(57)【要約】【課題】幅広い材料選択が可能で生産性に優れた半導体膜の製造方法を提供する。【解決手段】膜成長用基板１の表面の一部の領域に導電体層２を形成する工程と、  膜成長用基板１の表面の一部の領域以外の領域から半導体をエピタキシャル成長させ、導電体層２を覆う半導体膜３を形成する工程と、  誘導加熱用コイル４での電磁誘導により導電体層２を発熱させることで、半導体膜３を膜成長用基板１から分離する工程とを含む、半導体膜３の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜成長用基板の表面の一部の領域に導電体層を形成する工程と、
前記膜成長用基板の表面の前記一部の領域以外の領域から半導体をエピタキシャル成長させ、前記導電体層を覆う半導体膜を形成する工程と、
電磁誘導により前記導電体層を発熱させることで、前記半導体膜を前記膜成長用基板から分離する工程とを含むことを特徴とする、半導体膜の製造方法。
【請求項２】
前記導電体層を形成する工程において前記導電体層上に誘電体層または半導体層を形成することを特徴とする、請求項１に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項３】
前記導電体層はパターン化されたものが複数繰り返し配列されており、前記導電体層の配列ピッチは、前記電磁誘導により前記導電体層を発熱させることで、隣接導電体層間の中央の部分がその１次相転移温度以上の温度となるように設定されていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項４】
前記導電体層はパターン化されたものが複数繰り返し配列されており、前記導電体層の配列は、前記電磁誘導により前記導電体層を発熱させることで、隣接導電体層間の中央の部分がその１次相転移温度以上の温度となるように設定されていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項５】
前記膜成長用基板は前記電磁誘導により発生する磁力線の向きに対し垂直になるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項６】
前記導電体層が窒素を吸着する材料で構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項７】
前記導電体層を発熱させることで前記膜成長用基板および／もしくは前記半導体膜をこれらの材料の１次相転移温度以上に加熱し、これら相互の界面および／もしくは前記半導体膜と前記導電体層との界面での前記膜成長用基板の材料および／もしくは前記半導体膜の材料の融解、昇華または分解を生じさせ、前記膜成長用基板と前記半導体膜とを相互に分離させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項８】
前記導電体層を発熱させることで前記膜成長用基板および／もしくは前記半導体膜をこれらの材料の１次相転移温度未満に加熱し、これら相互の界面および／もしくは前記半導体膜と前記導電体層との界面で前記膜成長用基板および／もしくは前記半導体膜に応力を発生させ、前記膜成長用基板と前記半導体膜とを相互に分離させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項９】
前記半導体は、１次相転移温度以上の加熱によりＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解するＩＩＩ族元素窒化物半導体であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１０】
第１の基板の表面に導電体層を形成する工程と、
前記導電体層の表面に膜成長用基板としての第２の基板の第１の表面を接合する工程と、
前記第２の基板の前記第１の表面と反対側の第２の表面に半導体をエピタキシャル成長させて半導体膜を形成する工程と、
電磁誘導により前記導電体層を発熱させることで、前記第２の基板を前記第１の基板から分離する工程とを含むことを特徴とする半導体膜の製造方法。
【請求項１１】
前記導電体層を発熱させることで前記第２の基板をその材料の１次相転移温度以上に加熱し、前記第２の基板の第１面での前記第２の基板の材料の融解、昇華または分解を生じさせ、前記前記第２の基板と前記導電体層とを相互に分離させることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１２】
前記導電体層を発熱させることで前記第２の基板をその材料の１次相転移温度未満に加熱し、前記第１面で前記第２の基板に応力を発生させ、前記第２の基板と前記導電体層とを相互に分離させることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１３】
前記膜成長用基板または前記第２の基板は、１次相転移温度以上の加熱によりＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解するＩＩＩ族元素窒化物半導体であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１４】
前記半導体膜と前記膜成長用基板または前記第２の基板とは、同一元素からなる化合物半導体であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１５】
前記導電体層は磁性体からなることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体膜を前記膜成長用基板から分離する工程または前記第２の基板を前記第１の基板から分離する工程において、電磁誘導により前記導電体層を発熱させる前に、前記膜成長用基板または前記第２の基板、前記導電体層、及び前記半導体膜または前記第１の基板をそれらの１次相転移温度以下に予備加熱することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかの半導体膜の製造方法により前記半導体膜を製造し、これにより得られた半導体膜に他の部材を付加することを特徴とする、電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル成長を利用した半導体膜の製造方法及びそれを用いた電子部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に半導体を膜状にエピタキシャル成長させることで半導体膜を形成することができ、このような半導体膜の形成を利用して該半導体膜を含んでなる電子部品を製造することができる。以上のようなエピタキシャル成長による半導体膜の形成に利用される基板を、以下、膜成長用基板という。
【０００３】
以上のようにして膜形成用基板の表面に形成された半導体膜は、電子部品を構成するために膜形成用基板から分離して使用されることがある。膜形成用基板から半導体膜を分離する方法としては、化学エッチングや研磨などの物理エッチング（以下、これらの化学エッチング及び物理エッチングを総称して、単に「エッチング」という）による除去が用いられている。これらの方法では、膜形成用基板の除去は緩慢に進行し、また腐食性の化学薬品の使用が必要であり、更に膜成長用基板の繰り返し使用（リユース）はできない。
【０００４】
膜形成用基板として、半導体である窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）並びにこれらの混晶又は合金（以下、これらを総称して「ＩＩＩ族元素窒化物」という）が使用されることがある。このＩＩＩ族元素窒化物は、化学的にエッチングするのが極めて困難であり、信頼性のある湿式化学エッチング法が提供されておらず、反応性イオンエッチング（ドライエッチング）法により処理しなければならない。しかしながら、この方法は、工業的に極めて高価な上に、エッチング速度が比較的遅く、毒性のガス（例えば三塩化ホウ素）を必要とする等の難点がある。また、これらのエッチング法は、所望のエッチング深さを達成するために、エッチング速度及びエッチング時間を正確に制御する必要がある。
【０００５】
ところで、特開平５−２９９３６２号公報（特許文献１）には、成長基板上にエピタキシャル動作層を有する半導体素子用ウエハにおいて、成長基板と動作層の間に劈開性の優れた層状化合物からなる緩衝層を備えたものが記載されている。特許文献１には、この半導体素子用ウエハを使用してエピタキシャル動作層を有する半導体素子を製造する方法が開示されている。ここでは、成長基板上に劈開性の優れた層状化合物からなる緩衝層を形成し、該緩衝層上に動作層をエピタキシャル成長した後、上記動作層と成長基板を剥離し、半導体素子用支持基板に接合している。また、別法では、成長基板上に劈開性の優れた層状化合物からなる緩衝層を形成し、素子形成領域以外の該緩衝層の一部を少なくとも除去して成長基板を露出させ、該成長基板の露出部分及び該緩衝層上に動作層をエピタキシャル成長させている。その後、素子形成領域のみを切断して取り出し、素子領域の動作層を成長基板から剥離し、半導体素子用支持基板に接合している。特許文献１に記載の方法によれば、エッチングに伴う上記技術的課題のいくつかは解決される。
【特許文献１】特開平５−２９９３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の方法では、緩衝層として用いられる上記の劈開性の優れた層状化合物としては、層間をファン−デア−ワールス力（分子性結合力）で結合するものが好ましいとされている。そして、このような劈開性の優れた層状化合物として、具体的にはＭｏＳ２、ＮｂＳ２、ＭｏＳｅ２、ＮｂＳｅ２、ＧａＳｅ、ＳｎＳ２、ＳｎＳｅ２、ＩｎＳｅが開示されている。このように、特許文献１に記載の方法では緩衝層として極めて限定されたものの使用が必要である。また、特許文献１に記載の方法では動作層から緩衝層を十分に除去するのにかなりの手間がかかる。
【０００７】
本発明の目的とするところは、幅広い材料選択が可能で生産性に優れた半導体膜の製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、そのような半導体膜の製造方法を用いて電子部品を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１番目のものによれば、上記の目的を達成するために、次の工程を含むことを特徴とする半導体膜の製造方法が提供される。すなわち、第１の工程では、膜成長用基板の表面の一部の領域に導電体層を形成する。第２の工程では、前記膜成長用基板の表面の前記一部の領域以外の領域から半導体をエピタキシャル成長させ、前記導電体層を覆う半導体膜を形成する。第３の工程では、電磁誘導により前記導電体層を発熱させることで、前記半導体膜を前記膜成長用基板から分離する。
【０００９】
また、本発明の第２番目のものによれば、上記の目的を達成するために、次の工程を含むことを特徴とする半導体膜の製造方法が提供される。すなわち、第１の工程では、第１の基板の表面に導電体層を形成する。第２の工程では、前記導電体層の表面に膜成長用基板としての第２の基板の第１の表面を接合する。第３の工程では、前記第２の基板の前記第１の表面と反対側の第２の表面に半導体をエピタキシャル成長させて半導体膜を形成する。第４の工程では、電磁誘導により前記導電体層を発熱させることで、前記第２の基板を前記第１の基板から分離する。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような本発明の方法は、電磁誘導により導電体層を発熱させることで、半導体膜を膜成長用基板から分離し、もしくは、半導体膜の形成された第２の基板を第１の基板から分離する。従って、膜成長用基板または第２の基板、導電体層、半導体膜、もしくは第１の基板につき幅広い材料選択が可能であり、生産性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第１番目のものには、次のような実施の態様がある。
【００１２】
すなわち、前記導電体層を形成する工程において前記導電体層上に誘電体層または半導体層を形成する。
【００１３】
前記導電体層はパターン化されたものが複数繰り返し配列されており、前記導電体層の配列ピッチは、前記電磁誘導により前記導電体層を発熱させることで、隣接導電体層間の中央の部分がその１次相転移温度以上の温度となるように設定されている。
【００１４】
前記導電体層はパターン化されたものが複数繰り返し配列されており、前記導電体層の配列は、前記電磁誘導により前記導電体層を発熱させることで、隣接導電体層間の中央の部分がその１次相転移温度以上の温度となるように設定されている。
【００１５】
前記膜成長用基板は前記電磁誘導により発生する磁力線の向きに対し垂直になるように配置されている。
【００１６】
前記導電体層が窒素を吸着する材料で構成されている。
【００１７】
前記導電体層を発熱させることで前記膜成長用基板および／もしくは前記半導体膜をこれらの材料の１次相転移温度以上に加熱する。これら相互の界面および／もしくは前記半導体膜と前記導電体層との界面での前記膜成長用基板の材料および／もしくは前記半導体膜の材料の融解、昇華または分解を生じさせ、前記膜成長用基板と前記半導体膜とを相互に分離させる。
【００１８】
前記導電体層を発熱させることで前記膜成長用基板および／もしくは前記半導体膜をこれらの材料の１次相転移温度未満に加熱する。これら相互の界面および／もしくは前記半導体膜と前記導電体層との界面で前記膜成長用基板および／もしくは前記半導体膜に応力を発生させ、前記膜成長用基板と前記半導体膜とを相互に分離させる。
【００１９】
前記半導体は、１次相転移温度以上の加熱によりＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解するＩＩＩ族元素窒化物半導体である。
【００２０】
本発明の第２番目のものには、次のような実施の態様がある。
【００２１】
すなわち、前記導電体層を発熱させることで前記第２の基板をその材料の１次相転移温度以上に加熱し、前記第２の基板の第１面での前記第２の基板の材料の融解、昇華または分解を生じさせ、前記前記第２の基板と前記導電体層とを相互に分離させる。
【００２２】
前記導電体層を発熱させることで前記第２の基板をその材料の１次相転移温度未満に加熱し、前記第１面で前記第２の基板に応力を発生させ、前記第２の基板と前記導電体層とを相互に分離させる。
【００２３】
更に、本発明の第１番目のもの及び第２番目のものには、次のような実施の態様がある。
【００２４】
すなわち、前記膜成長用基板または前記第２の基板は、１次相転移温度以上の加熱によりＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解するＩＩＩ族元素窒化物半導体である。
【００２５】
前記半導体膜と前記膜成長用基板または前記第２の基板とは、同一元素からなる化合物半導体である。
【００２６】
前記導電体層は磁性体からなる。
【００２７】
前記半導体膜を前記膜成長用基板から分離する工程または前記第２の基板を前記第１の基板から分離する工程において、以下のようにする。すなわち、電磁誘導により前記導電体層を発熱させる前に、前記膜成長用基板または前記第２の基板、前記導電体層、及び前記半導体膜または前記第１の基板をそれらの１次相転移温度以下に予備加熱する。
【００２８】
また、本発明によれば、以上のような半導体膜の製造方法により前記半導体膜を製造し、これにより得られた半導体膜に他の部材を付加することを特徴とする電子部品の製造方法、が提供される。
【００２９】
以下、図面を参照しながら、本発明の半導体膜の製造方法及びそれを用いた電子部品の製造方法の実施の形態を説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
＜実施形態１＞
図１に、本実施形態の工程の概略図を示す。
【００３１】
先ず、図１（ａ）に示されているように、膜成長用基板１の表面の一部の領域に導電体層２を形成する。基板１としては、絶縁基板例えばサファイア基板またはＳｉＣ基板を使用することができる。基板１の大きさとしては縦横１ｃｍ程度が例示される。導電体層２は、基板１の表面において適宜のパターンに形成されている。このパターンとしては、例えば図１において紙面と垂直の方向に延びているライン状またはストライプ状のパターンが例示される。ライン状パターンの導電体層２の寸法は、例えば幅１０μｍ程度で厚さ１μｍが例示される。導電体層２はパターン化されたものが複数繰り返し配列されており、これら複数の導電体層２は互いに平行に配列されている。配列のピッチは、例えば２０μｍ程度である。導電体層２の厚さは、例えば１μｍである。導電体層２の材料としてはグラファイトカーボンが例示され、これは蒸着またはエピタキシャル成長により形成することができる。
【００３２】
次に、膜成長用基板１の表面の導電体層２の形成されている領域以外の領域から半導体をエピタキシャル成長させ、導電体層２を覆う半導体膜３を形成する。半導体としては、窒化ガリウム、窒化インジウム及び窒化アルミニウムなどのＩＩＩ族元素窒化物、その他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、その他の化合物半導体が例示される。このような選択的エピタキシャル成長では、エピタキシャル膜の膜厚増加に伴う横成長によりパターン状導電体層２をエピタキシャル膜で被覆できることが知られている。すなわち、選択成長においては、成長速度が他の面より遅いために現れるファセット構造が出現し、転位がファセットに向かって進み、基板１と垂直に伸びていた転位が垂直な方向へ伸びることができなくなるためと考えられる。これにより、導電体層２上にも結晶欠陥の少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体例えば窒化ガリウムの結晶成長を行うことができる。
【００３３】
次に、図１（ｂ）に示されているように、誘導加熱用コイル４を用いた電磁誘導により導電体層２を発熱させることで、半導体膜３を膜成長用基板１及び導電体層２から分離する。すなわち、誘導加熱用コイル４に高周波電流を流すことで、電磁誘導における渦電流損もしくはヒステリシス損による発熱で導電体層２を１０００℃以上の高温に発熱させることが可能である。この発熱により、膜成長用基板１および／もしくは半導体膜３をこれらの材料の１次相転移温度未満に加熱する。これにより、導電体層２の近傍の膜成長用基板１及び半導体膜３の部分とくに半導体膜３と膜成長用基板１との界面近傍及び導電体層２と半導体膜３との界面近傍が加熱される。これに基づく熱応力で半導体膜３を膜成長用基板１及び導電体層２から分離する。図１（ｃ）に、膜成長用基板１及び導電体層２から半導体膜３が分離された状態が示されている。
【００３４】
本実施形態においては、化合物半導体膜成長用の基板１として1cm角のサファイア基板を用い、その表面に基板分離用の導電体層２としてのグラファイトカーボン層を蒸着により形成した。グラファイトカーボン層は、幅10μｍ×長さ1cｍ×厚さ1μｍのライン状パターンにて20μｍピッチで多数配列した（ライン10μm＋スペース10μm、電極体積Ｖ＝1cm×1/2×1cm×1μm）。更に、その上に窒化ガリウムをエピタキシャル成長させて、窒化ガリウム膜３を形成した。
【００３５】
次に、以下の条件により電磁誘導を行い、窒化ガリウム膜３をサファイア基板１及びグラファイトカーボン層２から分離した。
【００３６】
体積V=1cm×1/2×1cm×1μm=1/2×10−４ cm3のグラファイトを室温＋1200℃まで加熱する場合の必要な熱量は、Q=MCΔT（ここで、Q[J]、被加熱物重量M[g]）である。ここで、密度d=1.85 、比熱C =0.65[J/g・K]、上昇温度ΔT=1200[℃]とすれば、Q=1.85×1/2×10−４×0.65×1200=0.07215 [J]である。加熱時間を1μsとすれば、所要電力はP=0.07215 /10−6=7.215 [kW]となる。
【００３７】
ここで、グラファイト抵抗率をρ0=800[μΩ・cm]、グラファイト比透磁率をμr=1とする。この場合、電磁波の浸透深さp[mm]と周波数fとの関係は、p=1μm= 1×10−3 mmとして、f = (50.3 / 1×10−3)2×1／800= 3.16 [M Hz] となる。従って、３ＭＨｚ以下であれば１μｍ厚のグラファイトカーボン層２を均一に加熱できる。
【００３８】
よって、本実施形態では交流周波数３ｋＨｚで8kWの出力により１０μ秒の誘導加熱を実施した。
【００３９】
以上のようにして得られた窒化ガリウム膜などの半導体膜３を用いて、電子部品を製造することができる。例えば、図２に示されているように、半導体膜３を適宜のデバイス基板２０に接合し、更に必要に応じて電極２１や絶縁層２２を形成する。デバイス基板２０には、予め半導体膜３と接続される電子回路を作り込んでおくことができる。また、半導体膜３に加えて他の半導体膜を付加することも可能である。このようにして得られる電子部品としては、発光素子や受光素子が例示される。
【００４０】
＜実施形態２＞
本実施形態では、実施形態１において導電体層２を形成する工程において、更に、図３に示されているように、導電体層２上に誘電体層（または半導体層）５を形成する。この誘電体層５は、化合物半導体がエピタキシャル成長する際に導電体層２が支障となるのを抑制するために、形成される。すなわち、導電体層２の材料によって選択的エピタキシャル成長の最適条件が異なるため、この最適条件に近付けるべくパターン状導電体層２の表面のみを誘電体層（または半導体層）５で被覆する。誘電体層５の材質としてはＳｉＯ２などを用いることができる。誘電体層５の被覆により、導電体層２の材質に依存せず膜成長用基板１と同じまたは類似の構造の誘電体または半導体との選択的エピタキシャル成長を行わせることができる。
【００４１】
本実施形態においては、実施形態１で用いたと同様なライン状パターンのグラファイトカーボンからなる導電体層２上に同じ形状パターンのＳｉＯ２層５を1000Å厚さに形成した。誘電体層５の被覆形成による膜成長用基板１と化合物半導体膜３との分離への影響は実質上ない。誘電体も電磁誘導により発熱することが知られているが、導電体と比較すると誘電体による発熱量およびシールド・ロスは無視できる程度のものである。また、誘電体層の厚さが薄いために、熱の伝搬も支障なく行われる。
【００４２】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００４３】
＜実施形態３＞
本実施形態では、導電体層２を発熱させる際に膜成長用基板１および／もしくは半導体膜３をこれらの材料の１次相転移温度以上に加熱する。これにより、導電体層２の近傍の膜成長用基板１及び半導体膜３の部分とくに半導体膜３と膜成長用基板１との界面近傍及び導電体層２と半導体膜３との界面近傍での膜成長用基板１の材料および／もしくは半導体膜３の材料の融解、昇華または分解を生じさせる。かくして、半導体膜３を膜成長用基板１及び導電体層２から分離する。
【００４４】
本実施形態では、サファイア基板１上に、実施形態１と同様にしてグラファイトカーボンからなるパターン状の導電体層２を形成し、GaAsからなる半導体膜３をエピタキシャル成長させた。GaAsの融点は1238℃であることが知られている。交流周波数３ｋＨｚで15kWの出力により１０ミリ秒の条件で電磁誘導加熱したところ、GaAs膜３の導電体層２及び膜成長用基板１との界面の近傍が一旦融解した。このため、室温に戻したサファイア基板１及び導電体層２とGaAs膜３との界面に応力が集中し、かくしてGaAs膜３がサファイア基板１及び導電体層２から容易に分離した。
【００４５】
本実施形態では、化合物半導体の相転移による分離であるため、熱応力歪による分離に比べて、分離面の加工精度を高くすることができる。特に、基板１もしくは化合物半導体膜３が窒化物からなる場合には、誘導加熱により非可逆的な反応が起きるので、一層確実に分離できる。
【００４６】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００４７】
＜実施形態４＞
本実施形態では、半導体膜３は、１次相転移温度以上の加熱によりＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解するＩＩＩ族元素窒化物半導体である。
【００４８】
本実施形態では、大きさが1cm角のサファイア基板の表面に窒化アルミニウムを低温成長した基板を膜成長用基板１として用いた。導電体層２は、タングステンからなり、幅10μｍ×厚さ1μｍ×長さ1cｍのライン状パターンに形成されており、該パターンが20μｍピッチで並列配置された。ＩＩＩ族元素窒化物半導体の窒化アルミニウムガリウム(組成式Al0.2Ga0.8N)のエピタキシャル成長を行い、半導体膜３を形成した。
【００４９】
この膜成長用基板１およびパターン状導電体層２およびエピタキシャル成長により形成された化合物半導体膜３に対して、電磁誘導にて交流周波数３ｋＨｚで15kWの出力により１０μ秒の加熱を施した。Al0.2Ga0.8Nの融点以上の温度に達したため、エピタキシャル成長により形成された化合物半導体膜３の導電体層２及び膜成長用基板１との界面の近傍がＩＩＩ族元素を含む化合物（ＩＩＩ族元素自体である場合を含む）と窒素とに分解した。これにより、Al0.2Ga0.8N化合物半導体膜３と窒化アルミニウム表面を持つ膜成長用基板１及び導電体層２との界面で分離が生じた。なお、窒化アルミニウム単結晶の融点は、記載されている文献によって差があるが、2400℃〜3273℃程度である。また、Al0.2Ga0.8Nの融点は1200℃〜1500℃の範囲内にある。いずれにしても、膜成長用基板１の窒化アルミニウムの融点と、エピタキシャル成長したAl0.2Ga0.8 N膜３の融点との間には、1000℃程度の差がある。
【００５０】
よって、本実施形態においては、膜成長用基板１が分解せず且つエピタキシャル成長化合物半導体膜３が分解する条件で半導体膜３の基板１からの分離を行うことができるため、膜成長用基板をリユース（再使用）することが容易である。
【００５１】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００５２】
＜実施形態５＞
本実施形態では、膜成長用基板１は、１次相転移温度以上の加熱によりＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解するＩＩＩ族元素窒化物半導体である。
【００５３】
本実施形態では、住友電気工業株式会社製の窒化ガリウムを大きさ1cm角にカットしたものを膜成長用基板１として用いた。導電体層２は、タングステンからなり、幅10μｍ×厚さ1μｍ×長さ1cｍのライン状パターンに形成されており、該パターンが20μｍピッチで並列配置された。ＩＩＩ族元素窒化物半導体の窒化アルミニウムガリウム(組成式Al0.2Ga0.8N)のエピタキシャル成長を行い、半導体膜３を形成した。
【００５４】
この膜成長用基板１およびパターン状導電体層２およびエピタキシャル成長により形成された化合物半導体膜３に対して、電磁誘導にて交流周波数３ｋＨｚで15kWの出力により１０ミリ秒の加熱を施した。窒化ガリウム基板１の融点1200℃およびAl0.2Ga0.8Nの融点以上の温度に達した。このため、膜成長用基板１の化合物半導体膜３との界面及び化合物半導体膜３の膜成長用基板１及び導電体層２との界面の近傍がＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解した。これにより、Al0.2Ga0.8N化合物半導体膜３と窒化ガリウム基板１及び導電体層２との界面で分離が生じた。
【００５５】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００５６】
＜実施形態６＞
本実施形態では、半導体膜３および膜成長用基板１が同一元素からなる化合物半導体である。
【００５７】
本実施形態では、大きさ1cm角の窒化ガリウム基板を膜成長用基板として用いた。導電体層２は、タングステンからなり、幅10μｍ×厚さ1μｍ×長さ1cｍのライン状パターンに形成されており、該パターンが20μｍピッチで並列配置された。窒化ガリウムのエピタキシャル成長を行い、半導体膜３を形成した。
【００５８】
この膜成長用基板１およびパターン状導電体層２およびエピタキシャル成長により形成された化合物半導体膜３に対して、電磁誘導にて交流周波数３ｋＨｚで15kWの出力により１０ミリ秒の加熱を施した。窒化ガリウム基板１及び窒化ガリウム膜３の融点1200℃以上の温度に達したため、膜成長用基板１及び窒化ガリウム膜３がＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解した。これにより、窒化ガリウム膜３と窒化ガリウム基板１及び導電体層２との界面で分離が生じた。
【００５９】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００６０】
＜実施形態７＞
本実施形態では、導電体層２が磁性体からなる。
【００６１】
本実施形態では、大きさ1cm角の窒化ガリウム基板を膜成長用基板として用いた。導電体層２は、磁性体であるfccコバルトからなり、幅10μｍ×厚さ1μｍ×長さ1cｍのライン状パターンに形成されており、該パターンが20μｍピッチで並列配置された。インジウムリンのエピタキシャル成長を行い、半導体膜３を形成した。
【００６２】
この膜成長用基板１およびパターン状導電体層２およびエピタキシャル成長により形成された化合物半導体膜３に対して、電磁誘導にて交流周波数３０ｋＨｚで15kWの出力により１０ミリ秒の加熱を施した。インジウムリンの融点1070℃に達し、その後室温に戻ったときの応力集中によりインジウムリン膜３と窒化ガリウム基板１及び導電体層２との界面で分離が生じた。
【００６３】
fccコバルトのキューリーポイント温度は、1115℃でありインジウムリンの融点以上である。しかし、膜成長用基板１の窒化ガリウムの融点1200℃以下であるため、膜成長用基板１の分解・ダメージが抑制され、そのリユースが容易になる。
【００６４】
このように導電体層２の材料が磁性体である場合には、その組成によってキューリーポイント温度の制御が可能である。
【００６５】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００６６】
＜実施形態８＞
本実施形態では、導電体層２の配列ピッチは、電磁誘導により導電体層２を発熱させることで、隣接導電体層間の中央の部分がその１次相転移温度以上の温度となるように設定されている。
【００６７】
一例を挙げる。導電性材料からなる互いに平行な複数のライン状パターン部（導電体層２に対応）と隣接ライン状パターン部の間の非導電性部とから成る１次元ライン＆スペースの面内方向のラインと直交する方向の座標をxとする。また、非導電性部の熱拡散率をa=１（非導電性部の比熱をc、密度をρとしたとき、熱伝導率K=cρ）とする。ここで、熱伝導の方程式（∂θ／∂ｔ）＝［Ｋ／（ｃρ）］（∂２θ／∂ｘ２）＝ａ（∂２θ／∂ｘ２）を解く。これにより、１次元ライン状に初期温度Ｔ０の発熱体があるときの無限時間におけるスペース中央の部分（隣接導電体層間の中央の部分に対応）の温度が、次のように求まる。すなわち、ライン／スペース比（導電性材料パターン部／非導電性部）が１１／９及び１１／２９のとき、それぞれ0.543Ｔ０及び0.244Ｔ０と求まる。なお、ここで言う導電性材料パターン部は本発明の導電体層に相当し、非導電性部は本発明の膜成長用基板や半導体膜であって前記導電性材料パターン部間のスペースを埋めるものに相当する。
【００６８】
本実施形態では、化合物半導体膜３として１次相転移温度の融点が１２００℃である窒化ガリウムからなるものを使用する場合には、導電体層２としてタングステンからなるものを使用すればよい。この場合、導電性材料パターン部／非導電性部＝１１／９のスペース中央部の温度が１２００℃となるための条件は、導電性パターン部の初期温度２２１０℃以上となる。この条件は、タングステンの融点が3410℃であるので、本実施形態では十分に満たすことができる。
【００６９】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００７０】
＜実施形態９＞
本実施形態では、導電体層２の配列は、電磁誘導により導電体層２を発熱させることで、隣接導電体層間の中央の部分がその１次相転移温度以上の温度となるように設定されている。
【００７１】
実施形態８で示したライン＆スペースのパターンを２次元に拡張したパターンについても、同様の熱伝導方程式を解いてパターン間の非導電性部の中央部の温度が１次相転移温度以上となるように設計できる。
【００７２】
一例を挙げる。点状パターンの導電体層２を２次元的に配列する方法として、図４（ａ）で示されるような縦横それぞれの配列ピッチをａとした正方形格子配列と、図４（ｂ）で示されるような３方向それぞれの配列ピッチをａとした正三角形格子配列とを比較する。正方形格子配列での縦横にそれぞれ隣接する４つの導電体層２により形成される正方形の単位領域での非導電性部の重心Ｇ１は、それに最近接する４つの導電体層２から距離a／√（２）だけ離隔している。これに対して、正三角形格子配列での３方向にそれぞれ隣接する３つの導電体層２により形成される正三角形の単位領域での非導電性部の重心Ｇ２は、それに最近接する３つの導電体層から距離a／√（３）だけ離隔している。
【００７３】
この例のように、導電性材料パターン部の配列によって熱伝導距離が異なる。しかし、非導電性部の重心位置の温度が１次相転移温度以上になれば非導電性部全体が１次相転移温度以上になっていると考えられ、膜成長用基板１と化合物半導体膜３との均一・完全な分離が行われる。
【００７４】
実施形態８と同様の熱伝導方程式において上記の境界条件を入れると、導電性材料パターン部の発熱温度が同じならば、上記の正方形格子配列より正三角形格子配列の方が非導電性部の温度が高くなることがわかる。
【００７５】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００７６】
＜実施形態１０＞
本実施形態では、膜成長用基板１および導電体層２が、電磁誘導により発生する磁力線の向きに対し垂直になるように配置されている。
【００７７】
導電体層２のパターンに異方性があるので、誘導加熱コイル４により発生せしめられる磁場の向き（磁力線の向き）により発生渦電流の量および発熱効率が異なる。このため、導電性材料パターン部の配置に関して最適なレイアウトがあり、本実施形態は導電体層２の最適レイアウトを規定する。
【００７８】
一般的なコイルによる誘導加熱を例に図５を参照して説明する。１周するコイル電流に対して渦電流は反対向きに流れる。実施形態８のようなライン＆スペースの導電性材料パターン部の場合に、ライン方向をｘ方向、パターン面内でラインに垂直な方向をｙ方向、ラインの厚さ方向をｚ方向として、導電性材料パターン部内の熱伝導を考慮せずに誘導による発熱だけを考える。膜成長用基板１とエピタキシャル成長した化合物半導体膜３とが接している界面に熱集中させるためには、パターン断面（ｘｙ面及びｙｚ面）の温度が高いことが理想的な発熱状態と考えられる。本実施形態では、図５（ａ）に示されているように、膜成長用基板１および導電体層２が、電磁誘導により発生する磁力線Ｂの向きに対し垂直または略垂直になるように配置する。これにより、ｘｙ面に渦電流が流れ、ｘｙ面周囲すなわちパターン断面が最高温となるうえ、最も均一な温度分布となる。これに対して、ｘｚ面に渦電流が流れるようにすれば、ｘ方向のパターン断面（ｘｚ面）には電流が流れないため、膜成長用基板１とエピタキシャル成長した化合物半導体膜３とが接している界面の温度を上げる効率が低い。また、図５（ｂ）に示されているように、電磁誘導により発生する磁力線Ｂの向きがライン方向になるようにし、ｙｚ面に渦電流が流れるレイアウトとすれば、ｘ方向のパターン断面（ｘｚ面）に電流が流れるため効率はよい。しかし、ライン幅および膜厚の不均一性に由来する温度分布の不均一が生じやすい。
【００７９】
よって、実施形態８のようなライン＆スペースの導電性材料パターン部の場合にはｘｙ面に渦電流が流れるレイアウトが理想的である。また、正方形などの導電性材料パターンの場合も同様で、膜成長用基板１とエピタキシャル成長した化合物半導体膜３とが接している界面とコイルのループとが同一面内となるようなレイアウトが好適である。
【００８０】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００８１】
＜実施形態１１＞
本実施形態では、導電体層２が窒素を吸着する材料（物質）で構成されている。
【００８２】
膜成長用基板１および／もしくはエピタキシャル成長により形成された化合物半導体膜３がＩＩＩ族元素窒化物の場合において、これらは誘導加熱によりＩＩＩ族元素化合物（ＩＩＩ族元素金属を含む）と窒素ガスとに分解することがある。この場合、窒素ガスによる応力を緩和し、化合物半導体膜３と膜成長用基板１及び導電体層２との均一な分離を行うことが望ましい。そのために、導電体層２として、誘導加熱により発生した窒素ガスを吸着する導電性材料からなるものを用いることができる。窒素ガスを吸着する導電性材料として、グラファイト、特にカーボンナノチューブやＣ６０などの多孔質体が知られている。本実施形態では、これらを導電体層２の材料として用いることで、誘導加熱においては発熱体として作用させ、更に加熱により発生した窒素ガスを吸着させる役割をも担わせることができる。
【００８３】
本実施形態では、化合物半導体膜成長用基板１として大きさが1cm角のサファイア基板を用い、その表面に、炭素電極のアーク放電によりグラファイトカーボンを１μｍ厚に成膜し、導電体層２を形成した。さらにその上に化合物半導体としての窒化ガリウムのエピタキシャル成長を行った。その後、実施形態１と同様の条件で誘導加熱を行った。窒化ガリウム膜３の剥離面は実施形態１より数％平坦であった。よって、その後のデバイス化段階での研磨加工が容易であった。
【００８４】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００８５】
＜実施形態１２＞
本実施形態では、半導体膜３を膜成長用基板１及び導電体層２から分離する工程において、電磁誘導により導電体層２を発熱させる前に、膜成長用基板１、導電体層２及び半導体膜３をそれらの１次相転移温度以下に予備加熱する。
【００８６】
誘導加熱による発熱は加成性があるため、予備加熱を施しておくと誘導加熱に要する時間・パワーを調整とくに短縮・低減できる。更に、剥離後の基板表面粗さなどを改善できる。
【００８７】
本実施形態では、実施形態１と同様にして、化合物半導体膜成長用基板１として大きさが1cm角のサファイア基板を用い、その表面に、グラファイトカーボンをエピタキシャル成長させた。これにより、１μｍ厚でライン10μm＋スペース10μm、体積Ｖ＝1cm×1/2×1cm×1μmの導電体層２を形成した。さらにその上に化合物半導体としての窒化ガリウムのエピタキシャル成長を行って、半導体膜３を形成した。全体を６００℃のオーブンに入れた状態で、以下の条件により電磁誘導を行い、窒化ガリウム膜をサファイア基板及び導電体層２から分離した。
【００８８】
体積V=1cm×1/2×1cm×1μm=1/2×10−４ cm3のグラファイトCを600℃から1200℃まで加熱する（温度差ΔＴ=600℃）。この場合の必要な熱量はQ=MCΔT（ここで、Q[J]、被加熱物重量M[g]）である。密度d=1.85 、比熱C =0.65[J/g・K]、上昇温度ΔT=600[℃]とする。この場合、Q=1/2×1.85×10−4×0.65×600=0.0361[J]である。加熱時間を1μsとすれば、P=0.0361 /10−6 =3.61[kW]となる。また、室温と600℃予備加熱とを比較すると、1200℃に昇温された部分との温度差は予備加熱した方が小さいため、熱膨張差によるダメージが少なく、結果として剥離後の基板表面粗さを改善できた。
【００８９】
本実施形態で得られた半導体膜３を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【００９０】
＜実施形態１３＞
図６に、本実施形態の工程の概略図を示す。
【００９１】
先ず、図６（ａ）に示されているように、第１の基板７の表面に、一様に導電体層６を形成する。第１の基板７としてはシリコン基板、サファイア基板またはＳｉＣ基板を使用することができる。導電体層６の材質としては、銅を使用することができる。導電体層６の厚さは、例えば１μｍである。
【００９２】
次に、導電体層６の表面（図では上面）に、第２の基板８の第１面（図では下面）を接合する。第２の基板８としては、窒化ガリウム、窒化インジウム及び窒化アルミニウムなどのＩＩＩ族元素窒化物、その他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、その他の化合物半導体からなるものを使用することができる。第２の基板８の厚さは例えば２μｍであり、この第２の基板８は、導電体層６と接合する際に、取り扱いの便宜上、支持層９で支持しておくことができる。支持層９の材質としては、例えばクロムを挙げることができる。尚、導電体層６と第２の基板８との接合は、例えば圧着により行うことができる。
【００９３】
次に、図６（ｂ）に示されているように、支持層９を例えばエッチングにより除去して、第２の基板８の第２面（図では上面）を露出させ、必要に応じて該第２面を研磨により平滑化する。
【００９４】
次に、図６（ｃ）に示されているように、第２の基板８の第２面（図では上面）に化合物半導体例えばAlxGa1-xNをエピタキシャル成長させて半導体膜１０を形成する。該半導体膜１０は半導体レーザのクラッド層を構成するものである。この半導体膜１０に、ＤＢＲ構造を作り込む。次いで、半導体膜１０上に化合物半導体例えばInGaN系半導体を堆積して半導体膜１１を形成する。該半導体膜１１は半導体レーザの活性層を構成するものである。次いで、半導体膜１１上に化合物半導体例えばAlxGa1-xNをエピタキシャル成長させて半導体膜１２を形成する。該半導体膜１２は半導体レーザのクラッド層を構成するものである。この半導体膜１２に、ＤＢＲ構造を作り込む。
【００９５】
次に、図６（ｄ）に示されているように、実施形態１と同様にして、誘導加熱用コイルを用いた電磁誘導により導電体層６を発熱させる。これにより、第２の基板８、半導体膜１０、半導体膜１１及び半導体膜１２の積層体を、第１の基板７及び導電体層６から分離する。
【００９６】
本実施形態は、特に半導体膜成長用基板である第２の基板８が薄い場合にも有効である。これは、第２の基板８を導電体層６に接合する際には第２の基板８の第２面に支持層９を付して補強しておき、第２の基板８の第２面に半導体膜１０をエピタキシャル成長させる前に支持層９を除去することができるからである。
【００９７】
本実施形態では、第１の基板としてのシリコン基板７上に1μm厚さで一様に導電体層６としての銅層を形成した。支持層９としてのクロム金属層で支持した2μm厚のGaN膜８を半導体膜成長用の第２の基板として用い、200〜300℃の温度において42kg/cm2の圧力で銅層６とGaN膜８とを接合した。この接合後、クロム金属層９を除去し、露出したGaN膜８の表面を研磨し、その上にAlxGa1-xN膜１０を成長させてDBR構造を形成した。さらに、InGaN系半導体膜１１からなる活性層を形成した後、再度AlxGa1-xN膜１２を成長させDBR構造を形成した。
【００９８】
次に、実施形態１と同様の誘導加熱を行い、銅層を発熱させ、GaN膜８の融点1200℃以下の温度に加熱し、応力によりシリコン基板７および銅層６を分離除去した。これにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体組成の光励起レーザデバイス（半導体レーザ）を得た。
【００９９】
本実施形態は、半導体膜１０上に半導体膜１１及び半導体膜１２を形成して電子部品を製造しているが、これら３つの膜を本発明でいう半導体膜とみなせば、半導体膜の製造にも該当する。また、本実施形態で得られた半導体膜１０〜１２を用いて、或いは本実施形態で半導体膜１１，１２を形成することなく得られた半導体膜１０を用いて、実施形態１と同様にして、電子部品を製造することができる。
【０１００】
本実施形態では、導電体層６を発熱させることで第２の基板８をその材料の１次相転移温度未満に加熱し、第２の基板８の導電体層６側の第１面で応力を発生させ、第２の基板８と導電体層６とを相互に分離させている。しかし、導電体層６を発熱させることで第２の基板８をその材料の１次相転移温度以上に加熱して、第２の基板８の導電体層６側の第１面で第２の基板８の材料の融解、昇華または分解を生じさせてもよい。これによっても、第２の基板８と導電体層６とを相互に分離させることができる。
【０１０１】
また、本実施形態において、第２の基板８は、上記実施形態で説明したような１次相転移温度以上の加熱によりＩＩＩ族元素を含む化合物と窒素とに分解するＩＩＩ族元素窒化物半導体であってもよい。
【０１０２】
また、本実施形態において、半導体膜１０と第２の基板８とは、上記実施形態で説明したように、同一元素からなる化合物半導体であってもよい。
【０１０３】
また、本実施形態において、導電体層６は、上記実施形態で説明したように、磁性体からなるものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施形態の工程概略図である。
【図２】本発明の実施形態の一部工程の概略図である。
【図３】本発明の実施形態の一部工程の概略図である。
【図４】本発明の実施形態における導電体層の配列を説明する概略図である。
【図５】本発明の実施形態における電磁誘導加熱を説明する概略図である。
【図６】本発明の実施形態の工程概略図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  膜成長用基板
２  導電体層
３  半導体膜
４  誘導加熱用コイル
５  誘電体層
６  導電体層
７  第１の基板
８  第２の基板
９  支持層
１０，１１，１２  半導体膜
２０  デバイス基板
２１  電極
２２  絶縁層
【図１】
2007220886.tif 000003
【図２】
2007220886.tif 000004
【図３】
2007220886.tif 000005
【図４】
2007220886.tif 000006
【図５】
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【図６】
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