(57)【要約】      （修正有）【課題】異種基板を剥離する工程を含む窒化物半導体ウエハ又は窒化物半導体素子の製造方法において、異種基板剥離時の窒化物半導体層の破断を抑制する方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体と異なる異種基板１６上に成長された窒化物半導体層１８から、前記異種基板１６−窒化物半導体層１８界面に酸又はアルカリであるエッチング溶液を供給しながら、異種基板１６側から前記窒化物半導体層１８のバンドギャップ波長よりも短波長のレーザ光を照射することによって異種基板１６の剥離を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体と異なる異種基板上に成長された窒化物半導体層から、前記異種基板を剥離する工程を備えた窒化物半導体ウエハの製造方法であって、
前記異種基板の剥離を、前記異種基板−窒化物半導体界面に酸又はアルカリであるエッチング溶液を供給しながら、前記異種基板側から前記窒化物半導体層のバンドギャップ波長よりも短波長のレーザ光を照射して行うことを特徴とする窒化物半導体ウエハの製造方法。
【請求項２】
前記エッチング溶液が、ＫＯＨ、硫酸、リン酸、フッ酸、ピロリン酸からなる群から選択された１種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ウエハの製造方法。
【請求項３】
前記レーザ光を、線状のビーム形状にして、前記異種基板上で走査させることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体ウエハの製造方法。
【請求項４】
前記異種基板上に窒化物半導体層を成長した後、前記窒化物半導体層に支持基板を固着し、前記窒化物半導体層から前記異種基板を剥離することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウエハの製造方法。
【請求項５】
前記剥離された窒化物半導体ウエハが、窒化物半導体の下地層と、該下地層上に設けられた、紫外発光可能な活性層を含む素子積層構造と、を有し、
前記下地層が前記素子積層構造の前記下地層に最も近い部分よりも小さいバンドギャップエネルギーを有し、
前記窒化物半導体ウエハを酸又はアルカリであるエッチング溶液に浸漬しながら、前記下地層のバンドギャップ波長よりも短波長の励起光を照射することにより、
前記窒化物半導体ウエハから前記下地層を除去することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体ウエハの製造方法。
【請求項６】
前記励起光が、前記活性層の発光であることを特徴とする請求項５記載の窒化物半導体ウエハの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法で製造された窒化物半導体ウエハを用いて製造した窒化物半導体素子。
【請求項８】
窒化物半導体と異なる異種基板上に素子形成用の複数の窒化物半導体層を成長し、前記窒化物半導体層の最上層表面に支持基板を固着し、前記窒化物半導体層から前記異種基板を剥離する工程を備えた窒化物半導体素子の製造方法であって、
前記異種基板の剥離を、前記異種基板−窒化物半導体界面に酸又はアルカリであるエッチング溶液を供給しながら、最も異種基板側にある前記窒化物半導体層のバンドギャップ波長よりも短波長のレーザ光を前記異種基板側から照射して行うことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記窒化物半導体素子が活性層から紫外線を発光する紫外発光素子であり、
前記最も異種基板側にある窒化物半導体層が、前記活性層の発光を自己吸収する材料からなると共に、前記異種基板の剥離後に除去されることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記最も異種基板側にある窒化物半導体層を、前記エッチング溶液の供給下で、前記活性層の発光波長よりも短波長の励起光を照射して除去することを特徴とする請求項８記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記最も異種基板側にある窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーをＥとして、前記活性層の発光波長が（Ｅ＋０．１ｅＶ）に対応するバンドギャップ波長より短いことを特徴とする請求項１０記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記励起光が、前記活性層の発光であることを特徴とする請求項１１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
半導体ウエハにレーザ光を照射するためのレーザ照射装置であって、
レーザ光源と、
酸又はアルカリであるエッチング溶液を保持するエッチング槽と、
前記エッチング槽内に設置されたウエハ保持用のホルダと、
前記ホルダに保持されたウエハの全面に前記レーザ光源から出射したレーザ光を照射するための照射光学系と、
を備えたレーザ照射装置。
【請求項１４】
前記照射光学系が、前記レーザ光源から出射したレーザ光を線状のビーム形状とし、前記ホルダに保持されたウエハ全面を走査させることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ照射装置。
【請求項１５】
窒化物半導体と異なる異種基板上に窒化物半導体層を成長した後、前記異種基板を剥離して形成された窒化物半導体ウエハであって、
前記異種基板剥離後の表面粗さが１０ｎｍ以下の鏡面であることを特徴とする窒化物半導体ウエハ。
【請求項１６】
前記窒化物半導体層が、支持基板上に固着されていることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体ウエハ。
【請求項１７】
窒化物半導体から成る第１結晶層の上に該第１結晶層よりバンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体を少なくとも有する第２結晶層を積層して窒化物半導体の積層体を形成する工程と、
前記窒化物半導体の積層体を、酸又はアルカリであるエッチング溶液に浸漬させながら、前記第１結晶層のバンドギャップ波長より短波長の光を少なくとも前記第１結晶層に照射して第１結晶層を除去する工程と、
を具備する窒化物半導体ウエハの製造方法
【請求項１８】
前記窒化物半導体の積層体形成工程において、前記第２結晶層の形成後に前記第１結晶層を研磨する工程を具備し、
前記研磨後の前記第１結晶層の膜厚が不均一であることを特徴とする請求項１７記載の窒化物半導体ウエハの製造方法。
【請求項１９】
前記窒化物半導体の積層体形成工程において、前記第１結晶層と前記第２結晶層とが窒化物半導体と異なる材料の異種基板の上に形成された後、前記異種基板が除去され、前記異種基板を除去した後の前記積層体が反りを有することを特徴とする請求項１８記載の窒化物半導体ウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、窒化物半導体ウエハ又は窒化物半導体素子の製造方法、それにより得られる窒化物半導体ウエハ又は窒化物半導体素子、並びにそれに用いるレーザ照射装置に関する。特に、窒化物半導体と異なる異種基板を剥離する工程を備えた窒化物半導体ウエハ又は窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体ウエハや窒化物半導体素子の製造において、窒化物半導体層をサファイアやＳｉＣ等の異種基板から剥離することが必要となる場合がある。例えば、単体の窒化物半導体から成る窒化物半導体ウエハは、一般に、サファイア等の異種基板上に窒化物半導体層を厚膜に成長させた後、異種基板を剥離することによって製造される。また、紫外発光のＬＥＤを製造する場合、サファイア等の異種基板上に結晶下地となるＧａＮ層を介して素子層を形成した後、素子層の最上面にＣｕＷ等の支持基板を固着し、異種基板をＧａＮ下地層から剥離し、さらにＧａＮ下地層を研磨によって除去して素子形成を行うことがある。
【０００３】
窒化物半導体層から異種基板を剥離する方法としては次のようなものが知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３等）。
（１）異種基板と窒化物半導体の界面にレーザ光を照射することにより異種基板を剥離する（特許文献１、特許文献２等）。
（２）異種基板の研磨処理による除去。
（３）異種基板と窒化物半導体の間にリフトオフ層を形成しておき、リフトオフ層に応力を加えることによって異種基板の剥離を行う（特許文献２）
（４）異種基板と窒化物半導体との間にエッチング除去可能な物質を形成しておき、この物質をエッチング除去することによって異種基板を剥離する（特許文献３）。
【０００４】
これら中でも、レーザ光の照射により異種基板を剥離する方法は、特殊な材料を使う必要がなく、また、短時間で簡単に実施できるため、最も広く用いられている。この方法では、異種基板の側から窒化物半導体の吸収率が高い波長のレーザ光を照射し、界面近傍にある窒化物半導体を窒素と金属に分解することによって剥離を行う。
【０００５】
【特許文献１】特開平２００４−９１２７８号公報
【特許文献２】特開平２０００−１０１１３９号公報
【特許文献３】特開平７−２０２２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザ光の照射により窒化物半導体層から異種基板を剥離する場合、ウエハの一部領域で窒化物半導体が十分に分解せず、あるいは窒化物半導体層が溶接されたような状態となり、窒化物半導体層の一部が破断して異種基板と共に剥がれやすいという問題があった。レーザ光のビームには一定の強度分布が存在するため、ウエハ面内でレーザ光の照射強度は完全に均一にならない。このためウエハの一部の領域で窒化物半導体層の分解が不十分となり、分解によって生成した金属が窒化物半導体層と異種基板を溶接したような状態となる場合がある。そのため、窒化物半導体層と異種基板が剥離していない癒着部がウエハ面内に残ることになる。そうすると、窒化物半導体層の分解によって発生した窒素ガスが癒着部の窒化物半導体層を押し、それによって窒化物半導体層が破断し易い。また、癒着部があるために、異種基板を完全に剥離するために機械的な応力を加える必要があり、その際にも窒化物半導体層が破断してしまう。このため部分的に剥がれた窒化物半導体層が異種基板側に残り易い。さらに、レーザ光の照射によって異種基板を剥離した場合、剥離後の窒化物半導体層は表面状態が悪い。このため、平滑な面とするには機械的な研磨を行う必要がある、という問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本件発明は、異種基板を剥離する工程を含む窒化物半導体ウエハ又は窒化物半導体素子の製造方法において、異種基板剥離時の窒化物半導体層の破断を防止する方法を提供することを目的とする。また、さらに平滑な剥離面を得ることのできる方法を提供することも目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本件発明の第１の側面では、窒化物半導体ウエハ又は窒化物半導体素子を製造する際に、前記異種基板の剥離を、酸又はアルカリであるエッチング溶液中で、異種基板側から窒化物半導体層のバンドギャップ波長よりも短波長のレーザ光を照射して行うことを特徴とする。また、本件発明の第２の側面においては、窒化物半導体の素子構造形成時に設けられた下地層を除去するために、酸又はアルカリのエッチング溶液中で下地層のバンドギャップ波長よりも短波長の光を照射しながらエッチングすることも特徴とする。
【０００９】
尚、窒化物半導体層のバンドギャップ波長とは、窒化物半導体層のバンドギャップに相当するエネルギーの波長を指す。例えば、窒化ガリウムはバンドギャップが３．４ｅＶであり、約３６５ｎｍがバンドギャップ波長となる。また、窒化物半導体層が複数の層の積層である場合、異種基板との界面にあって光によって分解する部分の窒化物半導体層（例えば、後述する下地層）のバンドギャップ波長を基準として光の波長を決定する。また尚、本件明細書において紫外発光とは波長４２０ｎｍ以下の波長の光を発光することを指す。また、本件明細書で紫外線とは４２０ｎｍ以下の波長を指す。
【発明の効果】
【００１０】
窒化物半導体に短波長の光を照射すると、窒化物半導体層が光を吸収して非常な高温となり、窒素と金属に分解する分解反応が進行すると共に、窒化物半導体層内で電子−正孔対が励起されて化学エッチングに対するエッチング速度が非常に高くなる。従って、酸又はアルカリであるエッチング溶液中で異種基板側から窒化物半導体層に光を照射すると、光の照射部分において窒化物半導体層の熱分解と化学エッチングが同時に進行し、異種基板の全面が均一に剥離すると共に、窒化物半導体層側の剥離面が極めて平滑となる。従って、異種基板剥離時の窒化物半導体層の破断が防止できると共に、鏡面に近い平滑な剥離面を持つ窒化物半導体層を得ることができる。
【００１１】
また、下地層のエッチングの際にも短波長の励起光を照射することにより、励起作用によって窒化物半導体のエッチング速度を大きくすると共に、下地層とその上に設けられた結晶層、若しくは素子構造の材料とのエッチングレート差を大きくできる。従って、下地層を選択的、若しくは優先的にエッチング除去することができる。また下地層を除去した後の素子構造を有するウエハの平坦性を優れたものとできるため、量産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本件発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
実施の形態１
図１は、本件発明に係る窒化物半導体ウエハ又は窒化物半導体素子の製造方法中で特徴となる部分、即ち、異種基板１６上に窒化物半導体層１８が成長されたウエハ２０から異種基板１６を剥離する工程を示す模式図である。図１に示すように、エッチング槽８中には酸又はアルカリであるエッチング液１０が貯められており、そのエッチング液１０中にウエハ２０がホルダ１４によって保持されている。ウエハ２０は、異種基板１６が上面となるように設置されており、異種基板１６側からレーザ光３が照射される。
【００１３】
レーザ光３は、図２に示すように線状のビーム形状を有しており、ビーム長手方向に垂直な方向に走査されて、ウエハ２０の全面に照射される。レーザ光３は、窒化物半導体層１８のバンドギャップ波長よりも短波長のレーザ光である。例えば、窒化物半導体１８がＧａＮである場合は、ＧａＮのバンドギャップである３．４ｅＶに対応する波長である約３６５ｎｍよりも短波長のレーザ光となっている。また、レーザ光３の波長は、異種基板１６によって吸収されないように、異種基板１６のバンドギャップ波長よりも長波長となるように選択されている。そのようなレーザ光が異種基板１６の側から照射されることにより、異種基板１６との界面近傍にある窒化物半導体層１８がレーザ光を吸収して局所的に加熱され、熱分解して金属と窒素ガスとなる。
【００１４】
ここでレーザ光３は、略楕円形のビームを所定のレンズ系によって線状にしたものであるため、例えば図３に示すような強度プロファイルを示し、ビーム中央付近の強度が強く、ビーム周辺部は相対的に強度が弱くなる。このため、従来と同様に大気中においてウエハ２０にレーザ光３を照射した場合、ウエハ周辺部において熱分解が不十分となり易い。
【００１５】
図４Ａ及び図４Ｂは、従来と同様に大気中でウエハ２０にレーザ光３を照射した場合の照射途中の様子を示す模式断面図である。図４Ａは、レーザ光３の走査方向に平行な断面を示し、図４Ｂは、レーザ光３の走査方向に垂直な断面を示す。図４Ａ及びＢに示すように、レーザ光３の進行に伴い異種基板１６との界面近傍において窒化物半導体層１８の熱分解が進行するが、レーザ光の走査方向に垂直な断面から見た場合、ウエハ中央部に比べてウエハ周辺部のレーザ光強度が弱くなる。このため、図４Ｂに示すように、ウエハ中央部２０ａでは窒化物半導体層１８の分解が進行する一方、ウエハ周辺部２０ｂでは、窒化物半導体層１８が十分に分解しないか、分解によって生じた金属が窒化物半導体層１８と異種基板１６を溶接したような状態となる。このため、異種基板１６が剥離せずに中央付近だけが浮いたような状態となる。窒化物半導体の分解が進んだ部分には分解生成物である窒素ガスが溜まり、外に出ようとする際に異種基板１６と癒着した窒化物半導体１８を押しのけようとして、窒化物半導体層１８の破断を招いていた。また、癒着した窒化物半導体を剥がすために異種基板１６に機械的な力を加えて剥離する必要があったため、その際にも窒化物半導体１８が破断し、剥がれた窒化物半導体１８が異種基板１６側に残ってしまうという問題も生じていた。尚、ここではレーザ光を線状のビーム形状にして走査する場合を例として説明したが、レーザ光を他の方法でウエハ全面に照射した場合であっても、レーザ光に強度分布がある限り同様の問題が生じ得る。
【００１６】
また、大気中でレーザ光３を照射して異種基板を剥離した場合、窒化物半導体層１８が金属と窒素ガスに分解されるため、分解した金属は窒化物半導体層１８の表面近傍に残ることになり、剥離した後の窒化物半導体層１８の表面が平滑とならず、表面に多数の凹凸が形成されてしまう。そのため、さらに素子工程を進めるためには、剥離面をＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）して平滑にする等の処理をする必要であった。
【００１７】
そこで本実施の形態では、図１に示すように、酸又はアルカリであるエッチング液１０中においてウエハ２０にレーザ光３を照射する。エッチング液１０によるエッチング速度は、エッチング槽８の全体におけるエッチング速度が比較的低くなるように、即ち、窒化物半導体層１８のバルク部分の表面形状や結晶品質に悪影響を及ぼさない程度に選択されている。しかしながら、レーザ光３の照射によって異種基板１６と窒化物半導体層１８の界面の剥離が進行し、その界面１７にエッチング液が浸透すると、そこでは窒化物半導体層１８がレーザ光を吸収して局所的に高温になると共に、レーザ光３によって電子−正孔対が多数励起されているため、窒化物半導体層１８に対して相当に高いエッチング速度を示すようになる。このため、レーザ光３が照射されている異種基板−窒化物半導体層界面１７では、レーザ光３の吸収による熱分解とレーザ光の吸収によって促進された化学エッチングの２つの作用が同時に働くことになり、レーザ光強度が相対的に弱い領域でも異種基板１６と窒化物半導体層１８が容易に剥離するようになる。即ち、本実施の形態による剥離方法によれば、レーザ光３の強度分布に拘わらず、ウエハ全面で均一に異種基板１６を剥離することができる。
【００１８】
また、本実施の形態に従って異種基板１６を剥離して得られた窒化物半導体層１８のウエハ（＝窒化物半導体ウエハ）は、剥離面が鏡面に近い平滑面である、という特徴を有する。即ち、前述の通り、レーザ光３を照射した界面１７の近傍では高温であり、かつ電子−正孔対が多数形成されているため、窒化物半導体層１８がエッチングされ易くなっている。さらに言えば、界面１７近傍では窒化物半導体の熱分解によって生成した金属によって窒化物半導体層１８が金属リッチとなっているため、組成的にもその他のバルク部分に比べて一層エッチングされ易くなっている。このためエッチング液１０中でレーザ光３を照射して剥離した後の窒化物半導体層１８の表面は表面粗さの値が１０ｎｍ以下と、鏡面に近い平滑面にできる。尚、本件発明における「表面粗さ」とは、走査プローブ顕微鏡（例えばＳＥＩＫＯ社製、ＳＰ１３８００）によって測定された値を指す。
【００１９】
このように平滑な剥離面を有する窒化物半導体ウエハは、その後の素子形成が極めて容易となる、という利点を有する。例えば、異種基板を剥離した後の窒化物半導体層に電極を形成する場合には、窒化物半導体層の表面状態が良好であるためオーミック接触を取りやすくなる。また、異種基板を剥離した後の窒化物半導体層から、紫外線を吸収する窒化ガリウムを除去するといった加工を行う場合にも、従来は窒化物半導体層の表面に凹凸があれば研磨等の機械的な方法を用いる必要があった。しかし、本発明の方法によって得られた窒化物半導体層の表面は平滑であるため、ドライエッチング等の簡易な方法で層の除去を行うことができる。
【００２０】
レーザ光３を照射する雰囲気温度、即ち、エッチング槽８の槽内の温度は、常温であっても良いし、エッチング液１０が蒸発してしまわない程度の高温であっても良い。また、エッチング液１０は、窒化物半導体層１８に対して適度なエッチング速度を示す酸又はアルカリであれば特に限定されない。例えば、ＫＯＨ、硫酸、リン酸、フッ酸、ピロリン酸等を用いることができる。中でも、ｐＨ９〜１２程度、より好ましくはｐＨ１０〜１３程度の強アルカリであることが望ましい。例えば、濃度０．０１Ｍ〜１０Ｍ、より好ましくは０．１Ｍ〜１ＭのＫＯＨを用いることができる。尚、この実施の形態ではエッチング槽８にエッチング液１０を貯めて結晶成長ウエハ２０を浸漬したが、レーザ光３を照射した界面１７にエッチング液１０を供給できれば、エッチング液１０の供給方法はこれに限られない。例えば、結晶成長ウエハ２０の側面を覆う円環状の液溜めにエッチング液を貯める等の方法によって、異種基板−窒化物半導体層界面にエッチング液を供給しても良い。また、ここで説明したエッチングの方法は、実施の形態４及び５で説明する下地層除去にも同様に適用できる。
【００２１】
異種基板１６を剥離する対象となるウエハ２０は、窒化物半導体と異なる異種基板１６上に、窒化物半導体１８が成長されたものであれば、どのようなものでも良い。窒化物半導体を成長させる異種基板には、Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４のような絶縁性基板）、窒化物半導体と格子整合する酸化物基板、ＳｉＣ、Ｓｉ等を挙げることができる。中でもサファイアやスピネルが好ましい。さらに、異種基板は、Ｃ面等の格子面から０．１〜０．５度程度にオフアングルしたものを用いることが好ましい。この場合オフアングルしたものを用いることにより、窒化物半導体層の結晶性を向上させることができる。
【００２２】
基板側から基板−窒化物半導体界面へレーザ光照射する場合、即ち基板中にレーザ光を透過させる場合には、サファイア、ＳｉＣ、ＡｌＮ等を基板に用いることが好ましい。ここでＡｌＮ基板は、サファイア等の異種基板上に成長させたＡｌＮ結晶を単体化したものでも良い。単体化の際には、本発明の剥離方法を用いても良い。また、次のような方法でＡｌＮ基板を得ても良い。即ち、サファイア等の異種基板上に、窒化物半導体の第１層としてＡｌＮ結晶を成長し、その上にそれよりバンドギャップエネルギーの小さい第２層（例えばＧａＮ結晶）を形成する。そして、本発明の剥離方法を用いて異種基板を剥離して、第１層と第２層を有する窒化物半導体積層体を得る。更に、本発明の剥離方法を用いてＡｌＮ結晶からなる第１層を窒化物半導体積層体から剥離することにより、ＡｌＮ基板を得ることができる。このときに残るＧａＮから成る第２層の上に予め素子構造が形成されてあっても良い。これに代えて、窒化物半導体積層体から実施の形態４で説明する下地層の除去方法を用いて第２層を除去することによっても、ＡｌＮ基板を得ることができる。
【００２３】
窒化物半導体層１８は、単結晶の窒化物半導体であれば特に限定されないが、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）、より好ましくはＧａＮであることが望ましい。また、窒化物半導体１８は、低温成長バッファ層を介して成長した単結晶層であることが好ましく、単層であっても複数の層の積層であっても良い。ここで低温成長バッファ層とは、単結晶である窒化物半導体層よりも低温、例えば、４００℃から８００℃程度の温度で成長され、異種基板１６と窒化物半導体層１８の間の格子不整合を緩和する層を指す。また、窒化物半導体層１８は実施の形態３で説明する様な横方向成長方法によって成長させたものでも良い。また、結晶成長基板２０から異種基板１６を剥離するには、異種基板１６を剥離した後のウエハが自立し得るだけの機械的強度を有していなければならない。そこで、結晶成長ウエハ２０は、窒化物半導体層１８を厚さ１００μｍ以上の厚膜に成長するか、窒化物半導体層１８の上面に適当な支持基板を固着してから異種基板１６を剥離することが好ましい。
【００２４】
次に、本実施の形態において異種基板の剥離に用いるレーザ照射装置について図５を参照しながら説明する。図５に示すレーザ照射装置１は、レーザ光源２と、レーザ光源２の出射光を剥離前ウエハ２０の全面に照射するための光学系６と、酸又はアルカリのエッチング液１０を貯めるためのエッチング槽８と、ウエハ２０を保持するためのホルダ１４とを備える。
【００２５】
レーザ光源２からは、ウエハ２０中において異種基板１６を剥離する対象となる窒化物半導体１８のバンドギャップ波長よりも短波長のレーザ光が出射される。例えば、窒化物半導体１８がＧａＮである場合は、レーザ光源２としては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ（４倍波波長２６６ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長３５５ｎｍ）等を用いることができる。
【００２６】
レーザ光源２から出射されたレーザ光は、光学系６によってエッチング槽８内に配置されたウエハ２０の全面に照射される。例えば、光学系６は、レーザ光を線状のビーム形状にするレンズ系４と、線状にしたレーザ光をウエハ２０上でビーム長手方向に直交する方向に１次元走査する走査レンズ５とを有する。レーザ光を走査する光学系６は、ウエハ２０の全面にレーザ光を照射できるものであれば特に限定されない。例えば、略円形のビームを２次元走査するものであっても良い。但し、線状のビーム形状にして１次元走査すれば、短時間でウエハ２０の全面にレーザ光を照射できると共に、窒化物半導体層−異種基板界面１７へのエッチング液１０の浸透が容易になるため好ましい。
【００２７】
エッチング槽８内では、ウエハ２０の少なくとも側面が浸かるように酸又はアルカリのエッチング液１０が貯められており、レーザ光３の照射によって窒化物半導体１８の分解が進むと、異種基板１６との界面にエッチング液１０が浸透していく。従って、このレーザ照射装置１によれば、異種基板−窒化物半導体の界面にエッチング液を供給しながら、ウエハの全面に短波長のレーザ光３を照射することができる。
【００２８】
実施の形態２
本実施の形態では、窒化物半導体素子の１種である紫外発光用の発光ダイオードやレーザの製造に本件発明を適用する例について説明する。一般に、窒化物半導体発光素子では、サファイア等の異種基板上に高温成長された窒化ガリウムの結晶下地層を積んでから素子層を形成することによって内部量子効率の高い発光素子とすることができるが、紫外発光用の発光ダイオードやレーザでは、結晶下地層である窒化ガリウムは紫外線に対する吸収率が高いため、活性層の発光が結晶下地層で自己吸収されて外部量子効率が低下してしまう。そこで、素子層形成後のウエハ上面にＣｕ−Ｗ等の支持基板を固着した後、異種基板を剥離し、さらに結晶下地層である窒化ガリウム層を除去することが提案されている。この異種基板の剥離を、レーザ照射しながら界面にエッチング溶液を供給して行う。
【００２９】
図６Ａ〜Ｆは、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を示す模式断面図である。異種基板３１の表面に、バッファ層３３と高温成長層３４とから成る下地層３２を形成する（図６Ａ）。次に、下地層３２上にｎ型クラッド層３５、活性層３６、ｐ型クラッド層３７、ｐ型コンタクト層３８、そして、１層以上の金属層から成る第１の接合層３９を形成する（図６Ｂ）。ここで、第１の接合層３９において、ｐ型コンタクト層３８上にｐ電極を形成した後、オーミック接触を得るためのアニール処理を行う。次に、１層以上の金属層から成る第２の接合層４１を表面に形成した支持基板４０を、第１の接合層３９と第２の接合層４１とが対向するように異種基板１の上に積層し、加熱圧着して接合する。
【００３０】
次に、導電性の支持基板４０と接合した異種基板３１を実施の形態１と同様にして剥離する（図６Ｄ）。即ち、酸又はアルカリであるエッチング液中で異種基板３１側からウエハ全面にレーザ光を照射することによって異種基板３１の剥離を行う。異種基板３１を剥離した後、バッファ層３３はレーザ光による熱分解とエッチング液によるエッチングによって除去され、高温成長層３４が露出する。
【００３１】
次に、高温成長層３４を除去し、ｎ型クラッド層３５を露出させる（図６Ｅ）。ここで、従来であれば高温成長層３４の表面に凹凸があるため、ＣＭＰ等の手法を用いる必要があったが、本実施の形態では高温成長層３４の剥離面が鏡面に近い平滑面であるため、ドライエッチング等の手法によって高温成長層３４を除去することができる。ドライエッチング等の手法を用いることができれば、電極をつけた際にオーミック性が向上し、Ｖｆが低下するため有利である。また、光の取出し効率を向上させるため、光取り出し面となるｎ型窒化物半導体層の露出面にＲＩＥなどの加工を施すことにより凹凸を形成しても良い。その凹凸の断面形状は、メサ型あるいは逆メサ型、そして、平面形状は島状、格子状、矩形状、円状あるいは多角形状とすることができる。また、窒化物半導体素子表面を被覆する透光性保護膜の表面に凹凸を形成しても良い。
【００３２】
次に、露出させたｎ型クラッド層３５の表面をポリッシングした後、ｎ型クラッド層３５上にｎ電極４２を形成する一方、支持基板４０上にはｐ電極用パッド電極４３を全面に形成する。次に、ダイシングにより発光素子をチップ状に分離する。これにより、支持基板上に窒化物半導体層が積層され、電極が支持基板上に形成された発光素子を得ることができる（図６Ｆ）。
【００３３】
ここで、本実施の形態における異種基板は、上記実施形態１と同様である。また、異種基板上に窒化物半導体層を積層する場合、実施の形態３として後述するＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral Overgrowth）成長により結晶性の向上した窒化物半導体を得ることができる。ＥＬＯＧ成長を用いる場合、図６Ａ〜Ｄに代えて例えば以下の方法を用いることができる。すなわち、異種基板上に窒化物半導体からなる下地層を形成し、次いで、下地層を部分的に異種基板までエッチングして凹凸を形成する。その後、凹凸を有する下地層上にＥＬＯＧ成長させて横方向成長層を形成する。次いで、横方向成長層の上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層を順次形成した後、ｐ型窒化物半導体層の上に支持基板を接合する。次いで、エッチング溶液中で異種基板の全面にレーザを照射して、下地層を分解及びエッチングすることにより異種基板を剥離する。この方法によれば、上記下地層の凹凸と横方向成長層との間に空隙が形成されるため、その空隙に窒化物半導体の分解により発生した窒素ガスが広がって窒素ガスの圧力による窒化物半導体層の破断を防止すると共に、上記空隙があるためにエッチング液の浸透が容易になり、異種基板の剥離が一層円滑に進む。
【００３４】
異種基板としては、上述したように異種基板となる材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステップ状にオフアングルさせた基板を用いるほうが好ましい。オフアングルさせた基板を用いると、表面の３次元成長が見られず、ステップ成長があらわれ表面が平坦になり易い。さらに、ステップ状にオフアングルされているサファイア基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サファイアのＡ面に対して垂直に形成されていると、窒化物半導体のステップ面がレーザの共振器方向と一致し、レーザ光が表面粗さにより乱反射されることが少なくなり好ましい。
【００３５】
また、支持基板は導電性を有する基板材料であることが好ましく、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ等の半導体基板、金属単体基板、又は相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることができる。中でも、２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることが好ましい。金属基板は、半導体基板に比べ機械的特性が優れており、弾性変形、さらには塑性変形し易く、割れにくいからである。さらに、金属基板には、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ等の高導電性金属から選択された１種以上の金属と、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の高硬度の金属から選択された１種以上の金属と、から成るものを用いることができる。さらに、金属基板としては、Ｃｕ−ＷあるいはＣｕ−Ｍｏの複合体を用いることが好ましい。熱伝導率の高いＣｕを有し放熱性が優れているからである。さらに、Ｃｕ−Ｗの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦３０重量％、Ｃｕ−Ｍｏの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦５０重量％であることが好ましい。また、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックスの複合体などを用いることができる。なお、支持基板の厚さは、放熱性を高めるため５０〜５００μｍが好ましい。
【００３６】
尚、成長用の異種基板と窒化物半導体層と支持基板との３つの熱膨張係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとしたとき、「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」となるように支持基板の材料を選択することが好ましい。支持基板が金属複合体である場合には、複合する金属材料の組成比を制御することによって所望の熱膨張係数にすることができる。例えば、ＣｕとＭｏとの複合体によって支持基板を構成する場合を考える。Ｃｕの熱膨張係数は、約１６×１０−６Ｋ−１であり、Ｍｏの熱膨張係数は約５×１０−６Ｋ−１である。従って、支持基板の熱膨張係数を小さくしたい場合には、複合体中のＣｕ組成比を小さくし、熱膨張係数を大きくしたい場合には、Ｃｕ組成比を大きくすれば良い。これによって、熱膨張係数の違いによる応力が異種基板を浮き上がらせるように働くようになる。従って、エッチング溶液中でレーザを照射した際に異種基板が一層剥離し易くなる。
【００３７】
また、下地層３２は、少なくとも１層以上の窒化物半導体で構成することができるが、異種基板３１上に低温成長させたバッファ層３３と、そのバッファ層３３上に高温成長させた高温成長層３４とで構成することが好ましい。
【００３８】
バッファ層３３としては、ＧａｉＡｌ１−ｉＮ（０＜ｉ≦１）からなる窒化物半導体であり、好ましくはＡｌの割合が小さいもの、より好ましくはＧａＮを用いることが好ましい。これによりバッファ層上に成長させる窒化物半導体の結晶性が向上する。バッファ層の膜厚は、好ましくは０．００２〜０．５μｍ、より好ましくは０．００５〜０．２μｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．０２μｍである。バッファ層の成長温度は、好ましくは２００〜９００℃、より好ましくは４００〜８００℃である。
【００３９】
高温成長層３４としては、好ましくはアンドープのＧａＮ又はｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができる。高温成長層の膜厚は、５００Å以上、より好ましくは５μｍ以上、さらに好ましくは１０μｍ以上である。また、高温成長層の成長温度は、９００〜１１００℃、好ましくは１０５０℃以上である。
【００４０】
尚、本実施の形態において下地層を除去する際、下地層を完全に除去しなくても、発光の自己吸収を十分抑制できる程度に除去できていれば良い。例えば、上記の例において、発光を自己吸収するＧａＮ層の膜厚が０．１μｍ、好ましくは０．０１μｍになるまで除去すれば、自己吸収を十分抑制することができる。ＧａＮ層の膜厚が０．１μｍ以下に薄膜化されている場合、発光の約７０％以上を取出すことができ、０．０１μｍ以下に薄膜化されている場合、発光の９６％以上を取出すことができる。また、後述する実施形態４により、好適に下地層（第１結晶層）を選択的に除去することができる。
【００４１】
また、下地層は、ＧａＮを含む場合に限定されない。その上に成長させるｎ型窒化物半導体層の結晶性を向上させるような下地層であれば良い。また、その下地層が活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体を含む場合は、下地層を除去することによって発光の取出し効率を高めることができる。例えば、ＧａＮに少量の（例えば１％以下の）ＩｎやＡｌを添加した場合であっても、その上に形成する層に比べてＩｎやＡｌの含有量が十分に少なければ、結晶性を向上させる効果が得られる。そのような下地層を介して素子構造を形成した後、成長用基板と共に下地層を除去することにより、素子を構成する窒化物半導体の結晶性を良好に維持しながら、自己吸収を抑制することができる。
【００４２】
ここで活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体とは、活性層の発光波長に近いバンドギャップエネルギーを有する結果、発光の吸収が無視できないような窒化物半導体を指す。例えば、窒化物半導体のバンドギャップエネルギー（ＢＧＥ）が、次式で表されるように、発光ピークエネルギー（ＰＥ）よりも０．１ｅＶ大きいバンドギャップエネルギーを基準として、その基準よりも小さなバンドギャップエネルギーを持っていれば、活性層の発光を自己吸収する。
（自己吸収する窒化物半導体のＢＧＥ）≦（発光ＰＥ＋０．１ｅＶ）
尚、活性層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）を井戸層に有する多重量子井戸構造を有することが好ましい。結晶性の観点からは、Ｉｎの混晶比ｘが０．２以下、より好ましくは０．１以下であることが望ましい。また、活性層の発光波長は３６５ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下（より好ましくは４１０ｎｍ以下）であることがより好ましい。
【００４３】
また、窒化物半導体のバンドギャップエネルギーと組成の関係については、ボウイングパラメータを１として考えれば良い。例えば３元混晶Ａ１−ｘＢｘＣの窒化物半導体のバンドギャップエネルギーは、２元混晶ＡＣとＢＣのバンドギャップエネルギーをＥＧＡＣ、ＥＧＢＣとして、次式で表すことができる。
ＥＧ（Ａ１−ｘＢｘＣ）＝（１−ｘ）ＥＧＡＣ＋ｘＥＧＢＣ−（１−ｘ）ｘ
【００４４】
実施の形態３
本実施の形態では、ELOG(Epitaxial Lateral Overgrowth)として知られる横方向成長
法によって窒化物半導体ウエハを製造する例について説明する。即ち、異種基板上に横方向成長法によって窒化物半導体層を形成した後、本件発明の方法を用いて異種基板等を剥離することによって窒化物半導体のみから成る窒化物半導体ウエハを得る。
【００４５】
このような横方向成長としては、まず保護膜を使用する方法が挙げられる。例えば、異種基板上若しくはその上に成長させた窒化物半導体上に部分的に保護膜を設ける。そして、該保護膜の開口部（非マスク部）から、保護膜部分より優先的に、好ましくは選択的に窒化物半導体を成長させる。成長した窒化物半導体が保護膜部を覆って互いに接合することにより、膜状の窒化物半導体が形成できる。尚、保護膜としては、上述の通り、選択的、優先的な窒化物半導体の成長を可能とするような材料を選択する。例えば、SiO2からは窒化物半導体が直接成長しないため、SiO2を保護膜に用いることができる。
【００４６】
その他の方法としては、（ａ）異種基板上に窒化物半導体の島状部を設けて、その島状部を横方向成長の成長起点とする方法や、（ｂ）異種基板上の窒化物半導体層の表面若しくは異種基板表面に凹凸を設けて、該凸部を上記窓部と同様に横方向成長のための成長基点とする方法や、（ｃ）窒化物半導体結晶のファセット面を生成してファセット成長させる方法がある。各成長起点から横方向成長した窒化物半導体が互いに接合すること、若しくは凹凸を平坦化することにより、層状の窒化物半導体が形成できる。
【００４７】
横方向成長を用いれば、ウエハ内に空隙が形成される場合が有る。このような空隙の例として具体的には、以下のものが挙げられる。
（１）保護膜を用いた横方向成長の場合
例えば、保護膜を用いた横方向成長で、横方向成長した窒化物半導体と保護膜の間に形成される空隙。具体的には、横方向成長の会合部下方において、窒化物半導体層と保護膜との間に形成される空隙。
（２）島状部を用いる横方向成長の場合
島状部同士の間を埋める際にその会合部下方に形成される空隙。
（３）凸部を用いる横方向成長の場合
凸部同士の間(即ち、凹部)を窒化物半導体層が埋める際に、凹部内に形成される空隙
。
【００４８】
異種基板上に横方向成長法によって窒化物半導体層を形成した後、本件発明の方法を用いて異種基板等を剥離すれば、これらの空隙や保護膜によってエッチング溶液が浸透しやすくなる。従って、異種基板等の剥離が促進される。これによって、剥離時の不良発生が低減でき、その歩留まりが向上する。尚、空隙と保護膜のいずれかがあればエッチング液の浸透に寄与するが、両方あることが好ましい。
【００４９】
実施の形態４．
本実施の形態では、異種基板ではなく、窒化物半導体層の一部を効率的に除去する方法について説明する。即ち、本実施の形態では、バンドギャップエネルギーの異なる窒化物半導体層を積層した窒化物半導体の積層体から一部の窒化物半導体層を除去する際に、除去したい窒化物半導体層が選択的又は優先的に吸収するようなエネルギーの光を照射しながら酸又はアルカリによるエッチングを行う。これによって、除去する窒化物半導体のエッチング速度差を高めることができ、しかも除去面をより平坦にすることができる。この方法は、例えば、実施の形態１で説明した下地層３２を、その上に設けられる窒化物半導体の素子積層構造から効率的に除去するのに用いることができる。
【００５０】
図８Ａ〜Ｆは、本実施の形態の除去方法を示す模式図である。図８Ａに示すように、異種基板３０上に窒化物半導体の第１結晶層５２と窒化物半導体を有する第２結晶層５１とを成長したウエハ２０を準備する。第１結晶層５２は、第２結晶層５１よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を用いる。例えば、第１結晶層をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）とし、第２結晶層の窒化物半導体をＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ＜ｙ）とする。尚、第２結晶層５１内には、素子構造５３を形成しておいても良い。素子構造５３を有する場合の第１結晶層５２と第２結晶層５１のバンドギャップエネルギーの関係は後述する。そしてウエハ２０から異種基板３０を除去して、窒化物半導体ウエハ１８を得る。このとき窒化物半導体ウエハ１８を、実施の形態１で説明した支持基板４０上に固定していても良い。この窒化物半導体ウエハ１８から、以下に説明する方法によって第１結晶層５２だけを選択的に除去する。
【００５１】
まず、図８Ｂに示すように、第１結晶層５２を研磨することが好ましい。酸やアルカリによるエッチングは研磨などの機械的な方法に比べると除去速度が低いため、ある程度の薄膜に第１結晶層５２を研磨しておくことによって生産性を上げることができる。また、酸やアルカリによるエッチング時間が短くなるため、第２結晶層５１の損傷を防止できる利点もある。例えば、後述するように、第２結晶層５１内に第１結晶層５２よりバンドギャップエネルギーの小さい層が含まれている場合があるが、その層はエッチング中に溶解による損傷を受けやすい。エッチング時間が短縮できれば、そのような損傷を抑制することができる。
【００５２】
尚、異種基板３０と窒化物半導体層１８の間には、通常、格子定数差や熱膨張係数差が存在している。そのため異種基板３０を除去することによって単体化された窒化物半導体ウエハ１８は、反りを有していることが多い。反りを有する窒化物半導体ウエハ１８に研磨又は通常のエッチングを行うと、図８Ｂに示すように、研磨又はエッチング後の表面が反りに応じた曲面となり易い。また、研磨又はエッチング後の表面が平坦であっても、結晶の軸配向が面内で反りに応じて順次傾斜し易い。本明細書では、これらの現象を併せて「反りによる曲面化」という。図８Ｂの例では、異種基板３０が設けられていた側の第１結晶層５２表面を研磨することで、研磨面が凸曲面となっている。このような状態の窒化物半導体結晶ウエハ１８を用いると、その上に結晶学的に平坦な窒化物半導体を成長させることが困難である。ここで「結晶学的に平坦」とは、表面形状が平坦であって、且つ、その表面で結晶の軸配向性が良い（軸が揃っている）ことを指す。
【００５３】
そこで本実施形態では、図８Ｃに示すように、励起光６１をウエハに照射しながら窒化物半導体ウエハ１８をエッチング槽に浸漬する。エッチング槽内には、実施の形態１で説明したのと同様のエッチング液を用いることができる。また、励起光６１の波長は、除去したい第１結晶層５２のバンドギャップ波長よりも短いことが好ましい。より好ましくは、励起光６１の波長を、第１結晶層５２のバンドギャップ波長よりも短くし、第２結晶層のバンドギャップ波長よりも長くする。第１結晶層５２及び第２結晶層５１のバンドギャップ波長の考え方は実施の形態１で説明したのと同様である。第１結晶層５２は、第２結晶層５１よりもバンドギャップエネルギーが小さいため、励起光６１を選択的又は優先的に吸収する。従って、第１結晶層５２は、第２結晶層５１に対して選択的、若しくは優先的に溶解する。
【００５４】
こうして、図８Ｄに示すように、第１結晶層５２を除去し、第２結晶層５１から成る窒化物半導体ウエハを得ることができる。このように光励起によるエッチング処理により、第１結晶５１と第２結晶５２の間でエッチング速度差をつくり、その結晶界面でエッチングをストップさせて凹凸の少ない平坦な表面５１ｂを得ることができる。このとき第２結晶層５２はエッチングストップ層として機能する。
【００５５】
エッチングの選択性を確認するため、以下の実験を行った。先ず、サファイア基板上にＧａＮ結晶層を４μｍ成長したウエハ（ＧａＮウエハ）と、サファイア基板上にＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．０７）結晶層を４μｍ成長したウエハ（ＡｌＧａＮウエハ）を準備した。この２種類のウエハをＫＯＨ（０．１[mol/L]、pH約13、常温）のエッチング槽に浸漬し、波長３６５〜４００ｎｍの励起光を約４分間照射した。励起光源としては、３００〜４００ｎｍ超高圧水銀ランプに３６５ｎｍ未満をカットするフィルタを適用したものを使用した。その結果、ウエハ上の複数箇所を測定した平均エッチング量は次の通りであった。ＧａＮウエハの平均エッチング量（μｍ）が、励起光有り、無しでそれぞれ0.325、0.062、ＡｌＧａＮウエハの平均エッチング量（μｍ）が、励起光有り、無しでそれぞれ0.108、0.144。この結果から、バンドギャップエネルギーの異なる２種類の結晶層間で、十分なエッチングレート差が設けられることがわかる。従って、例えば第１結晶層５２をＧａＮとし、第２結晶層５１をＡｌＧａＮとすることにより、選択的に第１結晶層５２を除去することができる。また、第１結晶層５２と第２結晶層５１のエッチングレート差により、両者の界面で好適にエッチングをストップすることができる。従って、第１結晶層５２を除去した後の第２結晶層５１の表面は、条件を適切にすれば結晶学的に平坦な面にすることができる。このような表面は、結晶成長面として好ましい。
【００５６】
第１結晶層をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）とし、第２結晶層の窒化物半導体をＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ＜ｙ）とした場合、Ａｌ混晶比差（ｙ−ｘ）を好ましくは０．０５以上、更に好ましくは、０．１以上とすることが望ましい。これによって、エッチングレート差を大きくできる。第１結晶層５２の組成をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜０．３）とし、第２結晶層５１の組成をＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．０５≦ｙ≦１）とすることが好ましい。さらに好ましくは、第１結晶層５２と第２結晶層５１のＡｌ混晶比を、それぞれ０≦ｘ＜０．１、０．１≦ｙ≦１とする。これによって、第１結晶層５２及び第２結晶層５１を結晶性よく成長できると共に、第１結晶層５２を良好に除去できる。
【００５７】
前述の通り、第２結晶層５１は、素子積層構造５３を有していても良い。素子積層構造５３としては、後述の実施例で説明する層３５〜３７のような層構造がある。このように第２結晶層５１が複数の層を有する場合には、第１結晶層５２のバンドギャップエネルギーが第２結晶層５１中で最も第１結晶層５２側にある層、即ち第１結晶層５２に接する層のバンドギャップエネルギーよりも大きければ良い。この条件が満たされれば、第２結晶層５１の一部の層が第１結晶層５２よりバンドギャップエネルギーが小さくても良い。第１結晶層５２よりもバンドギャップエネルギーの小さな層と第１結晶層５２との間には、第１結晶層５２よりもバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層を少なくとも設ける。例えば、後述する実施例１では、下地層３２が第１結晶層５２に該当し、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５が第１結晶層５２に接する層に該当する。この場合、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５よりも下地層３２から離れた位置にある層（例えば活性層３６）が、下地層３２よりもバンドギャップエネルギーが小さくなっていても良い。その場合には、バンドギャップエネルギーの大きなｎ型クラッド層３５により、バンドギャップエネルギーの小さな層（例えば活性層３６）が保護される。尚、そのバンドギャップエネルギーの小さな層がエッチング溶液に溶解するような場合には、エッチング工程中、そのバンドギャップエネルギーの小さな層の露出部を被覆部材により保護しても良い。
【００５８】
図９は、本実施形態で用いるエッチング装置の一例を示す模式図である。エッチング槽７５中のエッチング液１０Ｂを外光を遮断する外囲部７６で覆っている。エッチング液１０Ｂ内に設置したホルダ１４にウエハ１８を載置する。エッチング槽７５の上部をキャップ７４で外光を遮断するように覆う。励起光源から光ファイバなどの導光部材６４を通じて励起光６１をエッチング槽７５内に導入する。導光部材６４の先端は、保持部材６３によってキャップ７４に固定している。エッチング工程をモニタリングするモニタ７１と通信手段７２を装置に設けて、エッチングを監視することができる。これは第１、２結晶層５２、５１が励起光６２により異なる色を帯びて観察されることを利用するものである。第１結晶層５２の色が観察されなくなれば、第１結晶層５２が完全に除去されたことになる。従って、その時点でエッチングを完了して、エッチング液１０Ｂから取り出すことができる。尚、図９に示すように、ウエハ１８の第１結晶層５２側の主面に励起光６１を照射することが好ましい。但し、第１結晶層５２の少なくとも一部の露出部に対してエッチング液１０Ｂが供給され、かつ、励起光６１が照射される形態であれば、図９以外の構成を用いても良い。
【００５９】
本実施形態の窒化物半導体の除去方法は、実施形態１〜３で異種基板から分離された窒化物半導体ウエハ１８に対して、素子構造で不要となる下地層３２除去にも用いることができる。また、窒化物半導体ウエハ１８の異種基板を分離した面の表面残渣の除去や、分離した面の凹凸を平坦化する、といった表面処理にも適用できる。また、レーザ光による異種基板の剥離以外に、研磨などの他の異種基板の分離方法により単体化された窒化物半導体結晶層にも適用できる。特に、第１結晶層の膜厚（又は第１結晶層と第２結晶層との界面から第１結晶層の表面までの距離）が面内で異なるような窒化物半導体ウエハに適用することが好ましい。また、表面が反りによって曲面化されたウエハに好適に適用される。
【００６０】
実施の形態５
本実施の形態では、実施の形態４の励起光６１として、ウエハ内の素子構造からの発光を利用する例について説明する。実施の形態４で説明した窒化物半導体の除去方法は、実施形態１乃至３で説明した異種基板の分離方法と異なり、レーザアブレーションでなくても良い。このため励起光６１として、レーザ光の他にＬＥＤ光などを用いることができる。ここで励起光６１は、波長若しくは波長域が限定されていることが好ましい。また、励起光６１は、波長域の狭い単色性の光や、急峻なスペクトルの光であることが好ましい。例えば、ＬＥＤ光や高圧水銀ランプの光を用いることができる。また、これらの光照射によっても、バンドギャップエネルギーの異なる結晶では物体色若しくは蛍光色が異なる。そこで、その色を観察することで、エッチング制御や研磨制御が可能となる。
【００６１】
ＬＥＤ光を励起光に用いる場合について図１０Ａ及びＢを参照しながら説明する。図１０Ａに示すように、ｎ型クラッド層３５、活性層３６及びｐ型クラッド層３７を含むＬＥＤ素子構造５３を第２結晶層５１中に形成する。このＬＥＤ素子構造５３からの発光を、励起光６１として利用する。ＬＥＤ素子の発光スペクトルはレーザに比べてブロードであるため、発光のピーク波長が必ずしも第１結晶層５２のバンドギャップ波長より短くなくても良い。ＬＥＤ素子５３の発光スペクトル中に第１結晶層５２のバンドギャップ波長よりも短い成分が相当程度に含まれていれば良い。従って、ＬＥＤ素子構造５３からの発光波長が、第１結晶層５２のバンドギャップをＥとして（Ｅ＋０．１ｅＶ）に対応するバンドギャップ波長よりも短くなるようにすることが好ましい。尚、ここで「発光波長」とは発光スペクトルのピーク波長を指す。ＬＥＤ素子の発光波長としては、３６５ｎｍ以上４２０ｎｍ以下（より好ましくは４１０ｎｍ以下）が好ましい。図１０Ａに示すように、窒化物半導体ウエハの上下面に、ＬＥＤ素子構造５３に通電可能な電極８１、８２を設ける。図１０Ａでは、第２結晶層５１の第１結晶層５２と反対側にある面５１ａに電極８２を形成し、第１結晶層５２の第２結晶層５１と反対側にある面に電極８１を形成している。
【００６２】
そして図１０Ｂに示すように、少なくとも第１結晶層と第２結晶層との界面５１ｂと第１結晶層５２の一部が露出するように窒化物半導体ウエハ１８を被覆部材８３及び８４で覆う。この被覆部材８３及び８４は、電極８１及び８２の各々に通電するための外部電極を兼ねている。そして、窒化物半導体ウエハ１８をエッチング槽に浸漬し、上記露出部をエッチング溶液に晒しながら、電極８１及び８２に通電してＬＥＤ素子５３を発光させる。このＬＥＤ素子５３の発光が励起光６１となる。ＬＥＤ素子５３の発光が第１結晶層５２に吸収されることにより、第１結晶層５２のエッチング速度が高くなり、第１結晶層５２が選択的或いは優先的にエッチングされる。尚、本実施の形態のような例では、ＬＥＤ素子５３中の活性層３６がエッチング液によって損傷を受けやすい。従って、活性層３６がエッチング液中に露出しないように被覆部材８４で覆うことが好ましい。
【実施例１】
【００６３】
図６Ａ〜Ｆに示す窒化物半導体素子を以下の手順によって製造した。
（異種基板３１）
成長用の異種基板３１として、サファイア（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【００６４】
（下地層３２）
バッファ層３３：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層３３を約２００Åの膜厚で成長させた。
高温成長層３４：バッファ層３３成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体３４を５μｍの膜厚で成長させた。
【００６５】
（ｎ型クラッド層３５）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層３５を４００Åの膜厚で形成した。
【００６６】
（活性層３６）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)の順に積層した。この時、障壁層(1)を２００Å、障壁層(2)と(3)を４０Å、井戸層(1)と(2)を７０Åの膜厚で形成した。活性層は、総膜厚約４２０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００６７】
（ｐ型クラッド層３７）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層３７を６００Åの膜厚で成長させた。
【００６８】
（ｐ型コンタクト層３８）
続いて、ｐ型クラッド層３７上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。成長終了後、窒素雰囲中、ウエハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
【００６９】
（第１の接合層３９）
アニーリング後、ウエハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【００７０】
次に、ｐ電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成した。ここでで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２の共晶形成層との密着性を向上させる役割を果たす。
【００７１】
（支持基板４０、第２の接合層４１）
一方、導電性の支持基板４０として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【００７２】
（Ｃｕ−Ｗ支持基板４０の固着）
次に、第１の接合層３９と第２の接合層４１とを対向させた状態で、接合用積層体と支持基板４０とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【００７３】
（サファイア基板３１の剥離）
次に、上記固着させたウエハを処理液に浸漬させた容器を、レーザ照射装置に搬入して、その容器が載せられたステージを動かしウエハ面内を、パルスレーザ光で走査する。このとき、パルス振幅は２０Ｈｚ、照射面におけるレーザ線幅は１００μｍ、レーザ強度９０〜２００ｍＪ、ステージの移動速度（レーザの走査速度）は１ｍｍ／ｓとする。剥離時のレーザ強度は、１Ｊ／ｃｍ２以上であることが好ましい。そして、さらに露出したバッファ層３３または高温成長層３４を研磨して、ｎ型クラッド層のＡｌＧａＮ層３５が露出するまで研磨した。尚、ここで研磨に代えてドライエッチングによって高温成長層３４を除去しても良い。
【００７４】
（ｎ電極４２）
次に、ｎ型コンタクト層３５上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成してｎ電極４２とした。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した。最後に、ダイシングにより素子を分離して紫外発光の窒化物半導体素子が完成した。
【００７５】
［比較例１］
サファイア基板３１の剥離を大気中でエキシマレーザを照射して行う他は、実施例１と同様にして窒化物半導体素子を製造した。
【００７６】
実施例１と比較例１において、サファイア基板３１を除去した後のウエハ表面を観察した写真を図７Ａ及び図７Ｂに示す。図７Ａ及びＢにおいて、黒く見える領域はＧａＮ高温下地層等の窒化物半導体層が残っている領域であり、白く見える領域は窒化物半導体層の下側にあるＣｕ−Ｗ支持基板４０が露出した領域である。図７Ａ及びＢからわかるように、比較例１において大気中でエキシマレーザを照射した場合（＝図７Ｂ）、かなりの窒化物半導体層がサファイア基板３１と共に剥がれてしまったのに対し、実施例１のようにＫＯＨエッチング溶液中でエキシマレーザを照射してサファイア基板３１を剥離した場合（＝図７Ａ）には、窒化物半導体層の剥がれは殆ど発生しなかった。最終的なウエハあたりの製造歩留まりは、実施例１が約９０％であるのに対し、比較例１では約６０％であった。
【実施例２】
【００７７】
実施例１においてサファイア基板を剥離したウエハ１８を用意し、それを図９に示すようなエッチング装置に導入する。そして、図８Ａ〜Ｄに示す手順に従って、第１結晶層５２である下地ＧａＮ層３２を選択的に除去する。以下、それについて説明する。
【００７８】
図８Ａに示すように、支持基板４０に接着された窒化物半導体ウエハ１８を準備する。図８Ｂに示すように、異種基板３０が設けられていた第１結晶層５２の表面（＝第２結晶層との界面５１ｂに対向する面）をＣＭＰにより研磨して薄くする。このとき窒化物半導体ウエハ１８に反りがあるため、第１結晶層５２の表面が凸曲面となる。次に、図８Ｃに示すように、窒化物半導体ウエハ１８をＫＯＨのエッチング溶液に浸漬させ、波長３６５ｎｍの紫外線を励起光６１として照射する。この励起光は、ＬＥＤ光源から発光させる。励起光６１を、窒化物半導体ウエハの第１結晶層５２の表面（＝研磨面）に照射する。それにより、図８Ｄに示すように、完全に第１結晶層５２が除去される。第２結晶層５１の表面５１ｂが露出したら、励起光６１の照射を止めて、エッチング溶液からウエハを取り出す。このようにして得られる第２結晶層５２は、表面５１ｂの平坦性が良好となる。従って、その第２結晶層５２を用いれば、量産性良く、素子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、実施の形態１における異種基板の剥離工程を示す模式図である。
【図２】図２は、結晶成長ウエハ上にレーザ光を照射する様子を模式的に示す上面図である。
【図３】図３は、レーザ光の強度分布の一例を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、大気中でレーザ光照射を行った場合の異種基板−窒化物半導体層界面の様子を模式的に示す断面図であり、レーザ光の走査方向に平行な断面を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、大気中でレーザ光照射を行った場合の異種基板−窒化物半導体層界面の様子を模式的に示す断面図であり、レーザ光の走査方向に垂直な断面を示す。
【図５】図５は、実施の形態１で用いるレーザ照射装置を示す概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態２に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図の一部である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態２に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図の一部である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、実施の形態２に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図の一部である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、実施の形態２に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図の一部である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、実施の形態２に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図の一部である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、実施の形態２に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図の一部である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施例１における異種基板剥離後の窒化物半導体層の様子を示す写真である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、比較例１における異種基板剥離後の窒化物半導体層の様子を示す写真である。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態４における第２結晶層の除去工程の一部を示す模式断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施の形態４における第２結晶層の除去工程の一部を示す模式断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、実施の形態４における第２結晶層の除去工程の一部を示す模式断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、実施の形態４における第２結晶層の除去工程の一部を示す模式断面図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、実施の形態４における第２結晶層の除去工程の一部を示す模式断面図である。
【図９】図９は、実施の形態４で用いる結晶溶解装置を示す概略図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施の形態５における第２結晶層除去工程の一部を示す模式断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実施の形態５における第２結晶層除去工程の一部を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  レーザ照射装置、３  レーザ光、４  励起光源（具体例：紫外線光）、８  エッチング槽、１０  エッチング液、１６  異種基板、１８  窒化物半導体層、２０  結晶成長ウエハ、３０  窒化物半導体成長基板、４０  支持基板、５１  第１結晶層（具体例：ＧａＮ下地層、５１ａ  成長側主面、５１ｂ  基板側主面）、５２  第２結晶層（具体例：ＡｌＧａＮ系素子構造）、５３  素子構造、６１  励起光
【図１】
2006060200.tif 000003
【図２】
2006060200.tif 000004
【図３】
2006060200.tif 000005
【図４Ａ】
2006060200.tif 000006
【図４Ｂ】
2006060200.tif 000007
【図５】
2006060200.tif 000008
【図６Ａ】
2006060200.tif 000009
【図６Ｂ】
2006060200.tif 000010
【図６Ｃ】
2006060200.tif 000011
【図６Ｄ】
2006060200.tif 000012
【図６Ｅ】
2006060200.tif 000013
【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
2006060200.tif 000015
【図７Ｂ】
2006060200.tif 000016
【図８Ａ】
2006060200.tif 000017
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
2006060200.tif 000019
【図８Ｄ】
2006060200.tif 000020
【図８Ｅ】
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【図９】
2006060200.tif 000022
【図１０Ａ】
2006060200.tif 000023
【図１０Ｂ】
2006060200.tif 000024