法は、プラズマ支援ドライエッチング型のドライエッチングであってもよく、又は気相化学反応によるドライエッチングであってもよい。使用するエッチング技法は、構造に適用する熱処理の温度に適合しなければならない。
【００３１】
補剛材層４の厚さは、層が完全に取り除かれるまで削減することができる。熱処理の継続時間はエッチングの終了に依存するが、ひずみ材料層３が完全又は十分には緩和されないことがあり得る。この場合、例えば、ひずみ材料の緩和を完了するために、また主に横方向に、完全に又は少なくとも部分的に緩和されている材料の層５をもたらすために、熱処理を数時間にかけて継続することができる。
【００３２】
ひずみ材料層３の熱機械特性、特にひずみ材料層３のヤング率及び緩和する材料の量に従って、当業者は、座屈、亀裂及び表面粗さの発生を防止しながら、材料層３が少なくとも部分的に、好ましくは横方向に緩和するよう補剛材層４の削減を最適化するために、必要な調整を容易に進めることができる。
【００３３】
ひずみ材料層３は、好ましくは多結晶材料又は単結晶材料である。本発明による一実施形態によれば、ひずみ材料は、第III族元素と窒素とをベースとする２成分、３成分又は４成分の合金材料を含むIII／Ｎ材料である。好ましくはIII／Ｎ材料は、インジウム含有量が３〜３５％である単結晶ＩｎＧａＮである。更に、より好ましくは、ＩｎＧａＮのインジウム含有量が５〜１０％である。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、図３に示すように、ひずみ材料層３を材料の島状領域３ａ、３ｂに切断することができる。これらの島状領域により、横方向緩和を促進しながら座屈又は亀裂形成による緩和を制限することが可能となる。その後、図４に示す少なくとも部分的に横方向に緩和されている材料５ａ、５ｂをもたらす主に横方向の緩和を維持しながら、補剛材層４の厚さ削減速度を加速させることが可能となる。これらの島状領域は、任意の形状及び任意の寸法であってもよい。それら島状領域の作製に関する実質的な理由から、正方形状の島状領域が好ましく、それら島状領域の寸法は、例えば、１００μｍ×１００μｍ〜３ｍｍ×３ｍｍの材料の初期応力によって異なることがある。それら島状領域は、その波長が材料の吸収性（ａｂｓｏｒｂｅｎｔ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）に対応する照射源によって、電磁波照射によって形成することができる。例えば、レーザにより、III／Ｎ型の窒化材料で島状領域を形成することが可能となるが、より詳細には、波長が４００ｎｍ未満であるレーザにより、トレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）をエッチングしてＧａＮの島状領域を形成することが可能となる。これらの島状領域は、当業者には周知のように、マスキング及びエッチングによって形成することもできる。
【００３５】
本発明の一変形例によれば、ひずみ材料が緩和する際に座屈プロセス又は亀裂形成をさらに最小限に抑えるために、リフロー層２の厚さの少なくとも一部に、ひずみ材料層の島状領域３ａ、３ｂ上に整列しているパターン２ａ、２ｂを形成する。場合によっては、図３に示すように、個別の島状領域が得られるまで、リフロー層２の厚さ全体にパターンを作製する。好ましくは、これらの島状領域２ａ、２ｂは、ひずみ材料島状領域３ａ、３ｂと同じ寸法を有する。
【００３６】
これらの島状領域３ａ、３ｂを形成する実施形態によれば、図４に示すように島状領域５ａ、５ｂにおける緩和を最適化するために、補剛材層４も、図３に示すように、ひずみ材料島状領域３ａ、３ｂ上に整列している島状領域４ａ、４ｂの形に切断する。
【００３７】
本発明は、構造１０を作製する方法にも関する。図５に示すように、まず、第一に、例えばエピタキシーによって、材料の格子定数が層３の材料の格子定数とは異なる核形成基板１１上にひずみ材料層３を堆積させる。このエピタキシーは、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシー）やＭＢＥ（分子線エピタキシー）など公知の方法に従って行うことができ、連続していてもよい単結晶又は多結晶ひずみ材料の層３がその後得られる。単純な堆積によって多結晶材料層３を得ることもできる。このひずみ材料層３の厚さは、蓄積した応力が塑性変形を招き、従って、層材料３の結晶学的性質を変えることを回避するために、好ましくは制限される。ひずみ材料層３の厚さは、成長中に転位又は亀裂型の欠陥を生じることなく、５０ｎｍ〜２μｍで機能する材料の性質によって異なってもよい。
【００３８】
核形成基板上に形成されたマスクを用いてエピタキシーを行う場合、不連続層３を得ることができ、またこの不連続層３は、寸法が５０μｍ×５０μｍ〜３ｍｍ×３ｍｍに及ぶ島状領域３ａ、３ｂを備えることができる。それら島状領域も任意の形状であってもよい。核形成基板１１は固体であっても、又は複合体であってもよい。層３をその上に形成することになるシード層１５と、機械的支持体１６とを備える（図示せず）複合基板１１が、シード層１５と機械的支持体１６との間で格子定数及び熱膨張係数による応力を分離することができるという利点を示し、又は例えば、機械的支持体１６が多結晶である、若しくは再利用することができる場合には基板の費用を制限することができるという利点を示す。
【００３９】
図６を参照すると、ひずみ材料層３、３ａ、３ｂ上に、又はひずみ材料層３、３ａ、３ｂ及び支持基板１上にリフロー層２、２ａ、２ｂが堆積されている。その後、層３、３ａ、３ｂの面と、支持基板１の面とを、図７に示すようにリフロー層２、２ａ、２ｂを介して組み合わせる。この組立体は、分子付着結合を備えることができる。その結果リフロー層２、２ａ、２ｂは、０．１μｍ〜５μｍの厚さを示すことができる。
【００４０】
その後、核形成基板１１を層３から少なくとも部分的に除去する。例えば機械的若しくは化学的薄化又は電磁波照射によって、層３との界面でこの除去が完了している場合、所望の厚さを得て図８に示す構造１０がもたらされるまで、ひずみ材料層３、３ａ、３ｂの露出面上に直接、補剛材層４、４ａ、４ｂを堆積させる。
【００４１】
図９及び１０に示すように、例えば基板１１内の脆化ゾーン１３の高さで、機械的及び／又は化学的薄化によって、或いは分割（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）によって核形成基板１１の部分的な除去を行うことができる。この脆化ゾーンは、図９に示すように、例えばＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）技術に従ってイオン種を導入することによって、基板１１内に前もって形成しておくことになる。図１１に示す核形成基板１１の残余部１４は、その後補剛材層４の少なくとも一部を形成することができる。この残余部１４上に材料層を堆積させて、所望の補剛材層４の形成を完了することもできる。あるいは、補剛材層４の形成前に、残余部１４を取り除くこともできる。残余部１４の厚さは、注入したイオン種のエネルギ及びこれら種が横切る材料層の厚さによって異なる。残余部１４の厚さは、５０ｎｍ〜１μｍでよい。
【００４２】
本発明の別の態様によれば、図１２に示すように、熱処理を適用し、好ましくは横方向に少なくとも部分的に緩和されている材料層５、５ａ、５ｂを得たら、補剛材層４、４ａ、４ｂの可能性のある残余部を除去し、１つ以上の材料層のエピタキシーを行って、図１３に示すように活性層６、６ａ、６ｂを形成する。好ましくは、層５、５ａ、５ｂの材料は、少なくとも部分的に横方向に緩和されたら、所望の活性層６、６ａ、６ｂの材料の格子定数と同一又は非常に近い格子定数を示すように選択される。これらの層５、５ａ、５ｂをシード層として使用するため、得られる活性層６、６ａ、６ｂは非常に優れた結晶学的性質を有する。例えば、そのインジウム含有量が５〜１０％である完全に緩和しているＩｎＧａＮの層５、５ａ、５ｂでは、活性層６の少なくとも１つの材料が、好ましくは、５〜１０％の範囲のインジウムを備えるＩｎＧａＮとなる。従って、活性層６は緩和され、５×１０−８／ｃｍ２以下の貫通転位密度（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を示す。それら活性層６は、１００ｎｍ〜２μｍの累積厚さを示してもよい。これらの層は、レーザ又は光起電性部品若しくは電界発光ダイオードとして使用することができるように必要な結晶学的性質を有する。
【００４３】
加えて、構造１０上に直接活性層６、６ａ、６ｂのエピタキシーを行う場合、緩和を可能にする熱処理温度が、活性層のエピタキシー温度を超えることが好ましい。８００℃で行うＩｎＧａＮのエピタキシーの場合、使用するホウリンケイ酸塩ガラスのボロン含有量が有利には４％未満となる。
【００４４】
極性III／Ｎ材料の場合、Ｎ極性面上よりも、第III族元素極性面、すなわち、ＩｎＧａＮのガリウム上にエピタキシーがより容易であることが知られている。その後、活性層のエピタキシーのための第III族元素極性面を示すために、接着層１７を介して図１４に示すように最終基板１８上に、少なくとも部分的に横方向に緩和されている材料層５、５ａ、５ｂを転写することが必要となることがある。
【００４５】
本発明による実施形態の第１の例をこれから説明する。図１５を参照して、窒化ガリウムＧａＮのシード層１５によって覆われているサファイアの機械的支持体１６で構成される核形成基板１１上に、インジウムを１０％含有する厚さ５０ｎｍの窒化インジウムとガリウムとからなる層（ＩｎＧａＮ）３を、エピタキシーによって堆積させる。
【００４６】
このＩｎＧａＮ層は、ＩｎＧａＮ層がその上に形成される窒化ガリウムのシード層１５に対して約１％の格子定数の差を示す。このＩｎＧａＮ層は、５×１０８／ｃｍ２以下の転位密度を、好ましくは１×１０８／ｃｍ２以下の密度を示す。
【００４７】
その後、そのボロン含有量が４．５％であるホウリンケイ酸塩ガラスのリフロー層２を、約５００ｎｍの厚さで、図１６に示すようにＩｎＧａＮ層３上に堆積させる。場合により、材料の基板１との付着力を向上させるために、５０ｎｍの埋め込みＳｉＯ２層（図示せず）を、ＩｎＧａＮのガリウム面上に堆積させる。
【００４８】
その後、水素イオン或いは水素及びヘリウムイオンを、ＩｎＧａＮ層及びホウリンケイ酸塩ガラス層を介して総量２．５×１０１７〜６×１０１７原子／ｃｍ２でＧａＮ中に注入して、脆化ゾーン１３を形成する。この脆化ゾーンは、図１６に示すように、一方の、サファイアの機械的支持体とガリウム層の残余部とを備えるネガティブ（ｎｅｇａｔｉｖｅ）１２と、他方の、厚さ１５０ｎｍのＧａＮで構成される残余部１４とを区切る。
【００４９】
厚さ１μｍの支持基板１上に、ホウリンケイ酸塩ガラス層を堆積させ、その後、支持体１上に、またＩｎＧａＮ層３上に堆積させたホウリンケイ酸塩ガラス層の露出面を、それら露出面を密着させる前に、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）技法によって研磨する（図示せず）。このように形成したホウリンケイ酸塩ガラスのリフロー層２は、研磨中に材料の５００ｎｍが除去されるため、約１μｍの厚さを示す。
【００５０】
次いで、核形成基板１１中に形成される脆化ゾーン１３の高さでネガティブ１２から残余部１４を切り離すために、分割熱処理を適用する。この熱処理は、機械的エネルギ又は他の任意のタイプのエネルギの投入によって完了することができる。図１７を参照すると、支持基板１上に転送されたＩｎＧａＮ層３がリフロー層２を介して得られ、ＧａＮで形成されている残余部１４がその後補剛材層４として使用される。
【００５１】
場合により、また図１８を参照して、寸法が１ｍｍ×１ｍｍである補剛材層４ａ、４ｂ、ひずみ材料層３ａ、３ｂ及びリフロー層２ａ、２ｂをそれぞれ備える方形の島状領域を得るために、標準的なリソグラフィ／エッチング法によって、残余部１４、ＩｎＧａＮひずみ材料層３及びリフロー層２をエッチングする。残余部１４から生じる補剛材層４と同化しているとすると、残余部１４は４と参照され、島状領域１４ａ及び１４ｂは４ａ及び４ｂと参照される。
【００５２】
ＨＣｌを含有する中性ガス雰囲気中における熱処理をこの構造に適用して、リフロー層２ａ、２ｂをそのガラス転移温度を超える温度、例えば、４時間で８５０℃に至らせる。ＨＣｌを含有する雰囲気のエッチング効果によって、この熱処理中に補剛材層４ａ、４ｂを薄くする。中性ガス雰囲気中における熱処理は、図１９に示すように、ＩｎＧａＮ層５、５ａ、５ｂ中のＩｎＧａＮ層３、３ａ、３ｂの、完全な横方向の緩和を得るために、すなわち、材料の結晶品質の座屈又は他の劣化なしで、補剛材層４、４ａ、４ｂを完全に除去しても継続する。
【００５３】
ＩｎＧａＮ層５、５ａ、５ｂの露出面は、基板１へのその転写により極性Ｎを示す。ＩｎＧａＮ層５、５ａ、５ｂの露出面はその後、図１９に示す構造を組み立て、また基板１及び層２ａ、２ｂを除去することによって、図２０に示すように接着層１７を介して支持基板１８へと再度転写される。従って、ＩｎＧａＮ材料層５、５ａ、５ｂは、露出ガリウム極性面を呈する。その後、１０％のＩｎＧａＮなどの、又は同程度のインジウム含有量を有するIII／Ｎ材料の１つ以上の層を備える活性層６、６ａ、６ｂを、完全に横方向に緩和されているＩｎＧａＮ層５、５ａ、５ｂのガリウム面上に、エピタキシーによって堆積させてもよい。
【００５４】
本発明の実施例の第２の例によれば、インジウム含有量が５％であるＩｎＧａＮ層３を、マスクを用いることによって核形成基板１１上に不連続に堆積させる。この層の厚さは１００ｎｍで、このように形成した島状領域３ａ及び３ｂは１ｍｍ×１ｍｍの寸法を示す。
【００５５】
リフロー層２ａ、２ｂも島状領域３ａ、３ｂ上に不連続に堆積させ、整列させる。リフロー層材料は、４．５％のボロンを有するホウリンケイ酸塩ガラスである。層２ａ、２ｂは、厚さ２μｍで堆積させる。その後、リフロー層２ａ、２ｂの厚さの１μｍの除去に関与する層に適用されるＣＭＰ研磨ステップの後に、リフロー層２ａ、２ｂを介して層３ａ、３ｂ及び支持基板１を組み合わせる。
【００５６】
核形成基板１１は、機械的薄化によって完全に除去し、多結晶シリコンの不連続補剛材層４ａ、４ｂを厚さ２００ｎｍで島状領域３ａ、３ｂ上に堆積させ、島状領域３ａ、３ｂと整列するように堆積させる。
【００５７】
中性ガス及びＨＣｌの雰囲気中９５０℃で４時間の熱処理をこの構造に適用して、シリコンの補剛材層４、４ａ、４ｂを薄くする。このシリコンは、実際には、緩和を同時に得ることを可能にするＨＣｌを含有する雰囲気によって、この温度でエッチングすることができる。この熱処理は、ＩｎＧａＮ層５ａ、５ｂ中のＩｎＧａＮ層３ａ、３ｂの少なくとも部分的な緩和を得るために、補剛材層４ａ、４ｂが完全に除去されても２時間継続される。
【００５８】
活性層６ａ、６ｂの形成を考慮して層５ａ、５ｂを転写する後続のステップは、第１の実施形態に記載されているとおりである。
【符号の説明】
【００５９】
１…支持基板、２…リフロー層、３…ひずみ材料層、４…補剛材層、６…活性層、１０…構造、１１…核形成基板、１２…ネガティブ、１３…脆化ゾーン、１４…残余部、１５…シード層、１６…機械的支持体、１７…接着層、１８…最終基板。
【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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【外国語明細書】
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