(57)【要約】【課題】平坦性のよい高品質な窒化物単結晶層を第２の基板上に接合した半導体複合装置の製造方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】半導体複合装置の製造方法において、第１の基板１０１の表面に酸化物層１０２を形成する第１の工程と、酸化物層の表面に窒化物単結晶層１０３を形成する第２の工程と、窒化物単結晶層をパターン形成して素子化する第３の工程と、第３の工程の後で、酸化物層をエッチング除去して素子化された窒化物半導体層を第１の基板から剥離する第４の工程と、剥離した窒化物単結晶層を第２の基板表面へ接合する第５の工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の表面に酸化物層を形成する第１の工程と、
前記酸化物層の表面に窒化物単結晶層を形成する第２の工程と、
前記窒化物単結晶層をパターン形成して素子化する第３の工程と、
前記第３の工程の後で、前記酸化物層をエッチング除去して前記素子化された窒化物半導体層を前記第１の基板から剥離する第４の工程と、
前記剥離した窒化物単結晶層を第２の基板表面へ接合する第５の工程と
を含むことを特徴とする半導体複合装置の製造方法。
【請求項２】
前記窒化物単結晶層は、前記酸化物層の表面に形成される第１の窒化物単結晶層とこの第１の窒化物単結晶層の表面に形成されると共に、前記素子化される第２の窒化物単結晶層とから構成され、
前記第１の窒化物単結晶層の、格子定数と熱膨張係数の何れか一方又は双方は、前記第２の窒化物単結晶層よりも前記酸化物層に近似した値を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の窒化物単結晶層の形成温度が第２の窒化物単結晶層の形成温度よりも低い、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の基板は、ＧａxＩｎ1-xＮ（１≧ｘ≧０)基板、ＡｌyＧａ1-yＮ（１≧ｙ≧０)基板、及び、ＡｌzＩｎ1-zＮ（１≧ｚ≧０）基板から選択される１つの基板であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物層は、単結晶層であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項６】
前記酸化物層は、ＺｎxＭｇ1-xＯ（１≧ｘ≧０）層であり、
前記窒化物単結晶層は、ＧａxＩｎ1-xＮ（１≧ｘ≧０)層、ＡｌyＧａ1-yＮ（１≧ｙ≧０)層、及び、ＡｌzＩｎ1-zＮ（１≧ｚ≧０）層から選択される１つの窒化物単結晶層である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の窒化物単結晶層は、
ＳｉＮ、ＳｉＯ2、及び、ＳｉＯＮから選択される１つの誘電体材料からなる島状パターンを備える
ことを特徴とする請求項２乃至請求項６の何れか一項に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項８】
前記第1の基板上に前記酸化物層を形成する工程に先立って前記第１の基板と前記酸化物層間に反応防止層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の基板は、酸化物基板又は炭化物基板の何れかの基板であること特徴とする請求項２に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項１０】
前記酸化物基板は、サファイア基板又はＺｎsＭｇ1-sＯ（１≧ｓ≧０）基板であり、
前記酸化物層は、ＺｎxＭｇ1-xＯ（１≧ｘ≧０）であり、
ｓ＞ｘであることを特徴とする請求項９に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項１１】
前記炭化物基板は、ＳｉＣであることを特徴とする請求項９に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第３の工程は、前記窒化物単結晶層を素子化する工程後に、
前記素子化された窒化物単結晶層の表面に支持体を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体複合装置の製造方法。
【請求項１３】
第１の基板の表面に形成された酸化物層と、
前記酸化物層の表面に形成された第１の窒化物単結晶層と、
前記第１の窒化物単結晶層の表面に形成され、素子化される第２の窒化物単結晶層とを有し、
前記第１の窒化物単結晶層の、格子定数と熱膨張係数の何れか一方又は双方は、前記第２の窒化物単結晶層よりも前記酸化物層に近似した値を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の基板の表面に形成した半導体単結晶層を第２の基板の表面に接合した半導体複合装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異種材料のＬＥＤや異種機能の半導体デバイスを集積化することを目的として、従来より、母材基板の表面に結晶成長した複合デバイスを形成する半導体層を、母材基板から剥離し、異種基板の表面に接合する形態が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、母材基板であるサファイア基板の裏面からレーザ光を照射し、半導体エピタキシャル層をサファイア基板から剥離する、レーザリフトオフ法による製造方法が開示されている。これは、サファイア基板の裏面から照射したレーザ光によって、母材基板と窒化物半導体エピタキシャル層の界面でＧａＮがＧａとＮに分解し、Ｇａの融点が室温近傍であることによって、窒化物半導体エピタキシャル層をサファイア基板から剥離する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３５３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このレーザリフトオフ法による窒化物半導体エピタキシャル層をサファイア基板から剥離して、異種基板（第２の基板）の表面に接合する方法では、剥離した窒化物半導体エピタキシャル層の表面でナノメータオーダの平坦性が得られず、実用上十分な接合力が得られなくなってしまうという課題があった。このため、剥離後にさらに剥離表面の平坦性を向上するための表面処理を行う必要があった。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、平坦性のよい高品質な窒化物単結晶層を第２の基板の表面に接合した半導体複合装置の製造方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の半導体複合装置の製造方法は、第１の基板の表面に酸化物層を形成する第１の工程と、前記酸化物層の表面に窒化物単結晶層を形成する第２の工程と、前記窒化物単結晶層をパターン形成して素子化する第３の工程と、前記第３の工程の後で、前記酸化物層をエッチング除去して前記素子化された窒化物半導体層を前記第１の基板から剥離する第４の工程と、前記剥離した窒化物単結晶層を第２の基板表面へ接合する第５の工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体装置は、第１の基板の表面に形成された酸化物層と、前記酸化物層の表面に形成された第１の窒化物単結晶層と、前記第１の窒化物単結晶層の表面に形成され、素子化される第２の窒化物単結晶層とを有し、前記第１の窒化物単結晶層の、格子定数と熱膨張係数の何れか一方又は双方は、前記第２の窒化物単結晶層よりも前記酸化物層に近似した値を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、平坦性のよい高品質な窒化物単結晶層を第２の基板の表面に接合した半導体複合装置の製造方法及び半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態における第１の基板、酸化物層、及び、窒化物単結晶層の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】第１の実施形態における窒化物単結晶層の構成例を説明するための断面図であり、（ａ）は、構成例（その１）、（ｂ）構成例（その２）である。
【図３】第１の実施形態において、第１の基板から窒化物単結晶を剥離する工程を順追って説明するための断面図である。
【図４】第１の実施形態における窒化物単結晶層を島状にパターン形成する他の工程例を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態において、剥離した窒化物単結晶層を第２の基板上に接合する工程を説明するための断面図である。
【図６】第１の実施形態において、剥離した窒化物単結晶層を接合する他の工程を説明するための断面図である。
【図７】第１の実施形態における半導体複合装置の主な製造工程のフローチャートを示す図である。
【図８】第１の実施形態における窒化物単結晶層の具体的な構成例（発光素子）を説明するための断面図である。
【図９】第１の実施形態における窒化物単結晶層の具体的な構成例（その他の素子）を説明するための断面図である。
【図１０】第１の実施形態における窒化物単結晶層の他の構成例を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における反応防止層を含む第１の基板、酸化物層、及び、窒化物単結晶層の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】第２の実施形態における剥離工程を説明するための断面図である。
【図１３】第２の実施形態における接合工程を説明するための断面図である。
【図１４】第２の実施形態における第２の反応防止層の構成例（その１）を説明するための断面図である。
【図１５】第２の実施形態における第２の反応防止層の構成例（その２）を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態において、第１の基板の表面に発光素子が形成された窒化物単結晶層を有する構成を説明するための、（ａ）上面図、及び、（ｂ）上面図のＡ−Ａ線断面図である。
【図１７】第３の実施形態における剥離工程を説明するための断面図である。
【図１８】第３の実施形態における剥離工程と接合工程を説明するための断面図である。
【図１９】第３の実施形態における接合状態と支持体を除去する工程を説明するための断面図である。
【図２０】第３の実施形態により製造された半導体複合装置の形態例（その１）を説明するための平面図である。
【図２１】第３の実施形態により製造された半導体複合装置の形態例（その２）を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の半導体複合装置の製造方法及び半導体装置の実施形態を、図１乃至図２１を参照して順追って説明する。なお、これらの図面は、本実施形態の要点が明確になるように概略的に示したもので、各構成部分の形状や寸法の関係等は、本発明を限定するものではない。
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１乃至図１０を参照して説明する。
【００１３】
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態における第１の基板１０１、酸化物層１０２、及び、窒化物単結晶層１０３の製造方法を説明するための断面図である。
図１（ａ）において、第１の基板１０１は、結晶成長の母材となる母材基板であって、酸化物基板、窒化物基板、又は、炭化物基板である。酸化物基板としては、例えば、サファイア基板や、Ｚｎ1-xＭｇxＯ（１≧ｘ＞０) 基板、等が使用される。窒化物基板としては、例えば、ＧａＮ基板、ＩｎxＧａ1-xＮ（１≧ｘ≧０）基板、ＩｎxＡｌ1-xＮ （１≧ｘ≧０）基板等が使用される。炭化物の基板としては、ＳｉＣ基板が使用される。
【００１４】
これらの基板は、酸やアルカリに対して、第１の基板１０１の表面に結晶成長する窒化物単結晶層１０３と同等以上の耐食性を有することが望ましい。後記するが、窒化物単結晶層１０３の要件としては、欠陥密度が低いこと、Ｘ線回折によって評価される結晶性が高い（結晶面の傾きや回転のばらつきが小さい）こと等が挙げられる。また、高い結晶品質を有する窒化物単結晶層１０３を得るために、結晶成長する窒化物単結晶層１０３の材料の結晶系と、第１の基板１０１の材料の結晶系とは、同様の結晶系であり、互いに近似する格子定数、熱膨張係数を有する材料であることが望ましい。
【００１５】
通常、半導体結晶層の結晶成長では、結晶成長させる半導体結晶成長層よりも、基板の方が厚くなる。一般的には、基板の厚さは、半導体結晶成長層の厚さの１００倍程度である。このため、基板の熱膨張係数と半導体結晶成長層の熱膨張係数とが近似していれば、高温で結晶成長した場合は、半導体結晶成長層にかかる応力が小さくなり、界面や半導体結晶成長層に発生する結晶欠陥密度が小さくなる。
【００１６】
例えば、第１の基板１０１の材料が、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイアの場合、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイアの熱膨張係数は、それぞれ、５．６×１０-6／Ｋ、４．２×１０-6／Ｋ、７．５×１０-6／Ｋである。ここで、ＡｌＮ基板、あるいは、サファイア基板にＧａＮ等の窒化物半導体結晶層を結晶成長させた場合、基板と窒化物半導体結晶層との熱膨張係数の差が２０〜８０％に及んでしまう。このため、ＧａＮ等の窒化物半導体結晶層を結晶成長させる場合には、サファイア基板を用いるよりも、熱膨張係数の差が小さく、結晶欠陥の発生が少ないＧａＮ基板を用いるとよい。
【００１７】
また、ＺｎＯの格子定数（ａ＝３．２５Å）と、ＧａＮの格子定数（ａ＝３．１８９Å）、ＩｎＮの格子定数（ａ＝３．５４８Å）、及びサファイアの格子定数（ａ＝４．７５８Å）との間でそれぞれ比較する。
ＺｎＯ薄膜をＧａＮ基板、あるいは、ＩｎＧａＮ基板の表面に結晶成長させる場合の方が、後記するＺｎＯ薄膜をサファイア基板上に結晶成長させる場合よりも、それぞれの格子定数の差異がより小さい。このため、基板上の酸化物層１０２は、界面の格子定数が完全に整合させられ、結晶性を高く形成することができる。すなわち、結晶品質が高い酸化物層１０２の形成は、最終的に最も重要な窒化物単結晶層１０３の高い結晶性を実現する。
【００１８】
そして、第１の基板１０１は、表面が適宜、有機溶剤、酸等で表面清浄化処理された後、結晶成長装置に設置される。そして、第１の基板１０１は、基板加熱処理により、清浄な単結晶基板の表面構造が露出し、表面状態が結晶成長に適した基板表面状態にされる。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１０１は、表面に酸化物層１０２が形成される。この酸化物層１０２は、少なくとも、後記する窒化物単結晶層１０３と選択的にエッチング除去可能な性質を備えた単結晶層である。
【００２０】
ここで、選択的にエッチング除去可能とは、少なくとも酸化物層１０２のエッチングレートが窒化物単結晶層１０３のエッチングレートよりも速いことを意味する。また、窒化物単結晶層１０３が複数の層から構成される場合は、少なくとも酸化物層１０２に接する窒化物単結晶層１０３を構成する窒化物単結晶層のエッチングレートが少なくとも酸化物層１０２のエッチングレートよりも遅いことを意味する。ここで、このエッチングレートは、エッチング溶液、又はエッチングガスによる化学的なエッチングで比較している。
【００２１】
酸化物層１０２は、窒化物単結晶層１０３が高い結晶性を備え、結晶欠陥密度が低くなるように単結晶層であることが望ましく、例えば、ＺｎＯ層とすることができる。酸化物層１０２は、単結晶のＺｎＯ層の場合、例えば、３００℃〜１１００℃の温度範囲の成長温度で結晶成長することができる。また、ＺｎＯ単結晶層の結晶面方位は、例えば、（０００１）、（１１−２０）、（１−１００）となるように、第１の基板１０１の結晶方位が適宜選択される。例えば、ｃ面、ａ面、ｍ面の結晶面を持つＺｎＯ結晶成長層となるように、第１の基板１０１の面方位は、ｃ面、ａ面、ｍ面に選択される。また他の例として、第１の基板１０１として、サファイア基板の（１１−２０）面を選択し、この面の表面に、（０００１）面方位のＺｎＯ層を結晶成長させることができる。このように、結晶成長では、格子整合する組み合わせを選択することができる。
【００２２】
酸化物層１０２のＺｎＯ層の結晶成長は、分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法や、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法によって行うことができる。
【００２３】
ＭＢＥ法によるＺｎＯ層の結晶成長は、例えば、結晶成長の原料として、Ｚｎを使い、酸化源としてＯ2、Ｏ3、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ等を使うことができる。また、ＺｎＯ層の結晶成長は、レーザＭＢＥ、プラズマＭＢＥ、パルスレーザデポジション等の方法を用いることもできる。
【００２４】
また、ＭＯＣＶＤ法によるＺｎＯ層の結晶成長は、有機金属原料として、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を使い、酸化源としてＯ2、Ｏ3、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ等を使うことができる。また、有機金属原料として、ジピバイルメタン亜鉛（Ｚｎ（ＤＰＭ）2）等を使ってもよい。
【００２５】
酸化物層１０２は、少なくとも１モノレイヤの層を形成し、より好ましくは、５ｎｍ〜１μｍの厚さとする。ここで、酸化物層１０２は、酸化物層１０２のエッチング液に対するエッチング速度を勘案することにより、最適な層の厚さを決定することができる。
【００２６】
次に、図１（ｃ）に示すように、酸化物層１０２は、表面に窒化物単結晶層１０３が成長される。窒化物単結晶層１０３は、窒化物半導体材料で構成する、単層、又は複数の積層構造を持つ半導体単結晶層とする。
【００２７】
図２（ａ）に示すように同じ材料の窒化物単結晶層１０３は、窒化物結晶層１０３（１）と窒化物単結晶層１０３（２）とに分けて結晶成長し、少なくとも窒化物結晶層１０３（１）の成長温度が、窒化物単結晶層１０３（２）の成長温度よりも低い温度になるように結晶成長する。窒化物単結晶層１０３（２）は、この成長温度よりも低い温度で窒化物単結晶層１０３（１）を成長することにより、酸化物層１０２との反応等による結晶性の劣化等を防止することができ、高品質な結晶成長をすることができる。
【００２８】
窒化物単結晶層１０３（１）を、酸化物層１０２の単結晶ＺｎＯ層のＺｎ面上に成長させる結晶成長方法は、ＭＢＥ法を用いることが望ましく、さらに好適には、マイグレーション・エンハンスド・エピタキシ（Migration Enhanced Epitaxy：ＭＥＥ）法を用いることもできる。
【００２９】
窒化物単結晶層１０３（１）及び窒化物単結晶層１０３（２）の結晶成長において、酸化物層１０２を被覆する窒化物単結晶層１０３（１）として、例えば、少なくとも１モノレイヤの窒化物単結晶層１０３（１）を形成した後に、窒化物単結晶層１０３（２）を結晶成長することができる。
【００３０】
すなわち、窒化物単結晶層１０３（１）と窒化物単結晶層１０３（２）との結晶成長の温度を変えることによって、窒化物単結晶層１０３（１）と酸化物層１０２との界面の急峻性を高めると共に、窒化物単結晶層１０３（２）の結晶性を高めることができる。ここで、窒化物単結晶層１０３は、ＧａＮ層の他、ＧａxＩｎ1-xＮ（１≧ｘ≧０）、ＡｌyＧａ1-yＮ （１≧ｙ≧０）、ＩｎzＡｌ1-zＩｎ（１≧z≧０）等の窒化物半導体材料で構成することができる。
【００３１】
また、図２（ｂ）に示すように、窒化物単結晶層１０３を、異なる材料の窒化物単結晶層、例えば、窒化物単結晶層１０３ａと窒化物単結晶層１０３ｂとに分けて結晶成長させることもできる。この場合、窒化物単結晶層１０３ａとしてＡｌＮ層を形成し、窒化物単結晶層１０３ｂとして、ＧａxＩｎ1-xＮ（１≧ｘ≧０）、ＡｌyＧａ1-yＮ（１≧ｙ≧０）、ＩｎzＡｌ1-zＮ（１≧ｚ≧０）等の窒化物半導体材料を結晶成長させることができる。さらに、窒化物単結晶層１０３ａの結晶成長温度と窒化物単結晶層１０３ｂの結晶成長温度との何れか一方又は双方を変えてもよい。例えば、窒化物単結晶層１０３ａの成長温度を、窒化物単結晶層１０３ｂの成長温度よりも低くすることもできる。
【００３２】
また、窒化物単結晶層１０３（１）、あるいは、窒化物単結晶層１０３ａの結晶成長工程に先立って、ＡｌＮバッファ層等の窒化物層を形成することもできる。さらに、このＡｌＮバッファ層の結晶成長は、窒化物単結晶層１０３（１）、あるいは、窒化物単結晶層１０３ａの成長温度よりも低い温度で行うこともできる。例えば、５００℃以下の成長温度で、ＡｌＮバッファ層を形成することもできる。
【００３３】
また、窒化物単結晶層１０３ａは、酸化物層１０２を被覆する１モノレイヤの厚さの結晶成長層とすることができる。さらにまた、窒化物単結晶層１０３の合計の厚さは、１０μｍ以下とする。この厚さの上限値は、後記する第１の基板１０１からの剥離工程における窒化物単結晶層１０３層のハンドリング、そして、異種基板である第２の基板２０１上に接合する際の接合特性、さらに、第２の基板２０１上で窒化物単結晶層１０３層上に形成する配線材料や層間絶縁膜材料の良好な被覆性（ステップカバレッジ）を確保するための上限の層厚である。
【００３４】
本実施形態では、第１の基板１０１の表面に酸化物層１０２のＺｎＯ層を形成し、この酸化物層１０２の表面にＺｎＯ層と格子定数の差異が５％以下の窒化物単結晶層１０３を結晶成長するので、サファイア基板の表面やＳｉ基板の表面に直接窒化物単結晶層を結晶成長する場合と比較して、欠陥が少なく高品質な窒化物単結晶層１０３を得ることができる。
【００３５】
次に、図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照して、前記した窒化物単結晶層１０３を第１の基板１０１から剥離する工程を順追って説明する。
【００３６】
図３（ａ）は、第１の基板１０１の表面に酸化物層１０２及び窒化物単結晶層１０３を結晶成長した状態を示す断面図である。次に、図３（ｂ）に示すように、窒化物単結晶層１０３を所望の形状にエッチングして島状パターンに分離する。この際少なくとも酸化物層１０２が露出するように窒化物単結晶層１０３をエッチングする。エッチングは、例えば、塩素系のドライエッチング法によって行うことができる。
【００３７】
次に図３（ｃ）に示すように、酸化物層１０２のみを、窒化物単結晶層１０３及び基板１０１に対して選択的にエッチング除去する。本実施形態のように、酸化物層１０２をＺｎＯ層とした場合には、沸酸、塩酸、ＫＯＨ等の酸やアルカリを含むエッチング液を用いたウェットエッチング法によって、選択的に酸化物層１０２であるＺｎＯ層のみをエッチングすることができる。酸化物層１０２のエッチング途中の様子をエッチングされた酸化物層１０２ａとエッチング途中残りの酸化物層１０２ｂで示した。また、酸やアルカリのガスを含むエッチングガスによるドライエッチング法によって、酸化物層１０２のみを選択的にエッチングすることもできる。
【００３８】
そして、図３（ｄ）に示すように、完全に酸化物層１０２をエッチング・除去することによって、窒化物単結晶層１０３を第１の基板１０１から剥離する。このとき、窒化物単結晶層１０３の剥離された面を剥離面Ａと称す。この窒化物単結晶層１０３の剥離工程では、第１の基板１０１から剥離する窒化物単結晶層１０３の表面に、窒化物単結晶層１０３を支持するための支持体を図示していないが、適宜支持体を設けることによって、窒化物単結晶層１０３を基板１０１から剥離した後のハンドリングを行うことができる。
【００３９】
酸化物層１０２のＺｎＯ層を、第１の基板１０１及び窒化物半導体層１０３に対して選択的にエッチング除去することによって、第１の基板１０１から剥離した窒化物半導体層１０３の剥離面Ａが高い平坦性を得ることは、剥離した窒化物半導体層１０３を後記する第２の基板２０１上に接合するために重要である。
【００４０】
前記方法によって、良好な結晶状態の酸化物層１０２のＺｎＯ層の表面に、窒化物単結晶層１０３（１）を窒化物単結晶層１０３（２）よりも低い成長温度でＧａＮ層を結晶成長させると共に、窒化物単結晶層１０３（１）の表面に、窒化物単結晶層１０３（２）を窒化物単結晶層１０３（１）よりも高い温度で結晶成長させることにより、酸化物層１０２のＺｎＯ層と窒化物単結晶層１０３（１）との良好な界面状態（急峻な界面）を実現することができる。このため、酸化物層１０２のＺｎＯ層を選択的にエッチングすることによって得られる窒化物単結晶層１０３の剥離面は、極めて良好な平坦性を実現することができる。
【００４１】
なお、図４に示すように窒化物単結晶層１０３を島状にパターン形成する工程では、図４（ａ）のように酸化物層１０２を含めてパターン形成してもよいし、図４（ｂ）に示すように第１の基板１０１に至るパターン１０１ａまでパターン形成してもよい。
【００４２】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したように、図３（ｄ）に示した第１の基板１０１から剥離した窒化物単結晶層１０３と、第１の基板１０１とは異なる材料の第２の基板２０１とを互いに接合する。窒化物単結晶層１０３を第２の基板２０１の表面に接合する際には、図５（ａ）に示したように窒化物単結晶層１０３の剥離面Ａと第２の基板２０１の表面との間に働く分子間力で接合Ｂさせる（図５（ｂ））。
【００４３】
また、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第２の基板２０１の表面に別の材料層（接合層）２０２を設けて、この材料層２０２の表面に窒化物単結晶層１０３を接合することもできる。ここで材料層２０２は、誘電体層又は導電体層を使うことができる。誘電体層は、例えば、有機物層が用いられ、導電体層は、例えば、金属層や透明導電体層が用いられることができる。上記接合の他、表面分子間の共有結合の形成、あるいは、窒化物単結晶層１０３を構成する分子と材料層２０２を構成する分子の間の化合物の形成を利用した接合を行うこともできる。
【００４４】
前記工程によって、第１の基板１０１の表面に形成した窒化物単結晶層１０３は、選択エッチング法により第１の基板１０１から剥離され、異なる第２の基板２０１の表面に接合されることができる。ここで、異なる第２の基板２０１としては、材料の構成、導電性や導電型などの電気的特性、透過率や屈折率などの光学的特性、サイズ等の条件が、第１の基板１０１と異なる場合と共に、材料構成や特性、サイズが第１の基板１０１と同等であっても別の基板であることを含む。
【００４５】
なお、図７に、本発明の第１の実施形態における半導体複合装置の主な製造工程のフローチャートを示す。主な製造工程は、第1の基板の表面に酸化物層及び窒化物単結晶層を順次形成する（ステップＳ１）、窒化物単結晶層をパターン形成して素子化する（ステップＳ２）、酸化物層をエッチング除去して窒化物単結晶層を第1の基板から剥離する（ステップＳ３）、そして、窒化物単結晶層を第２の基板表面へ接合する（ステップＳ４）、である。
【００４６】
以下、図８及び図９を参照して、窒化物単結晶層１０３の具体的な構成例について説明する。図８を参照して、発光素子を構成する窒化物単結晶層１０３の構成例を説明し、図９を参照して、別の素子を構成する窒化物単結晶層１０３の構成例を説明する。
【００４７】
図８（ａ）では、ｎ型ＧａＮ層５０２、ｎ型ＡｌsＧａ1-sＮ層（１≧ｓ≧０）５０３、多重量子井戸（ＭＱＷ）層５０４で、例えば、ＧａyＩｎ1-yＮ／ＧａxＩｎ1-xＮ      （１≧ｙ＞ｘ≧０) ＭＱＷ層、ｐ型ＡｌtＧａ1-tＮ層（１≧ｔ≧０）５０５、ｐ型ＧａＮ層５０６とすることができる。また、図８（ｂ）に示すように、例えば、図８（ａ）の構成の結晶成長層を形成する前に、バッファ層５０１として、ＧａiＩｎ1-iＮ層（１≧ｉ≧０）又はＡｌjＧａ1-jＮ層（１≧ｊ≧０）を設けることもできる。そして、図８（ｃ）では、バッファ層６０１として、例えば、ＧａiＩｎ1-iＮ層（１≧ｉ≧０）又はＡｌjＧａ1-jＮ層（１≧ｊ≧０）を設け、ｎ型ＧａＮ層６０２、ＧａxＩｎ1-xＮ層（１≧ｘ≧０）６０３、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ層（１≧ｙ≧０）６０４、ｐ型ＧａＮ層６０５である。なお、この場合、バッファ層６０１は、適宜省略することもできる。
【００４８】
図９（ａ）は、バッファ層７０１として、例えば、ＧａiＩｎ1-iＮ層（１≧ｉ≧０）又はＡｌjＧａ1-jＮ層（１≧ｊ≧０）を設け、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層（１≧ｘ≧０）７０２、ｉ型ＡｌyＧａ1-yＮ層（１≧ｙ≧０）７０３、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層（１≧ｘ≧０）７０４とすることができる。このバッファ層７０１は、適宜省略することもできる。また、図９（ｂ）に示すように、バッファ層８０１として、例えば、ＧａiＩｎ1-iＮ層（１≧ｉ≧０）又はＡｌjＧａ1-jＮ層（１≧ｊ≧０）を設け、ｎ+型ＡｌxＧａ1-xＮ層（１≧ｘ≧０）８０２、ｎ-型ＡｌyＧａ1-yＮ層（１≧ｙ≧０）８０３、ｐ型ＧａＮ層８０４、ｐ+型ＧａＮ層８０５である。そして、このバッファ層８０１は、適宜省略することもできる。
【００４９】
図９（ｃ）では、アンドープＧａＮ層９０２、ＡｌxＧａ1-xＮ（１≧ｘ≧０）層９０３、ｎ型ＧａＮ層９０４である。そして、図９（ｄ）では、アンドープＧａＮ層１００２、ｎ型ＧａＮ層１００３である。これら図９（ｄ）及び（ｃ）においても、アンドープＧａＮ層９０２、１００２の下に、バッファ層として、例えば、ＧａiＩｎ1-iＮ層（１≧ｉ≧０）又はＡｌjＧａ1-jＮ層（１≧ｊ≧０）を適宜設けることもできる。
【００５０】
またさらに、図１０に示すように、図８（ｂ）で説明した窒化物単結晶層１０３の構成例の構造に、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の島状パターン１１１０を設け、この島状パターン１１１０の表面に、ＧａＮ層１１２０を設けた構成とすることもできる。この構成とすることで、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の島状パターン１１１０を設けた領域のＧａＮ層１１２０に欠陥が貫通しない領域を形成することができる。この方法は、横方向成長（ラテラル成長）を利用したもので、転位の発生方向を横方向に逃がして窒化物単結晶層１０３の厚み方向への欠陥密度を低減する効果がある。
【００５１】
前記したように、本発明の第１の実施形態の複合半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、第１の基板１０１の表面に、第１の基板１０１の格子定数との整合性を考慮した酸化物層１０２の単結晶ＺｎＯ層を成長すると共に、この酸化物層１０２の表面に、酸化物層１０２の単結晶ＺｎＯ層の格子定数と近似した欠陥の少ない高品質な窒化物単結晶層１０３を形成することが可能となる。
【００５２】
そして、窒化物単結晶層１０３に対して選択的にエッチング可能な酸化物層１０２を形成する工程と、酸化物層１０２を第１の基板１０１及び窒化物単結晶層１０３に対し選択的にエッチングすることで、窒化物単結晶層１０３を第１の基板１０１から剥離する工程と、第１の基板１０１から剥離した窒化物単結晶層１０３を形成する工程とを備え、この格子欠陥が少ない高品質な窒化物単結晶層１０３を別の第２の基板２０１の表面に接合した高品質の複合半導体装置を製造することができる。
【００５３】
さらにまた、母材基板である第１の基板１０１の再利用が可能となる等の効果を奏する。
【００５４】
（変形例）
酸化物層１０２の材料として、ＺｎＯを形成したが、ＺｎxＭｇ1-xＯ層（ｘ＞０）を結晶成長することもできる。さらに、第１の基板１０１の材料として、ＺｎsＭｇ1-sＯ基板（１≧ｓ＞ｘ)を使うこともできる。あるいはまた、第１の基板１０１の材料として、窒化物基板を使うこともできる。この窒化物基板として、例えば、ＧａxＩｎ1-xＮ基板（１≧ｘ≧０）、ＡｌyＧａ1-yＮ基板（１≧ｙ≧０）等の自立単結晶基板を使うことができる。
【００５５】
また、窒化物単結晶層１０３を形成した後に、半導体素子を窒化物単結晶層１０３に作製するにあたり、例えば、図８（ａ）に示した窒化物単結晶層１０３の構成例における最上層のp型ＧａＮ層５０６の表面にＩＴＯやＺｎＯなどの透明電極を設けてもよい。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図１１乃至図１５を参照して順追って説明する。なお、第１の実施形態で参照した構成要素と同様な要素については、同様の符号を付してあり、特に説明を要する以外には、その説明を省略する。
【００５７】
第１の実施形態では、第１の基板１０１の表面に、選択的にエッチング除去する酸化物層１０２を直接結晶成長する形態について説明したが、第２の実施形態では、酸化物層１００３と基板１００１との間に、別の層を形成する工程を設けることを特徴とする。以下、図１１を参照して第２の実施形態について説明する。
【００５８】
図１１（ａ）で第１の基板１００１は、窒化物単結晶基板で、例えば、ＧａＮ基板、ＧａxＩｎ1-xＮ基板（１≧ｘ≧０）、ＡｌyＧａ1-yＮ基板（１≧ｙ≧０）等の自立単結晶基板である。
【００５９】
図１１（ｂ）に示すように、第１の基板１００１の表面に、第１の反応防止層１００２を形成する。第１の反応防止層１００２は、アモルファス材料、多結晶材料、又は、単結晶材料である。この第１の反応防止層１００２は、この層の表面に形成する酸化物層１００３と第１の基板１００１との反応を防止するための第１の反応防止層である。第１の反応防止層として、例えば、ＭＢＥ法またはＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮ層を形成する。
【００６０】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、ＭＢＥ法またはＭＯＣＶＤ法によって酸化物層１００３を形成する。酸化物層１００３は、第１の実施形態と同様、選択的にエッチング除去される層で、例えば、ＺｎＯ層を形成する。この酸化物層１００３は第１の実施形態で述べたように、単結晶層であることが望ましい。
【００６１】
続いて、図１１（ｄ）に示すように、酸化物層１００３の表面に、第２の反応防止層１００４を形成する。この第２の反応防止層１００４は、この層の表面に結晶成長する窒化物単結晶層１００５と酸化物層１００３との間の反応を防止するための第２の反応防止層１００４である。なお、この第２の反応防止層１００４の具体例については、後記する。そして、図１１（ｅ）に示すように、窒化物単結晶層１００５を結晶成長する。
【００６２】
図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）と、次の図１３（ａ）乃至図１３（ｂ）とを参照して、本実施形態における剥離工程と接合工程とを説明する。図１２（ａ）は、図１１で説明した結晶成長が完了した状態（図１１（ｅ）と同様の図である）であり、図１２（ｂ）は、第１に実施形態の図４（ａ）と同様、酸化物層１００３も含めてパターン形成して、少なくとも選択エッチング層１００３の側壁が露出するように、第２の反応防止層１００４と窒化物単結晶層１００５とを、塩素系のガスを用いた周知の異方性ドライエッチング法により、島状のパターンに形成する。
【００６３】
次に、図１２（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様に、酸化物層１００３を選択的にエッチングして、第２の反応防止層１００４を有する窒化物単結晶層１００５を第１の基板１００１から剥離する。このとき、エッチングされていく酸化物層１００３の状態変化をエッチングされた酸化物層１００３ａとエッチング残部１００３ｂとを示した。
【００６４】
次に、図１３（ａ）に示すように、剥離した第２の反応防止層１００４を有する窒化物単結晶層１００５を、第２の基板１０１０の表面に接合する。このとき、図１３（ｂ）に示すように、第２の基板１０１０の表面に、材料層（接合層）１０２０として、誘電体層又は導電体層を設けて、この材料層（接合層）１０２０の表面に、第２の反応防止層１００４を有する窒化物半導体層１００５を接合することもできる。このときの接合方法及び材料層（接合層）１０２０層については、第１の実施形態で説明した接合方法、材料層を適用することができる。
【００６５】
次に、図１４及び図１５を参照して、第２の反応防止層１００４の具体的な構成例を示す。まず、図１４（ａ）に示したように、ＡｌＮ層１５０２とＧａＮ層１５０４との積層対を複数対積層した第２の反応防止層とすることができる。また、図１４（ｂ）のように、ＳｉＯ2層又はＳｉＮ層を絶縁膜層１５１０として設け、その上層に、ＡｌＮ層１５０２とＧａＮ層１５０４との積層対を複数対積層した構成の第２の反応防止層とすることもできる。
【００６６】
また、図１５（ａ）に図示したようにＧａＮ層１５２０の表面に、第１の実施形態で図１０を参照して説明した島状パターン１１１０と同様の目的で、ＳｉＯ2層、ＳｉＮ層、ＳｉＯＮ層等の島状パターン１５２２を設け、その表面にＧａＮ層１５２４を設けた積層構造を形成してもよい。さらに、図１５（ｂ）に示したように、図１５（ａ）で説明した反応防止層の最下層にＡｌＮ層１５２６を形成した構成とすることもできる。
【００６７】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態の複合半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、前記第１の実施形態の効果に加え、以下に示すさらなる効果を奏する。
第１の基板１００１として窒化物単結晶基板を用い、その表面の選択的エッチングを行う酸化物層１００３との間に第１の反応防止層１００２、そして、酸化物層１００３と窒化物半導体層１００５との間に第２の反応防止層１００４を形成する工程を設けたので、第１の実施形態の製造方法の効果に加えて、結晶成長の過程で窒化物単結晶層１００５の結晶品質に影響を及ぼす欠陥の導入や結晶性の乱れなどの発生を防止することができると共に、高品質な窒化物単結晶層１００５を備えた複合半導体装置を製造することができる。
【００６８】
（変形例）
なお、第２の実施形態において、第２の反応防止層１００４を省略することもできる。
【００６９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態及び第２の実施形態の半導体複合装置の製造方法及び半導体装置に、さらに、素子構造を形成する工程を設けた半導体複合装置の製造方法及び半導体装置である。図１６乃至図２１を参照して、第３の実施形態について説明する。
【００７０】
図１６は、例えば、窒化物単結晶層１００５に発光素子が形成された半導体複合装置の製造方法及び半導体装置を説明するための図である。図１６は、それぞれ、上面図（ａ）、及び、断面図（ｂ）（上面図（ａ）のＡ−Ａ線断面）を示す。第２の実施形態で述べたように、第１の基板１００１の表面に、後に選択的エッチングによって除去する酸化物層１００３を形成し、第２の反応防止層１００４を形成し、さらに窒化物単結晶層１００５を形成する。ここで、窒化物単結晶層１００５は、例えば、図８（ａ）に示したような発光素子の構造を有する。
【００７１】
素子化の工程として、窒化物単結晶層１００５の表面から第１の基板１００１表面に至る各結晶成長層をエッチング除去する。さらに、窒化物半導体層１００５内の、ｐ型層、量子井戸（ＭＱＷ）層及びｎ型層をエッチングして、窒化物半導体層１００５の最下層であるｎ型ＧａＮ層２２２２の表面を露出させる。なお、発光領域２２２０は、図８（ａ）の発光層（活性層）のＭＱＷ層５０４を含む窒化物単結晶層１００５である。
【００７２】
そして、層間絶縁膜２２１０を形成し、ｎ型コンタクト領域となるｎ型ＧａＮ層２２２２の表面、及び、ｐ型コンタクト領域となる図８のｐ型ＧａＮ層５０６の表面上に、開口部を形成した後、ｎ型電極２２１４とｐ型電極２２１２とをそれぞれ形成する。発光素子の形成工程では、ｐ型領域の活性化、オーミックコンタクト形成のための加熱処理を行う。
【００７３】
次に、図１７に示したように、次の剥離工程において、素子化された窒化物単結晶層１００５を保護及び支持するための支持体２２５０を形成する（図１７（ａ））。この支持体２２５０は、例えば、ＳｉＮの無機誘電体膜、スピンコート膜等の有機絶縁膜を素子化された窒化物単結晶層１００５の素子表面に堆積してパターン形成する。そして、図１７（ｂ）に示すように、酸化物層１００３層を選択的にエッチング除去する。エッチングの状況としては、酸化物層１００３層は、第２の反応防止層１００４の下側側面直下部の酸化物層１００３層端部からエッチングされていき（１００３ａ）、そして、エッチングが進むにつれて、酸化物層１００３層の残部１００３ｂは、少領域となっていき、最終的には、第２の反応防止層１００４の下側領域にわたり除去される。
【００７４】
そして、図１８（ａ）に示すように、支持体２２５０によって支持された、第２の反応防止層１００４を有する素子化された窒化物単結晶層１００５、層間絶縁膜２２１０、p型ｎ型の各電極２２１２、２２１４（以後、支持体２２５０を除く、これらの部位を総称して、薄膜素子２２６０と記載する）は一体として、第１の基板１００１から剥離される。この場合の剥離面Ａは、エッチングされた酸化物層１００３層側の第２の反応防止層１００４の面となる。この酸化物層１００３層のエッチングについては、第１の実施形態で述べた方法を適用することができる。
【００７５】
そして、図１８（ｂ）に示すように、第２の基板２４０１の表面に形成された、無機誘電体膜あるいは有機絶縁膜、導電体層等の材料層（接合層）２４０２を介して、剥離した薄膜素子２２６０の剥離面Ａを接合Ｂする。接合方法は、第１の実施形態、及び、第２の実施形態で説明した接合方法を適用することができる。
【００７６】
そして、図１９に示すように、接合工程が完了した後（図１９（ａ））、薄膜素子２２６０上の支持体２２５０を除去する（図１９（ｂ））。
以上の工程によって、半導体複合装置を製造することができる。
【００７７】
図２０及び図２１には、第３の実施形態の半導体複合装置の製造方法及び半導体装置によって製造された半導体複合装置の形態例を示す。例えば、図２０は、複数の薄膜素子２２６０を、1列に、材料層（接合層）２４０２を介して第２の基板２４０１上に配列した形態例（例えば、１次元線光源）である。また、図２１は、本実施形態の製造方法及び半導体装置によって、複数の異なる素子、例えば、素子Ａ、Ｂ、及びＣを２次元に配列した形態例（例えば、２次元マトリクス面表示光源）である。この例では、複数の異なる素子として、発光波長が異なる発光素子を集積することで具現することができる。
【００７８】
本発明の第３の実施形態によれば、第１の基板１００１の表面で薄膜素子２２６０を形成し、その薄膜素子２２６０を第１の基板１００１から剥離し、異なる第２の基板２４０１の表面に接合するようにしたので、高密度で、１次元あるいは２次元の配列を、従来と比較してより高密度に集積化することができる。さらに、異なる薄膜素子を高密度に集積化することができる。
【００７９】
（変形例）
第３の実施形態では、第１の基板１００１の表面に酸化物層１００３層と第２の反応防止層１００４層を形成したが、第１の実施形態で説明した構成のように、第２の反応防止層１００４を設けずに、基板１０１の表面に選択エッチング除去する酸化物層１０２を形成し、その表面に窒化物半導体層１０３を直接形成し、この窒化物半導体層１０３に素子構造を形成した形態にしてもよい。
【００８０】
以上説明したように、本発明の半導体複合装置の製造方法及び半導体装置によれば、平坦性のよい高品質な窒化物単結晶層を、第２の基板の表面に接合した半導体複合装置を具現することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０１    第１の基板（母材基板）
１０２    酸化物層
１０３、１０３（１）、１０３（２）、１０３ａ、１０３ｂ    窒化物単結晶層
２０１    第２の基板
２０２    材料層（接合層）
１００１    第１の基板（母材基板）
１００２    第１の反応防止層
１００３    酸化物層
１００４    第２の反応防止層
１００５    窒化物単結晶層
１０１０    第２の基板
１０２０    材料層（接合層）
１１１０、１５２２    島状パターン
２２１０    層間絶縁膜
２２１２    ｐ型電極
２２１４    ｎ型電極
２２２０    発光領域
２２２２    ｎ−ＧａＮ層
２２５０    支持体
２２６０    薄膜素子
２４０１    第２の基板
２４０２    材料層（接合層）
Ａ    剥離面
Ｂ    接合
【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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