(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長２００ｎｍ以下の光照射により、基体上に形成されたアルミニウム薄膜表面を酸化アルミニウムに改質し、前記酸化アルミニウムの改質層上に任意のデバイスを形成した後、未改質のアルミニウム薄膜のみを化学エッチングすることにより、前記デバイスを有する極薄い酸化アルミニウム膜を剥離形成することを特徴とする酸化アルミニウム薄膜の剥離法。
【請求項２】
前記アルミニウム薄膜表面を結晶性酸化アルミニウムに改質する、請求項１に記載の酸化アルミニウム薄膜の剥離法。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか一項に記載の剥離法を用いることを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の剥離法に係り、とくに酸化アルミニウム薄膜の剥離法及びその剥離法を用いたデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光エレクトロニクス分野において、窒化ガリウム系半導体は、青色発光ダイオードとして必要不可欠な材料である。現在、窒化ガリウム系半導体デバイスは、結晶性酸化アルミニウム（サファイア）基板上に形成されている。したがって、デバイスの厚さは、サファイア基板の厚さよりも薄くできず、デバイスの薄膜化を制限していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
窒化ガリウム系半導体を代表とする光エレクトロニクスデバイスを薄膜化するための手法の確立を課題とする。
【０００４】
そこで、本発明は、上記の点に鑑み、極薄い酸化アルミニウム膜を剥離形成する剥離法及びそれを用いたデバイス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】
【０００６】
本発明の第１の態様は酸化アルミニウム薄膜の剥離法であり、波長２００ｎｍ以下の光照射により、基体上に形成されたアルミニウム薄膜表面を酸化アルミニウムに改質し、前記酸化アルミニウムの改質層上に任意のデバイスを形成した後、未改質のアルミニウム薄膜のみを化学エッチングすることにより、前記デバイスを有する極薄い酸化アルミニウム膜を剥離形成することを特徴とする。
【０００７】
前記第１の態様において、前記アルミニウム薄膜表面を結晶性酸化アルミニウムに改質するとよい。
【０００８】
本発明の第２の態様はデバイスであり、前記第１の態様に係る剥離法を用いることを特徴する。
【０００９】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、窒化ガリウム系半導体を代表とする光エレクトロニクスデバイスを薄膜化する手法を確立でき、高性能なデバイス形成技術として利用可能であるなど、小型・軽量・多機能化されたマイクロ／ナノスケールのデバイス形成のための必要不可欠な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１３】
図１で本発明に係る酸化アルミニウム薄膜の剥離法の実施の形態を示す。図１（ａ）では、任意の基体１上にアルミニウム（Ａｌ）薄膜２を形成し、その表面に波長２００ｎｍ以下の光としてレーザー光３を酸素を含む雰囲気中（例えば大気中乃至減圧空気中あるいは酸素のみの雰囲気中等であり、圧力は大気圧以下とは限らない）にて照射する。図１（ｂ）には、レーザー光照射により形成された、結晶性酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の改質層４が示されている。図１（ｃ）では、その形成された結晶性酸化アルミニウムの改質層４の上に、任意のデバイス５、例えば窒化ガリウム系半導体を形成するための薄膜等を形成している。その後、未改質のアルミニウム薄膜２のみを化学エッチングすることにより、図１（ｄ）のように、極薄い結晶性酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜単体上に任意のデバイス５が形成されたものが得られる。
【００１４】
なお、図１（ｃ）のデバイス形成工程を省略すれば、極薄い結晶性アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜単体のみが得られる。
【００１５】
この剥離法を用いることで、極薄い結晶性アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜上に例えば窒化ガリウム系半導体を形成することで、窒化ガリウム系半導体デバイスを作製することが可能である。
【００１６】
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００１７】
（1）極薄い結晶性酸化アルミニウム膜単体が形成できる。
【００１８】
（2〉極薄い結晶性酸化アルミニウム膜単体上にデバイスが形成できる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明に係る酸化アルミニウム薄膜の剥離法を実施例で詳述する。
【００２０】
スライドガラス基板上（大きさ８×２６ｍｍ２、厚さ１ｍｍ）に、Ａｌワイヤ（純度９９.９９９％、直径１ｍｍ）を７.３×１０−３Ｐａの真空中で抵抗加熱させることにより、Ａｌ薄膜（膜厚１０〜６０ｎｍ）を真空蒸着した。その試料表面に、波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザー光を照射した。そのときの単一パルス当たりのレーザーフルエンスは１〜１３ｍＪ／ｃｍ２、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ、照射時間は１５ｍｉｎとした。また、レーザー光のパルス幅は２０ｎｓであった。レーザー光照射は室温、大気圧中で行った。
【００２１】
Ｆ２レーザー光が照射された試料表面の化学結合状態を、光電子分光分析により調べた。Ａｌ薄膜の膜厚は２０ｎｍとし、単一パルス当たりのレーザーフルエンスは１０ｍＪ／ｃｍ２とした。レーザー光未照射の試料からは、７２.８ｅＶと７５.８ｅＶにそれぞれピークが認められた。７２.８ｅＶのピークは、金属Ａｌによるものである。また、７５.８ｅＶは、自然酸化膜形成によるＡｌ２Ｏ３のピークである。一方、Ｆ２レーザー光照射後、金属Ａｌの存在を示すピークがなくなり、７５.８ｅＶの強いピークのみとなった。したがって、Ｆ２レーザー光照射により、Ａｌ薄膜表面はＡｌ２Ｏ３に改質されていることがわかった。
【００２２】
光電子分光分析による深さプロファイルを測定した結果、レーザー光未照射試料の場合、Ａｌ薄膜の極表面には自然酸化膜が形成しているが、その化学組成はＡｌ：Ｏ＝１：１であることがわかった。一方、Ｆ２レーザー光を照射した場合、Ａｌ薄膜の表面から約１０ｎｍの深さまでＡｌ２Ｏ３層が形成していることが判明した。
【００２３】
Ｆ２レーザー光の代わりに、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を用いた場合も、光電子分光分析より、Ａｌ２Ｏ３（７５.８ｅＶ）のピークのみが確認できた。したがってＡｌ薄膜表面では、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射によっても、Ｆ２レーザー光の場合と同様に酸化反応が誘起されていることがわかった。しかし、光電子分光分析における深さプロファイルの測定より、ＡｒＦエキシマレーザー光を用いた場合、Ａｌ薄膜表面に形成された酸化改質層の厚さは約４ｎｍであることがわかった。したがって、Ａｌ薄膜表面にＡｌ２Ｏ３改質層を効果的に形成するためには、Ｆ２レーザー光の使用が好ましいと考えられる。
【００２４】
Ａｌ薄膜の膜厚が１０ｎｍと２０ｎｍの場合において、レーザー光照射時間を１５〜９０ｍｉｎまで変化させたときの、Ａｌ２Ｏ３改質層の膜厚変化を調べた。Ａｌ薄膜の膜厚が１０ｎｍのとき、レーザー光照射時間の増加とともに、Ａｌ２Ｏ３改質層の膜厚が増加し、９０ｍｉｎで１０ｎｍとなることがわかった。一方、膜厚２０ｎｍのＡｌ薄膜では、照射時間を１５から９０ｍｉｎまで変化させても、Ａｌ２Ｏ３改質層の膜厚は１０ｎｍのままだった。また、Ａｌ薄膜の膜厚を６０ｎｍとしたところ、Ａｌ２Ｏ３改質層の膜厚は同様に１０ｎｍとなり、それ以上増加することはなかった。
【００２５】
Ａｌ薄膜の膜厚を１０、２０及び６０ｎｍと変化させたときの、Ｆ２レーザー光照射後の表面形態を調べた。レーザーフルエンスは１０ｍＪ／ｃｍ２、照射時間は９０ｍｉｎとした。Ｆ２レーザー光照射後の走査型電子顕微鏡像を観察した結果、Ａｌ薄膜の膜厚が１０ｎｍのとき、その表面は非常に平滑であった。膜厚が２０ｎｍの場合、レーザー光照射部には直径１μｍの程度の粒状物質が生成していることがわかった。そして膜厚が６０ｎｍとなると、大きさが１０〜１５μｍの島状物質が隣接していることが観察できた。この島状物質は、正六角形に近い形を有しα−Ａｌ２Ｏ３（αは結晶構造を示す）の形状に類似していた。
【００２６】
上記試料を原子間力顕微鏡により観察してみると、それら表面形態の変化がより明瞭に現れた。Ａｌ薄膜の膜厚が１０ｎｍのとき、原子間力顕微鏡においても、その表面平坦性が確認できた。膜厚２０ｎｍでは、粒状物質が２０〜４０ｎｍの高さを有することがわかった。そして、膜厚６０ｎｍの場合は、生成した島状物質の境界部分が、高さ３０〜７０ｎｍ程度隆起していることが判明した。
【００２７】
上記のような、Ａｌ薄膜表面に結晶性Ａｌ２Ｏ３層が形成した試料に、窒化ガリウム系薄膜を形成し、その試料を０.５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液中に浸漬した結果、窒化ガリウム系薄膜が形成した膜厚１０ｎｍの結晶性Ａｌ２Ｏ３薄膜を剥離させることができた。
【００２８】
上記実施例で述べたように、本発明によれば、極薄いＡｌ２Ｏ３膜単体が形成できるようになり、窒化ガリウム系半導体を代表とする光エレクトロニクスデバイスの薄膜化に繋がる。この結果は、電気電子工学での材料開発ならびにデバイス形成に適用可能になるなど、その用途はあらゆる分野で有用である。  
【００２９】
以上、実施の形態及び実施例を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００３０】
実施例では、レーザー光を照射する場合で説明したが、Ｏ２を分解できる波長２００ｎｍ以下（とくに好ましくは波長１５７ｎｍ以下）の光照射であれば、レーザー光以外の光であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  基体
２  アルミニウム薄膜                    
３  レーザー光
４  結晶性酸化アルミニウムの改質層
５  デバイス
【図１】
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