(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶からなる基板の上に第１の半導体薄膜を形成する第１の工程と、
前記第１の半導体薄膜の上に、複数の開口部を有する第１のマスク膜を選択的に形成する第２の工程と、
前記第１のマスク膜が形成された前記第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、前記第１の半導体薄膜における前記第１のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、前記第１の半導体薄膜に複数の第１の酸化領域を形成する第４の工程と、
前記第１のマスク膜を除去して前記第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に前記複数の第１の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第５の工程と、
前記第２の半導体薄膜における前記第１の酸化領域に挟まれた領域の上側部分をマスクし且つ前記第１の酸化領域の上側部分にそれぞれ開口部を有する第２のマスク膜を形成する第６の工程と、
前記第２のマスク膜が形成された前記第２の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、前記第２の半導体薄膜における前記第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、前記第２の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する第７の工程と、
前記第２のマスク膜を除去して前記第２の半導体薄膜を露出した後、露出した第２の半導体薄膜の上に前記複数の第２の酸化領域を覆うように第３の半導体薄膜を形成する第８の工程とを備えていることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記第７の工程と前記第８の工程との間に、
前記第１の酸化領域及び第２の酸化領域を除去する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
単結晶からなる基板の上に第１の半導体薄膜を形成する第１の工程と、
前記第１の半導体薄膜の上に、複数の開口部を有する第１のマスク膜を選択的に形成する第２の工程と、
前記第１のマスク膜が形成された前記第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、前記第１の半導体薄膜における前記第１のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、前記第１の半導体薄膜に複数の第１の酸化領域を形成する第４の工程と、
前記第１のマスク膜を除去して前記第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に前記複数の第１の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第５の工程と、
前記第２の半導体薄膜における前記第１の酸化領域に挟まれた前記第１の半導体薄膜の上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有する第２のマスク膜を形成する第６の工程と、
前記第２のマスク膜が形成された前記第２の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、前記第２の半導体薄膜における前記第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、前記第２の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する第７の工程と、
前記第２のマスク膜を除去して前記第２の半導体薄膜を露出した後、露出した第２の半導体薄膜の上に前記複数の第２の酸化領域を覆うように第３の半導体薄膜を形成する第８の工程とを備えていることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記第７の工程において、前記第２の酸化領域を、前記第１の酸化領域を含め前記第１の半導体薄膜の全面が酸化されるように形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記第８の工程よりも後に、
前記基板を前記第１の半導体薄膜から分離する第９の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記第８の工程と前記第９の工程との間に、
前記第３の半導体薄膜の上面に該第３の半導体薄膜とは異なる材料からなる支持基板を貼り合わせる第１０の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記第９の工程は、前記基板を構成する材料が持つ禁制帯幅よりも小さく且つ前記第１の半導体薄膜を構成する材料が持つ禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有する照射光を前記基板に照射する工程を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記照射光は、パルス状のレーザ光であることを特徴とする請求項７に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記照射光は、水銀ランプの輝線であることを特徴とする請求項７に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記第９の工程は、前記基板を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項７〜９のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記第９の工程は、前記照射光を、前記基板の面内をスキャンするように照射することを特徴とする請求項７〜１０のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
前記第９の工程は、前記基板及び前記各酸化領域のうちの少なくとも一方を湿式エッチングにより除去する工程を含むことを特徴とする請求項５〜１１のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３】
前記湿式エッチングは、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いることを特徴とする請求項１２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１４】
前記基板は、サファイア、炭化シリコン、酸化リチウムアルムニウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａｘ Ａｌ１−ｘ Ｏ２ （但し、ｘは０≦ｘ≦１とする））、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム又はリン化ガリウムからなることを特徴とする請求項１〜１３のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１５】
単結晶からなる基板の上に第１のマスク膜を選択的に形成する第１の工程と、
前記第１のマスク膜が形成された前記基板に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、前記基板における前記第１のマスク膜の近傍及びその周辺部を酸化することにより、前記基板に複数の第１の酸化領域を形成する第２の工程と、
前記第１のマスク膜を除去して前記基板を露出した後、前記複数の第１の酸化領域を含め前記基板上を覆うように第１の半導体薄膜を形成する第３の工程と、
前記第３の工程よりも後に、
前記第１の半導体薄膜における前記第１の酸化領域に挟まれた領域の上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有する第２のマスク膜を形成する第４の工程と、
前記第２のマスク膜が形成された前記第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、前記第１の半導体薄膜における前記第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、前記第１の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する第５の工程と、
前記第２のマスク膜を除去して前記第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に前記複数の第２の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第６の工程とを備えていることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項１６】
前記第５の工程において、前記第２の酸化領域を、前記第１の酸化領域を含め前記基板の全面が酸化されるように形成することを特徴とする請求項１５に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１７】
単結晶からなる基板の上に第１のマスク膜を選択的に形成する第１の工程と、
前記第１のマスク膜が形成された前記基板に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、前記基板における前記第１のマスク膜の近傍及びその周辺部を酸化することにより、前記基板に複数の第１の酸化領域を形成する第２の工程と、
前記第１のマスク膜を除去して前記基板を露出した後、前記複数の第１の酸化領域を含め前記基板上を覆うように第１の半導体薄膜を形成する第３の工程と、
前記第３の工程よりも後に、
前記第１の半導体薄膜における前記第１の酸化領域に挟まれた領域の上側部分をマスクし且つ前記第１の酸化領域の上側部分にそれぞれ開口部を有する第２のマスク膜を形成する第４の工程と、
前記第２のマスク膜が形成された前記第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、前記第１の半導体薄膜における前記第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、前記第１の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する第５の工程と、
前記第２のマスク膜を除去して前記第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に前記複数の第２の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第６の工程とを備えていることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項１８】
前記第５の工程と前記第６の工程との間に、
前記第１の酸化領域及び第２の酸化領域を除去する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１９】
前記第６の工程よりも後に、
前記基板を前記第１の半導体薄膜から分離する第７の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１５〜１８のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２０】
前記第６の工程と前記第７の工程との間に、
前記第２の半導体薄膜の上面に該第２の半導体薄膜とは異なる材料からなる支持基板を貼り合わせる第８の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１９に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２１】
前記第７の工程は、前記基板及び前記各酸化領域のうちの少なくとも一方を湿式エッチングにより除去する工程を含むことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２２】
前記湿式エッチングは、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いることを特徴とする請求項２１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２３】
前記基板は、炭化シリコン、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム又はリン化ガリウムからなることを特徴とする請求項１５〜２２のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２４】
前記第１の半導体薄膜及び前記第２の半導体薄膜のうちの少なくとも１つは、III-Ｖ族窒化物半導体又は炭化シリコンからなることを特徴とする請求項１５〜２３のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２５】
前記第１の半導体薄膜、前記第２の半導体薄膜及び前記第３の半導体薄膜のうちの少なくとも１つは、III-Ｖ族窒化物半導体又は炭化シリコンからなることを特徴とする請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２６】
前記第１の半導体薄膜及び前記第２の半導体薄膜のうちの少なくとも１つは、気相成長法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法又は分子線エピタキシ法により成膜することを特徴とする請求項１５〜２３のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２７】
前記第１の半導体薄膜、前記第２の半導体薄膜及び前記第３の半導体薄膜のうちの少なくとも１つは、気相成長法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法又は分子線エピタキシ法により成膜することを特徴とする請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２８】
前記第１の半導体薄膜と前記第２の半導体薄膜とは、互いに異なる成膜方法により成膜することを特徴とする請求項１５〜２３のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項２９】
前記第１の半導体薄膜、前記第２の半導体薄膜及び前記第３の半導体薄膜のうちのいずれか２つは、互いに異なる成膜方法により成膜することを特徴とする請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３０】
前記酸化性雰囲気は酸素ガスであることを特徴とする請求項１〜２９に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３１】
前記酸化性雰囲気は水蒸気を含むことを特徴とする請求項１〜２９に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３２】
前記支持基板は、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、リン化ガリウム又は金属からなることを特徴とする請求項６又は２０に記載の半導体薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短波長発光ダイオード素子、短波長半導体レーザ素子又は高速電子デバイスに利用可能な半導体薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III-Ｖ族窒化物半導体材料は、広い禁制帯幅を持つという特徴を生かして、発光デバイス、すなわち、青色、緑色又は白色という可視領域の発光が可能な発光ダイオード素子や短波長半導体レーザ素子に応用することができる。また、広い禁制帯幅を有し且つ電子の飽和ドリフト速度が大きいという特徴から、高周波デバイス又は高出力デバイス等の電子デバイス用材料としても期待されている。
【０００３】
なかでも、窒化物半導体を用いた発光ダイオード素子は、大型ディスプレイ装置及び交通信号機等で既に実用化されており、さらに、蛍光材料を青色光又は紫外光により励起して白色光を得る白色発光ダイオード素子は、電球又は蛍光灯と置き換わり、照明器具に応用が可能でありその期待は大きい。また、半導体レーザ素子については、さらなる大容量の光ディスク装置への応用を目指して、サンプル出荷及び少量生産のレベルにまで達している。
【０００４】
半導体レーザ素子に応用するためには、長寿命化が大きな課題であり、この対策のために、レーザ素子を構成する窒化物半導体中に存在する結晶欠陥の低減に向けて研究開発が盛んに行なわれている。現在、最も有効な欠陥低減方法は選択的横方向成長(Epitaxial Lateral Overgrowth：ＥＬＯ)法である。窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる下地層の上に、具体的には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の薄膜を、開口部を有する形で選択的に形成し、その開口部の窒化ガリウム表面から窒化物半導体の再成長を行なった場合には、ＳｉＯ2 薄膜上では開口部からの成長を基点とする横方向（基板面に平行な方向）成長が支配的となり、この横方向成長を促進することにより、マスク膜の上側に成長する窒化物半導体層に生じる結晶欠陥を大幅に低減するという結晶成長方法である。この方法によると、従来は１×１０9 ｃｍ-2程度であった転位密度が１０6 ｃｍ-2台にまで低減できることが報告されている。
【０００５】
このＥＬＯ法により、半導体レーザ素子の寿命は最高で１万時間を超え、ほぼ実用化が可能なレベルにまで達しており、より長寿命化し高信頼性のレーザ素子を実現するために、さらなる欠陥密度の低減が期待されている。一方で、このＥＬＯ法において、サファイア基板上に厚さが約１００μｍを超える程度にまでＧａＮ選択成長層を成長させた場合には、基板は、該基板とＧａＮとの熱膨張係数の差に起因するストレスが原因で、成長後の基板の冷却時に選択成長層から分離することが報告されている。
【０００６】
このように、ＧａＮ成長層をサファイア基板から分離することにより、該サファイア基板を分離しない場合と比べて放熱性が向上する、基板の裏面に電極が形成可能となることによりプロセスが簡略化される、及び基板のへき開が可能となり良好なミラー（共振器端面）を実現できると同時にチップサイズが低減できる等の効果があり、その結果、半導体レーザ素子の長寿命化及び高性能化を実現できる。
【０００７】
以下、従来のＥＬＯ法による半導体薄膜の製造方法について説明する。
【０００８】
図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は従来の半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０００９】
まず、図２５（ａ）に示すように、例えば、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ)法により、サファイアからなる基板１０１上に、厚さが約１μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる下地層としての第１の半導体層１０２を成長する。続いて、例えば、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:ＣＶＤ)法により、第１の半導体層１０２の上に、厚さが約２００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、マスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、マスク形成膜に対してフッ酸によるウエットエッチングを行なって、マスク形成膜からストライプ状のマスク膜１０３を形成する。
【００１０】
次に、図２５（ｂ）に示すように、ハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy:ＨＶＰＥ）法により、マスク膜１０３が形成された第１の半導体層１０２の上に、厚さが約１００μｍの第２の半導体層１０４を再成長（ＥＬＯ成長）する。ここでは、金属ガリウム（Ｇａ）と塩化水素（ＨＣｌ）ガスとが反応してなるIII 族源である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）と、窒素源であるアンモニアとを原料ガスとして用いる。このＨＶＰＥ法により、第１の半導体層１０２におけるマスク膜１０３からの露出部から、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１０４の成長が開始し、マスク膜１０３の上側を覆うように横方向にも成長する。第２の半導体層１０４が平坦化された後は、その平坦な表面を保ったまま成長が継続する。マスク膜１０３上の横方向成長部分では、下地の結晶欠陥の影響を受けずに成長し、結晶欠陥密度を大幅に低減することが可能となる。
【００１１】
第２の半導体層１０４が所望の厚さにまで成長した後、室温にまで冷却する過程において、サファイアからなる基板１０１と窒化ガリウムからなる第１及び第２の半導体層１０２、１０４との熱膨張係数の差により、基板１０１は凸状に反る。その結果、基板１０１と第１の半導体層１０２との界面、又はマスク膜１０３と第２の半導体層１０４との界面において、両者が剥離し、基板１０１が第１の半導体層１０２又は第２の半導体層１０４から分離される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の半導体薄膜の製造方法は、マスク膜１０３の開口部をできるだけ小さくすることにより、下地層（第１の半導体層１０２）の欠陥密度の影響を受けることなく、第２の半導体層１０４の横方向成長を支配的とすることが可能となり、その結果、第２の半導体層１０４の欠陥密度を低減することができる。
【００１３】
しかしながら、この開口寸法を例えばディープサブミクロンレベルの微細な寸法とするためには、高精度の微細露光装置及び微細エッチング装置等を用いる必要がある。すなわち、第２の半導体層１０４における欠陥密度をより低減するには高精度加工装置が必須となるため、製造コストが高騰するという問題がある。
【００１４】
また、現状の微細加工技術の限界で決定される寸法以下の開口寸法を得ることができないため、プロセスの低コスト化及び開口寸法の微細化に限界がある。その結果、マスク膜１０３のパターンの微細化により実現される、第２の半導体層１０４の結晶欠陥密度の低減にも限界が存在するという問題がある。
【００１５】
また、第２の半導体層１０４を厚膜化した場合の基板１０１を剥離する工程においても、第２の半導体層１０４における膜厚の面内分布又は界面状態の再現性の問題等により、大面積を有する半導体層を均一に且つ再現性良く得るのが困難であるという問題もある。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、単結晶基板上に半導体薄膜を成長により形成する際に、結晶欠陥密度を低コストで低減できるようにすることを第１の目的とし、成長する半導体薄膜が大面積であっても再現性良く単結晶基板と分離できるようにすることを第２の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、第１の発明は、半導体薄膜の製造方法を、マスク膜により選択的に覆われた第１の半導体薄膜を酸化して該第１の半導体薄膜に酸化領域を形成し、形成した酸化領域を選択成長用のマスクとして、第１の半導体薄膜の上に酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を選択成長する構成とする。
【００１８】
また、前記第２の目的を達成するため、第２の発明は、第１の発明に、第２の半導体薄膜を再度選択的に酸化した後、第２の半導体薄膜の上に第３の半導体薄膜を選択成長し、第３の半導体薄膜の下部を酸化領域によって覆う構成とする。
【００１９】
具体的に、本発明に係る１番目の半導体薄膜の製造方法は、前記第１の目的を達成し、単結晶からなる基板の上に第１の半導体薄膜を形成する第１の工程と、第１の半導体薄膜の上に、複数の開口部を有するマスク膜を選択的に形成する第２の工程と、マスク膜が形成された第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第１の半導体薄膜におけるマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第１の半導体薄膜に複数の酸化領域を形成する第４の工程と、マスク膜を除去して第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に複数の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第５の工程とを備えている。
【００２０】
１番目の半導体薄膜の製造方法によると、マスク膜が形成された第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第１の半導体薄膜におけるマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第１の半導体薄膜に複数の酸化領域を形成する。このとき、上面がマスクされた第１の半導体薄膜に対する酸化のプロセスは基板面に平行な方向（横方向）にも進行するため、酸化領域に挟まれた第１の半導体薄膜の幅寸法をマスクパターンで形成する場合と比べて小さくすることができる。その結果、高精度露光装置又は微細加工が可能なエッチング装置を用いることなく、第２の半導体薄膜を形成する際のマスクとなる酸化領域の間隔を小さくすることができるので、第１の半導体薄膜を下地結晶として選択成長する第２の半導体薄膜は、下地の第１の半導体薄膜の結晶欠陥の影響を受けにくくなり、第２の半導体薄膜の結晶欠陥密度を低減することが可能となる。また、第１の半導体薄膜に対する酸化反応は大部分がその内部に進行するため、該第１の半導体薄膜の表面と酸化領域の表面の高さの差は従来の酸化シリコン等を用いた場合と比べて小さくすることができる。その結果、選択成長の早い段階で横方向成長が生じるので、酸化領域の上面への直接的な成長を抑制でき、酸化領域上における第２の半導体薄膜の結晶性を改善することができる。
【００２１】
１番目の半導体薄膜の製造方法は、第５の工程よりも後に、基板を第１の半導体薄膜から分離する第６の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２２】
この場合に、第５の工程と第６の工程との間に、第２の半導体薄膜の上面に該第２の半導体薄膜とは異なる材料からなる支持基板を貼り合わせる第７の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２３】
この場合の第６の工程は、基板を構成する材料が持つ禁制帯幅よりも小さく且つ第１の半導体薄膜を構成する材料が持つ禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有する照射光を基板に照射する工程を含むことが好ましい。
【００２４】
この場合に、照射光はパルス状のレーザ光であることが好ましい。
【００２５】
又は、この場合の照射光は水銀ランプの輝線であることが好ましい。
【００２６】
さらに、第６の工程は基板を加熱する工程を含むことが好ましい。
【００２７】
また、第６の工程は、照射光を基板の面内をスキャンするように照射することが好ましい。
【００２８】
また、第６の工程は、基板及び各酸化領域のうちの少なくとも一方を湿式エッチングにより除去する工程を含むことが好ましい。
【００２９】
この場合に、湿式エッチングには、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る２番目の半導体薄膜の製造方法は、前記第１の目的を達成し、単結晶からなる基板の上に第１の半導体薄膜を形成する第１の工程と、第１の半導体薄膜の上に、複数の開口部を有するマスク膜を選択的に形成する第２の工程と、マスク膜が形成された第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第１の半導体薄膜におけるマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第１の半導体薄膜に複数の酸化領域を形成する第４の工程と、マスク膜を除去して第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に複数の酸化領域に露出部分が生じるように複数の第２の半導体薄膜を形成する第５の工程と、複数の酸化領域を除去した後、各第２の半導体薄膜と接し且つ覆うように第３の半導体薄膜を形成する第６の工程とを備えている。
【００３１】
２番目の半導体薄膜の製造方法によると、露出した第１の半導体薄膜の上に複数の酸化領域に露出部分が生じるように複数の第２の半導体薄膜を形成し、その後、複数の酸化領域を、例えばエッチング等により除去した後、各第２の半導体薄膜と接し且つ覆うように第３の半導体薄膜を形成するため、該第３の半導体薄膜の下側には酸化領域が存在しない空隙部分が形成される。その結果、酸化領域を残す場合と比べて、薄膜中のストレスを低減できるので、第３の半導体薄膜の結晶性をさらに向上することが可能となる。
【００３２】
２番目の半導体薄膜の製造方法は、第６の工程よりも後に、基板を第１の半導体薄膜から分離する第７の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３３】
２番目の半導体薄膜の製造方法は、第６の工程と第７の工程との間に、第３の半導体薄膜の上面に該第３の半導体薄膜とは異なる材料からなる支持基板を貼り合わせる第８の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３４】
この場合に、第７の工程は、基板を構成する材料が持つ禁制帯幅よりも小さく且つ第１の半導体薄膜を構成する材料が持つ禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有する照射光を基板に照射する工程を含むことが好ましい。
【００３５】
この場合に、照射光はパルス状のレーザ光であることが好ましい。
【００３６】
又は、この場合に、照射光は水銀ランプの輝線であることが好ましい。
【００３７】
さらに、第７の工程は基板を加熱する工程を含むことが好ましい。
【００３８】
また、第７の工程は、照射光を基板の面内をスキャンするように照射することが好ましい。
【００３９】
また、第７の工程は、基板及び各酸化領域のうちの少なくとも一方を湿式エッチングにより除去する工程を含むことが好ましい。
【００４０】
この場合に、湿式エッチングは酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いることが好ましい。
【００４１】
本発明に係る３番目の半導体薄膜の製造方法は、前記第１の目的を達成し、単結晶からなる基板の上に第１の半導体薄膜を形成する第１の工程と、第１の半導体薄膜の上に、複数の開口部を有する第１のマスク膜を選択的に形成する第２の工程と、第１のマスク膜が形成された第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第１の半導体薄膜における第１のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第１の半導体薄膜に複数の第１の酸化領域を形成する第４の工程と、第１のマスク膜を除去して第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に複数の第１の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第５の工程と、第２の半導体薄膜における第１の酸化領域に挟まれた領域の上側部分をマスクし且つ第１の酸化領域の上側部分にそれぞれ開口部を有する第２のマスク膜を形成する第６の工程と、第２のマスク膜が形成された第２の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第２の半導体薄膜における第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第２の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する第７の工程と、第２のマスク膜を除去して第２の半導体薄膜を露出した後、露出した第２の半導体薄膜の上に複数の第２の酸化領域を覆うように第３の半導体薄膜を形成する第８の工程とを備えている。
【００４２】
３番目の半導体薄膜の製造方法によると、第２の半導体薄膜における第１の酸化領域に挟まれた領域の上側部分をマスクし且つ第１の酸化領域の上側部分にそれぞれ開口部を有する第２のマスク膜を形成し、第２のマスク膜が形成された第２の半導体薄膜に対して熱処理を行なって、第２の半導体薄膜における第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第２の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する。これにより、第２の半導体薄膜における横方向に成長する対向端面同士が接続した部分を第２の酸化領域として、第３の半導体薄膜が成長する際の選択成長用のマスクとすることができる。通常、横方向に成長する対向端面同士が接続する部分においては、結晶の配向性が完全には一致しない。このときの配向角度のずれはマスク領域（第１の酸化領域）の平面積、例えばストライプ状のマスクの場合には、該マスクの幅寸法が大きい程顕著となる。しかしながら、本発明に係る製造方法は、第２の半導体薄膜の接続部分を再度、マスク領域（第２の酸化領域）として第３の半導体薄膜を再成長するため、２度目の再成長工程においては、マスク領域（第２の酸化領域）の平面積を小さくすることができる。このため、第２の半導体薄膜の成長時における結晶の配向性のずれの影響を受けることなく、第３の半導体薄膜の再成長を行なうことができるので、第３の半導体薄膜の結晶性を改善することができる。
【００４３】
３番目の半導体薄膜の製造方法は、第７の工程と第８の工程との間に、第１の酸化領域及び第２の酸化領域を除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００４４】
本発明に係る４番目の半導体薄膜の製造方法は、前記第２の目的を達成し、単結晶からなる基板の上に第１の半導体薄膜を形成する第１の工程と、第１の半導体薄膜の上に、複数の開口部を有する第１のマスク膜を選択的に形成する第２の工程と、第１のマスク膜が形成された第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第１の半導体薄膜における第１のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第１の半導体薄膜に複数の第１の酸化領域を形成する第４の工程と、第１のマスク膜を除去して第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に複数の第１の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第５の工程と、第２の半導体薄膜における第１の酸化領域に挟まれた第１の半導体薄膜の上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有する第２のマスク膜を形成する第６の工程と、第２のマスク膜が形成された第２の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第２の半導体薄膜における第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第２の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する第７の工程と、第２のマスク膜を除去して第２の半導体薄膜を露出した後、露出した第２の半導体薄膜の上に複数の第２の酸化領域を覆うように第３の半導体薄膜を形成する第８の工程とを備えている。
【００４５】
４番目の半導体薄膜の製造方法によると、第２の半導体薄膜における第１の酸化領域に挟まれた第１の半導体薄膜の上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有する第２のマスク膜を形成し、第２のマスク膜が形成された第２の半導体薄膜に対して熱処理を行なって、第２の半導体薄膜における第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第２の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する。これにより、第１の酸化領域と第２の酸化領域とが接続されるため、第１の酸化領域及び第２の酸化領域を除去することにより、基板が第２の半導体薄膜から分離されるので、大面積で均一に基板を分離することができる。また、分離した基板は半導体薄膜形成用の基板として再利用でき、製造コストを低減することもできる。
【００４６】
４番目の半導体薄膜の製造方法は、第７の工程において、第２の酸化領域を、第１の酸化領域を含め第１の半導体薄膜の全面が酸化されるように形成することが好ましい。
【００４７】
４番目の半導体薄膜の製造方法は、第８の工程よりも後に、基板を第１の半導体薄膜から分離する第９の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００４８】
この場合に、第８の工程と第９の工程との間に、第３の半導体薄膜の上面に該第３の半導体薄膜とは異なる材料からなる支持基板を貼り合わせる第１０の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００４９】
この場合に、第９の工程は、基板を構成する材料が持つ禁制帯幅よりも小さく且つ第１の半導体薄膜を構成する材料が持つ禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有する照射光を基板に照射する工程を含むことが好ましい。
【００５０】
この場合に、照射光はパルス状のレーザ光であることが好ましい。
【００５１】
また、この場合に、照射光は水銀ランプの輝線であることが好ましい。
【００５２】
さらに、第９の工程は基板を加熱する工程を含むことが好ましい。
【００５３】
この場合に、第９の工程は照射光を基板の面内をスキャンするように照射することが好ましい。
【００５４】
また、第９の工程は、基板及び各酸化領域のうちの少なくとも一方を湿式エッチングにより除去する工程を含むことが好ましい。
【００５５】
この場合に、湿式エッチングには、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いることが好ましい。
【００５６】
１番目〜４番目の半導体薄膜の製造方法において、基板は、サファイア、炭化シリコン、酸化リチウムアルムニウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （但し、ｘは０≦ｘ≦１とする））、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム又はリン化ガリウムからなることが好ましい。
【００５７】
本発明に係る５番目の半導体薄膜の製造方法は、前記第１の目的を達成し、単結晶からなる基板の上に第１のマスク膜を選択的に形成する第１の工程と、第１のマスク膜が形成された基板に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、基板における第１のマスク膜の近傍及びその周辺部を酸化することにより、基板に複数の第１の酸化領域を形成する第２の工程と、第１のマスク膜を除去して基板を露出した後、複数の第１の酸化領域を含め基板上を覆うように第１の半導体薄膜を形成する第３の工程とを備えている。
【００５８】
５番目の半導体薄膜の製造方法によると、基板にそれ自体が酸化される材料を用いた場合であっても、本発明の１番目の半導体薄膜の製造方法と同様に、酸化領域同士の間隔が小さくなるため、小さくなった開口部から第１の半導体薄膜を横方向成長することができるので、第１の半導体薄膜の結晶欠陥密度を低減することができる。
【００５９】
５番目の半導体薄膜の製造方法は、第３の工程よりも後に、基板を第１の半導体薄膜から分離する第４の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００６０】
この場合に、第３の工程と第４の工程との間には、第１の半導体薄膜の上面に該第１の半導体薄膜とは異なる材料からなる支持基板を貼り合わせる第５の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００６１】
また、第４の工程は、基板及び各酸化領域のうちの少なくとも一方を湿式エッチングにより除去する工程を含むことが好ましい。
【００６２】
この場合に、湿式エッチングには、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いることが好ましい。
【００６３】
５番目の半導体薄膜の製造方法は、第３の工程よりも後に、第１の半導体薄膜における第１の酸化領域に挟まれた領域の上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有する第２のマスク膜を形成する第４の工程と、第２のマスク膜が形成された第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第１の半導体薄膜における第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第１の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する第５の工程と、第２のマスク膜を除去して第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に複数の第２の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第６の工程とをさらに備えていることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、第１の酸化領域と第２の酸化領域とが接続されるため、第１の酸化領域及び第２の酸化領域を除去することにより、基板が第２の半導体薄膜から分離するため、分離した基板を半導体薄膜形成用の基板として再利用できるので、前記第２の目的が達成される。
【００６５】
５番目の半導体薄膜の製造方法は、第５の工程において、第２の酸化領域を、第１の酸化領域を含め基板の全面が酸化されるように形成することが好ましい。
【００６６】
５番目の半導体薄膜の製造方法は、第３の工程よりも後に、第１の半導体薄膜における第１の酸化領域に挟まれた領域の上側部分をマスクし且つ第１の酸化領域の上側部分にそれぞれ開口部を有する第２のマスク膜を形成する第４の工程と、第２のマスク膜が形成された第１の半導体薄膜に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、第１の半導体薄膜における第２のマスク膜からの開口部分及びその近傍を酸化することにより、第１の半導体薄膜に複数の第２の酸化領域を形成する第５の工程と、第２のマスク膜を除去して第１の半導体薄膜を露出した後、露出した第１の半導体薄膜の上に複数の第２の酸化領域を覆うように第２の半導体薄膜を形成する第６の工程とをさらに備えていることが好ましい。
【００６７】
５番目の半導体薄膜の製造方法は、第５の工程と第６の工程との間に、第１の酸化領域及び第２の酸化領域を除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００６８】
５番目の半導体薄膜の製造方法は、第６の工程よりも後に、基板を第１の半導体薄膜から分離する第７の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００６９】
５番目の半導体薄膜の製造方法は、第６の工程と第７の工程との間に、第２の半導体薄膜の上面に該第２の半導体薄膜とは異なる材料からなる支持基板を貼り合わせる第８の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００７０】
また、第７の工程は、基板及び各酸化領域のうちの少なくとも一方を湿式エッチングにより除去する工程を含むことが好ましい。
【００７１】
この場合に、湿式エッチングには、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いることが好ましい。
【００７２】
本発明に係る６番目の半導体薄膜の製造方法は、前記第２の目的を達成し、単結晶からなる基板の上に第１のマスク膜を選択的に形成する第１の工程と、マスク膜が形成された基板に対して、酸化性雰囲気で熱処理を行なって、基板におけるマスク膜の近傍及びその周辺部を酸化することにより、基板に複数の酸化領域を形成する第２の工程と、マスク膜を除去して基板を露出した後、露出した基板の上に複数の酸化領域に露出部分が生じるように複数の第１の半導体薄膜を形成する第３の工程と、複数の酸化領域を除去した後、各第１の半導体薄膜と接し且つ覆うように、第２の半導体薄膜を形成する第４の工程とを備えている。
【００７３】
６番目の半導体薄膜の製造方法によると、基板にそれ自体が酸化される材料を用いた場合であっても、本発明の２番目の半導体薄膜の製造方法と同様に、複数の酸化領域を例えばエッチング等により除去した後、各第１の半導体薄膜と接し且つ覆うように第２の半導体薄膜を形成するため、該第２の半導体薄膜の下側には酸化領域が存在しない空隙部分が形成される。その結果、酸化領域を残す場合と比べて、薄膜中のストレスを低減できるので、第２の半導体薄膜の結晶性をさらに向上することができる。
【００７４】
６番目の半導体薄膜の製造方法は、第４の工程よりも後に、基板を第１の半導体薄膜から分離する第５の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００７５】
６番目の半導体薄膜の製造方法は、第４の工程と第５の工程との間に、第１の半導体薄膜の上面に該第１の半導体薄膜とは異なる材料からなる支持基板を貼り合わせる第６の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００７６】
また、第５の工程は、基板及び各酸化領域のうちの少なくとも一方を湿式エッチングにより除去する工程を含むことが好ましい。
【００７７】
この場合に、湿式エッチングには、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いることが好ましい。
【００７８】
５番目又は６番目の半導体薄膜の製造方法において、基板は、炭化シリコン、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム又はリン化ガリウムからなることが好ましい。
【００７９】
１番目又は６番目の半導体薄膜の製造方法において、第１の半導体薄膜及び第２の半導体薄膜のうちの少なくとも１つは、III-Ｖ族窒化物半導体又は炭化シリコンからなることが好ましい。
【００８０】
２番目〜４番目の半導体薄膜の製造方法において、第１の半導体薄膜、第２の半導体薄膜及び第３の半導体薄膜のうちの少なくとも１つは、III-Ｖ族窒化物半導体又は炭化シリコンからなることが好ましい。
【００８１】
５番目の半導体薄膜の製造方法において、第１の半導体薄膜は、III-Ｖ族窒化物半導体又は炭化シリコンからなることが好ましい。
【００８２】
このように、特に、ＩｎＧａＡｌＮからなるIII-Ｖ族窒化物半導体又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の、一般に結晶成長が困難とされるワイドギャップ半導体においては、横方向成長（ＥＬＯ成長）を促進することにより、その結晶性を大幅に向上することができる。また、本発明に係る半導体薄膜をデバイスに応用する場合には、酸化領域を例えば電界効果トランジスタのチャネル部分等の活性層の下側に配置することにより、寄生容量の低減も可能となる。
【００８３】
１番目又は６番目の半導体薄膜の製造方法において、第１の半導体薄膜及び第２の半導体薄膜のうちの少なくとも１つは、気相成長法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法又は分子線エピタキシ法により成膜することが好ましい。
【００８４】
２番目〜４番目の半導体薄膜の製造方法において、第１の半導体薄膜、第２の半導体薄膜及び第３の半導体薄膜のうちの少なくとも１つは、気相成長法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法又は分子線エピタキシ法により成膜することが好ましい。
【００８５】
５番目の半導体薄膜の製造方法において、第１の半導体薄膜は、気相成長法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法又は分子線エピタキシ法により成膜することが好ましい。
【００８６】
１番目又は６番目の半導体薄膜の製造方法において、第１の半導体薄膜と第２の半導体薄膜とは、互いに異なる成膜方法により成膜することが好ましい。
【００８７】
２番目〜４番目の半導体薄膜の製造方法において、第１の半導体薄膜、第２の半導体薄膜及び第３の半導体薄膜のうちのいずれか２つは、互いに異なる成膜方法により成膜することが好ましい。
【００８８】
１番目〜６番目の半導体薄膜の製造方法において、酸化性雰囲気は酸素ガスであることが好ましい。
【００８９】
１番目〜６番目の半導体薄膜の製造方法において、酸化性雰囲気は水蒸気を含むことが好ましい。
【００９０】
１番目〜６番目の半導体薄膜の製造方法において、支持基板は、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、リン化ガリウム又は金属からなることが好ましい。
【００９１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９２】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００９３】
図１（ａ）に示すように、まず、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ)法により、サファイア（単結晶Ａｌ2Ｏ3）からなる基板１１の主面上に、III 族源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用い、窒素源としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用いて、厚さが約１μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の半導体層１２Ａを成長する。ここで、例えば５００℃程度と比較的に低温で、且つ厚さが５０ｎｍ程度と比較的に薄い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなり、基板１１と該基板１１上に成長する窒化物半導体との格子不整合を緩和する、いわゆる低温バッファ層を基板１１と第１の半導体層１２Ａとの間に設けてもよい。また、図１（ａ）に示す基板１１は、ウェハ状の基板１１の一部を示しており、後述する他の実施形態においても同様である。
【００９４】
続いて、例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）を分解する化学気相成長（ＣＶＤ）法により、第１の半導体層１２Ａの上に、厚さが約１００ｎｍのシリコン（Ｓｉ）からなるマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、マスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、マスク形成膜に対して、例えば反応性ガスとして臭化水素（ＨＢｒ）又は塩素（Ｃｌ2 ）を含む反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etchin:ＲＩＥ）によるドライエッチングを行なうことにより、マスク形成膜から開口部１３ａを有するストライプ状のマスク膜１３を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ装置又はｇ線ステッパ装置のような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、マスク膜１３の平面形状をストライプ状としたが、ストライプ状に限らずドット（島）状としてもよい。
【００９５】
次に、図１（ｂ）に示すように、酸化性雰囲気、例えば酸素（Ｏ2 ）ガス又は水蒸気（Ｈ2 Ｏ）を含む雰囲気で、第１の半導体層１２Ａ及びマスク膜１３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層１２Ａにおけるマスク膜１３により覆われていない領域には、該第１の半導体層１２Ａが酸化された酸化ガリウムからなる複数の酸化領域１２Ｂが形成される。その結果、第１の半導体層１２Ａにおける互いに隣接する酸化領域１２Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる下地層１２ａが形成される。ここで、各酸化領域１２Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、マスク膜１３の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地層１２ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。また、酸化領域１２Ｂを選択的に酸化する酸化性雰囲気として、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気を用いているため、迅速で且つ均一な酸化処理を再現性良く実現することができる。
【００９６】
次に、図１（ｃ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法によりマスク膜１３を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の酸化領域１２Ｂの間から露出する下地層１２ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１４を酸化領域１２Ｂを覆うと共に、その上面が平坦化されるように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【００９７】
以上説明した通り、第１の実施形態においては、第２の半導体層１４は、成長する際には、酸化領域１２Ｂの上側で横方向成長が支配的となる。従って、この酸化領域１２Ｂの上側部分では、第２の半導体層１４は、第１の半導体層１２Ａからなる下地層１２ａの表面の影響を受けなくなるので、第２の半導体層１４の結晶欠陥密度を低減することができる。
【００９８】
前述したように、窒化ガリウムからなる下地層１２ａの開口寸法はマスク膜１３の幅寸法よりも小さくすることができる。従って、現状で最先端の加工寸法が０．１μｍレベルの露光装置によりマスク膜１３をパターニングしたとすると、下地層１２ａの幅寸法はさらに小さくすることができるため、再成長する第２の半導体層１４の結晶性は、下地層１２ａの表面の影響をより一層受けにくくなる。
【００９９】
また、図１（ｂ）に示す酸化領域１２Ｂを形成する際の酸化時間を短縮することにより、酸化領域１２Ｂの厚さを小さくすることができる。これにより、下地層１２ａの表面と酸化領域１２Ｂの表面との互いの高さの差を小さくすることができるため、第２の半導体層１４を再成長する際には、第２の半導体層１４における成長の初期の段階から横方向の成長が支配的となる。その結果、酸化領域１２Ｂ上に生じる結晶成長を防止することができるので、酸化領域１２Ｂの上に生成する結晶体に起因する第２の半導体層１４の結晶性の悪化を防止することができる。
【０１００】
なお、第２の半導体層１４の成長方法は、ＭＯＣＶＤ法に代えて、より膜厚を大きくする場合には、ＭＯＣＶＤ法よりも成長速度が大きいハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ)法を用いてもよい。
【０１０１】
さらには、選択的な酸化を行なう第１の半導体層１２Ａは分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法を用い、第２の半導体層１４の成長にはＨＶＰＥ法を用いるというように、成長速度は小さいものの高い結晶性を得られる成長法を組み合わせることにより、第２の半導体層１４の下地層である第１の半導体層１２Ａの結晶性が改善されるため、第２の半導体層１４の結晶性が改善される。その上、第２の半導体層１４の厚膜化が容易となる。
【０１０２】
また、単結晶からなる基板１１にサファイア（単結晶Ａｌ2Ｏ3）を用いたが、サファイアに代えて、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化リチウムアルミニウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、酸化リチウムガリウム（ＬｉＧａＯ2 ）、又はこれらの混晶である酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （但し、０≦ｘ≦１））を用いることにより、格子不整合が小さく結晶性に優れたIII-Ｖ族化合物半導体、すなわちＩｎx Ｇａy Ａｌz Ｎy Ａｓw （但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１，ｖ＋ｗ＝１，０≦ｖ，ｗ≦１）からなる半導体薄膜を基板１１上に成長することができる。
【０１０３】
さらに、基板１１に炭化シリコンを用いた場合には、基板１１上に結晶性が良好な炭化シリコンからなる薄膜を形成することも可能となる。また、基板１１にシリコン（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）を用いた場合には、結晶性に優れた基板が入手可能であり、該基板１１上に結晶性が良好な半導体薄膜を形成することが可能となる。
【０１０４】
ところで、本願発明者らは、図１（ｂ）に示した第１の半導体層１２Ａに対する選択酸化を行なう際の酸化性雰囲気に、酸素（Ｏ2 ）ガスを用いる場合と、水蒸気（Ｈ2 Ｏ）及び窒素（Ｎ2 ）ガスの混合雰囲気を用いる場合とによって、形成される酸化領域１２Ｂの表面状態に違いが生じることを確認している。
【０１０５】
例えば、水蒸気と窒素との混合ガスを、１００℃に加熱した水を窒素ガスによりバブリングして生成し、生成した混合ガスを約１０００℃に加熱した第１の半導体層１２Ａ上に導入する。この水蒸気を含む酸化性雰囲気による熱処理によって、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の半導体層１２Ａの露出部分には、組成がＧａ２Ｏ３で表わされる酸化領域１２Ｂが形成される。
【０１０６】
図２（ａ）は水蒸気を含む雰囲気で酸化されたＧａ2Ｏ3からなる酸化領域の表面状態を原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope：ＡＦＭ）を用いて観測した結果を示している。また、図３（ａ）は水蒸気を含む雰囲気で酸化された酸化領域の断面構造を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Micrscope：ＳＥＭ）を用いて観測した結果を示している。一方、図２（ｂ）及び図３（ｂ）は酸素雰囲気で酸化されたＧａ2Ｏ3からなる酸化領域の表面状態及び断面構造の観測結果をそれぞれ示している。
【０１０７】
図２（ａ）及び図３（ａ）から分かるように、水蒸気を含む雰囲気で熱酸化すると、酸素雰囲気で熱酸化する場合と比べて、Ｇａ2Ｏ3からなる酸化領域の表面の平坦性が大きく向上している。さらに、図３（ａ）からは、酸化領域の一部において酸化が柱状（塊状）に進行し、且つその表面は凸状に盛り上がっていることが分かる。この柱状部分の断面構造を透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Micrscope：ＴＥＭ）により観測した結果、この柱状の酸化部分には結晶転位（欠陥）が密集していることを確認している。従って、結晶欠陥の密度を低減した領域を選択的に酸化することにより、より平坦な酸化領域１２Ｂを得られることが分かる。
【０１０８】
以上のことから、選択的な熱酸化を、水蒸気を含む雰囲気で且つより結晶欠陥が少ない第１の半導体層１２Ａに対して行なうことにより、酸化領域１２Ｂの表面の平坦性を確実に向上することができる。その結果、図１（ｃ）に示す工程において、表面の平坦性が優れた酸化領域１２Ｂの上を第２の半導体層１４が選択成長するため、第２の半導体層１４の異常成長が抑制されるので、平坦性及び結晶性に優れた第２の半導体層１４を確実に形成することができるようになる。
【０１０９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１１０】
図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１１１】
まず、図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１１の主面上に、III 族源としてトリメチルガリウムを用い、窒素源としてアンモニアを用いて、厚さが約１μｍの窒化ガリウムからなる第１の半導体層１２Ａを成長する。ここでも、低温バッファ層を基板１１と第１の半導体層１２Ａとの間に設けてもよい。
【０１１２】
続いて、例えば、モノシランを分解するＣＶＤ法により、第１の半導体層１２Ａの上に、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなるマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、マスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、マスク形成膜に対して、例えば反応性ガスに臭化水素又は塩素を含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、マスク形成膜から開口部１３ａを有するストライプ状のマスク膜１３を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでも、コンタクトマスクアライナ又はｇ線ステッパのような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、マスク膜１３の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状であってもよい。
【０１１３】
次に、図４（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層１２Ａ及びマスク膜１３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層１２Ａにおけるマスク膜１３により覆われていない領域には、該第１の半導体層１２Ａが酸化された酸化ガリウムからなる複数の酸化領域１２Ｂが形成される。その結果、第１の半導体層１２Ａにおける互いに隣接する酸化領域１２Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる下地層１２ａが形成される。ここで、各酸化領域１２Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、マスク膜１３の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地層１２ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。
【０１１４】
次に、図４（ｃ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法によりマスク膜１３を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の酸化領域１２Ｂの間から露出する下地層１２ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１４を酸化領域１２Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１１５】
次に、図４（ｄ）に示すように、貼り合わせ法により、主面に（１００）面の面方位に持つシリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１５を、第２の半導体層１４の上面に貼り合わせる。但し、第２の半導体層１４の厚さを１００μｍ以上と十分に大きくできる場合には、支持基板１５を必ずしも貼り合せる必要はない。また、支持基板１５にシリコンを用いたが、シリコンに代えて、主面に（１００）面の面方位を持つヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）を用いても良く、また、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いてもよい。
【０１１６】
次に、図５（ａ）に示すように、サファイアからなる基板１１における下地層１２ａの反対側の面から、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）による波長が２４８ｎｍのエキシマレーザ光を、基板１１の全面にわたってスキャンするように照射する。これにより、図５（ｂ）に示すように、照射されたエキシマレーザ光は基板１１では吸収されずに下地層１２ａで吸収されるため、該下地層１２ａは発熱する。この発熱により窒化ガリウムが熱分解して、基板１１と支持基板１５を含む第２の半導体層１４とが分離する。ここでは、基板１１と接合した下地層１２ａを構成する窒化ガリウムが熱分解されるように、エキシマレーザ光におけるピークパワー密度又はパルス幅を設定する。このように、エキシマレーザ光をパルス状に発振すると、レーザ光の出力パワーを著しく増加させることができるので、第２の半導体層１４から基板１１を容易に分離することができるようになる。その上、エキシマレーザ光を基板１１の面内をスキャンするように照射するため、光源のビーム径に依らずに、面積が比較的に大きい基板１１であっても確実に分離することができる。
【０１１７】
さらに、第２の実施形態においては、第２の半導体層１４を成長した後に、該第２の半導体層１４における基板１１との間の熱膨張係数の差により生じるストレスを緩和する目的で、基板１１を５００℃程度の温度で加熱している。このようにすると、光照射により基板１１を分離する際に、第２の半導体層１４に対する、ストレスに起因するクラックの発生を防止することができる。
【０１１８】
なお、酸化領域１２Ｂと基板１１との分離が不充分な場合には、レーザ光を照射するよりも前か又は照射した後に、フッ化水素（ＨＦ）若しくは塩化水素（ＨＣｌ）を含む酸性の水溶液、又はアンモニア水（ＮＨ4 ＯＨ）を含むアルカリ性の水溶液を用いたウエットエッチングにより、酸化領域１２Ｂを選択的に除去すると良い。
【０１１９】
以上説明したように、第２の実施形態によると、第１の実施形態と同様に、酸化領域１２Ｂに挟まれてなる下地層１２ａからの横方向成長により成長する第２の半導体層１４の結晶欠陥密度が低減するため、その結晶性を大きく改善することができる。その上、下地層１２ａを形成するためのサファイアからなる基板１１を分離して除去するため、基板１１を損傷なく分離することができれば、該基板１１を再利用することができるので、第２の半導体層１４を用いたデバイスの製造プロセスの低コスト化が可能となる。
【０１２０】
また、支持基板１５に放熱性に優れる材料を選んで貼り合せを行なって半導体レーザ素子を作製する場合には、該レーザ素子の放熱性が向上するため、レーザ素子の長寿命化が達成される等の動作特性の向上を期待できる。
【０１２１】
また、導電性を有する材料を支持基板１５に用いた場合には、例えば半導体レーザ素子の正電極及び負電極を、支持基板１５を挟んで互いに対向するように形成できるため、チップサイズを小さくすることができる。
【０１２２】
さらに、面方位に（００１）面を持つシリコン又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）を支持基板１５に用いると、いずれも良好なへき開面すなわち良好な共振器構造を形成できるため、活性層におけるミラー特性が良好となるので、半導体レーザ素子におけるしきい値電流が低減する等の動作特性の改善を図ることができる。
【０１２３】
また、第１の半導体層１２Ａに窒化ガリウムを用いる代わりに、禁制帯幅が３．０ｅＶに相当する窒化インジウムガリウム（Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ）を成長し、さらに、ＫｒＦエキシマレーザ光に代えて、水銀（Ｈｇ）ランプによる波長が３６５ｎｍ（禁制帯幅が３．４ｅＶに相当）の輝線を基板１１の裏面からスキャンするように照射することにより基板１１を分離してもよい。このように、下地層１２ａに照射する光源を水銀ランプの輝線とすると、出力パワーではレーザ光に劣るものの、レーザ光と比べてスポット径を大きくできるので、基板１１の分離を短時間で行なうことが可能となる。
【０１２４】
また、第１の実施形態と同様に、基板１１として、サファイアに代えて、炭化シリコン、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム又はリン化ガリウムを用いてもよい。さらには、酸化リチウムアルミニウム、酸化リチウムガリウム又はこれらの混晶である酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （但し、０≦ｘ≦１））を用いてもよい。
【０１２５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１２６】
図６（ａ）〜図６（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１２７】
まず、図６（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１１の主面上に、III 族源としてトリメチルガリウムを用い、窒素源としてアンモニアを用いて、厚さが約１μｍの窒化ガリウムからなる第１の半導体層１２Ａを成長する。ここでも、低温バッファ層を基板１１と第１の半導体層１２Ａとの間に設けてもよい。
【０１２８】
続いて、例えば、モノシランを分解するＣＶＤ法により、第１の半導体層１２Ａの上に、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなるマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、マスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、マスク形成膜に対して、例えば反応性ガスに臭化水素又は塩素を含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、マスク形成膜から開口部１３ａを有するストライプ状のマスク膜１３を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ又はｇ線ステッパのような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、マスク膜１３の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状であってもよい。
【０１２９】
次に、図６（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層１２Ａ及びマスク膜１３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層１２Ａにおけるマスク膜１３により覆われていない領域には、該第１の半導体層１２Ａが酸化された酸化ガリウムからなる複数の酸化領域１２Ｂが形成される。その結果、第１の半導体層１２Ａにおける互いに隣接する酸化領域１２Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる下地層１２ａが形成される。ここで、各酸化領域１２Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、マスク膜１３の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地層１２ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。
【０１３０】
次に、図６（ｃ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法によりマスク膜１３を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の酸化領域１２Ｂの間から露出する下地層１２ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１４Ａを、各酸化領域１２Ｂの上面中央部にそれぞれ露出部分が残るように選択成長（ＥＬＯ成長）する。すなわち、それぞれがＥＬＯ成長する複数の第２の半導体層１４Ａに対して、互いに対向して成長する対向端面同士が接触するよりも前にその成長を停止する。
【０１３１】
次に、図６（ｄ）に示すように、複数の酸化領域１２Ｂをフッ化水素水等の酸性水溶液又はアンモニア水等のアルカリ性水溶液により除去する。これにより、各第２の半導体層１４Ａの側部は、オーバーハング状となる。
【０１３２】
次に、図６（ｅ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、第２の半導体層１４Ａを下地結晶層とするＥＬＯ成長が支配的となる成長条件で、窒化ガリウムからなる第３の半導体層１６を成長する。このとき、第３の半導体層１６は、その下面と基板１１の主面との間に空隙部１６ａが形成されるため、酸化領域１２Ｂ及び基板１１の表面のいずれの影響をも受けることなく成長する。ここでも、第１の半導体層１２Ａ、第２の半導体層１４Ａ及び第３の半導体層１６の結晶成長法は、いずれもＨＶＰＥ法を適用することができる。さらに、第１の半導体層１２ＡにはＭＢＥ法を用いてもよい。
【０１３３】
以上説明したように、第３の実施形態によると、第１の実施形態と同様に、露出面の面積が小さくなった下地層１２ａからのＥＬＯ成長により、第２の半導体層１４Ａ及び第３の半導体層１６の結晶性がいずれも向上するだけでなく、第３の半導体層１６が、酸化領域１２Ｂが除去されてなる空隙部１６ａを維持するように基板１１上に形成されるため、第３の半導体層１６が成長する際に、基板１１や酸化領域１２Ｂの表面の影響を受けることがない。その結果、第３の半導体層１６の結晶性は酸化領域１２Ｂを除去しない場合と比べて改善される。その上、空隙部１６ａは第３の半導体層１６の成長時に格子不整合に起因する層中のストレスを低減させる効果もある。
【０１３４】
このように、第１の半導体層１２Ａが酸化されてなる酸化領域１２Ｂを除去することにより、第２の半導体層１４Ａを新たな下地層とする第３の半導体層１６の結晶性をさらに向上することができる。
【０１３５】
なお、第１の実施形態と同様に、基板１１として、サファイアに代えて、炭化シリコン、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム又はリン化ガリウムを用いてもよい。さらには、酸化リチウムアルミニウム、酸化リチウムガリウム又はこれらの混晶である酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （但し、０≦ｘ≦１））を用いてもよい。
【０１３６】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１３７】
図７（ａ）〜図７（ｄ）、図８（ａ）及び図８（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１３８】
まず、図７（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１１の主面上に、III 族源としてトリメチルガリウムを用い、窒素源としてアンモニアを用いて、厚さが約１μｍの窒化ガリウムからなる第１の半導体層１２Ａを成長する。ここでも、低温バッファ層を基板１１と第１の半導体層１２Ａとの間に設けてもよい。
【０１３９】
続いて、例えば、モノシランを分解するＣＶＤ法により、第１の半導体層１２Ａの上に、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第１のマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第１のマスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、第１のマスク形成膜に対して、例えば反応性ガスに臭化水素又は塩素を含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、第１のマスク形成膜から開口部１３ａを有するストライプ状の第１のマスク膜１３を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ又はｇ線ステッパのような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、第１のマスク膜１３の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状であってもよい。
【０１４０】
次に、図７（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層１２Ａ及び第１のマスク膜１３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層１２Ａにおける第１のマスク膜１３により覆われていない領域には、該第１の半導体層１２Ａが酸化された酸化ガリウムからなる複数の第１の酸化領域１２Ｂが形成される。その結果、第１の半導体層１２Ａにおける互いに隣接する第１の酸化領域１２Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる第１の下地層１２ａが形成される。ここで、各第１の酸化領域１２Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、第１のマスク膜１３の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における第１の下地層１２ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。
【０１４１】
次に、図７（ｃ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法により第１のマスク膜１３を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第１の酸化領域１２Ｂの間から露出する第１の下地層１２ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１４を第１の酸化領域１２Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１４２】
次に、図７（ｄ）に示すように、第１のマスク膜１３と同様の方法で、第２の半導体層１４における第１の下地層１２ａの上側部分をマスクし且つ第１の酸化領域１２Ｂの上側部分にそれぞれ開口部を有し、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第２のマスク膜２３を形成する。
【０１４３】
次に、図８（ａ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第２の半導体層１４及び第２のマスク膜２３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第２の半導体層１４における第２のマスク膜２３により覆われていない領域には、該第２の半導体層１４が酸化された酸化ガリウムからなる複数の第２の酸化領域１４Ｂが形成される。その結果、第２の半導体層１４における互いに隣接する第２の酸化領域１４Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる第２の下地層１４ａが形成される。
【０１４４】
次に、図８（ｂ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法により第２のマスク膜２３を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第２の酸化領域１４Ｂの間から露出する第２の下地層１４ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第３の半導体層１６を第２の酸化領域１４Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１４５】
このように、第４の実施形態によると、第２の半導体層１４におけるＥＬＯ成長面同士の接合部を酸化することにより、第２の酸化領域１４Ｂを形成する。このＥＬＯ成長面同士による接合部は、一般に結晶の配向性がずれており、ずれの角度は、ＥＬＯ成長の距離、すなわち、第２の酸化領域１４Ｂの幅寸法が大きくなるにつれて大きくなる。
【０１４６】
第４の実施形態においては、第２の半導体層１４における配向性がずれた接合部分を酸化して第２の下地層１４ａを形成し、再度、第２の下地層１４ａを種結晶としてＥＬＯ成長を繰り返すことにより、この配向性のずれを低減することができる。その結果、第２の下地層１４ａから成長する第３の半導体層１６は、その配向性のずれは極めて小さくなるため、該第３の半導体層１６は第２の半導体層１４と比べて、その結晶性がより一層向上する。
【０１４７】
なお、第４の実施形態においても、第１の半導体層１２Ａ、第２の半導体層１４及び第３の半導体層１６の結晶成長法は、いずれもＨＶＰＥ法を用いてもよい。さらに、第１の半導体層１２ＡにはＭＢＥ法を用いてもよい。
【０１４８】
また、第１の実施形態と同様に、基板１１として、サファイアに代えて、炭化シリコン、酸化リチウムアルミニウム、シリコン、ヒ化ガリウム又はリン化インジウムを用いてもよい。
【０１４９】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１５０】
図９（ａ）〜図９（ｄ）及び図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１５１】
まず、図９（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１１の主面上に、III 族源としてトリメチルガリウムを用い、窒素源としてアンモニアを用いて、厚さが約１μｍの窒化ガリウムからなる第１の半導体層１２Ａを成長する。ここでも、低温バッファ層を基板１１と第１の半導体層１２Ａとの間に設けてもよい。
【０１５２】
続いて、例えば、モノシランを分解するＣＶＤ法により、第１の半導体層１２Ａの上に、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第１のマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第１のマスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、第１のマスク形成膜に対して、例えば反応性ガスに臭化水素又は塩素を含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、第１のマスク形成膜から開口部１３ａを有するストライプ状の第１のマスク膜１３を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ又はｇ線ステッパのような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、第１のマスク膜１３の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状であってもよい。
【０１５３】
次に、図９（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層１２Ａ及び第１のマスク膜１３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層１２Ａにおける第１のマスク膜１３により覆われていない領域には、該第１の半導体層１２Ａが酸化された酸化ガリウムからなる複数の第１の酸化領域１２Ｂが形成される。その結果、第１の半導体層１２Ａにおける互いに隣接する第１の酸化領域１２Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる第１の下地層１２ａが形成される。ここで、各第１の酸化領域１２Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、第１のマスク膜１３の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における第１の下地層１２ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。
【０１５４】
次に、図９（ｃ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法により第１のマスク膜１３を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第１の酸化領域１２Ｂの間から露出する第１の下地層１２ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１４を第１の酸化領域１２Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１５５】
次に、図９（ｄ）に示すように、第１のマスク膜１３と同様の方法で、第２の半導体層１４における第１の下地層１２ａの上側部分をマスクし且つ第１の酸化領域１２Ｂの上側部分にそれぞれ開口部を有し、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第２のマスク膜２３を形成する。
【０１５６】
次に、図１０（ａ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第２の半導体層１４及び第２のマスク膜２３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第２の半導体層１４における第２のマスク膜２３により覆われていない領域には、該第２の半導体層１４が酸化された酸化ガリウムからなる複数の第２の酸化領域１４Ｂが形成される。その結果、第２の半導体層１４における互いに隣接する第２の酸化領域１４Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる第２の下地層１４ａが形成される。
【０１５７】
次に、図１０（ｂ）に示すように、複数の第１の酸化領域１２Ｂ及び複数の第２の酸化領域１４Ｂをフッ化水素水等の酸性水溶液又はアンモニア水等のアルカリ性水溶液により除去する。これにより、各第２の下地層１４ａの側部は、オーバーハング状となる。
【０１５８】
次に、図１０（ｃ）に示すように、第２の下地層１４ａを種結晶とするＥＬＯ成長が支配的となる成長条件で、窒化ガリウムからなる第３の半導体層１６を成長する。このように、第３の半導体層１６は、その下面と基板１１の主面との間に空隙部１６ａが形成されるため、第２の酸化領域１４Ｂの表面の影響を受けることなく成長する。ここでも、第１の半導体層１２Ａ、第２の半導体層１４及び第３の半導体層１６の結晶成長法は、いずれもＨＶＰＥ法を適用することができる。さらに、第１の半導体層１２ＡにはＭＢＥ法を用いてもよい。
【０１５９】
以上説明したように、第５の実施形態によると、第４の実施形態と同様に、第２の半導体層１４のＥＬＯ成長により配向性がずれた接合部分を酸化して第２の下地層１４ａを形成し、再度、第２の下地層１４ａを種結晶としてＥＬＯ成長を繰り返すことにより、第３の半導体層１６における結晶の配向性のずれを低減することができる。
【０１６０】
その上、第３の実施形態と同様に、第３の半導体層１６が、第１の酸化領域１２Ｂ及び第２の酸化領域１４Ｂが除去されてなる空隙部１６ａを維持するように基板１１上に形成されるため、第３の半導体層１６が成長する際に、第２の酸化領域１４Ｂの表面の影響を受けることがないので、第３の半導体層１６の結晶性がより一層向上する。その上、空隙部１６ａは第３の半導体層１６の成長時に格子不整合に起因する層中のストレスを低減させる。
【０１６１】
また、第３の実施形態においては、第２の半導体層１４Ａを成長する際に、互いに隣接する成長面同士が接続するよりも前に成長プロセスを停止する構成であるため、その停止時期の判定を行なう必要があるが、第５の実施形態においては、その停止時期の判定が不要となるため、製造プロセスは容易である。
【０１６２】
なお、第１の実施形態と同様に、基板１１として、サファイアに代えて、炭化シリコン、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム又はリン化ガリウムを用いてもよい。さらには、酸化リチウムアルミニウム、酸化リチウムガリウム又はこれらの混晶である酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （但し、０≦ｘ≦１））を用いてもよい。
【０１６３】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１６４】
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１６５】
まず、図１１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１１の主面上に、III 族源としてトリメチルガリウムを用い、窒素源としてアンモニアを用いて、厚さが約１μｍの窒化ガリウムからなる第１の半導体層１２Ａを成長する。ここでも、低温バッファ層を基板１１と第１の半導体層１２Ａとの間に設けてもよい。
【０１６６】
続いて、例えば、モノシランを分解するＣＶＤ法により、第１の半導体層１２Ａの上に、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第１のマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第１のマスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、第１のマスク形成膜に対して、例えば反応性ガスに臭化水素又は塩素を含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、第１のマスク形成膜から開口部１３ａを有するストライプ状の第１のマスク膜１３を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ又はｇ線ステッパのような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、第１のマスク膜１３の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状であってもよい。
【０１６７】
次に、図１１（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層１２Ａ及び第１のマスク膜１３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層１２Ａにおける第１のマスク膜１３により覆われていない領域には、該第１の半導体層１２Ａが酸化された酸化ガリウムからなる複数の第１の酸化領域１２Ｂが形成される。その結果、第１の半導体層１２Ａにおける互いに隣接する第１の酸化領域１２Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる第１の下地層１２ａが形成される。ここで、各第１の酸化領域１２Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、第１のマスク膜１３の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における第１の下地層１２ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。
【０１６８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法により第１のマスク膜１３を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第１の酸化領域１２Ｂの間から露出する第１の下地層１２ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１４を第１の酸化領域１２Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１６９】
次に、図１１（ｄ）に示すように、第１のマスク膜１３と同様の方法で、第２の半導体層１４における第１の下地層１２ａの上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有し、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第２のマスク膜２４を形成する。
【０１７０】
次に、図１２（ａ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第２の半導体層１４及び第２のマスク膜２４が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第２の半導体層１４における第２のマスク膜２４により覆われていない領域には、該第２の半導体層１４が酸化された酸化ガリウムからなる複数の第２の酸化領域１４Ｃが形成される。その結果、第２の半導体層１４における互いに隣接する第２の酸化領域１４Ｃ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる第２の下地層１４ａが形成される。
【０１７１】
次に、図１２（ｂ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法により第２のマスク膜２４を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第２の酸化領域１４Ｃの間から露出する第２の下地層１４ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第３の半導体層１６を第２の酸化領域１４Ｃを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１７２】
次に、図１２（ｃ）に示すように、複数の第１の酸化領域１２Ｂ及び複数の第２の酸化領域１４Ｃをフッ化水素水等の酸性水溶液又はアンモニア水等のアルカリ性水溶液により除去する。これにより、基板１１と第３の半導体層１６とは、基板１１の面積が比較的に大きい場合であっても、容易に且つ均一に分離することができる。
【０１７３】
以上説明したように、前述した第４又は第５の実施形態においては、第２の半導体層１４に対して、第１の下地層１２ａを残すように第２の酸化領域１４Ｂを形成したが、第６の実施形態においては、第２の半導体層１４における第１の酸化領域１２Ｂ同士の間の領域に第２の酸化領域１４Ｃを形成する。これにより、第６の実施形態に係る第１の下地層１２ａは第２の酸化領域１４Ｃに取り込まれるため、基板１１の主面の全面は酸化物で覆われることになるので、ウエットエッチングにより、第３の半導体層１６と基板１１とを、大面積であっても容易に再現性良く分離することができる。その結果、基板１１の分離工程に、第２の実施形態に示したようなレーザ光を照射するプロセスが不要となるため、レーザ光の照射による熱的ダメージがなくなる。さらに、第３の半導体層１６自体の製造コストの低減が可能となり、ひいては、該第３の半導体層１６を用いてデバイスを製造する際の製造コストの低減を図ることができる。
【０１７４】
その上、第１の下地層１２ａを形成するための基板１１を第３の半導体層１６と分離することにより、基板１１を再利用することができる。従って、基板１１を再利用することによっても、デバイスを製造する際の製造コストをさらに低減することができる。
【０１７５】
なお、第１の実施形態と同様に、基板１１として、サファイアに代えて、炭化シリコン、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム又はリン化ガリウムを用いてもよい。さらには、酸化リチウムアルミニウム、酸化リチウムガリウム又はこれらの混晶である酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａx Ａｌ1-x Ｏ2 （但し、０≦ｘ≦１））を用いてもよい。
【０１７６】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１７７】
図１３（ａ）〜図１３（ｄ）及び図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１７８】
まず、図１３（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１１の主面上に、III 族源としてトリメチルガリウムを用い、窒素源としてアンモニアを用いて、厚さが約１μｍの窒化ガリウムからなる第１の半導体層１２Ａを成長する。ここでも、低温バッファ層を基板１１と第１の半導体層１２Ａとの間に設けてもよい。
【０１７９】
続いて、例えば、モノシランを分解するＣＶＤ法により、第１の半導体層１２Ａの上に、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第１のマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第１のマスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、第１のマスク形成膜に対して、例えば反応性ガスに臭化水素又は塩素を含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、第１のマスク形成膜から開口部１３ａを有するストライプ状の第１のマスク膜１３を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ又はｇ線ステッパのような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、第１のマスク膜１３の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状であってもよい。
【０１８０】
次に、図１３（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層１２Ａ及び第１のマスク膜１３が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層１２Ａにおける第１のマスク膜１３により覆われていない領域には、該第１の半導体層１２Ａが酸化された酸化ガリウムからなる複数の第１の酸化領域１２Ｂが形成される。その結果、第１の半導体層１２Ａにおける互いに隣接する第１の酸化領域１２Ｂ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる第１の下地層１２ａが形成される。ここで、各第１の酸化領域１２Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、第１のマスク膜１３の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における第１の下地層１２ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。
【０１８１】
次に、図１３（ｃ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法により第１のマスク膜１３を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第１の酸化領域１２Ｂの間から露出する第１の下地層１２ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１４を第１の酸化領域１２Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１８２】
次に、図１３（ｄ）に示すように、第１のマスク膜１３と同様の方法で、第２の半導体層１４における第１の下地層１２ａの上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有し、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第２のマスク膜２４を形成する。
【０１８３】
次に、図１４（ａ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第２の半導体層１４及び第２のマスク膜２４が形成された基板１１に対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第２の半導体層１４における第２のマスク膜２４により覆われていない領域には、該第２の半導体層１４が酸化された酸化ガリウムからなる複数の第２の酸化領域１４Ｃが形成される。その結果、第２の半導体層１４における互いに隣接する第２の酸化領域１４Ｃ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる第２の下地層１４ａが形成される。
【０１８４】
次に、図１４（ｂ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法により第２のマスク膜２４を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第２の酸化領域１４Ｃの間から露出する第２の下地層１４ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第３の半導体層１６を第２の酸化領域１４Ｃを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１８５】
次に、図１４（ｃ）に示すように、貼り合わせ法により、主面の面方位が（１００）面のシリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１５を、第３の半導体層１６の上面に貼り合わせる。但し、第３の半導体層１６の厚さを１００μｍ以上と十分に大きくできる場合には、支持基板１５を必ずしも貼り合せる必要はない。また、支持基板１５にシリコンを用いたが、主面の面方位が（１００）面のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）を用いても良く、また、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）又は金属を用いてもよい。
【０１８６】
次に、図１４（ｄ）に示すように、複数の第１の酸化領域１２Ｂ及び複数の第２の酸化領域１４Ｃをフッ化水素水等の酸性水溶液又はアンモニア水等のアルカリ性水溶液により除去する。これにより、支持基板１５が貼り合わされた第３の半導体層１６と基板１１とは、基板１１が比較的に大きい面積であっても、容易に且つ均一に分離することができる。
【０１８７】
以上説明したように、第７の実施形態によると、第６の実施形態に係る効果を得られる上に、結晶性が向上した第３の半導体層１６に、シリコンからなる支持基板１５を貼り合わせているため、第３の半導体層１６を用いて半導体レーザ素子を作製する場合には、面方位が（００１）面を持つシリコンからなる支持基板１５は容易にへき開できるようになる。その結果、活性層におけるミラー特性が良好となるので、半導体レーザ素子におけるしきい値電流が低減する等の動作特性を改善することができる。
【０１８８】
また、支持基板１５に放熱性に優れる材料を選んで貼り合せを行なうと、半導体素子の放熱性が向上して、該素子の長寿命化が達成される等の動作特性の向上を期待できる。
【０１８９】
（第８の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１９０】
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は本発明の第８の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１９１】
本実施形態及びこれ以降の各実施形態においては、半導体層を成長する基板に、該基板自体が酸化してなる選択成長用の酸化領域を形成可能な材料を用いることを特徴とする。
【０１９２】
まず、図１５（ａ）に示すように、主面の面方位が（０００１）面である炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる基板３１Ａの主面上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）からなるマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、マスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、マスク形成膜に対して、例えば反応性ガスにフルオロカーボンを含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、マスク形成膜から開口部２５ａを有するストライプ状のマスク膜２５を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ装置又はｇ線ステッパ装置のような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、マスク膜２５の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状としてもよい。
【０１９３】
次に、図１５（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、マスク膜２５が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で約５時間の熱処理を行なう。この熱処理により、基板３１Ａにおけるマスク膜２５により覆われていない領域には、該基板３１Ａが酸化された酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる複数の酸化領域３１Ｂが形成される。その結果、基板３１Ａの上部における、互いに隣接する酸化領域３１Ｂ同士に挟まれた領域に下地領域３１ａが形成される。ここで、各酸化領域３１Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、マスク膜２５の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地領域３１ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。また、酸化領域３１Ｂを選択的に酸化する酸化雰囲気として、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気を用いているため、迅速で且つ均一な酸化処理を再現性良く実現することができる。
【０１９４】
なお、炭化シリコンの面方位の（０００１）面には、一般に、Ｓｉ面及びＣ面と呼ばれる２つの極性があり、Ｃ面の方がＳｉ面よりもその酸化速度が速い。従って、プロセス時間を短縮するという観点からはＣ面が望ましいが、基板３１Ａ上に成長する炭化シリコン層の結晶性を考慮して基板３１Ａの主面の面方位を決定することが好ましい。
【０１９５】
次に、図１５（ｃ）に示すように、例えばＲＩＥ法によりマスク膜２５を除去し、その後、モノシラン（ＳｉＨ4 ）とエチレン（Ｃ2Ｈ4）とを反応させるＣＶＤ法により、横方向成長が支配的となる条件で、基板３１Ａにおける複数の酸化領域３１Ｂの間から露出する下地領域３１ａの露出面上に、炭化シリコンからなる半導体層３２を酸化領域３１Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０１９６】
このように、第８の実施形態によると、第１の実施形態と同様に、半導体層３２が成長する際に、酸化領域３１Ｂの上側において横方向成長が支配的となるため、この酸化領域３１Ｂの上側部分では、半導体層３２は、その下地となる基板３１Ａの表面の影響を受けることがなくなるので、半導体層３２の結晶欠陥密度を低減することができる。
【０１９７】
その上、炭化シリコンからなる下地領域３１ａの開口寸法はマスク膜２５の幅寸法よりも小さくすることができるため、加工寸法が０．１μｍレベルの露光装置によりマスク膜２５をパターニングしたとすると、下地領域３１ａの幅寸法はさらに小さくすることができるので、再成長する半導体層３２の結晶性は、下地領域３１ａの表面の影響をより一層受けにくくなる。
【０１９８】
なお、単結晶からなる基板３１Ａに炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いたが、これに代えて、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）を用いてもよい。
【０１９９】
また、所望の半導体薄膜である半導体層３２の上面に、シリコン等からなる支持基板を貼り合わせ、その後、研磨法等により、半導体層３２から基板３１Ａを除去してもよい。
【０２００】
（第９の実施形態）
以下、本発明の第９の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０２０１】
図１６（ａ）〜図１６（ｄ）及び図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は本発明の第９の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０２０２】
まず、図１６（ａ）に示すように、主面の面方位が（０００１）面である炭化シリコンからなる基板３１Ａの主面上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコンからなる第１のマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第１のマスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、第１のマスク形成膜に対して、例えば反応性ガスにフルオロカーボンを含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、第１のマスク形成膜から開口部２５ａを有するストライプ状の第１のマスク膜２５を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ装置又はｇ線ステッパ装置のような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、第１のマスク膜２５の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状としてもよい。
【０２０３】
次に、図１６（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１のマスク膜２５が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で熱処理を行なう。この熱処理により、基板３１Ａにおける第１のマスク膜２５により覆われていない領域には、該基板３１Ａが酸化された酸化シリコンからなる複数の第１の酸化領域３１Ｂが形成される。その結果、基板３１Ａの上部における、互いに隣接する第１の酸化領域３１Ｂ同士に挟まれた領域に下地領域３１ａが形成される。ここで、各第１の酸化領域３１Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、第１のマスク膜２５の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地領域３１ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。また、第１の酸化領域３１Ｂを選択的に酸化する酸化雰囲気として、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気を用いているため、迅速で且つ均一な酸化処理を再現性良く実現することができる。
【０２０４】
次に、図１６（ｃ）に示すように、例えばＲＩＥ法により第１のマスク膜２５を除去し、その後、ＣＶＤ法により、横方向成長が支配的となる条件で、基板３１Ａにおける複数の第１の酸化領域３１Ｂの間から露出する下地領域３１ａの露出面上に、炭化シリコンからなる第１の半導体層３２を第１の酸化領域３１Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０２０５】
次に、図１６（ｄ）に示すように、第１のマスク膜２５と同様の方法で、第１の半導体層３２における下地領域３１ａの上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有し、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコンからなる第２のマスク膜２６を形成する。
【０２０６】
次に、図１７（ａ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層３２及び第２のマスク膜２６が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層３２における第２のマスク膜２６により覆われていない領域には、該第１の半導体層３２が酸化された酸化シリコンからなる複数の第２の酸化領域３２Ｂが形成される。その結果、第１の半導体層３２における互いに隣接する第２の酸化領域３２Ｂ同士に挟まれた領域に、炭化シリコンからなる下地層３２ａが形成される。このとき、下地領域３１ａは第２の酸化領域３２Ｂに取り込まれるため、基板３１Ａの主面の全面は酸化シリコンで覆われることになる。
【０２０７】
次に、図１７（ｂ）に示すように、ＲＩＥ法により第２のマスク膜２６を除去し、その後、ＣＶＤ法により、複数の第２の酸化領域３２Ｂの間から露出する下地層３２ａの露出面上に、炭化シリコンからなる第２の半導体層３３を第２の酸化領域３２Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０２０８】
次に、図１７（ｃ）に示すように、複数の第１の酸化領域３１Ｂ及び複数の第２の酸化領域３２Ｂをフッ化水素水等の酸性水溶液により除去する。これにより、基板３１Ａと第２の半導体層３３とは、基板３１Ａが大面積であっても再現性良く且つ容易に分離することができる。
【０２０９】
このように、第９の実施形態によると、第８の実施形態と同様の効果を得られる上に、下地領域３１ａ及び下地層３２ａを形成するための基板３１Ａを第２の半導体層３３と分離することにより、基板３１Ａを再利用することができるようになる。これにより、一般に炭化シリコンからなる基板３１Ａは高価であるため、基板３１Ａを再利用すると、第２の半導体層３３を用いてデバイスを製造する際の製造コストを低減することができる。
【０２１０】
なお、単結晶からなる基板３１Ａに炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いたが、これに代えて、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）を用いてもよい。
【０２１１】
（第１０の実施形態）
以下、本発明の第１０の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０２１２】
図１８（ａ）〜図１８（ｄ）、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は本発明の第１０の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０２１３】
まず、図１８（ａ）に示すように、主面の面方位が（０００１）面である炭化シリコンからなる基板３１Ａの主面上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコンからなる第１のマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第１のマスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、第１のマスク形成膜に対して、例えば反応性ガスにフルオロカーボンを含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、第１のマスク形成膜から開口部２５ａを有するストライプ状の第１のマスク膜２５を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ装置又はｇ線ステッパ装置のような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、第１のマスク膜２５の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状としてもよい。
【０２１４】
次に、図１８（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１のマスク膜２５が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で熱処理を行なう。この熱処理により、基板３１Ａにおける第１のマスク膜２５により覆われていない領域には、該基板３１Ａが酸化された酸化シリコンからなる複数の第１の酸化領域３１Ｂが形成される。その結果、基板３１Ａの上部における、互いに隣接する第１の酸化領域３１Ｂ同士に挟まれた領域に下地領域３１ａが形成される。ここで、各第１の酸化領域３１Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、第１のマスク膜２５の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地領域３１ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。また、第１の酸化領域３１Ｂを選択的に酸化する酸化雰囲気として、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気を用いているため、迅速で且つ均一な酸化処理を再現性良く実現することができる。
【０２１５】
次に、図１８（ｃ）に示すように、例えばＲＩＥ法により第１のマスク膜２５を除去し、その後、ＣＶＤ法により、横方向成長が支配的となる条件で、基板３１Ａにおける複数の第１の酸化領域３１Ｂの間から露出する下地領域３１ａの露出面上に、炭化シリコンからなる第１の半導体層３２を第１の酸化領域３１Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０２１６】
次に、図１８（ｄ）に示すように、第１のマスク膜２５と同様の方法で、第１の半導体層３２における下地領域３１ａの上側部分をマスクし且つ第１の酸化領域３１Ｂの上側部分にそれぞれ開口部を有し、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコンからなる第２のマスク膜２７を形成する。
【０２１７】
次に、図１９（ａ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層３２及び第２のマスク膜２７が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層３２における第２のマスク膜２７により覆われていない領域には、該第１の半導体層３２が酸化された酸化シリコンからなる複数の第２の酸化領域３２Ｃが形成される。その結果、第１の半導体層３２における互いに隣接する第２の酸化領域３２Ｃ同士に挟まれた領域に、炭化シリコンからなる下地層３２ａが形成される。
【０２１８】
次に、図１９（ｂ）に示すように、ＲＩＥ法により第２のマスク膜２７を除去し、その後、ＣＶＤ法により、複数の第２の酸化領域３２Ｃの間から露出する下地層３２ａの露出面上に、炭化シリコンからなる第２の半導体層３３を第２の酸化領域３２Ｃを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０２１９】
このように、第１０の実施形態によると、第１の半導体層３２における配向性がずれた接合部分を酸化して、該第１の半導体層３２から新たな下地層３２ａを形成し、形成した下地層３２ａを、再度種結晶としてＥＬＯ成長を繰り返すことにより、この配向性のずれを低減することができる。その結果、下地層３２ａから成長する第２の半導体層３３は、その配向性のずれは極めて小さいため、該第２の半導体層３３は第１の半導体層３２と比べて、結晶性がより一層向上する。
【０２２０】
なお、単結晶からなる基板３１Ａに炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いたが、これに代えて、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）を用いてもよい。
【０２２１】
（第１１の実施形態）
以下、本発明の第１１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０２２２】
図２０（ａ）〜図２０（ｄ）及び図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は本発明の第１１の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０２２３】
まず、図２０（ａ）に示すように、主面の面方位が（０００１）面である炭化シリコンからなる基板３１Ａの主面上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコンからなる第１のマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第１のマスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、第１のマスク形成膜に対して、例えば反応性ガスにフルオロカーボンを含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、第１のマスク形成膜から開口部２５ａを有するストライプ状の第１のマスク膜２５を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ装置又はｇ線ステッパ装置のような、加工寸法が０．５μｍかそれ以下の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、第１のマスク膜２５の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状としてもよい。
【０２２４】
次に、図２０（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１のマスク膜２５が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で熱処理を行なう。この熱処理により、基板３１Ａにおける第１のマスク膜２５により覆われていない領域には、該基板３１Ａが酸化された酸化シリコンからなる複数の第１の酸化領域３１Ｂが形成される。その結果、基板３１Ａの上部における、互いに隣接する第１の酸化領域３１Ｂ同士に挟まれた領域に下地領域３１ａが形成される。ここで、各第１の酸化領域３１Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、第１のマスク膜２５の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地領域３１ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。また、第１の酸化領域３１Ｂを選択的に酸化する酸化雰囲気として、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気を用いているため、迅速で且つ均一な酸化処理を再現性良く実現することができる。
【０２２５】
次に、図２０（ｃ）に示すように、例えばＲＩＥ法により第１のマスク膜２５を除去し、その後、ＣＶＤ法により、横方向成長が支配的となる条件で、基板３１Ａにおける複数の第１の酸化領域３１Ｂの間から露出する下地領域３１ａの露出面上に、炭化シリコンからなる第１の半導体層３２を第１の酸化領域３１Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０２２６】
次に、図２０（ｄ）に示すように、第１のマスク膜２５と同様の方法で、第１の半導体層３２における下地領域３１ａの上側部分をマスクし且つ第１の酸化領域３１Ｂの上側部分にそれぞれ開口部を有し、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコンからなる第２のマスク膜２７を形成する。
【０２２７】
次に、図２１（ａ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層３２及び第２のマスク膜２７が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層３２における第２のマスク膜２７により覆われていない領域には、該第１の半導体層３２が酸化された酸化シリコンからなる複数の第２の酸化領域３２Ｃが形成される。その結果、第１の半導体層３２における互いに隣接する第２の酸化領域３２Ｃ同士に挟まれた領域に、炭化シリコンからなる下地層３２ａが形成される。
【０２２８】
次に、図２１（ｂ）に示すように、複数の第１の酸化領域３１Ｂ及び複数の第２の酸化領域３２Ｃをフッ化水素水等の酸性水溶液により除去する。これにより、各下地層３２ａの側部は、オーバーハング状となる。
【０２２９】
次に、図２１（ｃ）に示すように、下地層３２ａを種結晶とするＥＬＯ成長が支配的となる成長条件で、炭化シリコンからなる第２の半導体層３３を成長する。このように、第２の半導体層３３は、その下面と基板３１Ａの主面との間に空隙部３３ａが形成されるため、第２の酸化領域３２Ｃの表面の影響を受けることなく成長する。ここでも、第１の半導体層１２Ａ、第２の半導体層１４及び第３の半導体層１６の結晶成長法は、いずれもＨＶＰＥ法を適用することができる。さらに、第１の半導体層１２ＡにはＭＢＥ法を用いてもよい。
【０２３０】
以上説明したように、第１１の実施形態によると、第１０の実施形態と同様の効果を得られる上に、第２の半導体層３３が、第１の酸化領域１２Ｂ及び第２の酸化領域１４Ｂが除去されてなる空隙部３３ａを維持するように基板１１上に形成されるため、第２の半導体層３３が成長する際に、第２の酸化領域３２Ｃの表面の影響を受けることがないので、第２の半導体層３３の結晶性がより一層向上する。その上、空隙部３３ａは第２の半導体層３３の成長時に格子不整合に起因する層中のストレスを低減させる。
【０２３１】
なお、単結晶からなる基板３１Ａに炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いたが、これに代えて、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）を用いてもよい。
【０２３２】
（第１２の実施形態）
以下、本発明の第１２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０２３３】
図２２（ａ）〜図２２（ｅ）は本発明の第１２の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０２３４】
まず、図２２（ａ）に示すように、主面の面方位が（０００１）面である炭化シリコンからなる基板３１Ａの主面上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコンからなるマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、マスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、マスク形成膜に対して、例えば反応性ガスにフルオロカーボンを含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、マスク形成膜から開口部２５ａを有するストライプ状のマスク膜２５を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ装置又はｇ線ステッパ装置のような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、マスク膜２５の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状としてもよい。
【０２３５】
次に、図２２（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、マスク膜２５が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で熱処理を行なう。この熱処理により、基板３１Ａにおけるマスク膜２５により覆われていない領域には、該基板３１Ａが酸化された酸化シリコンからなる複数の酸化領域３１Ｂが形成される。その結果、基板３１Ａの上部における、互いに隣接する酸化領域３１Ｂ同士に挟まれた領域に下地領域３１ａが形成される。ここで、各酸化領域３１Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、マスク膜２５の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地領域３１ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。また、酸化領域３１Ｂを選択的に酸化する酸化雰囲気として、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気を用いているため、迅速で且つ均一な酸化処理を再現性良く実現することができる。
【０２３６】
次に、図２２（ｃ）に示すように、ＲＩＥ法によりマスク膜２５を除去し、その後、ＣＶＤ法により、複数の酸化領域１２Ｂの間から露出する下地領域３１ａの露出面上に、炭化シリコンからなる第１の半導体層３２Ａを、各酸化領域３１Ｂの上面中央部にそれぞれ露出部分が残るように選択成長（ＥＬＯ成長）する。すなわち、それぞれがＥＬＯ成長する複数の第１の半導体層３２Ａに対して、互いに対向して成長する対向端面同士が接触するよりも前にその成長を停止する。
【０２３７】
次に、図２２（ｄ）に示すように、複数の酸化領域３１Ｂをフッ化水素水等の酸性水溶液により除去する。これにより、各第１の半導体層３２Ａの側部は、オーバーハング状となる。
【０２３８】
次に、図２２（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法により、第１の半導体層３２Ａを下地結晶層とするＥＬＯ成長が支配的となる成長条件で、炭化シリコンからなる第２の半導体層３３を成長する。このとき、第２の半導体層３３は、その下面と基板３１Ａの主面との間に空隙部３３ａが形成されるため、酸化領域３１Ｂ及び基板３１Ａの表面のいずれの影響をも受けることなく成長する。
【０２３９】
以上説明したように、第１２の実施形態によると、第８の実施形態と同様に、露出面の面積が小さくなった下地領域３１ａからのＥＬＯ成長により、第１の半導体層３２Ａ及び第２の半導体層３３の結晶性がいずれも向上するだけでなく、第２の半導体層３３が、酸化領域３１Ｂが除去されてなる空隙部３３ａを維持するように基板３１Ａ上に形成されるため、第２の半導体層３３が成長する際に、基板３１Ａや酸化領域３１Ｂの表面の影響を受けることがない。その結果、第２の半導体層３３の結晶性は酸化領域３１Ｂを除去しない場合と比べて改善される。その上、空隙部３３ａは第２の半導体層３３の成長時に格子不整合に起因する層中のストレスを低減させる効果もある。
【０２４０】
なお、単結晶からなる基板３１Ａに炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いたが、これに代えて、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）を用いてもよい。
【０２４１】
（第１３の実施形態）
以下、本発明の第１３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０２４２】
図２３（ａ）〜図２３（ｄ）及び図２４（ａ）〜図２４（ｃ）は本発明の第１３の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０２４３】
まず、図２３（ａ）に示すように、主面の面方位が（０００１）面である炭化シリコンからなる基板３１Ａの主面上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、厚さが約１００ｎｍの窒化シリコンからなる第１のマスク形成膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第１のマスク形成膜の上に、例えば平面ストライプ状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、形成したレジストパターンをマスクとし、第１のマスク形成膜に対して、例えば反応性ガスにフルオロカーボンを含むＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうことにより、第１のマスク形成膜から開口部２５ａを有するストライプ状の第１のマスク膜２５を形成する。その後、レジストパターンをアッシング等により除去する。ここでは、コンタクトマスクアライナ装置又はｇ線ステッパ装置のような、加工寸法が０．５μｍ程度かそれ以上のパターン幅の微細加工が可能な光学露光装置を用いる。なお、第１のマスク膜２５の平面形状をストライプ状としたが、ドット（島）状としてもよい。
【０２４４】
次に、図２３（ｂ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１のマスク膜２５が形成された基板３１Ａに対して、例えば１０００℃の温度で熱処理を行なう。この熱処理により、基板３１Ａにおける第１のマスク膜２５により覆われていない領域には、該基板３１Ａが酸化された酸化シリコンからなる複数の第１の酸化領域３１Ｂが形成される。その結果、基板３１Ａの上部における、互いに隣接する第１の酸化領域３１Ｂ同士に挟まれた領域に下地領域３１ａが形成される。ここで、各第１の酸化領域３１Ｂは、基板面に平行な方向（横方向）にも酸化が進むため、第１のマスク膜２５の幅寸法を例えばパターニング時に０．５μｍとした場合には、酸化処理後における下地領域３１ａの幅寸法は０．２５μｍ程度にまで小さくすることも可能である。また、第１の酸化領域３１Ｂを選択的に酸化する酸化雰囲気として、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気を用いているため、迅速で且つ均一な酸化処理を再現性良く実現することができる。
【０２４５】
次に、図２３（ｃ）に示すように、ＲＩＥ法により第１のマスク膜２５を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第１の酸化領域３１Ｂの間から露出する下地領域３１ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第１の半導体層１２Ａを第１の酸化領域３１Ｂを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０２４６】
次に、図２３（ｄ）に示すように、例えば、モノシランを分解するＣＶＤ法により、第１の半導体層１２Ａにおける下地領域３１ａの上側部分をそれぞれ開口する複数の開口部を有し、厚さが約１００ｎｍのシリコンからなる第２のマスク膜２８を形成する。
【０２４７】
次に、図２４（ａ）に示すように、酸素ガス又は水蒸気を含む雰囲気で、第１の半導体層１２Ａ及び第２のマスク膜２８が形成された基板３１Ａに対して、例えば９００℃の温度で約４時間の熱処理を行なう。この熱処理により、第１の半導体層１２Ａにおける第２のマスク膜２８により覆われていない領域には、該第１の半導体層１２Ａが酸化された酸化ガリウムからなる複数の第２の酸化領域１２Ｃが形成される。その結果、第１の半導体層１２Ａにおける互いに隣接する第２の酸化領域１２Ｃ同士に挟まれた領域に、窒化ガリウムからなる下地層１２ａが形成される。このとき、下地領域３１ａは第２の酸化領域１２Ｃに取り込まれるため、基板３１Ａの主面の全面は酸化シリコン及び酸化ガリウムからなる酸化物により覆われることになる。
【０２４８】
次に、図２４（ｂ）に示すように、フッ硝酸又はＲＩＥ法により第２のマスク膜２８を除去し、その後、ＭＯＣＶＤ法により、複数の第２の酸化領域１２Ｃの間から露出する下地層１２ａの露出面上に、窒化ガリウムからなる第２の半導体層１４を第２の酸化領域１２Ｃを覆うように選択成長（ＥＬＯ成長）する。
【０２４９】
次に、図２４（ｃ）に示すように、複数の第１の酸化領域３１Ｂ及び複数の第２の酸化領域３２Ｂをウエットエッチングにより除去する。これにより、基板３１Ａと第２の半導体層３３とは、基板３１Ａが大面積であっても、容易に且つ均一に、再現性良く分離することができる。
【０２５０】
ここで、酸化シリコンからなる第１の酸化領域３１Ｂのエッチャントには、例えばフッ化水素水又はバッファードフッ酸を用い、酸化ガリウムからなる第２の酸化領域１２Ｃのエッチャントには、塩化水素水又はアンモニア水を用いる。
【０２５１】
このように、第１３の実施形態によると、第８の実施形態と同様の効果を得られる上に、下地領域３１ａ及び下地層１２ａを形成するための基板３１Ａを第２の半導体層１４と分離することにより、基板３１Ａを再利用することができるようになる。これにより、一般に炭化シリコンからなる基板３１Ａは高価であるため、基板３１Ａを再利用すると、第２の半導体層３３を用いてデバイスを製造する際の製造コストを低減することができる。
【０２５２】
また、第２の実施形態のように、第２の半導体層１４の上面に、主面に（１００）面の面方位を持つシリコン（Ｓｉ）からなる支持基板を貼り合わせた後に、基板３１Ａを分離してもよい。
【０２５３】
なお、単結晶からなる基板３１Ａに炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いたが、これに代えて、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）を用いてもよい。
【０２５４】
また、前述した各実施形態に用いた基板１１、３１の主面の面方位は（０００１）面に限られない。さらには、各基板１１、３１には、（０００１）面等の典型的な面方位からわずかにオフセットした、いわゆるオフアングルを持たせてもよい。
【０２５５】
また、第１、第２及び第１３の各実施形態においては、所望の半導体薄膜である第２の半導体層１４を窒化ガリウムとしたが、インジウム又はアルミニウムを添加した混晶としてもよい。さらには、該第２の半導体層１４に、これらの混晶を用いた、例えば量子井戸構造のようなヘテロ接合を含むデバイス構造を形成してもよい。
【０２５６】
同様に、第３〜第７の各実施形態においても、第３の半導体層１６に、ＩｎＧａＡｌＮＡｓからなる混晶を用いたヘテロ接合を含むデバイス構造を形成してもよい。また、第８〜第１２の各実施形態においても、第１の半導体層３２又は第２の半導体層３３にデバイス構造を形成してもよい。
【０２５７】
また、基板１１又は基板３１Ａを成長した半導体層から分離していない実施形態においても、各基板１１、３１Ａを構成する材料が持つ禁制帯幅よりも小さく且つ半導体が持つ禁制帯幅よりも大きいエネルギーを有する照射光を各基板１１、３１Ａに照射することにより、基板１１、３１Ａと半導体層とを分離してもよい。このとき、各基板１１、３１Ａを５００℃程度に加熱したり、酸性又はアルカリ性の水溶液を用いて、酸化領域を選択的に除去すると良い。
【０２５８】
【発明の効果】
本発明に係る半導体薄膜の製造方法によると、第２の半導体薄膜を形成する際のマスクとなる酸化領域の間隔を小さくすることができるため、第１の半導体薄膜を下地結晶として選択成長する第２の半導体薄膜は、該第１の半導体薄膜の結晶欠陥の影響を受けにくくなり、第２の半導体薄膜の結晶欠陥密度を低減することが可能となる。
【０２５９】
また、第２の半導体薄膜に対して、下地結晶である第１の半導体薄膜を含むよに選択的な酸化を行なった後、第２の半導体薄膜を新たな下地結晶とする第３の半導体薄膜を選択成長することにより、基板と第３の半導体薄膜との間がすべて酸化領域となるため、該酸化領域を除去することにより基板を第３の半導体薄膜から容易に分離することができるので、分離した基板を他の半導体薄膜の成長に再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法による酸化領域の表面状態を示し、（ａ）は水蒸気を含む雰囲気における熱酸化処理の場合を示すＡＦＭ写真であり、（ｂ）は酸素雰囲気における熱酸化処理の場合を示すＡＦＭ写真である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法による酸化領域の断面構造を示し、（ａ）は水蒸気を含む雰囲気における熱酸化処理の場合を示すＳＥＭ写真であり、（ｂ）は酸素雰囲気における熱酸化処理の場合を示すＳＥＭ写真である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第８の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第９の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第９の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１０の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１０の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２０】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１１の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１１の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１２の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１３の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１３の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２５】（ａ）及び（ｂ）は従来の半導体薄膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【符号の説明】
１１      基板
１２Ａ    第１の半導体層
１２ａ    （第１の）下地層
１２Ｂ    （第１の）酸化領域
１２Ｃ    第２の酸化領域
１３      （第１の）マスク膜
１３ａ    開口部
１４      第２の半導体層
１４Ａ    第２の半導体層
１４Ｂ    第２の酸化領域
１４Ｃ    第２の酸化領域
１５      支持基板
１６      第３の半導体層
１６ａ    空隙部
２３      第２のマスク膜
２４      第２のマスク膜
２５      （第１の）マスク膜
２５ａ    開口部
２６      第２のマスク膜
２７      第２のマスク膜
２８      第２のマスク膜
３１Ａ    基板
３１ａ    下地領域
３１Ｂ    （第１の）酸化領域
３２      （第１の）半導体層
３２ａ    下地層
３２Ａ    第１の半導体層
３２Ｂ    第２の酸化領域
３２Ｃ    第２の酸化領域
３３      第２の半導体層
３３ａ    空隙部
【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】
0004451606.tif 000009
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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