(57)【要約】【課題】活性層を劣化させることなく窒素を含むｐ型III-V 族化合物半導体層を低抵抗化できる半導体装置の製造方法を提供することにある。【解決手段】サファイア基板１上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合している。次に、窒素雰囲気下で、サファイア基板１の裏面からレーザを照射する。弱いレーザの照射により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の水素離脱による低抵抗化を行なう。その際、積層部１０中のドーパントの拡散を抑制して、ドーパントプロファイルの急峻性を維持することができる。その後、強いレーザの照射によって、サファイア基板１を積層部１０から分離させることもできる。【選択図】図１
2006310875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板からのエピタキシャル成長により形成された半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、
上記単結晶基板を覆うように、ｐ型不純物がドープされた窒素を含むIII-Ｖ族化合物からなる第１の半導体層と、
ｎ型不純物がドープされた窒素を含むIII-Ｖ族化合物からなるｎ型の第２の半導体層とを少なくとも有する積層膜を形成する工程（ａ）と、
光を上記第１の半導体層に照射して、上記第１の半導体層中のｐ型不純物を活性化する工程（ｂ）と、
上記光と同一光源からの光照射により上記単結晶基板を上記半導体層から分離する工程（ｃ）とを含み、
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を上記第２の半導体層の上方に形成し、
上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体層の上方から上記第１の半導体層に上記光を照射することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記光は、上記第１の半導体層の少なくとも最下部の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ｂ）又は工程（ｃ）で、上記第１の半導体層を分解又は変質させて導体層を形成し、
上記工程（ｃ）の後に、上記導体層の上にオーミック電極を形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ａ）の後、上記積層膜の上にキャップ層を形成する工程をさらに備え、
上記工程（ｂ）では、上記キャップ層の上方から上記第１の半導体層に光を照射することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ｂ）の後、上記第１の半導体層の上に、オーミック電極を形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を挟んで上記第２の半導体層に対向する、上記第１の半導体層とは禁制帯幅が異なるｎ型の第３の半導体層をさらに有するように上記積層膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
上記第３の半導体層の禁制帯幅は、上記第１の半導体層よりも大きく、かつ上記光のエネルギーよりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の半導体装置の製造方法において、
上記第１の半導体層からバイポーラトランジスタのコレクタ領域を形成し、上記第２の半導体層からバイポーラトランジスタのベース領域を形成し、上記第３の半導体層からバイポーラトランジスタのエミッタ領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法において、
上記エミッタ領域の禁制帯幅を、上記ベース領域の禁制帯幅よりも大きくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ｂ）は、不活性ガス雰囲気又は減圧雰囲気下で行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記光は、上記第１の半導体層中のｐ型不純物を活性化させる工程（ｂ）においては、上記工程（ｃ）よりも小さい光出力で照射されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記光の光源が、パルス状に発振するレーザであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記光を照射する際に、単結晶基板を加熱することを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記光は、光束を単結晶基板面内でスキャンさせるように照射されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を形成する際に、ドーパントとしてＭｇ又はＢｅを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を、水素を含む雰囲気中で形成することを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記単結晶基板として、サファイア基板，ＳｉＣ基板，ＭｇＯ基板，ＬｉＧａＯ2 基板，ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （０≦ｘ≦１）混晶基板及びＬｉＡｌＯ2 基板の中から選ばれる１つの基板を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を利用した，短波長発光ダイオード、短波長半導体レーザや高温・高速トランジスタなどとして機能する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、窒化物半導体は、禁制帯幅が大きいので（例えばＧａＮで室温３．４ｅＶ程度）、緑色・青色あるいは白色といった比較的短波長領域での可視域発光ダイオード、あるいは、光ディスクの大容量化に有効な短波長半導体レーザを実現できる材料である。窒化物半導体は、特に発光ダイオードの活性層として一般に広く使用されており、また、青色又は青紫色レーザは高密度光ディスクの読み出し・書き込み用光源としてその商品化が強く望まれている。
【０００３】
これらのデバイスの市販・量産の可能性が大きくひらけてきた背景には、技術的にいくつかのブレークスルーがあった。その一つは、低温バッファ層の導入を始めとするヘテロエピタキシャル成長技術の進歩である。ＧａＮ層を利用する場合、バルクのＧａＮ基板が存在しないので、結晶成長は異種基板上に行なう必要がある。そこで、ＧａＮ基板と同じ六方晶構造を有しているサファイア基板を用い、サファイア基板の上に有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:ＭＯＣＶＤ）によりＧａＮ層をエピタキシャル成長させる方法が広く採用されている。その方法の一例として、サファイア基板上に、アモルファス状のＡｌＮ層あるいはＧａＮ低温バッファ層を形成した後に、比較的高温でのＣＶＤにより、デバイスの主要部となるIII-V 族化合物半導体層であるエピタキシャル成長層を形成し、表面が平坦でかつ結晶欠陥の少ない半導体層を得ることが可能となっている。
【０００４】
また、デバイス構造の改良や結晶成長の物理的現象の解明、あるいはＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮといった混晶の結晶成長技術も大きく進んできている。
【０００５】
さらに、もう一つのブレークスルーが低抵抗ｐ型層の実現である。以前は、エピタキシャル成長層中のｐ型ＧａＮ層では、II族であるＭｇがドーパントとしてドープされていても、その低抵抗化が困難であった。しかし、最近では、エピタキシャル成長層を形成した後に、電子線照射や窒素ガス雰囲気中でのアニールを行なうことより低抵抗化できることが明らかになっている。また、そのメカニズムとして、ｐ型ＧａＮ層中で水素が不純物原子をパッシベーションしているので、この水素を脱離させることでｐ型ＧａＮ層の低抵抗化が実現することも明らかになった。
【０００６】
上記２つのブレークスルーにより、結晶性の良好なｐｎ接合が再現性良く得られるに至り、これを用いた発光ダイオードは実用化され、半導体レーザは実用化が近い状況になっている。
【０００７】
以下、上記窒化物半導体装置の製造方法について説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は、上記従来の窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０００８】
まず、図１０（ａ）に示す工程で、サファイア基板１０１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:ＭＯＣＶＤ）を用いて、サファイア基板１０１上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約２μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０４を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層を形成した後に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層を形成してもよい。また、図示しないが、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０４は、ｎ型ＧａＮ層あるいはｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。続いて、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０４の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層１０３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層１０３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザ素子の場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層１０３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約２μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２を形成する。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｐ型ＧａＮ層を含んでいる。さらに、ＣＶＤにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２の上に、酸化シリコンからなる酸化膜キャップ層１０６を形成する。
【０００９】
図１０（ａ）に示す工程において、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２の形成には例えばＣp2Ｍｇを用いるので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２にはＭｇがドープされている。as-grownの状態では、このＭｇ原子は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２において水素原子によりパッシベーションされているため、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２は高い電気抵抗を有している。そこで、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２から水素を脱離させるため、通常は、水素を含まないガス雰囲気中で熱処理を行なう必要がある。
【００１０】
次に、図１０（ｂ）に示す工程において、ウエハを結晶成長装置から取り出して、窒素ガス雰囲気の炉，例えばランプ加熱炉に導入する。そして、加熱用ランプ１０を用いて、ウエハに例えば７００℃程度の温度での熱処理を行なうことにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２の低抵抗化を行なう。
【００１１】
次に、図１０（ｃ）に示す工程で、酸化膜キャップ層１０６を除去する。その後、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層１０３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０４を用いて、半導体レーザ，発光ダイオードなどを形成する。
【特許文献１】特開平１１−１２６７５８号公報（要約書）
【特許文献２】特開平１１−１８６１７４号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記のような窒化物半導体の製造方法では、以下のような不具合があった。
【００１３】
図１０（ｂ）に示すｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２中のｐ型不純物の活性化を十分に行なうためには、８００℃程度の高温が必要である。ところが、この温度はＩｎＧａＡｌＮ活性層１０３の成長温度と同程度であるために、ＩｎＧａＡｌＮ活性層１０３の量子井戸構造中のＩｎ原子が拡散する等、ＩｎＧａＡｌＮ活性層１０３の劣化を生じる場合があった。これを防止するために熱処理温度を下げると、逆にｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２の抵抗率が大きくなり、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層１０３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０４間の直列抵抗や、ＩｎＧａＡｌＮ層に接続される電極のコンタクト抵抗が増大するという不具合があった。すなわち、低温での活性層の形成とｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層の低抵抗化を同時に実現することが困難であるという課題があった。
【００１４】
本発明の目的は、活性層を劣化させることなく窒素を含むｐ型III-V 族化合物半導体層を低抵抗化できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法は、単結晶基板からのエピタキシャル成長により形成された半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、上記単結晶基板の上面上に、ｐ型不純物がドープされた窒素を含むIII-V 族化合物からなる第１の半導体層と、ｎ型不純物がドープされた窒素を含むIII-V 族化合物からなるｎ型の第２の半導体層とを少なくとも有する積層膜を形成する工程（ａ）と、上記第１の半導体層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有する光を上記第１の半導体層に照射して、上記第１の半導体層中のｐ型不純物を活性化する工程（ｂ）とを含んでいる。
【００１６】
この方法により、ランプ加熱などの輻射熱を用いた加熱ではなく光の照射による加熱を用いることで、照射する光のエネルギー，照射時間を選択すれば、不純物の活性化を行ないたい第１の半導体層に効率よく吸収させることができる。つまり、第１の半導体層を選択的に加熱することができるので、第２の半導体層に熱的損傷を与えることなく、第１の半導体層から水素を脱離させて低抵抗化させることが可能となる。
【００１７】
上記光は、上記第１の半導体層の少なくとも最下部の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有することが好ましい。
【００１８】
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を上記第２の半導体層の下方に形成しておいて、上記工程（ｂ）では、上記単結晶基板の裏面から上記第１の半導体層に上記光を照射することにより、第２の半導体層に熱的損傷を与えるのを確実に防止することができる。
【００１９】
上記工程（ｂ）では、照射される光のパワー密度又はエネルギーを少なくとも２種類に変化させることにより、上記第１の半導体層中のｐ型不純物を活性化するとともに、上記第１の半導体層と上記単結晶基板とを互いに分離させることができる。
【００２０】
上記積層体に転写用基板を固着させる工程をさらに含むことにより、積層部を転写用基板と固着させた状態で単結晶基板から分離できる。したがって、転写用基板と積層部との結晶方位を、転写用基板のへき開面と積層部のへき開面とが共通の平面上に位置するように調整することができる。すなわち、単結晶基板と積層部とのへき開面が一致しない場合や単結晶基板がへき開の困難な材料である場合にも、積層部と同時にへき開が可能な材料を転写用基板として選択することにより、端面に平坦なへき開面を形成することが可能になる。したがって、例えば半導体装置が半導体レーザである場合には、平坦なへき開面を共振器面とする光出力の高い半導体レーザが得られる。
【００２１】
上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体層中のｐ型不純物を活性化させるための第１段階の処理を行なった後、光のパワー密度又はエネルギーを変化させて第１の半導体層と上記単結晶基板とを互いに分離させるための第２段階の処理を行なうことができる。
【００２２】
その場合、上記工程（ｂ）における上記第１段階の処理の後、上記第２段階の処理の前に、上記積層体の上に転写用基板を固着させる工程をさらに含むことにより、上述のように、転写用基板と積層部との結晶方位を、転写用基板のへき開面と積層部のへき開面とが共通の平面上に位置するように調整することができ、上述の効果を発揮することができる。
【００２３】
上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体層を分解又は変質させて導体層を形成し、上記工程（ｂ）の後に、上記導体層の上に導体材料からなるオーミック電極を形成する工程をさらに含むことにより、コンタクト抵抗の小さい低消費電力型の半導体装置が得られる。
【００２４】
その場合、上記工程（ｂ）の後で上記オーミック電極を形成する前に、上記導体層の表面部をエッチングする工程をさらに含むことが好ましい。
【００２５】
上記工程（ａ）の前に、上記単結晶基板の上に、禁制帯幅が上記単結晶基板よりも小さいスペーサ層を形成する工程をさらに備え、上記工程（ａ）では、上記スペーサ層の上に上記積層膜を形成し、上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体層中のｐ型不純物を活性化するとともに、上記スペーサ層と上記単結晶基板とを互いに分離させることにより、基板分離時に半導体層における格子欠陥やクラックの発生を抑制することができる。
【００２６】
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を上記第２の半導体層の上方に形成しておいて、上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体層の上方から上記第１の半導体層に上記光を照射することにより、第２の半導体層の熱的損傷をできるだけ回避しつつ、第１の半導体層の低抵抗化を図ることができる。
【００２７】
上記工程（ａ）の後、上記積層部の上にキャップ層を形成する工程をさらに備え、上記工程（ｂ）では、上記キャップ層の上方から上記第１の半導体層に光を照射することにより、積層部の表面の面あれを回避することができ、平坦性のよい積層部が得られる。
【００２８】
上記工程（ｂ）の後、上記キャップ層を除去する工程と、上記積層部の上に転写用基板を固着する工程と、上記転写用基板を固着した後又は固着する前に、上記単結晶基板の裏面から光を照射して、上記単結晶基板を上記積層部から分離させる工程とをさらに含むことにより、第１の半導体層の低抵抗化と、単結晶基板の分離とを円滑に進めることができる。
【００２９】
上記工程（ｂ）において上記積層部の上方から照射される光よりも、上記基板の裏面から照射される光のエネルギーが大きいことが好ましい。
【００３０】
上記工程（ｂ）の後、上記第１の半導体層の上に、導体材料からなるオーミック電極を形成する工程をさらに含むことにより、オーミック電極と第１の半導体層との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
【００３１】
上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体層を分解又は変質させて導体層を形成し、上記工程（ｂ）の後に、上記導体層の上に導体材料からなるオーミック電極を形成する工程をさらに含むことにより、第１の半導体層よりもさらに低抵抗化された導体層を含み、かつ、オーミック電極と導体層との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
【００３２】
上記工程（ｂ）の後で上記オーミック電極を形成する前に、上記導体層の表面部をエッチングする工程をさらに含むことが好ましい。
【００３３】
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を挟んで上記第２の半導体層に対向する，上記第１の半導体層とは禁止帯幅が異なるｎ型の第３の半導体層をさらに有するように上記積層部を形成することにより、ヘテロバイポーラトランジスタの各領域として利用しうる積層部が得られる。
【００３４】
その場合、上記第３の半導体層の禁止帯幅が、上記第１の半導体層よりも大きく、かつ上記光のエネルギーよりも大きいことにより、第３の半導体層に影響をほとんど与えず、第１の半導体層に到達させることが容易である。
【００３５】
上記第１の半導体層からバイポーラトランジスタのコレクタ領域を形成し、上記第２の半導体層からバイポーラトランジスタのベース領域を形成し、上記第３の半導体層からバイポーラトランジスタのエミッタ領域を形成することができる。
【００３６】
その場合、上記エミッタ領域の禁制帯幅を、上記ベース領域の禁制帯幅よりも大きくすることが好ましい。
【００３７】
上記工程（ｃ）は、不活性ガス雰囲気又は減圧雰囲気下で行なわれることが好ましい。
【００３８】
上記光として、上記第１の半導体層中のｐ型不純物を活性化させる際には、上記第２の半導体層の禁制帯幅より小さいエネルギーを有するものが用いられることにより、第２の半導体層の熱的損傷を確実に回避することができる。
【００３９】
上記光の光源が、パルス状に発振するレーザであることにより、比較的出力の大きいレーザを用いることができ、エネルギーと照射時間との制御も容易となる。
【００４０】
上記光として、上記第１の半導体層中のｐ型不純物を活性化する際には、水銀灯の輝線が用いられてもよい。
【００４１】
上記光を照射する際に、上記単結晶基板を加熱することにより、スペーサ層を形成する際に熱膨張係数の差により生じた膜中のストレスを緩和することができるので、大面積の単結晶基板上に形成された半導体層を単結晶基板から分離させることが容易となるその場合、記単結晶基板を加熱する際の加熱温度は、４００℃以上７５０℃以下であることが好ましい。
【００４２】
上記光が、光束を単結晶基板面内でスキャンさせるように照射されることにより、大面積の単結晶基板上に形成された積層部から単結晶基板を分離させることが容易となる。
【００４３】
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を形成する際に、ドーパントとしてＭｇまたはＢｅを用いることができる。
【００４４】
上記工程（ａ）では、上記第１の半導体層を、水素を含む雰囲気中で形成することにより、その後第１の半導体層から水素を脱離させる必要が生じるが、その場合にも本発明を適用することにより、水素を容易に脱離させて、第１の半導体層の低抵抗化を図ることができる。
【００４５】
上記単結晶基板として、サファイア基板，ＳｉＣ基板，ＭｇＯ基板，ＬｉＧａＯ2 基板，ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （０≦ｘ≦１）混晶基板及びＬｉＡｌＯ2 基板の中から選ばれる１つの基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いることにより、初期成長を改善し結晶性の良好な窒素を含むIII-V 族化合物半導体層をその上に形成することができる。また、ＳｉＣ基板またはＬｉＡｌＯ2 基板を用いることにより、単結晶基板の格子定数が窒素を含むIII-V 族化合物半導体層と近くなるので、結晶性の良好な窒素を含むIII-V 族化合物からなる半導体層をその上に形成することが可能となる。
【００４６】
上記転写用基板として、Ｓｉ基板，ＧａＡｓ基板，ＧａＰ基板及びＩｎＰ基板の中から選ばれる１つの基板を用いることにより、良好なへき開面が容易に得られる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、単結晶基板上に、窒素を含むIII-V 族化合物からなる第１，第２の半導体層を有する積層膜を形成した後、積層膜中のｐ型半導体層に光を照射することにより、水素原子をｐ型層から脱離させる活性化処理を行なうようにしたので、積層膜中の不純物濃度プロファイルの急峻性を維持しつつ、ｐ型層の低抵抗化を図ることができ、積層膜を用いて形成される半導体装置の特性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００４９】
まず、図１（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層あるいはＧａＮ層を形成した後に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成してもよい。また、図示しないが、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は、ｐ型ＧａＮ層あるいはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。本実施形態においては、例えば、下方から順に、ｐ型ＧａＮ層，ｐ型（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）Ｎクラッド層及びｐ型（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）0.9 Ｉｎy0.1 Ｎ層を積層して形成されている。
【００５０】
続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザの場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約０．５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｎ型ＧａＮ層を含んでいる。以上により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を形成する。
【００５１】
上記工程において、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中のｐ型不純物が活性化されていないので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【００５２】
次に、図１（ｂ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。
【００５３】
図２は、照射するＫｒＦエキシマレーザの出力の時間的変化を示す図である。同図に示すように、第１段階では、例えばパルスエネルギーが５０ｍＪで、パルス幅が５ｍｓのレーザ、つまり、比較的低出力でパルス幅の大きいレーザを照射する。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２はレーザを吸収して加熱され、同層内の水素が膜中から脱離するので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の低抵抗化を行なう。
【００５４】
続いて、第２段階で、レーザのパルスエネルギーを２００ｍＪに増大させるとともに、パルス幅を１０ｎｓに縮小する。この第２段階におけるレーザの照射によって、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２のうちサファイア基板１との界面領域で膜の分解が生じる。
【００５５】
なお、レーザを第１，第２段階という明確に区別しうる２種類のパルスで照射するのではなく、例えばパルス幅（時間）が少しずつ増大するパルスを用いてもよい。
【００５６】
この工程において、レーザビーム（光束）はウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１と積層部１０中の各層２，３，４との熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【００５７】
そして、図１（ｃ）に示す工程で、積層部１０（ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４）からサファイア基板１を分離させる（基板分離）。その後、積層部１０中のｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を利用した発光ダイオードや半導体レーザを形成するが、その工程では周知慣用の技術を用いることができる。
【００５８】
従って、本実施形態では、サファイア基板１の裏面から照射したレーザによってｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の低抵抗化を図ることができる。このとき、照射するレーザのエネルギーとパルス幅との調整によって、積層部１０中の各層が高温に加熱されるのを回避することができる。したがって、積層部１０中のドーパントの拡散を抑制して、ドーパントプロファイルの急峻性を維持することができる。よって、特性の良好なデバイス（発光特性の良好な発光ダイオードや半導体レーザなど）を実現することが可能となる。
【００５９】
また、図１（ｂ）に示す工程の第２段階において、照射する半導体レーザのパワーエネルギーやパルス幅を変化させることにより、サファイア基板１とｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２との界面でサファイア基板１を分離することができるので、低抵抗化と基板分離とを同時に行なうことが可能となる。
【００６０】
また、積層部１０のｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２とｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４との双方に電極を形成することができる。絶縁性基板上に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を搭載した場合には、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２又はｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４のうち下方に位置するＩｎＧａＡｌＮ層にコンタクトする電極を形成するに際し、その上方に位置するＩｎＧａＡｌＮ層及びＩｎＧａＡｌＮ活性層をエッチングする必要がある。それに対し、本実施形態では、このようなエッチングプロセスを必要としないので、チップサイズの縮小と製造コストの低減とを図ることができる。
【００６１】
ただし、図１（ｃ）に示す工程の後に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を、Ｓｉ基板等の上に搭載してもよい。その場合には、基板の材料としてサファイア基板よりも熱伝導率の高いものを選択することにより、放熱性の向上を図ることができる。放熱性の向上により、例えば発光ダイオードや半導体レーザでは、高パワー動作を実現することが可能となる。
【００６２】
なお、従来では、サファイア基板上にＩｎＧａＡｌＮ層（ＧａＮ層）を形成する場合、アンドープでもｎ型になりやすいこと、ｐ型層を上面側に形成しないと不純物の活性化が困難と考えられていたことなどから、積層部の最下部はｎ型層であった。しかし、本発明では、レーザ光の照射によってｐ型層中のｐ型不純物を活性化できるので、ｐ型層が積層部の最下部にあってもよいし最上部にあってもよい。よって、積層膜中の各層の導電型を容易に選択することができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００６４】
まず、図３（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約２μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層を形成した後に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成してもよい。また、図示しないが、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は、ｐ型ＧａＮ層あるいはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザの場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約０．５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｎ型ＧａＮ層を含んでいる。以上により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を形成する。
【００６５】
上記工程において、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており（活性化されていない）、その結果、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【００６６】
次に、図３（ｂ）に示す工程で、周知の貼り合わせ技術を用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板５（転写用基板）に接着する。
【００６７】
このとき、半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＩｎＧａＡｌＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、ＩｎＧａＡｌＮ層とＳｉ基板とを互いに接着する。
【００６８】
次に、図３（ｃ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。このとき、例えば第１の実施形態における図２に示すような第１，第２段階に変化させたレーザを照射することにより、第１段階でｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中の水素を脱離させてその低抵抗化を行ない、第２段階で、サファイア基板１をＩｎＧａＡｌＮ層，３，４から分離する。
【００６９】
なお、レーザを第１，第２段階という明確に区別しうる２種類のパルスで照射するのではなく、例えばパルス幅（時間）が少しずつ増大するパルスを用いてもよい。
【００７０】
この工程において、レーザビーム（光束）は、ウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１及び積層部１０中の各層の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【００７１】
なお、ここで用いるＫｒＦエキシマレーザの光密度は、６００ｍＪ／ｃｍ2 以上が望ましい。
【００７２】
そして、図３（ｄ）に示す工程で、積層部１０（ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４）及びＳｉ基板５からサファイア基板１を分離させる（基板分離）。
【００７３】
なお、第２段階におけるレーザ光の照射によって、サファイア基板１の分離が終了した後に、Ｓｉ基板５の接着を行なっても良い。
【００７４】
その後、積層部１０中のｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を利用した発光ダイオードや半導体レーザを形成するが、その工程では周知慣用の技術を用いることができる。
【００７５】
従って、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、サファイア基板１の裏面から照射したレーザによってｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の低抵抗化を図ることができる。このとき、照射するレーザのエネルギーとパルス幅との調整によって、積層部１０中の各層が高温に加熱されるのを回避することができる。したがって、積層部１０中のドーパントの拡散を抑制して、ドーパントプロファイルの急峻性を維持することができる。よって、特性の良好なデバイス（発光特性の良好な発光ダイオードや半導体レーザなど）を実現することが可能となる。
【００７６】
また、図３（ｃ）に示す工程の第２段階において、照射する半導体レーザのパワーエネルギーやパルス幅を変化させることにより、サファイア基板１とｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２との界面でサファイア基板１を分離することができるので、低抵抗化と基板分離とを同時に行なうことが可能となる。
【００７７】
また、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０をＳｉ基板５の上に搭載しているので、後に、この構造を利用して半導体レーザを作成する場合には、積層部１０中の各層（特にＩｎＧａＡｌＮ活性層３）とＳｉ基板５とのへき開面がほぼ一致するように両者の結晶方位関係を調整することにより、平坦性のよいへき開面が得られる。その結果、半導体レーザの良好な共振器が得られる。また、Ｓｉ基板５の熱伝導率がサファイア基板１よりも高いことを利用して、低しきい値電流あるいは高パワー動作といった高性能半導体レーザを実現できる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００７９】
まず、図４（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約３μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層を形成した後に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成してもよい。また、図示しないが、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４は、ｎ型ＧａＮ層あるいはｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。続いて、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザの場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成する。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｐ型ＧａＮ層を含んでいる。以上により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を形成する。
【００８０】
さらに、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の上に、ＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる厚み約１００ｎｍの酸化膜キャップ層６を形成する。
【００８１】
上記工程では、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており（活性化されていない）、その結果、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【００８２】
次に、図４（ｂ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、酸化膜キャップ層６の上方からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。なお、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のレーザを照射してもよい。
【００８３】
ここで、レーザの出力パワーはＩｎＧａＡｌＮ層２，３，４が分解しない程度とし、第１の実施形態における図２に示す第１段階の照射のみを行なう。つまり、比較的低出力でパルス幅の大きいレーザを照射する。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２はレーザを吸収して加熱され、同層内の水素が膜中から脱離するので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が低抵抗化される。
【００８４】
この工程において、レーザビーム（光束）は、ウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，積層部中の各層及び酸化膜キャップ層６の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【００８５】
次に、図４（ｃ）に示す工程で、酸化膜キャップ層６を例えばフッ酸にて除去する。その後、積層部１０中のｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を利用した発光ダイオードや半導体レーザを形成するが、その工程では周知慣用の技術を用いることができる。
【００８６】
従って、本実施形態では、酸化膜キャップ層６を通して照射したレーザによってｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の低抵抗化を図ることができる。このとき、照射するレーザのエネルギーとパルス幅との調整によって、積層部１０中の各層が高温に加熱されるのを回避することができる。したがって、積層部１０中のドーパントの拡散を抑制して、ドーパントプロファイルの急峻性を維持することができる。よって、特性の良好なデバイス（発光特性の良好な発光ダイオードや半導体レーザなど）を実現することが可能となる。
【００８７】
加えて、本実施形態では、酸化膜キャップ層６を形成した後にレーザ照射を行なっているので、温度上昇による表面の面荒れ、分解といった問題が生じず、平坦な表面が形成される。
【００８８】
（第４の実施形態）
図５（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第４の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００８９】
まず、図５（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約３μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層を形成した後に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成してもよい。また、図示しないが、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４は、ｎ型ＧａＮ層あるいはｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。続いて、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザの場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成する。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｐ型ＧａＮ層を含んでいる。以上により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を形成する。
【００９０】
さらに、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の上に、ＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる厚み約１００ｎｍの酸化膜キャップ層６を形成する。
【００９１】
上記工程では、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており（活性化されていない）、その結果、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【００９２】
次に、図５（ｂ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、酸化膜キャップ層６の上方からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。
【００９３】
ここで、レーザの出力パワーはＩｎＧａＡｌＮ層２，３，４が分解しない程度とし、第１の実施形態における図２に示す第１段階の照射のみを行なう。つまり、比較的低出力でパルス幅の大きいレーザを照射する。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２はレーザを吸収して加熱され、同層内の水素が膜中から脱離するので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が低抵抗化される。
【００９４】
この工程において、レーザビーム（光束）は、ウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，積層部１０中の各層及び酸化膜キャップ層６との熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【００９５】
次に、図５（ｃ）に示す工程で、酸化膜キャップ層６を例えばフッ酸にて除去する。
【００９６】
次に、図５（ｄ）に示す工程で、周知の貼り合わせ技術を用いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を主面がほぼ（００１）面であるＳｉ基板５（転写用基板）に接着する。
【００９７】
このとき、半導体レーザを作成する場合には、へき開が容易になるように、ＩｎＧａＡｌＮ層の＜ 1 1-2 0＞方向と、Ｓｉ基板の＜１１０＞方向とが平行になるように、ＩｎＧａＡｌＮ層とＳｉ基板とを互いに接着する。
【００９８】
そして、図５（ｅ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、サファイア基板１の裏面側からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。
【００９９】
ここで、レーザの出力パワーはＩｎＧａＡｌＮ層２，３，４が分解しない程度とし、第１の実施形態における図２に示す第２段階の照射のみを行なう。つまり、高出力でパルス幅の小さいレーザを照射する。
【０１００】
この工程において、レーザビーム（光束）は、ウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，積層部１０中の各層及びＳｉ基板５との熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【０１０１】
なお、ここで用いるＫｒＦエキシマレーザの光密度は、６００ｍＪ／ｃｍ2 以上が望ましい。
【０１０２】
これにより、図５（ｆ）に示すように、積層部１０（ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４）及びＳｉ基板５からサファイア基板１を分離させる（基板分離）。
【０１０３】
なお、レーザ光の照射によって、サファイア基板１の分離が終了した後に、Ｓｉ基板５の接着を行なっても良い。
【０１０４】
その後、積層部１０中のｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を利用した発光ダイオードや半導体レーザを形成するが、その工程では周知慣用の技術を用いることができる。
【０１０５】
従って、本実施形態では、酸化膜キャップ層６を通して照射したレーザによってｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の低抵抗化を図ることができる。このとき、照射するレーザのエネルギーとパルス幅との調整によって、積層部１０が高温に加熱されるのを回避することができる。したがって、積層部１０中のドーパントの拡散を抑制して、ドーパントプロファイルの急峻性を維持することができる。よって、特性の良好なデバイス（発光特性の良好な発光ダイオードや半導体レーザなど）を実現することが可能となる。
【０１０６】
加えて、本実施形態では、酸化膜キャップ層６を形成した後にレーザ照射を行なっているので、温度上昇による表面の面荒れ、分解といった問題が生じず、平坦な表面が形成される。
【０１０７】
また、積層部１０（ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４）がＳｉ基板５の上に搭載されているので、後に、この構造を利用して半導体レーザを作成する場合には、ＩｎＧａＡｌＮ層とＳｉ基板とのへき開面がほぼ一致するように両者の結晶方位関係を調整することにより、平坦性のよいへき開面が得られる。その結果、半導体レーザの良好な共振器が得られる。また、Ｓｉ基板５の熱伝導率がサファイア基板１よりも高いことを利用して、低しきい値電流あるいは高パワー動作といった高性能半導体レーザを実現できる。
【０１０８】
（第５の実施形態）
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０１０９】
まず、図６（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えばＲＦスパッタリングにより、スペーサ層となる厚み約１００ｎｍのＺｎＯ層１３を形成し、さらに、ＺｎＯ層１３の上に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）により、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層を形成した後に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成してもよい。また、図示しないが、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は、ｐ型ＧａＮ層あるいはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザの場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約０．５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｎ型ＧａＮ層を含んでいる。ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。以上により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を形成する。
【０１１０】
上記工程では、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており（活性化されていない）、その結果、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【０１１１】
次に、図６（ｂ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、図２に示すと同様の方法により、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。
【０１１２】
このとき、図２に示すような第１段階では、例えばパルスエネルギーが５０ｍＪで、パルス幅が５ｍｓのレーザ、つまり、比較的低出力でパルス幅の大きいレーザを照射する。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２はレーザを吸収して加熱され、同層内の水素が膜中から脱離するので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が低抵抗化される。ただし、このレーザ出力では、ＺｎＯ層１３は分解または融解しない。
【０１１３】
続いて、第２段階で、レーザのパルスエネルギーを２００ｍＪに増大させるとともに、パルス幅を１０ｎｓに縮小する。この第２段階におけるレーザの照射によって、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２のうちサファイア基板１との界面領域で膜の分解が生じる。
【０１１４】
なお、レーザを第１，第２段階という明確に区別しうる２種類のパルスで照射するのではなく、例えばパルス幅（時間）が少しずつ増大するパルスを用いてもよい。
【０１１５】
この工程において、レーザビーム（光束）はウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１及び積層部１０中の各層の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【０１１６】
そして、図６（ｃ）に示す工程で、積層部１０（ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４）及びＺｎＯ層１３からサファイア基板１を分離させる（基板分離）。その後、積層部１０中のｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を利用した発光ダイオードや半導体レーザを形成するが、その工程では周知慣用の技術を用いることができる。
【０１１７】
本実施形態では、図６（ｂ）に示す工程の第１段階（図２参照）において、照射されるレーザのエネルギーによっては、ＺｎＯ層１３が分解又は融解することがない。一方、ＺｎＯ層１３及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２で吸収された光が熱として伝導することにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が加熱され、水素の脱離によるｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が低抵抗化される。すなわち、上記第１の実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【０１１８】
しかも、本実施形態においては、上記第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果を発揮することができる。
【０１１９】
ＺｎＯ層１３のバンドギャップ（禁制帯幅）は、３．２７ｅＶであり、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４の最下部を構成するＧａＮ層のバンドギャップ（３．３９ｅＶ）よりも小さい。したがって、本実施形態では、図６（ｂ）に示す工程中の第２段階において、サファイア基板１の裏面に照射されたレーザ光が、主にＺｎＯ層１３で吸収されて各ＩｎＧａＡｌＮ層２，３，４にはわずかしか到達しない。したがって、ＺｎＯ層１３全体あるいはＺｎＯ層１３のうちサファイア基板１との界面付近の領域で結晶の分解又は融解が生じるので、低い光パワー密度で積層部１０及びＺｎＯ層１３からサファイア基板１を分離することができる。
【０１２０】
また、積層部１０中の各ＩｎＧａＡｌＮ層２，３，４がほとんど融解しないことから、各ＩｎＧａＡｌＮ層２，３，４中に結晶欠陥やクラックが発生するのを抑制することができる。すなわち、積層部１０全体の厚みを５μｍ以下にしても、積層部１０中の各層各ＩｎＧａＡｌＮ層２，３，４の結晶性を良好に維持しつつ、サファイア基板１を分離させることができる。さらに、積層部１０全体の厚みは５μｍ程度と薄いので、エピタキシャル成長後、基板冷却時に積層部１０中の各層とサファイア基板１との熱膨張係数の差によって生じる基板の反りを低減することができる。したがって、平坦なＳｉ基板などとの接着を容易にかつ均一に再現性良く行なうことが可能となる。
【０１２１】
ここで、低い光パワー密度とは、例えばＫｒＦエキシマレーザのレーザ光を使用した場合、ＧａＮ層とサファイア基板とが直接接している場合に、ＧａＮ層が互いに分離する閾値パワー密度が約６００ｍＪ／ｃｍ2 であるので、これより小さい値の光パワー密度のことをいう。
【０１２２】
なお、スペーサ層としてＺｎＯ層１３に代えてアモルファスのＭｇＯを用いることができる。その場合、光を照射したときにＭｇＯの分解で生じたＭｇがドーパントとなるので、積層部の最下部がｐ型層になるように調整することが容易となる。
【０１２３】
（第６の実施形態）
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第６の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０１２４】
まず、図７（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、厚み約２μｍのｎ型ＧａＮ層９を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層を形成した後に、ｎ型ＧａＮ層９を形成してもよい。また、ｎ型ＧａＮ層９とサファイア基板１との間に半絶縁性ＧａＮ層がさらに設けられていてもよい。続いて、ｎ型ＧａＮ層９の上に、厚み約０．２μｍのｐ型ＧａＮ層８を形成した後、ｐ型ＧａＮ層８の上に、厚み約０．５μｍのｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７を形成する。以上により、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７，ｐ型ＧａＮ層８及びｎ型ＧａＮ層９からなる積層部１１を形成する。
【０１２５】
さらに、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７の上に、ＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる厚み約１００ｎｍの酸化膜キャップ層６を形成する。
【０１２６】
上記工程において、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており（活性化されていない）、その結果、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【０１２７】
次に、図７（ｂ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、酸化膜キャップ層６の上方からＹＡＧレーザの第三次高調波（波長３５５ｎｍ，エネルギー３．４９ｅＶに相当）のビーム（光束）を照射する。これにより、ｐ型ＧａＮ層８における水素の脱離を生じさせて、ｐ型ＧａＮ層８中のｐ型不純物を選択的に活性化して低抵抗化する。なお、サファイア基板１の裏面からＹＡＧレーザの第三次高調波のレーザを照射してもよい。
【０１２８】
このとき、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層の禁制帯幅Ｅ１は、３．５７ｅＶであるために、照射したレーザのエネルギーはｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７では吸収されずに、禁制帯幅Ｅ０が約３．３９ｅＶであるｐ型ＧａＮ層８によってほとんど吸収される。レーザの出力パワーは、ｐ型ＧａＮ層８における水素の脱離が生じるのに必要な程度であり、第１の実施形態における図２に示す第１段階の照射のみを行なう。つまり、比較的低出力でパルス幅の小さいレーザを照射する。
【０１２９】
この工程において、レーザビーム（光束）は、ウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，積層部１１中の各層及び酸化膜キャップ層６の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【０１３０】
次に、図７（ｃ）に示す工程で、酸化膜キャップ層６を例えばフッ酸にて除去する。その後、ｎ型ＧａＮ層９をコレクタ領域とし、ｐ型ＧａＮ層８をベース領域とし、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７をエミッタ領域とするヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を形成するが、その工程では周知慣用の技術を用いることができる。
【０１３１】
なお、図７（ｂ）に示す工程において照射される光を水銀灯の３６５ｎｍ輝線（エネルギー３．４ｅＶ相当）としても、同輝線はＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７を通過して、ｐ型ＧａＮ層８で吸収されるので、本実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３２】
本実施形態では、酸化膜キャップ層６を通して照射したレーザによってｐ型ＧａＮ層８の低抵抗化を図ることができる。このとき、照射するレーザのエネルギーとパルス幅との調整によって、積層部１１中の各層（特にＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７）が高温に加熱されるのを回避することができるので、ヘテロバイポーラトランジスタ中の各層（特にエミッタ領域）における不純物濃度プロファイルを急峻に維持しつつ、高濃度ｐ型ベース領域を実現することが可能となる。
【０１３３】
また、キャップ層を形成した後にレーザ照射を行なっているので、温度上昇によるｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７の表面荒れ、分解といった不具合を回避することができ、表面の平坦なヘテロバイポーラトランジスタが可能となる。
【０１３４】
なお、ｐＧａＮ層８中のｐ型不純物の活性化後に、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を照射し、サファイア基板１を分離する工程を含んでも良い。
【０１３５】
（第７の実施形態）
図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０１３６】
まず、図８（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、厚み約０．５μｍのｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層を形成した後に、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７を形成してもよい。また、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７とサファイア基板１との間に半絶縁性ＧａＮ層がさらに設けられていてもよい。続いて、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７の上に、厚み０．２μｍのｐ型ＧａＮ層８と、厚み約２μｍのｎ型ＧａＮ層９とを順次形成する。以上により、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７，ｐ型ＧａＮ層８及びｎ型ＧａＮ層９からなる積層部１１を形成する。
【０１３７】
上記工程において、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており（活性化されていない）、その結果、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【０１３８】
次に、図８（ｂ）に示す工程で、例えば張り合わせ技術を用いて、主面が（００１）面であるＳｉ基板５をｎ型ＧａＮ層９に接着する。
【０１３９】
次に、図８（ｃ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、サファイア基板１の裏面からＹＡＧレーザの第三次高調波（波長３５５ｎｍ，エネルギー３．４９ｅＶに相当）のビーム（光束）を、第１の実施形態と同様に、出力及び時間を２段階に変化させて照射する。
【０１４０】
このとき、図２に示す第１段階に相当する段階では、ｐ型ＧａＮ層８における水素の脱離を生じさせて、ｐ型ＧａＮ層８中のｐ型不純物を選択的に活性化して低抵抗化する。Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層の禁制帯幅Ｅ１は、３．５７ｅＶであるために、照射したレーザのエネルギーはｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７では吸収されずに、禁制帯幅Ｅ０が約３．３９ｅＶであるｐ型ＧａＮ層８によってほとんど吸収される。レーザの出力パワーは、ｐ型ＧａＮ層８における水素の脱離が生じるのに必要な程度であり、第１の実施形態における図２に示す第１段階と同様に、比較的低出力でパルス幅の大きいレーザを照射する。
【０１４１】
続いて、第２段階で、エネルギーの大きなＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ，エネルギー５ｅＶに相当））を用いて、第１段階よりもレーザのパワー密度を上げ、パルス幅を小さくする。この第２段階におけるレーザの照射によって、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７のうちサファイア基板１との界面領域で膜の分解が生じる。
【０１４２】
この工程において、レーザビーム（光束）はウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７，各ＧａＮ層８，９及びＳｉ基板５の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【０１４３】
そして、ＫｒＦレーザの照射により、図８（ｄ）に示すように、サファイア基板１が積層部１１（ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７，各ＧａＮ層８，９及びＳｉ基板５）から分離される。つまり、Ｓｉ基板５の上に、ｎ型ＧａＮ層９，ｐ型ＧａＮ層８及びｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７を順に積層してなる構造が得られる。
【０１４４】
その後、ｎ型ＧａＮ層９をコレクタ領域とし、ｐ型ＧａＮ層８をベース領域とし、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７をエミッタ領域とするヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を形成するが、その工程では周知慣用の技術を用いることができる。
【０１４５】
図９は、第７の実施形態の製造工程によって形成されるヘテロ接合型バイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
【０１４６】
同図に示すように、このヘテロ接合型バイポーラトランジスタは、ｎ型ＧａＮ層９（コレクタ層）の下面に接触するＴｉ膜及びこれを被覆するＡｌ膜からなる裏面電極２１と、ｐ型ＧａＮ層８（ベース層）の上に形成され、ｐ型ＧａＮ層８に接触するＮｉ膜及びこれを被覆するＡｕ膜からなるベース電極２２と、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７をパターニングして形成されたエミッタ層２３と、エミッタ層２３の上に設けられ、エミッタ層２３に接触するＴｉ膜及びこれを被覆するＡｌ膜からなるエミッタ電極２４とを備えている。つまり、図９に示す構造により、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタが構成されている。
【０１４７】
なお、図８（ｃ）に示す工程の第１段階において照射される光を水銀灯の３６５ｎｍ輝線（エネルギー３．４ｅＶ相当）としても、同輝線はＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７を通過して、ｐ型ＧａＮ層８で吸収されるので、本実施形態と同様の効果が得られる。
【０１４８】
また、レーザ光の照射によってサファイア基板１の分離を行なってから、Ｓｉ基板５の接着を行なってもよい。
【０１４９】
本実施形態では、サファイア基板１の裏面から照射したレーザによってｐ型ＧａＮ層８の低抵抗化を図ることができる。このとき、照射するレーザのエネルギーとパルス幅との調整によって、ｎ型ＧａＮ層９が高温に加熱されるのを回避することができるので、エミッタ領域における不純物濃度プロファイルの急峻なヘテロバイポーラトランジスタを実現することが可能となる。
【０１５０】
また、Ｓｉ基板５等の放熱の良好な基板をｎ型ＧａＮ層９に接着することにより、ヘテロバイポーラトランジスタの高パワー動作が可能となる。
【０１５１】
さらに、本実施形態のヘテロ接合型バイポーラトランジスタによると、ベース電極でのコンタクト抵抗が低減し、ベース抵抗が小さく高周波特性の優れたヘテロ接合型バイポーラトランジスタが得られる。
【０１５２】
（第８の実施形態）
図１１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第８の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０１５３】
まず、図１１（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約３μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層（又はＧａＮバッファ層）を形成した後に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成してもよい。また、図示しないが、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４は、ｎ型ＧａＮ層あるいはｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。続いて、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザの場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成する。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｐ型ＧａＮ層を含んでいる。以上により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を形成する。
【０１５４】
上記工程では、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており（活性化されていない）、その結果、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【０１５５】
次に、図１１（ｂ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、上方からｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。
【０１５６】
ここで、レーザのパワー密度，パルス幅は、ＩｎＧａＡｌＮ層２，３，４が分解しない程度とし、第１の実施形態における図２に示す第１段階の照射のみを行なう。つまり、比較的低出力でパルス幅の大きいレーザを照射する。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２はレーザを吸収して加熱され、同層内の水素が膜中から脱離するので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が低抵抗化される。
【０１５７】
この工程において、レーザビーム（光束）は、ウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，積層部１０中の各層の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【０１５８】
次に、図１１（ｃ）に示す工程で、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４の各一部をエッチングして、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４のうちｎ側オーミック電極に対するコンタクト領域となる部分を露出させるとともに、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２のうちｐ側オーミック電極に対するコンタクト領域となる部分を他の部分よりも突出させるようにｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２をパターニングする。
【０１５９】
次に、図１１（ｄ）に示す工程で、基板上に、例えばＮｉ／Ａｕ膜を堆積した後、Ｎｉ／Ａｕ膜をパターニングしてｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２のうち突出している部分の上に、半導体レーザのｐ側オーミック電極１５を形成する。続いて、Ｎ2 あるいはＯ2 雰囲気中で６００℃程度の温度での熱処理を行なうことにより、ｐ側オーミック電極１５とｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２とのコンタクト抵抗を低減する。さらに、基板上に、例えばＴｉ／Ａｌ膜を堆積した後、Ｔｉ／Ａｌ膜をパターニングして半導体レーザのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４のうち露出している部分の上に、ｎ側オーミック電極１７を形成する。その後、チップ劈開工程などの周知慣用の技術を用いて、半導体レーザを形成することができる。
【０１６０】
なお、図１１（ｄ）に示す積層部１０中のｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を利用して発光ダイオードを形成することもできる。
【０１６１】
従って、本実施形態では、レーザの照射によってｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の低抵抗化を図るとともに、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２とｐ側オーミック電極１５とのコンタクト抵抗の低減を図ることができる。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の低抵抗化の際には、照射するレーザのエネルギーとパルス幅との調整によって、積層部１０中の各層が高温に加熱されるのを回避することができる。したがって、積層部１０中のドーパントの拡散を抑制して、ドーパントプロファイルの急峻性を維持することができる。よって、オーミック電極とのコンタクト抵抗の低減による消費電力の小さい、かつ、特性の良好なデバイス（発光特性の良好な発光ダイオードや低しきい値電流を有する半導体レーザなど）を実現することが可能となる。
【０１６２】
（第９の実施形態）
図１２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第９の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０１６３】
まず、図１２（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約３μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層（又はＧａＮバッファ層）を形成した後に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成してもよい。また、図示しないが、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４は、ｎ型ＧａＮ層あるいはｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。続いて、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザの場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成する。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｐ型ＧａＮ層を含んでいる。以上により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を形成する。
【０１６４】
上記工程では、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており（活性化されていない）、その結果、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【０１６５】
次に、図１２（ｂ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、上方からｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。
【０１６６】
ここで、レーザのパワー密度，パルス幅は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が分解又は変質する程度とし、第１の実施形態における図２に示す第１段階及び第２段階の照射を共に行なう。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２はレーザを吸収して加熱され、同層内の水素が膜中から脱離するとともに、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が分解され又は変質して、Ｎ組成率の小さい低抵抗ＧａＮ層１６が形成される。また、低抵抗ＧａＮ層１６の表面部には、Ｎをほとんど含まない金属Ｇａ層が薄く形成されている。
【０１６７】
この工程において、レーザビーム（光束）は、ウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，積層部１０中の各層の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【０１６８】
次に、図１２（ｃ）に示す工程において、ＨＣｌ等の酸を用いて、低抵抗ＧａＮ層１６の表面部をエッチングする。つまり、図１２（ｂ）に示す工程で、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が分解又は変質して低抵抗ＧａＮ層１６に変化する際に形成された比較的高抵抗の金属Ｇａ層を除去する。エッチング後の低抵抗ＧａＮ層１６には表面荒れが残っている。
【０１６９】
次に、図１２（ｄ）に示す工程で、低抵抗ＧａＮ層１６，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ４の各一部をエッチングして、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４のうちｎ側オーミック電極に対するコンタクト領域となる部分を露出させるとともに、低抵抗ＧａＮ層１６のうちｐ側オーミック電極に対するコンタクト領域となる部分を他の部分よりも突出させるように低抵抗ＧａＮ層１６をパターニングする。その後、周知慣用の技術を用いて、半導体レーザや発光ダイオードを形成することができる。
【０１７０】
図１３は、第９の実施形態の製造工程によって形成される半導体レーザの構造を示す断面図である。この構造は、以下の処理によって形成される。
【０１７１】
図１２（ｄ）に示す工程の後で、基板上に、例えばＮｉ／Ａｕ膜を堆積した後、Ｎｉ／Ａｕ膜をパターニングして低抵抗ＧａＮ層１６のうち突出している部分の上に、半導体レーザのｐ側オーミック電極１５を形成する。続いて、Ｎ2 あるいはＯ2 雰囲気中で６００℃程度の温度での熱処理を行なうことにより、ｐ側オーミック電極１５と低抵抗ＧａＮ層１６とのコンタクト抵抗を低減する。特に、低抵抗ＧａＮ層１６に表面荒れが存在していることにより、低抵抗ＧａＮ層１６とｐ側オーミック電極１５との接触面積が増大するので、コンタクト抵抗の低減効果が顕著になる。
【０１７２】
さらに、基板上に、例えばＴｉ／Ａｌ膜を堆積した後、Ｔｉ／Ａｌ膜をパターニングしてｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４のうち露出している部分の上に、半導体レーザのｎ側オーミック電極１７を形成する。その後、チップ劈開工程などの周知慣用の技術を用いて、半導体レーザを形成することができる。
【０１７３】
なお、図１３に示す低抵抗ＧａＮ層１６，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を利用して、発光ダイオードを形成することもできる。
【０１７４】
従って、本実施形態では、レーザの照射によってｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を分解又は変質させて低抵抗ＧａＮ層１６を形成しているので、オーミック電極１５とのコンタクト抵抗の低減を図ることができる。
【０１７５】
ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の分解又は変質によって形成された低抵抗ＧａＮ層１６とオーミック電極との接触抵抗が小さい理由は、今のところ明確に把握されているわけではない。しかし、この接触抵抗の低減作用は以下のように推測することが可能である。第１に、上述のように、低抵抗ＧａＮ層１６の表面荒れによってオーミック電極とのコンタクト面積が増大するためと考えられる。第２に、ＧａＮ層の組成が化学量論的組成からずれることによって禁制帯幅（バンドギャップ）が小さくなり、導体である電極とのオーミック接触における抵抗が小さくなると考えられる。
【０１７６】
よって、オーミック電極とのコンタクト抵抗の低減による消費電力の小さいデバイス（発光特性の良好な発光ダイオードや低しきい値電流を有する半導体レーザなど）を実現することが可能となる。
【０１７７】
（第１０の実施形態）
図１４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１０の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０１７８】
まず、図１４（ａ）に示す工程で、主面が（０００１）面であるサファイア基板１（ウエハ）の上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成する。ここでは、例えば５００℃程度の低温で５０ｎｍ程度と薄いアモルファスＡｌＮバッファ層（又はＧａＮバッファ層）を形成した後に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を形成してもよい。また、図示しないが、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は、ｐ型ＧａＮ層あるいはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を含んでいる。  続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるアンドープのＩｎＧａＡｌＮ活性層３を形成する。ＩｎＧａＡｌＮ活性層３は、例えばＩｎＧａＮ量子井戸構造を含んでおり、発光ダイオードや半導体レーザの場合には、電流の注入に応じて青色あるいは青紫色の光を発光する領域である。さらに続いて、ＩｎＧａＡｌＮ活性層３の上に、組成が（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される厚み約０．５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４を形成する。ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層あるいはｎ型ＧａＮ層を含んでいる。以上により、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４からなる積層部１０を形成する。
【０１７９】
上記工程において、ｎ型層の形成時にはＳｉが、ｐ型層の形成時にはＭｇが、それぞれドーパントとして添加されている。また、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長を行なう際には、キャリアガスとして水素ガスを用いている。as-grownの状態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中においてＭｇが水素原子と結合しており、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２中のｐ型不純物が活性化されていないので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２は高い電気抵抗を有している。
【０１８０】
次に、図１４（ｂ）に示す工程で、窒素雰囲気下で、サファイア基板１の裏面からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）のビーム（光束）を照射する。
【０１８１】
ここで、レーザのパワー密度，パルス幅は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が分解する程度とし、第１の実施形態における図２に示す第１段階及び第２段階の照射を共に行なう。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２はレーザを吸収して加熱され、同層内の水素が膜中から脱離するとともに、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が分解され又は変質して、Ｎ組成率の小さい低抵抗ＧａＮ層１６が形成される。また、低抵抗ＧａＮ層１６の表面部には、Ｎをほとんど含まない金属Ｇａ層が薄く形成されている。
【０１８２】
この工程において、レーザビーム（光束）は、ウエハ面内をスキャンするように照射され、ウエハ全体は、サファイア基板１，積層部１０中の各層の熱膨張係数の差による膜中ストレスを緩和するために、５００℃程度に加熱されている。この加熱温度は、基板上の各層の特性の劣化や大きな変形を招かない範囲でストレス緩和の機能を発揮するためには、４００℃以上７５０℃以下の範囲にあることが好ましい。
【０１８３】
そして、図１４（ｃ）に示す工程で、積層部１０（低抵抗ＧａＮ層１６，ＩｎＧａＡｌＮ活性層３及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４）からサファイア基板１を分離させる（基板分離）。その後、ＨＣｌ等の酸を用いて低抵抗ＧａＮ層１６の表面部をエッチングする。つまり、図１４（ｂ）に示す工程で、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２が分解又は変質して低抵抗ＧａＮ層１６に変化する際に形成された金属Ｇａ層を除去する。エッチング後の低抵抗ＧａＮ層１６には表面荒れが残っている。
【０１８４】
次に、図１４（ｄ）に示す工程で、低抵抗ＧａＮ層１６の上に、例えばＮｉ／Ａｕ膜を堆積した後、Ｎｉ／Ａｕ膜をパターニングして、発光ダイオードのｐ側オーミック電極１５を形成する。続いて、Ｎ2 あるいはＯ2 雰囲気中で６００℃程度の温度での熱処理を行なうことにより、ｐ側オーミック電極１５と低抵抗ＧａＮ層１６とのコンタクト抵抗を低減する。特に、低抵抗ＧａＮ層１６に表面荒れが存在していることにより、低抵抗ＧａＮ層１６とｐ側オーミック電極１５との接触面積が増大するので、コンタクト抵抗の低減効果が顕著になる。
【０１８５】
さらに、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４の下面上に、例えばＴｉ／Ａｌ膜を堆積して、発光ダイオードのｎ側オーミック電極１７を形成する。
【０１８６】
従って、本実施形態においても、第９の実施形態と同様に、レーザの照射によってｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２を分解又は変質させて低抵抗ＧａＮ層１６を形成しているので、第９の実施形態と同様の作用により、ｐ側オーミック電極１５とのコンタクト抵抗の低減を図ることができる。よって、オーミック電極とのコンタクト抵抗の低減による消費電力の小さいデバイス（発光ダイオードや低しきい値電流を有する半導体レーザなど）を実現することが可能となる。
【０１８７】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、単結晶基板としてサファイア基板を用いたが、本発明における単結晶基板はこれに限定されるものではなく、単結晶基板としてＳｉＣ基板，ＭｇＯ基板，ＬｉＧａＯ2 基板，ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （０≦ｘ≦１）混晶基板，ＬｉＡｌＯ2 基板などを用いることができる。
【０１８８】
また、転写用基板としては、Ｓｉ基板の他に、ＧａＡｓ基板，ＧａＰ基板，ＩｎＰ基板などを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態において照射するＫｒＦエキシマレーザの出力の時間的変化を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第４の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第６の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】第７の実施形態の製造工程によって形成されるヘテロ接合型バイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、従来の窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す構成図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第８の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第９の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】第９の実施形態の製造工程によって形成される半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１０の実施形態における窒化物半導体を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１９０】
１    サファイア基板
２    ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層
３    ＩｎＧａＡｌＮ活性層
４    ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層
５    Ｓｉ基板
６    酸化膜キャップ層
７    ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層
８    ｐ型ＧａＮ層
９    ｎ型ＧａＮ層
１０  積層部
１１  積層部
１３  ＺｎＯ層
１５  ｐ側オーミック電極
１６  低抵抗ＧａＮ層
１７  ｎ側オーミック電極
２１  コレクタ電極
２２  ベース電極
２３  エミッタ層
２４  エミッタ電極
【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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