(57)【要約】【課題】基板と窒化物系半導体を容易に剥離することができ、製造効率が高く製造コストの低い窒化物系半導体および窒化物系半導体発光素子を提供する。【解決手段】基板（たとえば、Ｓｉ（１１１）基板１０１）と、該基板上に形成される２以上の半導体層（たとえば、ＡｌＮ中間層１０２、ＧａＮ層１０３、ＡｌＮ剥離誘導層１０４、ＧａＮ層１０５）を備え、該半導体層の少なくとも１層（たとえば、ＡｌＮ剥離誘導層１０４）の熱膨張係数が基板（上記Ｓｉ（１１１）基板１０１）の熱膨張係数より大きく、かつ少なくとも２以上の半導体層の熱膨張係数が相互に異なっていることを特徴とする窒化物系半導体。上記窒化物系半導体を用いた窒化物系半導体発光素子。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成される２以上の半導体層を備え、該半導体層の少なくとも１層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きく、かつ少なくとも２以上の半導体層は熱膨張係数が相互に異なっていることを特徴とする窒化物系半導体。
【請求項２】
基板としていずれの半導体層の熱膨張係数よりも熱膨張係数の小さい基板を用いることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体。
【請求項３】
基板としてＳｉ基板を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物系半導体。
【請求項４】
２以上の半導体層が少なくともＡｌｘｉＢｙｉＩｎｚｉＧａ１−ｘｉ−ｙｉ−ｚｉＮ（０≦ｘｉ≦１、０≦ｙｉ≦１、０≦ｚｉ≦１、０≦ｘｉ＋ｙｉ＋ｚｉ≦１）からなる層と、ＡｌｘｊＢｙｊＩｎｚｊＧａ１−ｘｊ−ｙｊ−ｚｊＮ（０≦ｘｊ≦１、０≦ｙｊ≦１、０≦ｚｊ≦１、０≦ｘｊ＋ｙｊ＋ｚｊ≦１）からなる層（ｘｉ≠ｘｊ、ｙｉ≠ｙｊ、ｚｉ≠ｚｊ；ここでｉ，ｊは１≦ｉ＜ｊ≦ｎを満たす整数、ｎは２以上の整数）によって構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物系半導体。
【請求項５】
２以上の半導体層の間に少なくとも一つの剥離誘導層を含有し、該剥離誘導層の熱膨張係数をαｋ、厚さをＴｋ、該剥離誘導層と基板に挟まれた半導体層であって該剥離誘導層に隣接する半導体層の熱膨張係数をαａ、厚さをＴａとするとき、αｋ＜αａかつＴｋ＜Ｔａであることを特徴とする請求項４に記載の窒化物系半導体。
【請求項６】
剥離誘導層が１ｎｍ〜８０ｎｍの厚さで構成されることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体。
【請求項７】
基板上に、少なくとも１の半導体層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きくかつ熱膨張係数が異なる２以上の半導体層を積層する工程と、該基板と該半導体層との間または該２以上の半導体層の間を剥離する工程と、を有することを特徴とする窒化物系半導体の製造方法。
【請求項８】
基板上に、熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きくかつ熱膨張係数が異なる２以上の半導体層を積層する工程と、該基板と該半導体層との間または該２以上の半導体層の間を剥離する工程と、を有することを特徴とする窒化物系半導体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物系半導体を用いた窒化物系半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項７または請求項８に記載の窒化物系半導体の製造方法を用いた窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系半導体よりも熱膨張係数の小さな基板上に窒化物系半導体を成長させた窒化物系半導体およびその製造方法ならびに窒化物系半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の窒化物系半導体発光素子では、主にサファイアなどの基板が使用されており、現在、これが商品化に至っている。この基板を用いた発光素子は、基板が絶縁性であること、基板の硬度が高いために化学的、機械的に基板を剥離することが基板両側に電極を設けた構造にすることが困難であることから、基板と窒化物系半導体とを剥離する技術が検討されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１においては、サファイア基板を用いて窒化物半導体を半導体を製造する方法として、図４に示すように、サファイア基板４０１上に水素のイオン打ち込みを行い、水素イオン打ち込み層４０２を形成し、サファイア基板４０３にＧａＮ層４０４をＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相堆積）法およびＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ハイドライド気相エピタキシー）法により積層し冷却過程においてサファイア基板４０３とＧａＮ層４０４をサファイア基板４０１より剥離する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７５９８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、サファイア基板は硬度が高いことから、化学的および機械的にエッチングすることが難しいため、サファイア基板表面と成長したＧａＮ層を剥離することは大変困難である。また、サファイア基板は高価であり、またＧａＮ層を剥離するための工程（イオン打ち込み工程）が別に必要となるため、製造効率が低下し製造コストが高くなる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、基板と窒化物系半導体を容易に剥離することができ、製造効率が高く製造コストの低い窒化物系半導体およびその製造方法ならびに窒化物系半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる窒化物系半導体は、基板と該基板上に形成される２以上の半導体層を備え、該半導体層の少なくとも１層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きく、かつ少なくとも２以上の半導体層は熱膨張係数が相互に異なっていることを特徴とする。さらに基板としていずれの半導体層の熱膨張係数よりも熱膨張係数の小さい基板を用いているものも好ましい。かかる基板としてＳｉ基板を用いるのが好ましい。
【０００８】
また、上記において、２以上の半導体層は少なくともＡｌｘｉＢｙｉＩｎｚｉＧａ１−ｘｉ−ｙｉ−ｚｉＮ（０≦ｘｉ≦１、０≦ｙｉ≦１、０≦ｚｉ≦１、０≦ｘｉ＋ｙｉ＋ｚｉ≦１）からなる層と、ＡｌｘｊＢｙｊＩｎｚｊＧａ１−ｘｊ−ｙｊ−ｚｊＮ（０≦ｘｊ≦１、０≦ｙｊ≦１、０≦ｚｊ≦１、０≦ｘｊ＋ｙｊ＋ｚｊ≦１）からなる層（ｘｉ≠ｘｊ、ｙｉ≠ｙｊ、ｚｉ≠ｚｊ；ここでｉ，ｊは１≦ｉ＜ｊ≦ｎを満たす整数、ｎは２以上の整数）によって構成されることが好ましく、さらには、２以上の半導体層の間に少なくとも一つの剥離誘導層を含有し、該剥離誘導層の熱膨張係数をαｋ、厚さをＴｋ、該剥離誘導層と基板に挟まれた半導体層であって該剥離誘導層に隣接する半導体層の熱膨張係数をαａ、厚さをＴａとするとき、αｋ＜αａかつＴｋ＜Ｔａであること、また、剥離誘導層が１ｎｍ〜８０ｎｍの厚さで構成されることが好ましい。
【０００９】
本発明にかかる窒化物系半導体の製造方法は、基板上に、少なくとも１の半導体層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きくかつ熱膨張係数が異なる２以上の半導体層を積層する工程と、該基板と該半導体層との間または該２以上の半導体層の間を剥離する工程と、を有することを特徴とする。また、本発明にかかる窒化物系半導体の製造方法は、板上に、熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きくかつ熱膨張係数が異なる２以上の半導体層を積層する工程と、該基板と該半導体層との間または該２以上の半導体層の間を剥離する工程と、を有することを特徴とすることもできる。
【００１０】
さらに、本発明にかかる窒化物系半導体発光素子は上記窒化物系半導体を用いたものであり、本発明にかかる窒化物系半導体発光素子の製造方法は上記窒化物系半導体の製造方法を用いたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる窒化物系半導体は、基板と、該基板上に形成される２以上の半導体層を備え、該半導体層の少なくとも１層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きく、かつ少なくとも２以上の半導体層は熱膨張係数が相互に異なっている。所望の半導体をこれより熱膨張係数の小さな基板上に一定厚さ（これを臨界厚さという）以上に積層すると、半導体層成長後降温する際に、熱膨張係数の差によって基板と半導体層との間で熱歪みによるクラックが発生する。本発明は、かかる現象を利用して、半導体層を成長させる際、意図的に基板上に該半導体層の少なくとも１層として熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きく厚さが薄い層を積層することにより、半導体成長後降温の際にかかる層付近で剥離を生じさせる。
【００１２】
また、本発明にかかる窒化物系半導体において、基板としていずれの半導体層の熱膨張係数よりも熱膨張係数の小さい基板を用いることは好ましい。上記剥離を容易に生じさせることができる。
【００１３】
ここで、基板としてＳｉ基板を用いることが好ましい。Ｓｉ基板の熱膨張係数は２．４×１０−６Ｋ−１であるため、ＧａＮ（熱膨張係数：５．６×１０−６Ｋ−１）などの窒化物系半導体を積層する際、これらの１層を剥離誘導層とすることができる。従来のサファイア基板の熱膨張係数は７．５×１０−６Ｋ−１であり、窒化物系半導体より熱膨張係数が大きく、窒化物半導体層を剥離誘導層とすることはできない。たとえば、サファイア基板（熱膨張係：７．５×１０−６Ｋ−１）にＧａＮ（熱膨張係数：５．６×１０−６Ｋ−１）を数百μｍまで積層してもクラックは発生しにくい。また、Ｓｉ基板はサファイア基板に比べて極めて安価であり、コスト低減を図ることができる。
【００１４】
また、かかる熱膨張係数の異なる２以上の半導体層を有するために、本発明にかかる窒化物系半導体は、２以上の半導体層が少なくともＡｌｘｉＢｙｉＩｎｚｉＧａ１−ｘｉ−ｙｉ−ｚｉＮ（０≦ｘｉ≦１、０≦ｙｉ≦１、０≦ｚｉ≦１、０≦ｘｉ＋ｙｉ＋ｚｉ≦１）からなる層と、ＡｌｘｊＢｙｊＩｎｚｊＧａ１−ｘｊ−ｙｊ−ｚｊＮ（０≦ｘｊ≦１、０≦ｙｊ≦１、０≦ｚｊ≦１、０≦ｘｊ＋ｙｊ＋ｚｊ≦１）からなる層（ｘｉ≠ｘｊ、ｙｉ≠ｙｊ、ｚｉ≠ｚｊ；ここでｉ，ｊは１≦ｉ＜ｊ≦ｎを満たす整数、ｎは２以上の整数）によって構成されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明にかかる窒化物系半導体は、２以上の半導体層の間に少なくとも一つの剥離誘導層を含有し、該剥離誘導層の熱膨張係数をαｋ、厚さをＴｋ、該剥離誘導層と基板に挟まれた半導体層であって該剥離誘導層に隣接する半導体層の熱膨張係数をαａ、厚さをＴａとするとき、αｋ＜αａかつＴｋ＜Ｔａであることが好ましい。ここで、剥離誘導層とは、該剥離誘導層付近で基板または基板に積層された半導体層を剥離させる目的で、基板と半導体の間または２以上の半導体層の間に意図的に形成された層をいう。剥離誘導層としては、その熱膨張係数が基板の熱膨張係数が大きく厚さが薄く、かつ上記のαｋ＜αａかつＴｋ＜Ｔａの条件を満たす層が好ましい。かかる条件設定により、剥離誘導層に熱膨張係数の差による熱歪み応力を集中させることができ、剥離誘導層付近で基板と剥離することが容易になる。また、かかる剥離誘導層は、上記の半導体層と同じ窒化物系半導体材料で形成される。
【００１６】
かかる観点から、剥離誘導層は、１ｎｍ〜８０ｎｍの厚さで構成されることが、再現性よく基板より剥離した窒化物系半導体を得る観点から好ましい。厚さが１ｎｍ未満であると熱歪みの蓄積が少ないため、厚さが８０ｎｍを超えると熱歪みの蓄積による応力の集中が緩和されるため、剥離誘導層付近で剥離する確率が低下する。上記観点から、剥離誘導層の厚さは１０ｎｍ〜７０ｎｍとすることがより好ましい。
【００１７】
本発明にかかる窒化物系半導体の製造方法は、基板上に少なくとも１の半導体層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きくかつ熱膨張係数が異なる２以上の半導体層を積層する工程と、該基板と該半導体層との間または該２以上の半導体層の間を剥離する工程と、を有する。また、本発明にかかる窒化物系半導体の製造方法は、基板上に、熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きくかつ熱膨張係数が異なる２以上の半導体層を積層する工程と、該基板と該半導体層との間または該２以上の半導体層の間を剥離する工程と、を有する。上記の工程を有する製造方法であれば、特に制限はなく、たとえば、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー）法などに広く適用できる。
【００１８】
本発明にかかる窒化物系半導体発光素子は上記窒化物系半導体を用いたものであり、本発明にかかる窒化物系半導体発光素子の製造方法は上記窒化物系半導体の製造方法を用いたものである。かかる窒化物系半導体またはその製造方法を用いることによって、窒化物系半導体成長後に容易に基板から剥離でき効率よく窒化物系半導体素子を製造することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１に本発明にかかる一の窒化物系半導体を示す。図１に示すように、本窒化物系半導体は、Ｓｉ（１１１）基板１０１上に、厚さ１００ｎｍのＡｌＮ中間層１０２、厚さ５００ｎｍのＧａＮ層１０３、基板と積層した層の剥離を剥離させるための厚さ３０ｎｍのＡｌＮ剥離誘導層１０４、厚さ４μｍのＧａＮ層１０５で構成されている。
【００２１】
本窒化物系半導体は、５質量％のフッ酸（ＨＦ）水溶液を用いて洗浄したＳｉ（１１１）基板１０１上にＭＯＣＶＤ法を用いて積層した。Ｓｉ基板を反応室内のサセプターに装着の後、１２００℃でＨ２雰囲気にてベーキングを行った。その後、同じ温度にてキャリアガスとしてＨ２を用い、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）を用いてＡｌＮ中間層１０２を１００ｎｍ積層させ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＮＨ３を用いてＧａＮ層１０３を５００ｎｍになるように順に積層した。次に、基板と積層した層の剥離を剥離させるためのＡｌＮ剥離誘導層１０４を３０ｎｍ積層し、ＧａＮ層１０５を４μｍになるように積層後、室温になるまで降温した。その後、反応室より、基板を取り出したところ、基板と積層した層が剥離誘導層付近で剥離した状態になった。
【００２２】
なお、Ｓｉ（熱膨張係数：２．４×１０−６Ｋ−１）基板上に直接ＧａＮ（熱膨張係数：５．６×１０−６Ｋ−１）層を成長させると、基板よりも窒化物系半導体の熱膨張係数が大きいことからＧａＮ層でクラックが入りやすく、ＧａＮ層は１μｍ程度の厚みにしか積層できないが、本実施例のようにＧａＮ層を積層成長した後にＧａＮと熱膨張係数が異なりかつ他の接触している層より薄い剥離誘導層（ＡｌＮ層）を積層することで、１μｍ以上のＧａＮ層が容易に作製可能なことがわかった。
【００２３】
本実施例においては剥離誘導層としてＡｌＮ（熱膨張係数：１．９×１０−６Ｋ−１）層を用いたが、基板と剥離誘導層に挟まれた半導体層であって該剥離誘導層に隣接する半導体層としてＧａＮ層を用いた場合、ＧａＮ（熱膨張係数：５．６×１０−６Ｋ−１）より熱膨張係数の小さな窒化物系半導体を剥離誘導層として用いても本実施例と同様の効果が得られる。たとえば、ＢＮ（熱膨張係数：４．２×１０−６Ｋ−１）、ＩｎＮ（熱膨張係数：３．８×１０−６Ｋ−１）などの、ＧａＮ（熱膨張係数：５．６×１０−６Ｋ−１）より熱膨張係数が小さいＡｌｘＢｙＩｎｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）が挙げられる。
【００２４】
これは、上述のように、Ｓｉ基板を用いて、基板より熱膨張係数の大きい上に窒化物系半導体を積層し、更にこの窒化物系半導体よりも熱膨張係数の大きくかつ他の積層した層と比較して薄い窒化物系半導体を介して、窒化物系半導体を積層しているためである。
【００２５】
また、本実施例においては５００ｎｍのＧａＮ（熱膨張係数：５．６×１０−６Ｋ−１）層上に剥離誘導層として３０ｎｍのＡｌＮ（熱膨張係数：１．９×１０−６Ｋ−１）層を用いたが、同じ厚さにおいて、本実施例のＧａＮ層の代わりＩｎＮ層（熱膨張係数：３．８×１０−６Ｋ−１）を用い剥離誘導層としてＧａＮ（熱膨張係数：５．６×１０−６Ｋ−１）層を用いても、本実施例のＧａＮ層の代わりにＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を用い剥離誘導層としてＢＮ（熱膨張係数：２．６×１０−６Ｋ−１）層を用いても同様の効果が確かめられた。
【００２６】
すなわち、上述のように、剥離誘導層の熱膨張係数をαｋ、厚さをＴｋ、剥離誘導層と基板に挟まれた層の熱膨張係数をαａ、厚さをＴａとするとき、αｋ＜αａかつＴｋ＜Ｔａであれば、同様の効果が得られることが確認できた。
【００２７】
（実施例２）
図２に本発明にかかる別の窒化物系半導体を示す。図２に示すように、本窒化物系半導体は、Ｓｉ（１１１）基板２０１上に厚さ１００ｎｍのＡｌＮ中間層２０２、厚さ５００ｎｍのｎ型ＧａＮ層２０３、厚さ３０ｎｍのＡｌＮ剥離誘導層２０４であり、ストライプ状のマスクを形成するための厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２誘電体膜２０５、厚さ４０μｍのｎ型ＧａＮ層２０６で構成されている。
【００２８】
本窒化物系半導体は、５質量％のフッ酸（ＨＦ）水溶液を用いて洗浄したＳｉ（１１１）基板２０１上にＭＯＣＶＤ法を用いて積層した。Ｓｉ基板を反応室内のサセプターに装着の後、１２００℃でＨ２雰囲気にてベーキングを行った。その後、同じ温度にてキャリアガスとしてＨ２を用い、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）を用いて、ＡｌＮ中間層２０２を１００ｎｍ積層させ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＮＨ３を用いてｎ型ＧａＮ層２０３を５００ｎｍ積層し、その後、基板と積層した層を剥離させるためのＡｌＮ剥離誘導層２０４を３０ｎｍになるように順に積層した。
【００２９】
その後、大気中に取り出し、ＳｉＯ２ストライプ状のマスクを形成するために、スパッタ装置または蒸着装置を用いてＳｉＯ２誘電体膜２０５を３００ｎｍ積層し、ストライプを形成するためにレジストを塗布しフォトリソグラフィによって、ＳｉＯ２のストライプラインが１μｍで窓部が５μｍになるようにパターンを形成した。その後、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：１０の溶液を用いて、前記のパターンの窓部にあるＳｉＯ２をエッチングした。次に、有機溶剤で洗浄してレジストを落とし、再度ＭＯＣＶＤ装置を用いて、１２００℃でｎ型ＧａＮ層２０６を４０μｍになるように積層後、室温になるまで降温した。その後、反応室より、基板を取り出したところ、基板と基板上に積層した成長膜が剥離誘導層付近で剥離した状態になった。
【００３０】
なお、本実施例においては、ＳｉＯ２を部分的に剥離誘導層上でマスクになるように使用したため、熱膨張係数差を利用して剥離する部分をより制御することができ、結果として、実施例１に比べＳｉ基板より剥離した成長膜は取れ面積が大きくなった。また、ストライプ状のＳｉＯ２はマスクの効果としてＳｉ基板に対し垂直方向に伸びる転位を水平方向の伸びに転換させるため、積層したＧａＮ膜の結晶品質も向上した。
【００３１】
なお、実施例１および本実施例（実施例２）において、剥離誘導層後に積層するＧａＮ層の厚みは４μｍとしたが、実施例１および実施例２より薄い１μｍでも再現良く同じ結果が得られ、更に４μｍよりも厚い１０μｍ、２０μｍや４０μｍでも同様に基板より剥離したＧａＮ層が得られた。
【００３２】
（実施例３）
図３に本発明にかかる一の窒化物系半導体発光素子を示す。ここで、図３（ａ）は基板上に形成された窒化物系半導体を示し、図３（ｂ）は窒化物系半導体を用いて形成された発光素子を示す。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、本窒化物系半導体は、Ｓｉ（１１１）基板３０１上に厚さ１００ｎｍのＡｌＮ中間層３０２、厚さ５００ｎｍのｎ型ＧａＮ層３０３、基板と積層した層の剥離を誘導するための厚さ３０ｎｍのＡｌＮ剥離誘導層３０４、８０μｍのｎ型ＧａＮ層３０５、Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層とＧａＮ層を４対組合わせたＭＱＷ活性層３０６、ｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層３０７、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０８で構成されている。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、本窒化物系半導体発光素子は、図３（ａ）に対応するｎ型ＧａＮ層３０５、ＭＱＷ活性層３０６、ｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層３０７、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０８と、厚さ３．５ｎｍのＰｄ透光性電極３０９、厚さ６００ｎｍのＡｕパッド電極３１０、ＴｉとＡｌがそれぞれ１５ｎｍと１００ｎｍ積層したｎ型電極３１１で構成されている。
【００３５】
図３（ａ）に示す本窒化物系半導体を製造するために、まず、５質量％のフッ酸（ＨＦ）水溶液を用いて洗浄したＳｉ（１１１）基板３０１上にＭＯＣＶＤ法を用いて積層した。Ｓｉ基板を反応室内のサセプターに装着の後、１２００℃でＨ２雰囲気にてベーキングを行った。
【００３６】
次に、同じ温度にてキャリアガスとしてＨ２を用い、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）を用いて、ＡｌＮ中間層３０２を１００ｎｍ積層させ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＮＨ３を用いてｎ型ＧａＮ層３０３を５００ｎｍになるように順に積層した。その後、基板と積層した層の剥離を剥離させるＡｌＮ剥離誘導層３０４を３０ｎｍ積層し、ＴＭＧ、ＮＨ３、ドーパントにモノシラン（ＳｉＨ４）を用いて、ｎ型ＧａＮ層３０５を８０μｍになるように積層した。
【００３７】
その後、７５０℃で、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とＴＭＧ、ＮＨ３を用いて井戸層としてＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層を障壁層としてＧａＮ層を４対組合わせたＭＱＷ活性層３０６を積層し、次に、１１００℃で、ＴＭＧ、ＮＨ３、ドーパントにシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いて、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層３０７を積層した。最後に、同じ温度でＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層３０８を順に積層した。その後、反応室より、基板を取り出したところ、基板と積層した成長膜が剥離した状態になった。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示す本窒化物系半導体発光素子を製造するために、上記の基板から剥離した窒化物系半導体を、ｐ型化を行うために、熱処理炉を用いてＮ２雰囲気中で８００℃にて１５分間熱処理を行った。その後、ｐ型透光性電極を作製するために発光素子成長面にレジストを塗布して、フォトリソグラフィを行った後、Ｐｄからなる透光性電極３０９を３．５ｎｍ、真空蒸着法により形成した。そして、レジストを有機溶剤で除去した後、再度、パッド電極を形成するためにレジストを塗布して、フォトリソグラフィを行い、Ａｕパッド電極３１０を６００ｎｍ蒸着した。その後、ｎ型電極を形成するためにＳｉ基板面にレジストを塗布してフォトリソグラフィを行い、ｎ型電極３１１としてＴｉ、Ａｌをそれぞれ、１５ｎｍ、１００ｎｍ蒸着した。次に、電極の保護膜として複数の半導体層を覆うようにＳｉＯ２誘電体膜（図示せず）を形成した。その後、スクライブ、またはダイシング装置により、２００μｍになるように分割して窒化物系半導体発光素子のチップを作製した。上記のように、安価な基板を用いて、容易に成長後に基板から剥離する発光素子の作製が可能になった。
【００３９】
本実施例において、分割したチップの大きさは２００μｍであったが、１００μｍ、３００μｍなどであってもよい。また、本実施例において、ｐ型電極を作製した後にｎ型電極を作製したが、ｎ型電極を作製した後にｐ型電極を作製しても良い。
【００４０】
また、本実施例において、活性層は、単一及び多重量子井戸層で構成されていてもよく、ノンドープでもＳｉ、Ａｓ、Ｐドープでもよい。さらに、多重量子井戸層の井戸層と障壁層はＩｎｚＧａ１−ｚＮのみ（０＜ｚ≦１；ｚの値が異なる）からなってもＩｎｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）とＧａＮからなってもよい。
【００４１】
上記の実施例１〜実施例３においては、ＭＯＣＶＤ法により窒化物系半導体層を成長したがＨＶＰＥ法またはＭＢＥ法を用いてもよい。また、剥離誘導層を窒化物系半導体層間に設けたもののみ例示したが、剥離誘導層を窒化物系半導体層と基板との間に設けることも可能である。
【００４２】
なお、上記実施例１〜実施例３においては、剥離誘導層の厚さを３０ｎｍにしたが、１ｎｍ〜８０ｎｍでも同様に基板より剥離したＧａＮ層が得られた。さらに、剥離誘導層の厚さを１０ｎｍ〜７０ｎｍにすることで、再現性良く基板より剥離した窒化ガリウム系半導体が得られた。また、剥離誘導層としてＡｌＮ層を用いたが、この剥離誘導層に接する層と熱膨張係数が異なればよく剥離誘導層として、ＡｌｘＢｙＩｎｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）層を用いても同様の効果が得られた。さらに、基板としてＳｉ基板を用いたが、窒化物系半導体よりも熱膨張係数が小さければ使用する基板に制限はなく、ＳｉＣ（熱膨張係数：５．２×１０−６Ｋ−１）基板、ＧａＰ（熱膨張係数：４．７×１０−６Ｋ−１）基板またはＺｎＯ（熱膨張係数：２．９×１０−６Ｋ−１）基板を用いても同様の効果が得られた。
【００４３】
また、実施例１〜実施例３において、剥離誘導層上に積層したＧａＮ層はノンドープでもドーピングを行っても良く、ドーパントとしてＳｉ、Ｍｇ、Ｐ、Ａｓを用いてもよい。
【００４４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【００４５】
【発明の効果】
上記のように、本発明においては、基板と該基板上に形成される２以上の半導体層を備え、該半導体層の少なくとも１層（剥離誘導層）の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より大きく、かつ少なくとも２以上の半導体層の熱膨張係数が異なっていることを特徴とすることにより、目的とする窒化物系半導体を該剥離誘導層付近で基板または基板に積層した窒化物系半導体層と剥離することが容易に行えるため、窒化物系半導体およびそれを用いた窒化物系半導体発光素子の製造が容易になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる一の窒化物系半導体を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかる別の窒化物系半導体を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかる一の窒化物系半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図４】従来の窒化物系半導体を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１  Ｓｉ（１１１）基板、１０２，２０２，３０２  ＡｌＮ中間層、１０３，１０５，２０３，３０３，４０４  ＧａＮ層、１０４，２０４，３０４  ＡｌＮ剥離誘導層、２０５  ＳｉＯ２誘電体膜、２０６，３０５ｎ型ＧａＮ層、３０６  ＭＱＷ活性層、３０７  ｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層、３０８  ｐ型ＧａＮコンタクト層、３０９  透光性電極、３１０  Ａｕパッド電極、３１１  ｎ型電極、４０１，４０３  サファイア基板、４０２  水素イオン打ち込み層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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