(57)【要約】【課題】半導体素子を回路基板に高精度に転写でき、またサファイア基板から半導体素子を剥離する工程における工数および設備負担を軽減する。【解決手段】窒化ガリウム系半導体素子がサファイア基板１２上に配列形成された半導体素子形成サファイア基板１２であって、前記サファイア基板１１と前記半導体素子１０との界面に窒素ガリウム再融着層Ａを有し、前記窒素ガリウム再融着層の接着強度が、前記半導体素子を回路基板に接着する接着層の接着強度よりも小さいことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系半導体素子がサファイア基板上に配列形成された半導体素子形成サファイア基板であって、
前記サファイア基板と前記半導体素子との界面に窒素ガリウム再融着層を有し、
前記窒素ガリウム再融着層の接着強度が、前記半導体素子を回路基板に接着する接着層の接着強度よりも小さいことを特徴とする半導体素子形成サファイア基板。
【請求項２】
前記サファイア基板と前記半導体素子との界面の窒素ガリウム再融着層の接着強度が、シェア強度で２３０ｋｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子形成サファイア基板。
【請求項３】
窒化ガリウム系半導体素子をサファイア基板上に形成し、その後、前記半導体素子をサファイア基板から剥離するための剥離前処理がなされる半導体素子形成サファイア基板の製造方法において、
前記剥離前処理には、半導体素子とサファイア基板の界面に対して、前記サファイア基板の裏面側からレーザ光を照射し、窒素ガリウム再融着層を形成する工程を含み、
前記工程におけるレーザ光は、半導体素子が前記サファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度で照射されることにより、
レーザ光照射後、前記窒素ガリウム再融着層により、サファイア基板と半導体素子が、半導体素子を回路基板に接着する接着層の接着強度よりも小さい接着強度で、保持されていることを特徴とする半導体素子形成サファイア基板の製造方法。
【請求項４】
前記サファイア基板と半導体素子が、シェア強度で２３０ｋｇ／ｃｍ２以下の窒素ガリウム再融着層で保持されることを特徴とする請求項３記載の半導体素子形成サファイア基板の製造方法。
【請求項５】
前記工程における前記レーザ光は、前記窒化ガリウム系半導体素子の各々に対して複数回の照射されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載された半導体素子形成サファイア基板の製造方法。
【請求項６】
窒化ガリウム系半導体素子がサファイア基板上に形成された半導体素子形成サファイア基板の製造方法において、
前記窒化ガリウム系半導体素子の形成後になされる、前記半導体素子をサファイア基板から剥離するための剥離前処理工程を含み、
前記剥離前処理工程では、前記窒化ガリウム系半導体素子と前記サファイア基板の界面に対して、前記窒化ガリウム系半導体素子が前記サファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度のレーザ光を前記サファイア基板の裏面側から複数回照射する、
ことを特徴とする半導体素子形成サファイア基板の製造方法。
【請求項７】
前記剥離前処理工程では、前記窒化ガリウム系半導体素子と前記サファイア基板の間を加圧させながら、前記レーザ光を前記サファイア基板の裏面側から照射する、
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子形成サファイア基板の製造方法。
【請求項８】
前記剥離前処理工程では、前記窒化ガリウム系半導体素子と前記サファイア基板の界面の領域を複数に分けて、前記レーザ光を前記サファイア基板の裏面側から照射する、
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子形成サファイア基板の製造方法。
【請求項９】
前記剥離前処理工程では、前記窒化ガリウム系半導体素子と前記サファイア基板の界面の領域よりも小さい領域を照射するように設計された投影マスクを介して、前記レーザ光を前記サファイア基板の裏面側から照射する、
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体素子形成サファイア基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１または請求項２に記載された半導体素子形成サファイア基板、または請求項３乃至請求項９のいずれかの半導体素子形成サファイア基板の製造方法により製造された半導体素子形成サファイア基板を用意する工程と、
前記サファイア基板と前記半導体素子の界面の窒素ガリウム再融着層の接着強度よりも大きな接着強度を有する接着層を、前記サファイア基板上の半導体素子あるいは回路基板に形成する工程と、
前記サファイア基板上に配列された半導体素子を、回路基板に対して位置合わせする位置合わせ工程と、
前記サファイア基板を回路基板に対して押圧しながら、半導体素子を前記回路基板に、前記接着層を介して接着する接着工程と、
前記接着層の接着力によって、前記サファイア基板から前記半導体素子を剥離し、前記回路基板に前記半導体素子を配置する剥離・配置工程と、
を含むことを特徴とするサファイア基板からの半導体素子転写方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子形成サファイア基板、及び前記半導体素子形成サファイア基板の製造方法、並びに前記半導体素子転写方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイアは窒化ガリウムとの格子不整合が小さいので、サファイア基板上に窒化ガリウム系の半導体材料を積層して半導体素子を製造する方法が一般によく用いられている。
一方、サファイアは熱伝導性や導電性に劣るので、製造後の半導体素子にとっては必ずしも好適とは言えない。そのため、半導体素子をサファイア基板から剥離し、所定の回路基板に装着することが行われている。
【０００３】
このサファイア基板から窒化ガリウム系半導体素子を剥離する方法として、従来からレーザリフトオフ（ＬＬＯ）が知られている。
レーザリフトオフとは、サファイア基板の裏側から窒化ガリウム系半導体素子との界面付近にレーザ光を照射することで、サファイア基板から窒化ガリウム系半導体素子を剥離する方法である（例えば特許文献１参照）。
通常、サファイア基板から分離された状態の窒化ガリウム系半導体素子は、取扱いが困難なため、粘着フィルム等の上に半導体素子をレーザリフトオフした後に、当該半導体素子を回路基板に転写するという方法が取られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８２５８０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、粘着フィルム等の上に半導体素子を一旦レーザリフトオフする方法は、粘着フィルムが必要なだけでなく、粘着フィルムを取り扱うための装置を必要とし、製造工程も増大するという課題があった。
また、粘着フィルムに変形等が生じると、粘着フィルムに転写された半導体素子に位置ずれが生じ、半導体素子を回路基板に高精度に転写できないという課題があった。
【０００６】
更に、一般的に、半導体素子はサファイア基板に配置された状態で、半導体素子の利用者に提供される。そのため、半導体素子の利用者が、レーザリフトオフを行う場合には、粘着フィルムを取り扱うための装置やレーザリフトオフを行うための装置が必要となり、そのためのコストが嵩むという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的とするものであり、半導体素子を回路基板に高精度に転写でき、またサファイア基板から半導体素子を剥離する工程における工数および設備負担を軽減することができる、半導体素子形成サファイア基板、及び前記半導体素子形成サファイア基板の製造方法、並びに前記半導体素子転写方法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】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた、本発明にかかる半導体素子形成サファイア基板は、窒化ガリウム系半導体素子がサファイア基板上に配列形成された半導体素子形成サファイア基板であって、前記サファイア基板と前記半導体素子との界面に窒素ガリウム再融着層を有し、前記窒素ガリウム再融着層の接着強度が、前記半導体素子を回路基板に接着する接着層の接着強度よりも小さいことを特徴としている。
【０００９】
このように、本発明にかかる半導体素子形成サファイア基板は、サファイア基板と前記半導体素子との界面に窒素ガリウム再融着層を有している。
この窒素ガリウム再融着層は、半導体素子がサファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さなエネルギー密度で、レーザ光を照射することによって形成される。そのため、この窒素ガリウム再融着層は、再凝固したガリウム、あるいはアブレーションしなかった一部の窒化ガリウムで形成された脆弱な層であって、この窒素ガリウム再融着層によりサファイア基板から半導体素子が剥離しない状態で保持される。
【００１０】
更に、前記窒素ガリウム再融着層は、半導体素子を回路基板に接着する接着層の接着強度よりも小さな接着強度を有している。そのため、回路基板に半導体素子を接着する際に用いられる接着層の接着力を利用して、サファイア基板から前記半導体素子を容易に剥離することができる。
その結果、半導体素子の利用者が、粘着フィルムを取り扱うための装置やレーザリフトオフを行うための装置を用意する必要がなく、サファイア基板から半導体素子を剥離する工程における工数および設備負担を軽減することができる。また、粘着フィルム等を介することなく、サファイア基板の半導体素子を回路基板に直接転写することができ、高精度の転写を行うことができる。
【００１１】
ここで、前記サファイア基板と前記半導体素子の界面の窒素ガリウム再融着層の接着強度が、シェア強度で２３０ｋｇ／ｃｍ２以下であることが望ましい。
半導体素子を前記回路基板に接着層を介して接着する際用いられる、一般的な接着層の接着力は、接着剤の種類にもよるが、おおよそ１００ｋｇ／ｃｍ２〜４００ｋｇ／ｃｍ２であるため、一般的な接着層を用いることにより、サファイア基板から半導体素子を剥離することができる。
また、窒素ガリウム再融着層のシェア強度は、前記したように接着層の接着力よりも小さければ良く、１００ｋｇ／ｃｍ２未満であれば更に良い。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた、本発明にかかる半導体素子形成サファイア基板の製造方法は、窒化ガリウム系半導体素子をサファイア基板上に形成し、その後、前記半導体素子をサファイア基板から剥離するための剥離前処理がなされる半導体素子形成サファイア基板の製造方法において、前記剥離前処理には、半導体素子とサファイア基板の界面に対して、前記サファイア基板の裏面側からレーザ光を照射し、窒素ガリウム再融着層を形成する工程を含み、前記工程におけるレーザ光は、半導体素子が前記サファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度で照射されることにより、レーザ光照射後、前記窒素ガリウム再融着層により、サファイア基板と半導体素子が、半導体素子を回路基板に接着する接着層の接着強度よりも小さい接着強度で、保持されていることを特徴としている。
【００１３】
このように、本発明にかかる半導体素子形成サファイア基板の製造方法によれば、半導体素子とサファイア基板の界面に対して、半導体素子が前記サファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度で、レーザ光を照射することにより、窒素ガリウム再融着層を容易に形成することができる。
しかも、窒素ガリウム再融着層の接着強度が、半導体素子を回路基板に接着する接着層の接着強度よりも小さいため、その後になされる回路基板に半導体素子を接着する際に用いられる接着層の接着力によって、サファイア基板から半導体素子を容易に剥離することができる。
【００１４】
ここで、サファイア基板と半導体素子が、シェア強度で２３０ｋｇ／ｃｍ２以下の窒素ガリウム再融着層で保持されることが望ましい。
また、前記窒素ガリウム再融着層を形成する工程における前記レーザ光の照射は、前記窒化ガリウム系半導体素子の各々に対して複数回の照射されることが望ましい。
このように、レーザ光のエネルギー密度にはばらつきがあるため、一度の照射で接続層を形成すると、サファイア基板から半導体素子が剥離するおそれがある。そのため、レーザ光のエネルギー密度を小さくし、複数回照射するのが望ましい。
【００１５】
また、上記課題を解決するためになされた、本発明にかかる半導体素子形成サファイア基板の製造方法は、窒化ガリウム系半導体素子がサファイア基板上に形成された半導体素子形成サファイア基板の製造方法において、前記窒化ガリウム系半導体素子の形成後になされる、前記半導体素子をサファイア基板から剥離するための剥離前処理工程を含み、  前記剥離前処理工程では、前記窒化ガリウム系半導体素子と前記サファイア基板の界面に対して、前記窒化ガリウム系半導体素子が前記サファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度のレーザ光を前記サファイア基板の裏面側から複数回照射する、ことを特徴としている。
このように、窒化ガリウム系半導体素子がサファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度のレーザ光をサファイア基板の裏面側から複数回照射することで、サファイア基板から半導体素子が剥離しないまでも、半導体素子をサファイア基板から剥離するのを容易にする加工を施すことができる。
【００１６】
ここで、前記剥離前処理工程では、前記窒化ガリウム系半導体素子と前記サファイア基板の間を加圧させながら、前記レーザ光を前記サファイア基板の裏面側から照射することが好ましい。
半導体素子とサファイア基板の間を加圧させながらレーザ光をサファイア基板の裏面側から照射する場合、剥離前処理工程にて窒素ガリウム再融着層を形成し得る条件（プロセスマージン）が広がるからである。
【００１７】
また、前記剥離前処理工程では、前記窒化ガリウム系半導体素子と前記サファイア基板の界面の領域を複数に分けて、前記レーザ光を前記サファイア基板の裏面側から照射するとしてもよい。
半導体素子とサファイア基板の界面の領域を複数に分けて、レーザ光を照射する方法は、半導体素子とサファイア基板の間を加圧させながらレーザ光照射するのと同様の効果を奏する。
尚、このような照射方法のためには、前記窒化ガリウム系半導体素子と前記サファイア基板の界面の領域よりも小さい領域を照射するように設計された投影マスクを介して、前記レーザ光を前記サファイア基板の裏面側から照射するのが好ましい。
【００１８】
また、上記課題を解決するためになされた、本発明にかかるサファイア基板からの半導体素子転写方法は、上記半導体素子形成サファイア基板、または上記半導体素子形成サファイア基板の製造方法により製造された半導体素子形成サファイア基板を用意する工程と、前記サファイア基板と前記半導体素子の界面の窒素ガリウム再融着層の接着強度よりも大きな接着強度を有する接着層を、前記サファイア基板上の半導体素子あるいは回路基板に形成する工程と、前記サファイア基板上に配列された半導体素子を、回路基板に対して位置合わせする位置合わせ工程と、前記サファイア基板を回路基板に対して押圧しながら、半導体素子を前記回路基板に、前記接着層を介して接着する接着工程と、前記接着層の接着力によって、前記サファイア基板から前記半導体素子を剥離し、前記回路基板に前記半導体素子を配置する剥離・配置工程と、を含むことを特徴としている。
【００１９】
このように、本発明にかかるサファイア基板からの半導体素子転写方法によれば、半導体素子を前記回路基板に、接着層を介して接着することにより、サファイア基板から前記半導体素子を容易に剥離することができる。
しかも、半導体素子の購入者は、粘着フィルムを取り扱うための装置やレーザリフトオフを行うための装置を用意する必要がなく、サファイア基板から半導体素子を剥離する工程における工数および設備負担を軽減することができる。また、粘着フィルム等を介することなく、半導体素子を回路基板に直接転写することができるため、高精度の転写を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半導体素子を回路基板に高精度に転写でき、またサファイア基板から半導体素子を剥離する工程における工数および設備負担を軽減することができる、半導体素子形成サファイア基板、及び前記半導体素子形成サファイア基板の製造方法、並びに前記半導体素子転写方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明にかかる半導体素子形成サファイア基板を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明にかかる半導体素子形成サファイア基板の製造方法を実施するための装置構成の一例を示す概略構成図である。
【図３】図３は、サファイア基板上に形成された半導体素子を示す平面図である。
【図４】図４は、図３の側面図である。
【図５】図５は、本発明にかかる半導体素子形成サファイア基板の製造方法、及び半導体素子の転写方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図５のステップＳ２の工程を説明するための概略構成図である。
【図７】図７は、図５のステップＳ３の工程を説明するための概略構成図である。
【図８】図８は、図５のステップＳ４の工程を説明するための概略構成図である。
【図９】図９は、図５のステップＳ５の工程を説明するための概略構成図である。
【図１０】図１０は、レーザ光のエネルギー密度および照射回数（ショット数）と半導体素子がサファイア基板から剥離する条件との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、半導体素子とサファイア基板の間を加圧する方法として、石英ガラス等の透明板を用いる方法を例示する図である。
【図１２】図１２は、半導体素子とサファイア基板の間を加圧する方法として、粘着フィルムを用いる方法を例示する図である。
【図１３】図１３は、半導体素子とサファイア基板の間を加圧させながらレーザ光をサファイア基板の裏面側から照射する場合のレーザ光のエネルギー密度および照射回数（ショット数）と半導体素子がサファイア基板から剥離する条件との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、半導体素子とサファイア基板の界面の領域を複数に分けてレーザ光を照射する方法を示す図である。
【図１５】図１５は、半導体素子とサファイア基板の界面の領域を複数に分けてレーザ光を照射する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の半導体素子形成サファイア基板にかかる実施形態について、図１に基づいて説明する。
図１に示すように、半導体素子形成サファイア基板１２は、サファイア基板上１１に窒化ガリウム系半導体素子１０が配列形成されている。サファイア基板上１１に窒化ガリウム系半導体素子１０を形成する方法については、一般的に知られている方法を用いることができる。
【００２３】
この半導体素子としては、例えば、窒化ガリウム系の発光ダイオード（ＬＥＤ）をあげることができる。例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）など、窒化ガリウム系の半導体材料で製造される半導体素子１０の場合、窒化ガリウムとの格子不整合が小さいサファイアの基板１１が好適に用いられる。
尚、窒化ガリウム系の半導体材料とは、純粋な窒化ガリウムだけではなく、ガリウムと同じIII族元素であるアルミニウムやインジウムを少量含む半導体材料であってもよい。
この窒化ガリウム系発光ダイオード（ＬＥＤ）は、例えば、図３、図４に示すように、サファイア基板上１１の主面上にマトリクス状に形成、配置されており、半導体素子１０の一つの大きさは約２０乃至約８０μｍ、厚さは数μｍ乃至約１０μｍ程度である。
【００２４】
また、図１に示すように、サファイア基板１１と前記半導体素子１０との間（界面）には、窒素ガリウム再融着層Ａが形成されている。
この窒素ガリウム再融着層Ａは、後の半導体素子形成サファイア基板の製造方法で詳述するように、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面に対して、サファイア基板１１の裏面側からレーザ光を照射することによって形成される。このときのレーザ光のエネルギー密度は、窒化ガリウムがアブレーションし、半導体素子１０がサファイア基板１１から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さい。
【００２５】
また、前記窒素ガリウム再融着層Ａの組成は定かではないが、エネルギー密度が小さいレーザ光を照射した場合にも、窒化ガリウムはガリウムと窒素に分解するため、前記窒素ガリウム再融着層Ａは、その後再凝固したガリウム、あるいはアブレーションしなかった一部の窒化ガリウムで構成されると推察される。
そして、この窒素ガリウム再融着層Ａが形成された半導体素子形成サファイア基板１２の半導体素子１０は、サファイア基板１１から剥離しない状態で、サファイア基板１１に保持される。
【００２６】
具体的には、シェア強度で２３０ｋｇ／ｃｍ２以下の窒素ガリウム再融着層で、サファイア基板１１と半導体素子１０は接続されている。
【００２７】
一方、半導体素子１０を回路基板に接着する際用いられる、一般的な接着層の接着力（シェア強度）は、接着剤の種類にもよるが、おおよそ１００ｋｇ／ｃｍ２〜４００ｋｇ／ｃｍ２である。
【００２８】
したがって、窒素ガリウム再融着層のシェア強度が、半導体素子を回路基板に接着する接着層の接着強度よりも小さい、２３０ｋｇ／ｃｍ２以下であるため、回路基板に半導体素子を接着する際に用いられる接着層の接着力によって、前記サファイア基板から前記半導体素子を容易に剥離することができる。また、窒素ガリウム再融着層のシェア強度は、前記したように接着層の接着力よりも小さければ良く、１００ｋｇ／ｃｍ２未満であれば更に良い。
【００２９】
（半導体素子形成サファイア基板の製造方法）
本発明の半導体素子形成サファイア基板の製造方法にかかる実施形態について、図２乃至図６に基づいて説明する。
【００３０】
まず、本発明の半導体素子形成サファイア基板の製造方法を実施するための装置について、図２に基づいて説明する。尚、図２は、本発明の半導体素子形成サファイア基板の製造方法を実施するための装置構成の一例を示す図であり、本発明の半導体素子形成サファイア基板の製造方法を実施するための装置は、図２に示された装置に、特に限定されるものではない。
【００３１】
図２に示されるように、半導体素子形成サファイア基板の製造方法を実施するための装置（レーザ加工装置）１００は、レーザヘッド１１０と均一光学系１２０と顕微鏡部１３０と加工ステージ１４０と制御部１５０とを備えている。
前記レーザヘッド１１０としては、例えば波長が２６３ｎｍ（ＦＨＧ）のピコ秒レーザをパルス幅が１０ｐｓｅｃで出力するものを用いることができる。
【００３２】
また、前記均一光学系１２０は、レーザヘッド１１０が出力したレーザ光を均一な強度分布にするためのものであり、ビーム拡大レンズ１２１とホモジナイザ１２２とコンデンサレンズ１２３とを備えている。
前記ビーム拡大レンズ１２１は、レーザヘッド１１０が出力したレーザ光のビーム径を拡大し、ホモジナイザ１２２はビーム径が拡大されたレーザ光の強度分布を均一化するものである。
そして、前記コンデンサレンズ１２３がレーザ光のビーム径を再び絞ることで、全体としてレーザヘッド１１０が出力したレーザ光を均一な強度分布にすることができる。
【００３３】
前記顕微鏡部１３０は、レーザヘッド１１０が出力したレーザ光を適切なエネルギー密度で加工対象Ｗに照射するためのものである。
前記顕微鏡部１３０は、対物レンズ１３１や投影マスク１３２を備えており、投影マスク１３２によって所望の形状にしたレーザ光を、対物レンズ１３１によって加工ステージ１４０上の加工対象Ｗに集光するように構成されている。
前記加工ステージ１４０は、水平の上下左右方向と回転方向の移動が可能な、いわゆるＸＹθステージを用いることが好ましい。
【００３４】
また、前記制御部１５０は、レーザヘッド１１０が出力するレーザ光の強度およびタイミングと加工ステージ１４０によって行う加工対象Ｗの移動を連動させるものである。
前記制御部１５０は、レーザ電源・制御部１５１とステージ制御部１５２と制御コンピュータ１５３とを備え、レーザ電源・制御部１５１がレーザヘッド１１０の出力を制御し、ステージ制御部１５２が加工ステージ１４０の移動を制御し、制御コンピュータ１５３がレーザ電源・制御部１５１およびステージ制御部１５２を制御するように構成されている。
これにより、レーザヘッド１１０が出力するレーザ光の強度およびタイミングと、加工ステージ１４０によって行う加工対象Ｗの移動とを連動させることができる。
【００３５】
次に、半導体素子形成サファイア基板の製造方法について、図３乃至図６に基づいて説明する。
【００３６】
図３および図４は、一般的な方法により、サファイア基板上に形成された半導体素子の例を示す図であって、図３は平面図、図４は側面図である。
この半導体素子１０はサファイア基板１１の上に結晶成長によって形成され、サファイア基板１１におけるサファイアの結晶格子の実質的な延長として、窒化ガリウム系半導体材料の結晶が成長することによって、半導体素子が形成される。
尚、既に述べたように、窒化ガリウム系の半導体材料とは、純粋な窒化ガリウムだけではなく、ガリウムと同じIII族元素であるアルミニウムやインジウムを少量含む半導体材料であってもよい。
【００３７】
図３および図４に示されるように、一般的に、半導体素子１０は一枚のサファイア基板１１上に複数形成されている。また、後の説明との関係で必要となる電極１３が半導体素子１０には設けられている（図１参照）。
尚、その他の半導体素子１０の詳細な構成は、発明の実施に影響しないので省略する。
【００３８】
このようにして形成された、図３，４に示すサファイア基板１１上に半導体素子１０が配列形成された半導体素子形成サファイア基板１１を用意する（図５のステップＳ１）。
【００３９】
次に、図６に示すように、半導体素子１０から基板１１を剥離するための窒素ガリウム再融着層形成工程（前処理工程）を行う（図５のステップＳ２）。
この前処理工程（ステップＳ２）は、前記したレーザ加工装置１００（図２参照）を用いて実施される。尚、図６は、このステップＳ２における半導体素子形成サファイア基板の状態を示している。
【００４０】
このステップＳ２では、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面に対して、前記サファイア基板１１の裏面側からレーザ光Ｌを照射することにより、窒素ガリウム再融着層Ａが形成される。
このとき、レーザ光は、半導体素子が前記サファイア基板から剥離するレーザ光Ｌのエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度で照射される。
【００４１】
前記した半導体素子が前記サファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度とは、一般的な従前のレーザリフトオフにて用いられるエネルギー密度よりも低いエネルギー密度という意味である。
例えば、レーザリフトオフにて用いられるエネルギー密度が、一般的に１５０ｍＪ／ｃｍ２であるのに対し、このステップＳ２にて照射されるレーザ光Ｌのエネルギー密度は、１５０ｍＪ／ｃｍ２未満である。
【００４２】
一般的な従前のレーザリフトオフでは、高エネルギー密度のレーザ光が照射された基板１１との界面付近の窒化ガリウムがガリウムと窒素に分解され、気体化した窒素が消散することで基板１１との界面が剥離する。
一方で、このステップＳ２にて照射されるエネルギー密度の小さいレーザ光の場合には、窒化ガリウムをガリウムと窒素に分解し、気体化した窒素を消散させる程度のものではなく、サファイア基板１１と半導体素子１０とを再融着させる（サファイア基板１１と半導体素子１０との界面に窒素ガリウム再融着層Ａが形成される）と推察される。あるいはまた、サファイア基板１１と半導体素子１０との界面に、アブレーションしなかった窒化ガリウムの一部が残存する（窒素ガリウム再融着層Ａが形成される）と推察される。
【００４３】
その結果、基板１１と半導体素子１０との界面（窒素ガリウム再融着層Ａ）におけるシェア強度（接着強度）は、後の工程における半導体素子１０を回路基板に接着する際の接着強度よりも小さい状態となる。例えば、窒素ガリウム再融着層Ａは、シェア強度が２３０ｋｇ／ｃｍ２以下となる。
【００４４】
なお、ステップＳ２にて照射されるレーザ光Ｌは、各半導体素子１０に対して複数回の照射であることが好ましく、その照射回数は各半導体素子１０に対して、１０回以上であることが好ましい。より好ましくは、１０回〜２０回である。
照射されるレーザ光のエネルギー密度は必ずしも一定ではないので、複数回に分けることでバラツキを相殺し、半導体素子１０が基板１１から剥離するエネルギー密度を超えないようにするためである。
【００４５】
このステップＳ２における工程が、本発明の実施形態に係る半導体素子形成サファイア基板の製造方法に相当しており、このステップＳ２を経ることで、本発明の実施形態に係る半導体素子形成サファイア基板が製造される。
【００４６】
（半導体素子転写方法）
本発明の半導体素子転写方法にかかる実施形態について、図５、図７、図８、図９に基づいて説明する。
まず、上記した窒素ガリウム再融着層Ａが形成された半導体素子形成サファイア基板を用意する。
一方、前記窒素ガリウム再融着層Ａのシェア強度（接着強度）よりも大きなシェア強度（接着強度）を有する接着層を、図示しないが、前記サファイア基板上の半導体素子、あるいは回路基板に形成する。
そして、前記窒素ガリウム再融着層Ａが形成された半導体素子形成サファイア基板１２を回路基板１４のもとに搬送し（図５参照）、図７に示すように基板１１上に配列された半導体素子１０を回路基板１４に対して位置合わせを行う（図５のステップＳ３）。
【００４７】
図７に示すように、回路基板１４には電極１５が設けられている。この電極１５は、半導体素子１０に設けられた電極１３と電気的に接続するためのものである。
したがって、回路基板１４の電極１５と半導体素子１０の電極１３とが正しく位置合わせされなければ、半導体素子１０を正しく導通することはできない。
図７に示す半導体素子形成サファイア基板１２は、半導体素子１０が、窒素ガリウム再融着層Ａを介してサファイア基板１１に保持された状態にある。そのため、半導体素子１０の製造時における高い位置精度が維持された状態で、回路基板１４に対して半導体素子１０を位置合わせすることができる。
更に言えば、従来の半導体素子１０を粘着フィルムに転写した後に回路基板１４に位置合わせする方法と比較して、ステップＳ３における位置合わせの精度は、非常に高いものとなる。
【００４８】
次に、図８に示すように、半導体素子形成サファイア基板１２を回路基板１４に対して押圧しながら、半導体素子１０を回路基板１４に接着する（図５のステップＳ４）。
このステップＳ４における接着工程では、回路基板１４の電極１５と半導体素子１０の電極１３との間の電気的接続を確保しながら、半導体素子１０が回路基板１４に固定されるように、公知の方法にて半導体素子１０を前記回路基板１４に、前記接着層を介して接着する。
【００４９】
この接着層を構成する接着剤としては、一般的な感光性接着剤を用いることができる。尚、前記したように、この接着剤の接着力（シェア強度）は、接着剤の種類にもよるが、おおよそ１００ｋｇ／ｃｍ２〜４００ｋｇ／ｃｍ２である。
【００５０】
最後に、図９に示すように、サファイア基板１１を半導体素子１０から剥離する剥離工程（図５のステップＳ５）を行う。
この剥離工程は、回路基板１４に対する半導体素子１０の接着強度（接着層の接着強度）を用いて、サファイア基板１１から半導体素子１０を剥離する。既に述べたように、窒素ガリウム再融着層Ａによって、サファイア基板１１と半導体素子１０との接着強度（シェア強度）は、半導体素子１０を回路基板１４に接着する接着層の接着強度（シェア強度）よりも小さい。
したがって、回路基板１４に対してサファイア基板１１を引き剥がすことにより、半導体素子１０はサファイア基板１１から剥離される。即ち、半導体素子１０がサファイア基板１１から回路基板１４へ乗せ換えられた（転写された）ことになる。
【００５１】
以上のように、本発明の実施形態に係る半導体素子転写方法（図５のステップＳ３からステップＳ５）には、従来のような半導体素子を剥離するレーザ光を照射する工程を含まない。
したがって、半導体素子の利用者は、レーザ光の照射装置を用いることなく、高精度にサファイア基板１１から回路基板１４へ半導体素子１０を乗せ換える（転写する）ことができる。
【００５２】
（前処理工程）
ここで、上記説明した前処理工程（ステップＳ２）の詳細および変形例について説明する。
前述したように、前処理工程（ステップＳ２）は、半導体素子１０の形成後に、半導体素子１０をサファイア基板１１から剥離するのを容易にするためのものであり、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面に対して、半導体素子１０がサファイア基板１１から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度のレーザ光をサファイア基板１１の裏面側から複数回照射する。
【００５３】
ここで、半導体素子がサファイア基板から剥離するレーザ光のエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度とは、一般的な従前のレーザリフトオフにて用いられるエネルギー密度よりも低いエネルギー密度という意味であり、図１０は、レーザ光のエネルギー密度および照射回数（ショット数）と半導体素子がサファイア基板から剥離する条件との関係を示す図である。
【００５４】
図１０に示すように、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面に対して、サファイア基板１１の裏面側からレーザ光を照射した後の半導体素子１０とサファイア基板１１の界面の状態は、大きく分けて３つの状態に分けることができる。すなわち、レーザ光を照射した後でも半導体素子１０とサファイア基板１１の間の密着状態が変わらない状態（領域（ａ））と、レーザ光を照射した後に半導体素子１０がサファイア基板１１から剥離してしまう状態（領域（ｂ））と、レーザ光を照射した後に半導体素子１０とサファイア基板１１の間に窒素ガリウム再融着層が形成される状態（領域（ｃ））である。
なお、ここで窒素ガリウム再融着層とは、具体的組成までは明らかではないものの、エネルギー密度の小さいレーザ光の場合にも、一部の窒化ガリウムはガリウムと窒素に分解され、その気体化された一部の窒素が消散されると推察される。したがって、窒素ガリウム再融着層には、ガリウムが単体で固体化されたものやアブレーションしなかった窒化ガリウムの一部が残存すると推察されている。
【００５５】
図１０に示されるグラフから解るように、前処理工程（ステップＳ２）にて窒素ガリウム再融着層を形成し得る条件（プロセスマージン）は狭い。照射するレーザ光のエネルギー密度がＥ１よりも低い場合は、半導体素子１０とサファイア基板１１の間の密着状態が変わらず、所望の窒素ガリウム再融着層を形成することができない。一方、照射するレーザ光のエネルギー密度がＥ３よりも高い場合は、半導体素子１０がサファイア基板１１から剥離してしまう。
また、照射するレーザ光のエネルギー密度がＥ３より低くても、レーザ光の照射回数（ショット数）がｎ１以上でないと、窒素ガリウム再融着層を形成することができない。
【００５６】
そこで、前処理工程（ステップＳ２）におけるプロセスマージンを広げるために、以下に示す工夫を施すことが考えられる。一つは、半導体素子１０とサファイア基板１１の間を加圧させながら、レーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射する方法であり、もう一つは、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面の領域を複数に分けて、レーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射する方法である。
【００５７】
半導体素子１０とサファイア基板１１の間を加圧させながら、レーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射する方法としては、例えば図１１に示すように石英ガラス等の透明板を用いる方法や図１２に示すように粘着フィルムを用いる方法が採用し得る。
【００５８】
図１１に示すように、石英ガラス等の透明板を用いる方法では、半導体素子１０を加工ステージ１４０側にして加工ステージ１４０の上にサファイア基板１１を載置し、石英ガラス１６を用いてサファイア基板１１を加工ステージ１４０に加圧しながらレーザ光を照射する。
また、図１２に示すように、粘着フィルムを用いる方法では、半導体素子１０を形成したサファイア基板１１の面に弾力性を有する粘着フィルム１７を貼付した状態でレーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射する。すると、図１２中の部分拡大図に示すように、粘着フィルム１７の弾力性によって半導体素子１０がサファイア基板１１に加圧された状態でレーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射することになる。
【００５９】
図１３は、上記説明した方法にしたがって、半導体素子１０とサファイア基板１１の間を加圧させながらレーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射する場合のレーザ光のエネルギー密度および照射回数（ショット数）と半導体素子がサファイア基板から剥離する条件との関係を示す図である。
図１３と図１０を比較すると解るように、半導体素子１０とサファイア基板１１の間を加圧させながらレーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射する場合、グラフ全体が縦方向に広がっている。このことは、照射するレーザ光のエネルギー密度が、加圧しない場合よりも加圧する方が高くなるということである。具体的には、エネルギー密度がＥ１であったものがＥ１′に上昇し、エネルギー密度がＥ２であったものがＥ２′に上昇し、エネルギー密度がＥ３であったものがＥ３′に上昇している。
【００６０】
一方、このことは前処理工程（ステップＳ２）にて窒素ガリウム再融着層を形成し得る条件（プロセスマージン）が広がったことになっている。例えば、加圧しない状態で前処理工程（ステップＳ２）を行ったときのプロセスマージンがエネルギー密度５０〜６０ｍＪ／ｃｍ２かつショット数が２０回以上である場合には、半導体素子１０とサファイア基板１１の間を加圧させながらレーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射すると、プロセスマージンがエネルギー密度６０〜１００ｍＪ／ｃｍ２かつショット数が２０回以上に広がる。エネルギー密度の側面に限って言えば、プロセスマージンが１０ｍＪ／ｃｍ２であったものが４０ｍＪ／ｃｍ２に広がっているので、その差は顕著である。
プロセスマージンが広がるということは、前処理工程（ステップＳ２）にて窒素ガリウム再融着層を形成すること容易にすると共に、不良品の発生率を低減することにも繋がる。
【００６１】
上記説明した方法は、別途の冶具ないし部品を用いて半導体素子１０とサファイア基板１１の間を加圧させるものであるが、図１４および図１５に示す、半導体素子とサファイア基板の界面の領域を複数に分けてレーザ光を照射する方法においても、実質的に加圧するのと同じ効果を得ることができる。
そのため、図１４および図１５に基づいて、半導体素子とサファイア基板の界面の領域を複数に分けてレーザ光を照射する方法についても説明する。
【００６２】
図１４は、半導体素子１０とサファイア基板１１の間の界面を、サファイア基板１１を介して観察した状態を模式的に示している。図１４に示すように、この照射方法では、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面の領域を複数に分けて、レーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射する。
この図１４に示される例では、レーザ光の照射領域Ｌが半導体素子１０とサファイア基板１１の間の界面の領域よりも狭く設定されており、２回に分けて半導体素子１０とサファイア基板１１の間の界面の全領域を加工している。
なお、この前処理工程（ステップＳ２）では、レーザ光を複数回照射することが前提とされているが、領域を複数に分ける場合は、各領域にレーザ光を複数回照射するようにする。
【００６３】
図１５は、半導体素子１０とサファイア基板１１の間の界面を、サファイア基板１１を介して観察した状態を模式的に示している。図１５に示すように、この照射方法では、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面の領域をストライプ状に複数に分けて、ストライプ状の照射領域Ｌのレーザ光をサファイア基板１１の裏面側から照射しながら図中矢印方向に移動させる。このような照射方法を用いても、半導体素子１０とサファイア基板１１の間の界面の領域を複数に分けて各領域にレーザ光を複数回照射することになる。
【００６４】
上記図１４および図１５に示したようなレーザ光の照射領域Ｌを形成するためには、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面の領域よりも小さい領域を照射するように設計された投影マスクを介してレーザ光照射するのが好ましい。
半導体素子１０とサファイア基板１１の界面の領域よりも小さい照射領域Ｌのレーザ光を照射した場合、レーザ光が照射されていない領域が常に残っており、当該領域では半導体素子１０とサファイア基板１１の間の密着状態が変わらず維持される。
したがって、この密着状態が維持された領域における密着力が、レーザ光が照射されて加工が進行している領域に対して加圧作用する。
すなわち、半導体素子１０とサファイア基板１１の界面の領域を複数に分けて、レーザ光を照射する方法は、半導体素子１０とサファイア基板１１の間を加圧させながらレーザ光照射するのと同様の効果を奏するものとなる。
【００６５】
尚、上記実施形態では、窒化ガリウム系半導体素子として、窒化ガリウム系の発光ダイオードの場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１０    窒化ガリウム系半導体素子
１１    （サファイア）基板
１２    半導体素子形成サファイア基板
１３    電極
１４    回路基板
１５    電極
１００  レーザ加工装置
【図１】
2019220666.tif 000003
【図２】
2019220666.tif 000004
【図３】
2019220666.tif 000005
【図４】
2019220666.tif 000006
【図５】
2019220666.tif 000007
【図６】
2019220666.tif 000008
【図７】
2019220666.tif 000009
【図８】
2019220666.tif 000010
【図９】
2019220666.tif 000011
【図１０】
2019220666.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019220666.tif 000015
【図１４】
2019220666.tif 000016
【図１５】
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