(57)【要約】【課題】  成長用基板の上に形成する半導体層が薄くても、再現性よく半導体層から成長用基板を分離する方法が望まれる。【解決手段】  成長用基板の上に、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、成長用基板の表面に離散的に分布する支柱と、支柱によって成長用基板の上に支えられ、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、面内方向に連続する半導体層とを形成する。半導体層の上に、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる機能層を形成する。機能層の上に、支持基板を形成する。支持基板を形成した後、機能層から成長用基板を分離する。【選択図】  図１−４
2011238786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長用基板の上に、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、前記成長用基板の表面に離散的に分布する支柱と、前記支柱によって前記成長用基板の上に支えられ、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、面内方向に連続する半導体層とを形成する工程と、
前記半導体層の上に、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる機能層を形成する工程と、
前記機能層の上に、支持基板を形成する工程と、
前記支持基板を形成した後、前記機能層から前記成長用基板を分離する工程と
を有する半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体層を形成する工程は、
前記成長用基板の上に、第１の温度で、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる下地層を形成する工程と、
前記下地層を、ＩＩＩ族元素原料の供給を停止させた雰囲気で、前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理することにより、前記下地層の一部を分解し、窒素を脱離させる工程と、
前記窒素を脱離させる工程の後に、前記支柱及び前記半導体層を形成する工程と
を含む請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の温度は、４２５℃〜６２５℃の範囲内である請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記支柱及び前記半導体層を形成する工程は、
相対的に縦方向成長が支配的になる第１工程と、相対的に横方向成長が支配的になる第２工程とを、交互に複数回繰り返す工程を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程の水素の分圧比は、前記第１工程の水素の分圧比よりも高い請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成長用基板の上に半導体層を形成した後、半導体層から成長用基板を分離する半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード等の光半導体素子の従来の製造方法の一例について説明する。まず、成長用基板の上に、ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層を成長させる。成長用基板が絶縁性である場合には、ｐ型半導体層及び発光層の一部を除去してｎ型半導体層を露出させる。ｎ型半導体層の露出した領域、及び露出しているｐ型半導体層に電極を形成する。
【０００３】
成長用基板は、その上に成長させる半導体層の結晶品質に大きな影響を与える。また、成長用基板の導電性、熱伝導性、光吸収係数等の物性が、光半導体素子の電気特性、熱特性、及び光学特性に影響する。結晶性のよい半導体層を形成するために適した成長用基板が、導電性、熱伝導性、光吸収係数等の物性の点で好ましいものであるとは限らない。
【０００４】
半導体層を成長させた後、成長用基板を半導体層から分離した光半導体素子が提案されている。最終的に成長用基板が分離されるため、成長用基板として、半導体層の結晶成長に最適のものを選択することができる。成長用基板と半導体層との間に配置される層に空孔を生じさせることにより、成長用基板を半導体層から分離することができる（特許文献１、２、４）。また、成長用基板と半導体層との間に剥離層を配置し、この剥離層をエッチングすることにより、成長用基板を半導体層から分離することができる（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２８５３９号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１１９２号公報
【特許文献３】特開２００４−１７２３５１号公報
【特許文献４】特開２００４−１１２０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
成長用基板の上に形成する半導体層が薄くても、再現性よく半導体層から成長用基板を分離する方法が望まれる。従来の方法では、半導体層から成長用基板を再現性よく分離することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によると、
成長用基板の上に、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、前記成長用基板の表面に離散的に分布する支柱と、前記支柱によって前記成長用基板の上に支えられ、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、面内方向に連続する半導体層とを形成する工程と、
前記半導体層の上に、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる機能層を形成する工程と、
前記機能層の上に、支持基板を形成する工程と、
前記支持基板を形成した後、前記機能層から前記成長用基板を分離する工程と
を有する半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
半導体層を支柱で支えることにより、成長用基板を機能層から容易に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１−１】実施例による方法で製造される半導体素子の、製造途中段階における断面図（その１）である。
【図１−２】実施例による方法で製造される半導体素子の、製造途中段階における断面図（その２）である。
【図１−３】実施例による方法で製造される半導体素子の、製造途中段階における断面図（その３）である。
【図１−４】実施例による方法で製造される半導体素子の、製造途中段階における断面図（その４）である。
【図１−５】実施例による方法で製造される半導体素子の、製造途中段階における断面図（その５）である。
【図２】実施例及び参考例による方法で作製した支柱の単体の寸法と支柱の面内占有率との関係、及び成長用基板を容易に分離できる範囲を示すグラフである。
【図３】支柱を含む半導体層の厚さの実測値と、その上に成長させる半導体エピタキシャル層の厚さの実測値との関係を、成長用基板の分離の容易性で分類して示すグラフである。
【図４】（４Ａ）は、成長用基板を分離した後の成長用基板の表面のＳＥＭ写真であり、（４Ｂ）は、分離後の半導体層の表面のＳＥＭ写真である。
【図５】成膜直後、及び熱処理後における下地層の表面のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｊを参照して、実施例による半導体素子の製造方法について説明する。
【００１１】
図１Ａに示すように、成長用基板１０の上に、ＧａＮからなる下地層１２を形成する。実施例では、成長用基板１０として、Ｃ面サファイア基板を用いる。下地層１２は、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）により形成される。下地層１２の成長条件は、例えば下記の通りである。
・トリメチルガリウム（ＴＭＧ）供給量  １１μｍｏｌ／ｍｉｎ
・キャリアガス  窒素ガス（１３．５ＳＬＭ）、水素ガス（７ＳＬＭ）
・アンモニアガス（ＮＨ３）供給量  ３．３ＳＬＭ
・成長温度  ５２５℃
上述の条件で、Ｖ／ＩＩＩ比は約１４０００である。ここで、Ｖ／ＩＩＩ比は、供給される原料中のＩＩＩ族元素のモル数に対するＶ族元素のモル数の比と定義される。下地層１２の厚さは、例えば２００ｎｍとする。下地層１２の被覆率は必ずしも１００％であるとは限らず、成長用基板１０の表面に、下地層１２で被覆されない領域が残る場合もある。下地層１２の成長温度は、一般的なＧａＮの成長温度（８００〜１０００℃程度）よりも低い。このため、一般的なＧａＮの成長温度で成長させたＧａＮ層に比べて、下地層１２の結晶性は低い。
【００１２】
下地層１２を形成した後、ＴＭＧの供給を停止し、基板温度を約１０００℃まで上昇させる。約１０００℃の温度を所定時間、例えば３０秒間保持する。昇温期間、及び温度を一定に保持している期間に、下地層１２のＧａＮの一部が分解する。特に、下地層１２の結晶性が相対的に低い部分において分解が促進される。温度を一定に保持している期間を、「下地層分解工程」ということとする。分解により生成された窒素は、ガスとなって成長用基板１０から脱離する。ＩＩＩ族元素のＧａは、成長用基板１０の表面に残留する。また、下地層１２のうち結晶性が相対的に高い部分のＧａＮが、成長用基板１０の上に残留する。
【００１３】
図１Ｂに、下地層分解工程の途中段階における断面図を示し、図１Ｃに、下地層分解工程後の断面図を示す。図１Ｂに示すように、下地層１２の結晶性の低い部分の分解が進み、成長用基板１０の表面の一部が露出し始める。図１Ｃに示すように、下地層１２の分解が進むと、下地層１２の結晶性が高い部分が島状に残る。結晶性の低い領域においては、成長用基板１０の表面が露出する。
【００１４】
図５Ａ〜図５Ｄに、下地層分解工程における下地層１２の表面のＳＥＭ写真を示す。図５Ａは、下地層１２を形成した直後を示し、図５Ｂ〜図５Ｄは、それぞれ１０００℃で３０秒間、４５秒間、及び６０秒間の熱処理を行った後の下地層１２の表面を示す。熱処理中は、有機金属原料の供給を停止し、窒素ガス及びアンモニアガスを供給した。熱処理時間の経過とともに、ＧａＮの分解が進み、連続膜から島状構造に移行していることがわかる。
【００１５】
図１Ｄ〜図１Ｆに示すように、下地層分解工程の後、支柱１３ａの形成、庇部１３ｂの形成、及び半導体層１３の形成を行う。これらの形成は、成長条件の異なる第１工程と第２工程とを交互に繰り返すことにより行われる。繰り返し回数は、例えば４回とする。
【００１６】
第１工程の成長条件は、例えば下記の通りである。
・ＴＭＧ供給量  ２３μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  ２．２ＳＬＭ
・Ｎ２供給量  １３．５ＳＬＭ
・成長時間  膜厚２０ｎｍになる時間
第２工程の成長条件は、例えば下記の通りである。
・ＴＭＧ供給量  ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  ４．４ＳＬＭ
・Ｎ２供給量  ６ＳＬＭ
・Ｈ２供給量  ７．５ＳＬＭ
・成長時間  膜厚８０ｎｍになる時間
第１工程において、成長用基板１０の表面に残留したＧａＮの下地層１２が成長核となり、ＧａＮの成長が生じる。第１工程では、第２工程に比べて、窒素リッチの雰囲気にされている。窒素リッチの雰囲気にすると、窒素の脱離が抑制される。第１工程で窒素の脱離が進み過ぎると、成長用基板１０の表面に残留したＧａＮの一部が分解して、成長核の密度が低くなってしまう。第１工程の雰囲気を窒素リッチにすることにより、下地層１２内の成長核の密度が低くなりすぎることを防止している。また、窒素リッチの雰囲気では、マイグレーションが起こり難いため、ＧａＮは縦方向に成長し易くなる。
【００１７】
成長核からＧａＮが縦方向に成長することにより、成長用基板１０の表面に離散的に分布する支柱１３ａ（図１Ｄ）が形成される。支柱１３ａの分布は、成長用基板１０の表面に残留した成長核の分布に依存する。
【００１８】
第２工程は、第１工程に比べて水素リッチ（水素の分圧比が高い）の雰囲気にされている。水素が多い雰囲気では、マイグレーションが起こり易くなり、横方向成長が起こり易くなる。このため、第２工程では、横方向の成長が支配的になる。
【００１９】
第１工程と、第２工程とを比較すると、第１工程では縦方向成長が支配的であり、第２工程では横方向成長が支配的である。ここで、第１工程で「縦方向成長が支配的」とは、横方向成長速度をＶｓ、縦方向成長速度をＶｎとしたとき、第１工程のＶｎ／Ｖｓが、第２工程のＶｎ／Ｖｓよりも大きいことを意味する。また、第２工程で「横方向成長が支配的」とは、第２工程のＶｓ／Ｖｎが、第１工程のＶｓ／Ｖｎよりも大きいことを意味する。
【００２０】
第２工程において、横方向成長が支配的になるため、支柱１３ａの先端から横方向に張り出した庇部１３ｂ（図１Ｅ）が形成される。庇部１３ｂの端面には、ＧａＮの（１１−２２）面が現れる。ここで、「−２」は、２のオーバーバーを意味する。庇部１３ｂが形成されると、次の第１工程で、その下の空洞にＮＨ３が供給され難くなり、ＧａＮの分解及び窒素の脱離が促進される。これにより支柱１３ａが細くなる。
【００２１】
庇部１３ｂの張り出し量が長くなると、相互に隣り合う支柱１３ａから成長した庇部１３ｂ同士が接触する。これにより、面内方向に連続し、平滑な表面を有する半導体層１３（図１Ｆ）が形成される。半導体層１３は、複数の支柱１３ａによって成長用基板１０の上方に支持される。支柱１３ａの間には、空洞１３ｃが残る。空洞１３ｃは、面内方向に連通している。空洞１３ｃの高さは、例えば１５０ｎｍ程度である。半導体層１３のうち、横方向に成長した部分（空洞１３ｃの上の部分）には、成長用基板１０と支柱１３ａとの界面から成長する欠陥が導入され難いため、結晶性の高い半導体層１３が得られる。
【００２２】
図１Ｇに示すように、半導体層１３の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層２０を形成する。ｎ型半導体層２０の厚さは、例えば３μｍ〜１０μｍの範囲内である。ｎ型不純物としてＳｉが用いられ、その濃度は例えば約５×１０１８ｃｍ−３である。Ｓｉ原料として、例えばＳｉＨ４が用いられる。
【００２３】
成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度  １０００℃
・ＴＭＧ供給量  ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  ４．４ＳＬＭ
・Ｎ２供給量  ５〜１０ＳＬＭ
・Ｈ２供給量  ５〜３０ＳＬＭ
ただし、Ｈ２供給量は、Ｎ２供給量よりも多い。
【００２４】
なお、成長温度を９８０℃〜１０２０℃の範囲内としてもよい。ＴＭＧ供給量を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ〜７０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内とし、ＮＨ３供給量を３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭの範囲内としてもよい。Ｖ／ＩＩＩ比は、２０００〜２２５００の範囲内とすることが好ましく、３０００〜８０００の範囲内とすることが、平坦性及び結晶性の点でより好ましい。成長速度は、０．５μｍ／ｈ〜５μｍ／ｈの範囲内とすることが好ましい。図１Ｇでは、半導体層１３とｎ型半導体層２０との境界を明示しているが、実際には、両者ともＧａＮで形成され、同一チャンバ内で連続して成長されるため、両者の境界が明瞭に識別できるわけではない。
【００２５】
ｎ型半導体層２０の上に歪緩和層２１を形成する。歪緩和層２１は、例えば交互に積層された厚さ２ｎｍのＧａＮ層と厚さ２ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ層とを含み、合計の厚さは例えば１２０ｎｍである。なお、各層の厚さ及び積層数を変えることにより、合計の膜厚を５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にしてもよい。歪緩和層２１の成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度  ７３０℃〜７９０℃
・ＴＭＧ供給量  ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ
・トリメチルインジウム（ＴＭＩ）供給量  ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  ３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭ
・Ｎ２供給量  １０〜３０ＳＬＭ
ＧａＮ層の成長時には、ＴＭＩの供給が停止される。ＴＭＧの供給量及びＴＭＩの供給量を１μｍｏｌ／ｍｉｎ〜１０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内としてもよい。ただし、ＴＭＧの供給量とＴＭＩの供給量との比は、Ｉｎ組成比が０．２になるように調整される。
【００２６】
歪緩和層２１にＳｉをドープしてもよい。Ｓｉ濃度は、例えば５×１０１７ｃｍ−３以下とする。また、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（０＜ｘ＜０．２）と、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ層とが交互に積層された構造としてもよい。
【００２７】
歪緩和層２１の上に発光層２２を形成する。発光層２２は、ＧａＮからなる厚さ１４ｎｍの障壁層と、Ｉｎ０．３５Ｇａ０．６５Ｎからなる厚さ２．２ｎｍの井戸層とを含む。障壁層と井戸層とは交互に積層されている。障壁層及び井戸層の層数は、それぞれ５である。発光層２２の成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度  ７００℃〜７６０℃
・ＴＭＧ供給量  ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＴＭＩ供給量  １０μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  ３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭ
・Ｎ２供給量  １０〜３０ＳＬＭ
ＧａＮ層の成長時には、ＴＭＩの供給が停止される。ＴＭＧの供給量を１μｍｏｌ／ｍｉｎ〜１０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内としてもよい。このとき、ＴＭＩの供給量は、Ｉｎ組成比が０．３５になるように調整される。発光層２２にＳｉをドープしてもよい。Ｓｉ濃度は、例えば５×１０１７ｃｍ−３以下とする。
【００２８】
発光層２２の上に、Ｍｇがドープされたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第１ｐ型半導体層２３を形成する。第１ｐ型半導体層２３の厚さは、例えば２０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲内である。第１ｐ型半導体層２３の成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度  ７７０℃〜９７０℃
・ＴＭＧ供給量  ８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ
・トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）供給量  ７．６μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  ３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭ
・Ｎ２供給量  ５〜１０ＳＬＭ
・Ｈ２供給量  ５〜３０ＳＬＭ
ただし、Ｈ２供給量は、Ｎ２供給量よりも多い。
【００２９】
ドーパントであるＭｇの原料として、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いることができる。ＴＭＧの供給量を４μｍｏｌ／ｍｉｎ〜２０μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内としてもよい。このとき、ＴＭＡの供給量は、Ａｌ組成比が０．２になるように調整される。Ｍｇ濃度は、例えば１×１０２０ｃｍ−３である。
【００３０】
第１ｐ型半導体層２３の上に、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなる第２ｐ型半導体層２４を形成する。第２ｐ型半導体層２４の厚さは、例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内である。第２ｐ型半導体層２４の成長条件は、例えば下記の通りである。
・成長温度  ７７０℃〜９７０℃
・ＴＭＧ供給量  １８μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  ３．３ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭ
・Ｎ２供給量  ５〜１０ＳＬＭ
・Ｈ２供給量  ５〜３０ＳＬＭ
ただし、Ｈ２供給量は、Ｎ２供給量よりも多い。
【００３１】
ＴＭＧの供給量を８μｍｏｌ／ｍｉｎ〜３６μｍｏｌ／ｍｉｎの範囲内としてもよい。Ｍｇ濃度は、例えば１×１０２０ｃｍ−３である。
【００３２】
第２ｐ型半導体層２４の上に、ｐ側電極２５を形成する。ｐ側電極２５は、例えば、基板側に配置された厚さ１ｎｍの白金（Ｐｔ）膜と、その上に配置された厚さ３００ｎｍの銀（Ａｇ）膜とを含む。なお、Ｐｔ膜の厚さを０．３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内にしてもよいし、Ａｇ膜の厚さを５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内としてもよい。Ｐｔ膜及びＡｇ膜の形成には、例えば電子ビーム蒸着が用いられる。Ｐｔ膜は、オーミック接触を確保するためのものである。ｐ側電極２５と第２ｐ型半導体層２４との接触抵抗率は、約１×１０−３Ω・ｃｍ２である。Ａｇ膜は、発光層２２からの放射光に対して高い反射率を確保するためのものである。ｐ側電極２５の反射率は約８０％である。Ｐｔ膜の厚さを０．３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内としてもよい。Ａｇ膜の厚さを５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内としてもよい。
【００３３】
ｐ側電極２５として、Ｐｔ膜とＲｈ膜との２層構造を採用してもよいし、Ｎｉ膜とＡｇ膜との２層構造を採用してもよい。
【００３４】
ｐ側電極２５の上に、共晶用金属膜２６を形成する。共晶用金属膜２６は、例えば厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、その上の厚さ２００ｎｍのＰｔ膜、及びその上の厚さ２００ｎｍのＡｕ膜で構成される。これらの膜の形成には、例えば電子ビーム蒸着が用いられる。Ｔｉ膜は、その上のＰｔ膜の密着性を高める。Ｐｔ膜は、ＡｕＳｎ合金との接合時におけるＳｎの拡散を防止する。Ａｕ膜は、ＡｕＳｎ共晶を形成するためのものである。
【００３５】
Ｔｉ膜の厚さを５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内としてもよい。Ｐｔ膜の厚さを２００ｎｍ以上にしてもよい。Ａｕ膜は、接合されるＡｕＳｎ膜の厚さ及び組成を考慮し、ＡｕＳｎ共晶点に整合する厚さにすればよい。
【００３６】
共晶用金属膜２６を、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜、厚さ２００ｎｍのＡｕ膜、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜、及び厚さ２００ｎｍのＡｕ膜がこの順番に積層された５層構造としてもよい。５層構造を採用することにより、Ｓｎの拡散防止機能を高めることができる。
【００３７】
図１Ｈに示すように、支持基板３０の片側の表面に共晶用金属膜３１を形成する。支持基板３０には、例えばシリコン基板が用いられる。共晶用金属膜３１は、Ｐｔ膜、Ｔｉ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜、及びＡｕＳｎ膜がこの順番に積層された積層構造を有する。Ｐｔ膜は、支持基板３０のＳｉとシリサイド反応することにより、支持基板３０に対してオーミック接触する。オーミック接触が得られたことは、例えば点灯試験等により確認することができる。Ｔｉ膜は、シリサイド化したＰｔ膜と、Ｎｉ膜との密着性を高める。Ｎｉ膜は、ＡｕＳｎの濡れ性を高める。Ａｕ膜は、Ｎｉ膜の酸化を防止する。ＡｕＳｎ膜は、共晶を形成するためのものである。
【００３８】
支持基板３０と成長用基板１０とを、共晶用金属膜２６と３１とが対向する向きに配置する。
【００３９】
図１Ｉに示すように、共晶用金属膜２６と３１とを接触させ、真空中で熱圧着を行う。熱圧着時の圧力は、３ＭＰａとし、温度は３３０℃とする。なお、熱圧着を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。また、ＡｕＳｎ共晶の形成に適した温度であれば、３３０℃以外の温度で熱圧着を行ってもよい。
【００４０】
図１Ｊに示すように、基板温度を室温に戻す過程で、成長用基板１０と支持基板３０との熱膨張係数の相違に起因して、成長用基板１０が半導体層１３から自然に分離する。自然分離した半導体層１３の表面及び成長用基板１０の表面には、複数の支柱１３ａが残る。
【００４１】
図４Ａに、半導体層１３から分離した成長用基板１０の表面のＳＥＭ写真を示し、図４Ｂに、成長用基板１０が分離した後の半導体層１３の表面のＳＥＭ写真を示す。成長用基板１０の表面に、支柱１３ａの痕跡を確認することができる。半導体層１３の表面には、凹凸が観察される。
【００４２】
成長用基板１０が自然分離し難い場合には、ピンセット等で成長用基板１０の端部に機械的な衝撃を与えてもよい。また、超音波により衝撃を与えてもよい。成長用基板１０と半導体層１３との間の空洞に溶剤を浸透させ、加熱してもよい。この場合には、溶剤の蒸気圧によって成長用基板１０が半導体層１３から分離する。
【００４３】
その他に、補助的にレーザを照射したり、酸やアルカリに浸漬させたりして、分離してもよい。また、電界エッチング手法を用いてもよい。
【００４４】
図１Ｋに示すように、半導体層１３の表面を塩酸で処理する。塩酸処理により、ｎ型半導体層２０が露出する。なお、塩酸に代えて、窒化物半導体をエッチングできる他の薬液、例えばリン酸、硫酸、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等を用いてもよい。また、薬液処理に代えて、Ａｒプラズマや塩素系プラズマを用いたドライエッチングを適用してもよい。
【００４５】
図１Ｌに示すように、ｎ型半導体層２０の表面の一部の領域に、ｎ側電極３５を形成する。ｎ側電極３５は、例えばＴｉ膜と、その上に配置されたＡｌ膜との２層で構成される。ｎ側電極３５として、Ａｌ膜とＲｈ膜との２層構造、Ａｌ膜とＩｒ膜との２層構造、Ａｌ膜とＰｔ膜との２層構造、またはＡｌ膜とＰｄ膜との２層構造を採用してもよい。これらの積層構造とすることにより、ｎ側電極３５とｎ型半導体層２０との接触抵抗率を１×１０−４Ω・ｃｍ２以下にすることができる。ｎ側電極３５の上に、ボンディングし易くするために、Ｔｉ膜とＡｕ膜とを順番に積層してもよい。
【００４６】
その後、支持基板３０からｎ型半導体層２０までの積層構造を、個別のチップに分割する。以下、分割方法について説明する。
【００４７】
ｎ型半導体層２０の表面から、ｐ側電極２５まで達する溝を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により形成する。溝を形成した後、支持基板３０をダイシングし、各チップに分割する。なお、レーザスクライブ等の技術を用いてもよい。
【００４８】
図１Ｊに示した工程で、成長用基板１０を半導体層１３から容易に分離するか否かは、支柱１３ａの各々の寸法（特に、成長用基板１０と支柱１３ａとの接触部分の面内方向の寸法）及び分布密度に依存する。
【００４９】
図２に、支柱１３ａの単体の寸法、及び支柱１３ａの面内占有率の関係を示す。横軸は、支柱１３ａの単体の寸法を単位「μｍ」で表し、縦軸は支柱１３ａの面内占有率を単位「％」で表す。図２において、半導体層１３から成長用基板１０を容易に分離することができた領域を、破線Ｂで囲っている。ここで、「支柱１３ａの単体の寸法」は、支柱１３ａと成長用基板１０との接触面を円形で近似したときの直径の平均値を意味する。「支柱１３ａの面内占有率」は、支柱１３ａと成長用基板１０との接触領域の面積を、成長用基板１０の表面全域の面積で除した値を意味する。
【００５０】
支柱１３ａの単体の寸法が大きくなりすぎると、成長用基板１０の分離が困難になる。また、支柱１３ａの面に占有率が大きくなりすぎても、成長用基板１０の分離が困難になる。成長用基板１０の剥離を容易にするためには、支柱１３ａの単体の寸法を１８μｍ以下にし、かつ支柱１３ａの面内占有率を３５％以下にすることが好ましい。
【００５１】
支柱１３ａの単体の寸法、及び面内占有率は、下地層１２の成長条件、下地層分解工程の条件に大きく依存する。成長用基板１０の分離を容易にするための、下地層１２の好ましい成長条件は下記の通りである。
・成長温度  ４２５〜６２５℃
・Ｖ／ＩＩＩ比  ３０００〜２５０００、より好ましくは９０００〜２５０００
・成長速度  ３〜４５ｎｍ／ｍｉｎ、より好ましくは１０〜２３ｎｍ／ｍｉｎ
上記Ｖ／ＩＩＩ比を満足するための一例として、ＴＭＧ供給量を８μｍｏｌ／ｍｉｎ〜２３μｍｏｌ／ｍｉｎ、より好ましくは９μｍｏｌ／ｍｉｎ〜１５μｍｏｌ／ｍｉｎとし、ＮＨ３供給量を、０．５ＳＬＭ〜５．５ＳＬＭとすればよい。
【００５２】
Ｖ／ＩＩＩが３０００未満の条件で下地層１２を形成すると、成長用基板１０の全面を均一に覆う下地層１２が得られず、下地層１２が、まだら模様になってしまう。これは、Ｇａのマイグレーションが促進させず、原料ガスの気流の濃淡の影響を受けて、ＧａＮが成長しやすい領域と、成長しにくい領域との差が顕著になるためである。下地層１２がまだら模様になると、支柱１３ａが成長用基板１０の表面に均一に分布しなくなる。支柱１３ａの分布密度が高い領域では、成長用基板１０の分離が困難になる。逆に、支柱１３ａの分布密度が低い領域では、意図しない段階で成長用基板１０が半導体層１３から自然に分離してしまう。
【００５３】
Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の形成に好適なＶ／ＩＩＩ比は、一般的には２０００〜２２５００、より好ましくは３０００〜８０００である。下地層１２の形成に好適なＶ／ＩＩＩ比は、一般的な好適範囲よりも大きい。このように、下地層１２を形成するときのＶ／ＩＩＩ比を、図１Ｇに示したｎ型半導体層２０を形成するときのＶ／ＩＩＩよりも大きくすることにより、支柱１３ａの形成に適した島状構造を得ることができる。
【００５４】
下地層分解工程の温度が高くなると、ＧａＮの分解が進んで、成長核の分布密度が低くなりすぎる。また、下地層分解工程の時間を長くしすぎても、成長核の分布密度が低くなりすぎる。種々の評価実験から、下地層分解工程の温度をＴ［℃］とし、熱処理時間をＭ［分］としたとき、下地層１２を構成しているＧａＮの脱離割合が０．０００４×Ｔ×Ｍで近似されることがわかった。ここで、「脱離割合」は、脱離後の下地層の体積／脱離前の下地層の体積と定義される。なお、この近似が成り立つのは、熱処理温度が９００℃〜１０００℃の範囲内のときである。
【００５５】
下地層１２の残留割合が０．６〜０．８のときに、望まない段階での成長用基板１０の自然分離が生じず、かつ所望の段階で成長用基板１０を容易に分離することができた。ここで、残留割合は、（１−脱離割合）で定義される。すなわち、Ｔ×Ｍを、５００〜１０００［℃・分］の範囲内にすることが好ましい。
【００５６】
支柱１３ａの単体の寸法、及び面内占有率は、図１Ｄから図１Ｆまでの半導体層１３を形成する第１工程及び第２工程の条件にも依存する。成長用基板１０の分離を容易にするための、第１工程の好ましい成長条件は下記の通りである。
・成長温度  ８００℃〜１２００℃
・ＴＭＧ供給量  １０〜３０μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  １〜３ＳＬＭ
・Ｎ２供給量    １０〜３０ＳＬＭ
・Ｈ２供給量    ０〜１０ＳＬＭ
ただし、Ｎ２供給量は、Ｈ２供給量よりも多い。
【００５７】
第２工程の好ましい成長条件は下記の通りである。
・成長温度  ８００℃〜１２００℃
・ＴＭＧ供給量  ３０〜７０μｍｏｌ／ｍｉｎ
・ＮＨ３供給量  ３〜７ＳＬＭ
・Ｎ２供給量    ５〜１０ＳＬＭ
・Ｈ２供給量    ５〜３０ＳＬＭ
ただし、Ｈ２供給量は、Ｎ２供給量よりも多い。
【００５８】
ＭＯＣＶＤの成長炉に供給するガスが少なすぎると、成長炉内でのガスの対流により、成長用基板１０の表面への原料ガスの供給が不十分になる。これにより、成長速度の低下、副反応の増加等顕著になる。このため、Ｎ２とＨ２との流量の合計を１０ＳＬＭ以上にすることが好ましい。なお、好適な流量は、成長炉の容積、特にガス流に対して垂直な断面の面積に依存する。成長炉の断面の面積で規格化すると、Ｎ２とＨ２との流量の合計を１．５ＳＬＭ／ｃｍ２以上にすることが好ましい。
【００５９】
第２工程で、Ｈ２の供給量を１０ＳＬＭ以上にすると、Ｎ２とＨ２との合計供給量が、上述の適正供給量の下限適以上になる。このため、Ｎ２を供給しなくても上述の条件が満たされる。ところが、第２工程では、Ｎ２の供給量の下限値を５ＳＬＭに設定している。以下、Ｎ２の供給量の下限値を０にしない理由について説明する。
【００６０】
Ｈ２ガスは、Ｎ２ガスに比べて比重が小さい。Ｈ２ガスのみを供給すると、対流による原料ガスの上昇の抑制が十分ではなくなる。このため少なくとも、Ｎ２の供給量を５ＳＬＭ以上にすることが好ましい。成長炉の断面の面積で規格化すると、Ｎ２の供給量を０．７５ＳＬＭ／ｃｍ２以上にすることが好ましい。
【００６１】
ガスの供給量が多すぎると、ガスが成長用基板１０の表面に到達するまでに、十分加熱されないことが懸念される。ガスの加熱が不十分であると、成長用基板１０の表面内でガスの温度差が生じ、形成される半導体膜の品質が不均一になってしまう。
【００６２】
図２では、下地層１２の成長条件、及び半導体層１３の成長条件に着目して、成長用基板１０の分離容易性について考察した。次に、半導体層１３の厚さ、及びその上にエピタキシャル成長させる半導体層の厚さに着目して、成長用基板１０の分離容易性について考察する。
【００６３】
図３に、半導体層１３の厚さ、その上に成長させる半導体層、すなわち図１Ｇのｎ型半導体層２０から第２ｐ型半導体層２４までの半導体層（以下、「デバイス層」という。）の合計の厚さと、成長用基板１０の分離容易性との関係を示す。横軸は、半導体層１３の厚さを単位「μｍ」で表し、縦軸は、デバイス層の厚さを単位「μｍ」で表す。ここで、半導体層１３の厚さは、図１Ｆに示した支柱１３ａの下端（成長用基板１０の表面）から、半導体層１３の上面までの高さを意味する。
【００６４】
図３の丸記号は、成長用基板１０が予期しない段階で自然に分離してしまった試料を示し、三角記号は、成長用基板１０を分離することができなかった試料を示し、四角記号は、成長用基板１０を所望の段階で容易に分離することができた試料を示す。
【００６５】
半導体層１３の成長時には、第１工程と第２工程とが交互に繰り返される。すなわち、縦方向成長が支配的となる工程と、横方向成長が支配的となる工程とが交互に繰り返される。デバイス層の成長時には、横方向成長が支配的となる条件で形成される成長層が、上記半導体層１３に比べて厚く形成され、その後、発光層が形成される。このため、半導体層１３の上面は、縦方向成長が支配的となる条件での成長（縦方向成長）と、横方向成長が支配的となる条件での成長（横方向成長）とを交互に行って形成した成長層の上面と考えることができる。デバイス層は、半導体層１３を形成した後、半導体層１３に比べて厚い横方向成長した層を含む半導体層と考えることができる。
【００６６】
デバイス層が厚くなると、デバイス層と成長用基板１０との熱膨張係数の差に起因して半導体層１３に加わる応力が大きくなる。この応力を緩和させようとして、機械的強度が弱い部分である支柱１３ａの部分で成長用基板１０が分離し易くなる。また、半導体層１３が厚くなると、その機械的強度が弱くなるため、成長用基板１０が分離しやすくなる。      
【００６７】
従って、図３において、分離困難な領域Ａ、分離容易な領域Ｂ、自然に分離してしまう領域Ｃを定義すると、これらの領域の境界は破線のような傾向を示すと考えられる。半導体層１３の厚さをＴ１［μｍ］とし、デバイス層の厚さをＴ２［μｍ］としたとき、分離容易な領域Ｂは、Ｔ１×Ｔ２が０．６〜２．５［μｍ２］の範囲内である領域と考えられる。
【００６８】
半導体層１３に、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドープしてもよい。Ｓｉの濃度が高くなると横方向成長し難くなるため、Ｓｉ濃度は、５×１０１７ｃｍ−３以下にすることが好ましい。
【００６９】
上記実施例では、図１Ｉに示した工程で、Ｓｉからなる支持基板を、成長用基板１０の上に成長させた半導体層に接合した。その他に、図１Ｇに示したｐ側電極２５の表面に銅等の金属めっきを施すことにより、十分な機械的支持力を持つ厚さの金属膜を形成してもよい。この構造では、めっきにより形成された金属膜が、支持基板としての役割を持つ。
【００７０】
上記実施例では、半導体層１３及びｎ型半導体層２０をＧａＮで形成したが、その他、ＩＩＩ族元素としてＧａを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成してもよい。また、下地層１２に、ＩＩＩ族元素としてＩｎ及びＧａを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いてもよい。
【００７１】
上記実施例では、図１Ｆに示した半導体層１３の上に、発光ダイオードを形成したが、その他の機能を持つ半導体層を形成してもよい。成長用基板１０及び半導体層１３は、Ｖ族元素として窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる種々の機能層をエピタキシャル成長させるための下地基板として用いることができる。機能層を形成した後は、成長用基板を分離することができる。
【００７２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７３】
１０  成長用基板
１２  下地層
１３  半導体層
１３ａ  支柱
１３ｂ  庇部
１３ｃ  空洞
２０  ｎ型半導体層
２１  歪緩和層
２２  発光層
２３  第１ｐ型半導体層
２４  第２ｐ型半導体層
２５  ｐ側電極
２６  共晶用金属膜
３０  支持基板
３１  共晶用金属膜
３５  ｎ側電極
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図１−５】
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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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