(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の上に第１の半導体層を成長する第１の工程と、
加熱により剥離可能な接着剤層を有する高分子フィルムの接着面を前記第１の半導体層の上面に貼り合わせる第２の工程と、
前記第１の基板に対して前記第１の半導体層の反対側の面から、前記第１の基板を透過し且つ前記第１の半導体層で吸収される波長を有する照射光を照射することにより、前記第１の半導体層と前記第１の基板との間に前記第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する第３の工程と、
前記第１の基板を加熱して前記接着剤層の接着力を弱めることにより、前記第１の半導体層から前記高分子フィルムを剥離する第４の工程とを備え、
前記第３の工程と前記第４の工程との間に、
前記熱分解層を選択的に除去することにより、前記第１の基板を前記第１の半導体層から分離する第５の工程と、
前記第１の半導体層における前記第１の基板が分離された面に、前記第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を貼り合わせる第６の工程とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記高分子フィルムはポリエステルからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
第１の基板の上に第１の半導体層を成長する第１の工程と、
前記第１の半導体層の上に犠牲膜を形成した後、接着剤層を有する高分子フィルムの接着面を前記犠牲膜の上面に貼り合わせる第２の工程と、
前記第１の基板に対して前記第１の半導体層の反対側の面から、前記第１の基板を透過し且つ前記第１の半導体層で吸収される波長を有する照射光を照射することにより、前記第１の半導体層と前記第１の基板との間に前記第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する第３の工程と、
前記犠牲膜を選択的に除去することにより、前記第１の半導体層から前記高分子フィルムを剥離する第４の工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記高分子フィルムはポリイミドからなることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記犠牲膜は、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化亜鉛のうちのいずれか１つからなる単層膜、又はこれらのうち２つ以上を含む積層膜であることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第４の工程において、前記犠牲膜を酸性溶液により溶解することを特徴とする請求項３〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の半導体層は能動層を含むことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第３の工程と前記第４の工程との間に、
前記熱分解層を選択的に除去することにより、前記第１の基板を前記第１の半導体層から分離する第５の工程と、
前記第１の半導体層における前記第１の基板が分離された面に、前記第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を貼り合わせる第６の工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項３〜７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第６の工程は、前記第２の基板と前記第１の半導体層との間に金属膜を介在させる工程を含むことを特徴とする請求項１又は８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記金属膜はインジウム又はスズを含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第６の工程よりも後に、
前記第２の基板における劈開が容易な面により前記第２の基板と前記第１の半導体層とを劈開する第７の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項８〜１０のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第４の工程よりも後に、前記第１の半導体層の上に第２の半導体層を成長する第８の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の半導体層は能動層を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
第１の基板の上に第１の半導体層を成長する第１の工程と、
加熱により剥離可能な接着剤層を有する高分子フィルムの接着面を前記第１の半導体層の上面に貼り合わせる第２の工程と、
前記第１の基板に対して前記第１の半導体層の反対側の面から、前記第１の基板を透過し且つ前記第１の半導体層で吸収される波長を有する照射光を照射することにより、前記第１の半導体層と前記第１の基板との間に前記第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する第３の工程と、
前記第１の基板を加熱して前記接着剤層の接着力を弱めることにより、前記第１の半導体層から前記高分子フィルムを剥離する第４の工程と、
前記第４の工程よりも後に、前記第１の半導体層の上に第２の半導体層を成長する第８の工程とを備え、
前記第８の工程よりも後に、
前記熱分解層を選択的に除去することにより、前記第１の基板を前記第１の半導体層から分離する第９の工程と、
前記第１の半導体層における前記第１の基板が分離された面に、前記第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を貼り合わせる第１０の工程とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２の半導体層は能動層を含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１０の工程は、前記第２の基板と前記第１の半導体層との間に金属膜を介在させる工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記金属膜はインジウム又はスズを含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第１０の工程よりも後に、
前記第２の基板における劈開が容易な面により前記第２の基板、第１の半導体層及び第２の半導体層を劈開する第１１の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１４〜１６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第２の基板は、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、炭化シリコン又は金属からなることを特徴とする請求項１、８〜１１、１４〜１８のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第２の半導体層は窒素を含む化合物半導体からなることを特徴とする請求項１２〜１９のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記第１の半導体層は窒素を含む化合物半導体からなることを特徴とする請求項１〜２０のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第１の基板は、サファイア、酸化マグネシウム又は酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａｘＡｌ１−ｘＯ２ ，但し、ｘは０≦ｘ≦１である）からなることを特徴とする請求項１〜２１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記照射光は、パルス状に発振するレーザ光であることを特徴とする請求項１、３及び１４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
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１、３及び１４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記照射光は、前記第１の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１、３及び１４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
前記照射光は、前記第１の基板を加熱しながら照射することを特徴とする請求項１、３及び１４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
前記第１の基板の加熱温度は、前記高分子フィルム又は接着剤層が変質しない温度に設定することを特徴とする請求項２６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
前記第８の工程よりも後に、
前記熱分解層を選択的に除去することにより、前記第１の基板を前記第１の半導体層から分離する第９の工程と、
前記第１の半導体層における前記第１の基板が分離された面に、前記第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を貼り合わせる第１０の工程とを備えていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子等の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム（ＧａＮ）を主な組成とするIII-Ｖ族窒化物半導体（ＩｎＧａＡｌＮ）は広い禁制帯幅を有しているため、青色光又は緑色光を発する可視域発光ダイオード素子や短波長半導体レーザ素子といった発光デバイスに応用でき、特に発光ダイオード素子は、既に大型ディスプレイや信号機で実用化されており、また、蛍光材料を励起することで発光する白色発光ダイオード素子は、現行の照明器具との置き換えが期待されている。
【０００３】
また、半導体レーザ素子についても、青紫色レーザ素子を用いた高密度で且つ大容量の光ディスク装置を実現すべくその量産が近づいてきている。
【０００４】
これまで、窒化物半導体は他のワイドギャップ半導体と同様に、その結晶成長は困難であったが、最近になって有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:ＭＯＣＶＤ)法を中心とする結晶成長技術が大きく進展したため、前述のダイオード素子が実用化されるに至っている。
【０００５】
ところで、窒化物半導体は、エピタキシャル成長用の基板を窒化ガリウムにより作製することが困難であり、シリコン（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）の半導体結晶の結晶成長に用いられているような、エピタキシャル成長層と同一の材料からなる基板上への結晶成長を容易には行なえないため、一般には、窒化物半導体と異なる材料からなる基板上に成長するヘテロエピタキシャル成長が行なわれている。
【０００６】
これまでのところ、窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長に最も広く用いられ、また最も優れたデバイス特性を示しているのがサファイアである。ところが、サファイアは絶縁性であるため、その上に例えばｐｎ接合を含む発光ダイオード素子を形成した場合には、該ｐｎ接合を構成する窒化物半導体層のうち基板側の半導体層をエッチングにより露出し、ｐ側電極及びｎ側電極を共に基板のエピタキシャル層側に形成する必要があり、結果として、チップ面積が増大する上に直列抵抗も増大する。
【０００７】
また、サファイアは熱伝導率が悪いため、例えば半導体レーザ素子をサファイアからなる基板上に形成した場合には、素子からの放熱が悪くなり、レーザ素子の寿命が短くなる。
【０００８】
これらの問題を解決する方法の１つとして、窒化物半導体を成長する基板にサファイアに代えて、より放熱性に優れる導電性基板を用いる方法がある。これまでに、シリコン（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる基板を用いた結晶成長が盛んに研究し開発されてきたが、結晶性の点でサファイアを凌駕する材料は実現されていない。
【０００９】
そこで、サファイア基板上に成長して結晶状態が良好な窒化物からなるエピタキシャル半導体層をサファイア基板から分離し、サファイアに代わる基板（異種基板）の上に移し替える、いわゆる転写（トランスファ）という方法が検討されている。
【００１０】
サファイア基板をエピタキシャル半導体層から分離するには、該サファイア基板を研磨して除去することも可能ではあるが、サファイア基板に対する研磨の制御が難しく、また、窒化物半導体が成長したサファイア基板は、窒化物半導体とサファイアとの熱膨張係数の差によって成長後に基板が凸状に反るという問題が生じる。このため、レーザリフトオフ法というサファイア基板の分離方法が開発されている(M.K. Kelly et al, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.38 (1999) pp.L217-L219, W.S. Wong et al., Applied Physics Letters, Vol. 72 (1998) pp599- 601）。具体的には、窒化物半導体層をサファイア基板上に成長した後に、例えば、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光又は波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザの第３高調波光をサファイア基板及び窒化物半導体層に照射する。これらのレーザ光は、光出力が非常に大きい短パルスレーザであり、いずれの場合もサファイアを透過して窒化物半導体層のみで吸収される。この光吸収により、窒化物半導体層は基板との界面付近が局所的に加熱されるため、レーザの出力が十分に大きい場合には熱分解を生じる。その結果、窒化物半導体層とサファイアとの界面には熱分解により生じた金属ガリウム（Ｇａ）を含む分解層が形成される。従って、ガリウムの融点を超える程度にまで加熱するか、酸性溶液により該分解層を除去することにより、窒化物半導体層をサファイア基板から分離することができる。
【００１１】
しかしながら、発光デバイスに用いる窒化物半導体層はその厚さが５μｍ〜１０μｍ程度と小さいため、サファイア基板を分離した後の窒化物半導体層（ウエハ）の扱い（ハンドリング）が極めて困難となる。
【００１２】
そこで、基板を分離した後のウエハのハンドリングを容易とするため、最初に窒化物半導体層におけるサファイア基板の反対側の面上に例えばシリコンからなる異種基板を貼り合わせた後に、レーザリフトオフ法によってサファイア基板を分離することにより、窒化物半導体層を異種基板に転写するという第１の方法が示された(W.S.Wong et al., Applied Physics Letters, Vol. 77 (2000) pp.2822-2824）。
【００１３】
また、第２の方法として、窒化物半導体層におけるサファイア基板の反対側の面上に、有機系接着剤を介して例えばシリコンからなる保持基板を貼り合わせ、その後、レーザリフトオフを行なってサファイア基板を窒化物半導体層から分離する。続いて、窒化物半導体層を例えば銅（Ｃｕ）からなる異種基板に貼り付けた後に有機系接着剤を除去することにより、保持基板を窒化物半導体層から分離することにより、窒化物半導体層を異種基板に転写する方法が示された(W.S. Wong et al., Compound Semiconductor Vol.7,(2001) pp47-49）。
【００１４】
このように、第１の方法及び第２の方法により、サファイア基板を除去し、代わりに導電性を有する異種基板上に移し替えるため、ｐ側電極及びｎ側電極を異種基板を挟んで互いに対向するように形成できるので、チップサイズの縮小及び直列抵抗の低減を実現できる。その上、放熱性も改善されてデバイスの高性能化が可能となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の第１の方法は、サファイア基板上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長した後室温に戻す際に、サファイアと窒化物半導体との熱膨張係数の差によって基板が凸状に反ってしまうため、シリコンからなる異種基板を窒化物半導体層に貼り合わせる場合に、比較的大きな面積で均一に貼り合わせることが極めて困難であるという問題がある。
【００１６】
また、前記従来の第２の方法は、シリコン基板を窒化物半導体層と貼り合わせる有機系接着剤を完全に除去することが困難であるという問題がある。
【００１７】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、基板上に成長した半導体層が比較的に大面積であっても、異種基板等の他の部材を均一な状態で貼り合わせ可能とすると共に、異種基板への転写を確実に行なえるようにすることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、基板上に成長した半導体層の上に高分子フィルムを貼り合わせる構成とする。
【００１９】
具体的に、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、第１の基板の上に第１の半導体層を成長する第１の工程と、加熱により剥離可能な接着剤層を有する高分子フィルムの接着面を第１の半導体層の上面に貼り合わせる第２の工程と、第１の基板に対して第１の半導体層の反対側の面から、第１の基板を透過し且つ第１の半導体層で吸収される波長を有する照射光を照射することにより、第１の半導体層と第１の基板との間に第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する第３の工程と、第１の基板を加熱して接着剤層の接着力を弱めることにより、第１の半導体層から高分子フィルムを剥離する第４の工程とを備えている。
【００２０】
第１の半導体装置の製造方法によると、一般に高分子フィルムは可塑性に富むため、第１の半導体層が凸状又は凹状に反っている場合であっても、大面積で均一に貼り合わせることが可能となる。その上、高分子フィルムは加熱により剥離可能な接着剤層を有しているため、該高分子フィルムを加熱するだけで剥離することができ、第１の半導体層には有機系接着剤が残ることもない。また、第１の基板を透過し且つ第１の半導体層で吸収される波長を有する照射光を照射することにより、第１の半導体層と第１の基板との間に第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成するため、第１の半導体層は第１の基板との間で原子同士の結合が切断されるので、その後に、第１の半導体層を下地層とする第２の半導体層を再成長するような場合には、該第２の半導体層の結晶成長が基板の結晶格子の影響を受けなくなり、第２の半導体層の結晶性が向上する。その上、熱分解層を選択的に除去するだけで、第１の半導体層及び第２の半導体層の分離が可能となるので、異種基板への転写も容易に行なうことができる。
【００２１】
第１の半導体装置の製造方法において、高分子フィルムはポリエステルからなることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、第１の基板の上に第１の半導体層を成長する第１の工程と、第１の半導体層の上に犠牲膜を形成した後、接着剤層を有する高分子フィルムの接着面を犠牲膜の上面に貼り合わせる第２の工程と、第１の基板に対して第１の半導体層の反対側の面から、第１の基板を透過し且つ第１の半導体層で吸収される波長を有する照射光を照射することにより、第１の半導体層と第１の基板との間に第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する第３の工程と、犠牲膜を選択的に除去することにより、第１の半導体層から高分子フィルムを剥離する第４の工程とを備えている。
【００２３】
第２の半導体装置の製造方法によると、前記第１の半導体装置の製造方法と同様の効果を得られる上に、高分子フィルムが加熱により剥離可能な接着剤層を有していない場合であっても、第１の半導体層と高分子フィルムとの間に選択的に除去が可能な犠牲膜を介在させているため、第１の半導体層から高分子フィルムを剥離する際に、第の１半導体層上に接着剤が一切残ることがない。
【００２４】
第２の半導体装置の製造方法において、高分子フィルムはポリイミドからなることが好ましい。
【００２５】
第２の半導体装置の製造方法において、犠牲膜は、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化亜鉛のうちのいずれか１つからなる単層膜又はこれらのうち２つ以上を含む積層膜であることが好ましい。
【００２６】
第２の半導体装置の製造方法は、第４の工程において犠牲膜を酸性溶液により溶解することが好ましい。
【００２７】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層は能動層を含むことが好ましい。ここで、能動層とは、例えば、発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子における発光層、又は電子デバイスにおけるキャリア走行層をいう。
【００２８】
第１又は第２の半導体装置の製造方法は、第３の工程と第４の工程との間に、熱分解層を選択的に除去することにより、第１の基板を第１の半導体層から分離する第５の工程と、第１の半導体層における第１の基板が分離された面に、第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を貼り合わせる第６の工程とをさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
この場合に、第６の工程が第２の基板と第１の半導体層との間に金属膜を介在させる工程を含むことが好ましい。
【００３０】
この場合の金属膜はインジウム又はスズを含むことが好ましい。
【００３１】
また、第１又は第２の半導体装置の製造方法は、第６の工程よりも後に、第２の基板における劈開が容易な面により第２の基板と第１の半導体層とを劈開する第７の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３２】
第１又は第２の半導体装置の製造方法は、第４の工程よりも後に、第１の半導体層の上に第２の半導体層を成長する第８の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３３】
この場合に、第２の半導体層は能動層を含むことが好ましい。
【００３４】
第１又は第２の半導体装置の製造方法は、第８の工程よりも後に、熱分解層を選択的に除去することにより、第１の基板を第１の半導体層から分離する第９の工程と、第１の半導体層における第１の基板が分離された面に、第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を貼り合わせる第１０の工程とをさらに備えていることが好ましい。
【００３５】
この場合に、第１０の工程は、第２の基板と第１の半導体層との間に金属膜を介在させる工程を含むことが好ましい。
【００３６】
この場合の金属膜はインジウム又はスズを含むことが好ましい。
【００３７】
第１又は第２の半導体装置の製造方法は、第１０の工程よりも後に、第２の基板における劈開が容易な面により第２の基板、第１の半導体層及び第２の半導体層を劈開する第１１の工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３８】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第２の基板は、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、炭化シリコン又は金属からなることが好ましい。
【００３９】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層は窒素を含む化合物半導体からなることが好ましい。
【００４０】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第２の半導体層は窒素を含む化合物半導体からなることが好ましい。
【００４１】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の基板は、サファイア、酸化マグネシウム又は酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａxＡｌ1-xＯ2 ，０≦ｘ≦１）からなることが好ましい。
【００４２】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、照射光はパルス状に発振するレーザ光であることが好ましい。
【００４３】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、照射光は水銀ランプの輝線であることが好ましい。
【００４４】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、照射光は、第１の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。
【００４５】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、照射光は第１の基板を加熱しながら照射することが好ましい。
【００４６】
この場合に、第１の基板の加熱温度は高分子フィルム又は接着剤層が変質しない温度に設定することが好ましい。
【００４７】
【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。
【００４８】
図１（ａ）〜図１（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００４９】
第１の実施形態は、発光ダイオード素子等の半導体装置を形成できる基板付きの半導体層（ウエハ）の製造方法である。
【００５０】
まず、図１（ａ）に示すように、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、サファイアからなる基板（ウエハ）１０の上に、成長温度が約１０００℃で厚さが約３μｍの窒化物半導体層、すなわちＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは０≦ｘ，ｙ≦１で且つ０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体層１１を成長する。ここでは、半導体層１１の結晶性を良好とするために、成長温度が５００℃程度で厚さが約５０ｎｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる、いわゆる低温バッファ層（図示せず）を成長した後、半導体層１１を成長してもよい。
【００５１】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体層１１の上面に、加熱により変質し、容易に剥離可能な接着剤層５１ａを有する高分子フィルム５１を貼り付ける。この高分子フィルム５１は基材５１ｂがポリエステルからなり、接着剤層５１ａは１７０℃程度で加熱されると発泡してその接着面積が減少し、接着力がなくなるように形成されている。
【００５２】
次に、図１（ｃ）に示すように、基板１０に対して半導体層１１の反対側の面から、パルス状に発振する波長が２４８ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ光を基板１０をスキャンするように照射する。照射されたレーザ光は、基板１０では吸収されず、半導体層１１でのみ吸収される。このレーザ光の吸収により、半導体層１１は局所的に発熱し、該半導体層１１はその基板１０との界面において原子同士の結合が切断されて、基板１０と半導体層１１との間に金属ガリウム（Ｇａ）を含む熱分解層１１ａが形成される。すなわち、レーザ光を半導体層１１に照射することにより、基板１０の上に成長した半導体層１１は、基板１０との間で原子間の結合が切断されながらも、熱分解層１１ａにより基板１０と接着された状態となる。
【００５３】
次に、図１（ｄ）に示すように、半導体層１１に高分子フィルム５１が貼り付けられた基板１０を約１８０℃の温度に加熱したホットプレート（図示せず）の加熱面上に載置する。この加熱により、接着剤層５１ａは発泡して接着力がなくなるため、高分子フィルム５１を半導体層１１から容易に剥離することができる。
【００５４】
なお、図１（ｃ）のレーザ光の照射工程において、半導体層１１を成長した後、室温にまで冷却する際に生じた窒化物半導体とサファイアとの熱膨張係数の差によるストレスを緩和するために、基板１０を接着剤層５１ａが発泡しない程度の温度で、例えば１７０℃よりも低い温度で加熱してもよい。
【００５５】
また、第１の実施形態においては、レーザ光がパルス状に発振し、レーザ光の出力パワーを著しく増大することができるので、基板１０を半導体層１１から容易に分離することができる。
【００５６】
また、レーザ光を基板１０に対してその面内でスキャンしながら照射するため、基板１０の径が比較的に大きい場合であっても、レーザ光のビーム径に影響されることなく、基板１０を分離することができる。
【００５７】
また、レーザ光の光源には、ＫｒＦエキシマレーザに代えて、波長が３５５ｎｍのＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）レーザの第３高調波、又は波長が３６５ｎｍの水銀ランプの輝線を用いてもよい。光源に水銀ランプの輝線を用いる場合には、出力光のパワーではレーザに劣るものの、スポットサイズを大きくできるため、分離工程を短時間で行なうことができる。
【００５８】
また、高分子フィルム５１は、レーザ光の照射後に生ずるストレスを緩和するために、厚さが１００μｍ以上であることが望ましい。
【００５９】
このように、第１の実施形態によると、半導体層１１の上面に該半導体層１１のハンドリングを容易とする保持基板として高分子フィルム５１を用いており、この高分子フィルム５１は可塑性に富むため、半導体層１１の成長後に基板１０が凸状又は凹状に反っている場合であっても、均一に貼り付けることができる。
【００６０】
さらに、高分子フィルム５１の接着材層５１ａは加熱することにより接着力が弱くなる又はなくなる特性を有しているため、接着剤層５１ａが半導体層１１の上面に残ることがない。
【００６１】
その上、第１の実施形態に係る半導体層１１は、金属ガリウムを含む熱分解層１１ａを介して基板１０に保持される。従って、半導体層１１を下地層として、その上に例えば窒化物半導体からなるｐｎ接合を含む能動層、例えば発光層を形成すると、基板１０と発光層との格子不整合が緩和されると共に、発光層は基板１０との熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるため、良好な結晶性を有する発光デバイスを実現することができる。
【００６２】
すなわち、半導体層１１は、サファイアからなる基板１０との間の格子不整合及び熱的不整合の影響を受けにくくなるため、例えばアルミニウムの組成が比較的に大きく窒化ガリウム（ＧａＮ）との格子不整合が大きい窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる半導体層をクラックを発生させることなく形成することができる。また、インジウムの組成が比較的に大きく窒化ガリウムとの格子不整合が大きい窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を結晶性良く形成することができるようになる。
【００６３】
（第２の実施形態）
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。
【００６４】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００６５】
第２の実施形態は、発光ダイオード素子等の半導体装置を形成できる基板付きの半導体層（ウエハ）の製造方法である。
【００６６】
まず、図２（ａ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１０（ウエハ）の上に、成長温度が約１０００℃で厚さが約３μｍの窒化物半導体層、すなわちＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは０≦ｘ，ｙ≦１で且つ０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体層１１を成長する。ここでは、半導体層１１の結晶性を良好とするために、成長温度が５００℃程度で厚さが約５０ｎｍの窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなる低温バッファ層（図示せず）を成長した後、半導体層１１を成長してもよい。続いて、例えば気相堆積（Chemical Vapor Deposition:ＣＶＤ）法により、半導体層１１の上に、厚さが約３００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる犠牲膜６０を堆積する。
【００６７】
次に、図２（ｂ）に示すように、犠牲膜６０の上面に、ポリイミドからなる基材５２ｂに接着剤層５２ａが塗布された厚さが少なくとも１００μｍの高分子フィルム５２を貼り付ける。
【００６８】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１０に対して半導体層１１の反対側の面から、パルス状に発振する波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を基板１０をスキャンするように照射する。照射されたレーザ光は、半導体層１１で吸収され、その吸収された部分の局所的な発熱により、半導体層１１はその基板１０との界面において原子同士の結合が切断されて、基板１０と半導体層１１層との間に金属ガリウムを含む熱分解層１１ａが形成される。すなわち、レーザ光により、基板１０の上に成長した半導体層１１は、基板１０との間で原子間の結合が切断されながらも、熱分解層１１ａにより基板１０と接着された状態となる。
【００６９】
次に、図２（ｄ）に示すように、半導体層１０に高分子フィルム５２が貼り付けられた基板１０を、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）の水溶液に浸して犠牲膜６０を選択的に除去すると、高分子フィルム５２は半導体層１１から容易に剥離する。
【００７０】
なお、図２（ｃ）のレーザ光の照射工程において、半導体層１１を成長した後室温にまで冷却する際に生じた窒化物半導体とサファイアとの熱膨張係数の差によるストレスを緩和するために、基板１０を高分子フィルム５２の基材５２ｂが変質しない程度の温度で、例えば約３００℃以下の温度に加熱してもよい。このように、第２の実施形態においては、ポリエステルと比べて耐熱性が高いポリイミドを用いるため、例えばレーザ照射時の加熱温度をより高くできるので、熱分解層１１ａを形成する際の半導体層１１に生ずるストレスが緩和され、その結果、分離時の半導体層１１に発生するクラックを抑制することができる。なお、高分子フィルム５２は、レーザ光の照射後に生ずるストレスを緩和するために、厚さが１００μｍ以上であることが望ましい。
【００７１】
また、レーザ光の光源には、ＫｒＦエキシマレーザに代えて、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザの第３高調波、又は波長が３６５ｎｍの水銀ランプの輝線を用いてもよい。
【００７２】
このように、第２の実施形態によると、半導体層１１の上面に該半導体層１１のハンドリングを容易とする保持基板として高分子フィルム５２を用いており、この高分子フィルム５２は可塑性に富むため、半導体層１１の成長後に基板１０が凸状又は凹状に反っている場合であっても、均一に貼り付けることができる。
【００７３】
また、高分子フィルム５２を、ウエットエッチングにより選択的に除去が可能な犠牲膜６０を介在させて貼り付けているため、該高分子フィルム５２を剥離した後に、半導体層１１の表面に接着剤層５２ａが残存することがなく、第１の実施形態と比べても、半導体層１１により清浄な表面を得ることができる。
【００７４】
さらに、第２の実施形態に係る半導体層１１は、金属ガリウムを含む熱分解層１１ａを介して基板１０に保持される。従って、半導体層１１を下地層として、その上に例えば窒化物半導体からなるｐｎ接合を含む能動層、例えば発光層を形成すると、基板１０と発光層との格子不整合が緩和されると共に、発光層は基板１０との熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるため、良好な結晶性を有する発光デバイスを実現することができる。
【００７５】
すなわち、半導体層１１は、サファイアからなる基板１０との間の格子不整合及び熱的不整合の影響を受けにくくなるため、例えばアルミニウムの組成が比較的に大きく窒化ガリウム（ＧａＮ）との格子不整合が大きい窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる半導体層をクラックを発生させることなく形成することができる。また、インジウムの組成が比較的に大きく窒化ガリウムとの格子不整合が大きい窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を結晶性良く形成することができるようになる。
【００７６】
なお、半導体層１１と高分子フィルム５２の接着剤層５２ａとの間に設ける犠牲膜６０は、酸化シリコンに限られず、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いてもよく、また、酸化シリコンを含むこれらのうちの２つ以上からなる積層膜であってもよい。但し、犠牲膜６０のエッチング溶液として、熱分解層１１ａに含まれる金属ガリウムを溶解しないように、例えば窒化シリコンの場合はフッ酸、また、酸化亜鉛の場合は硝酸というように、犠牲膜６０を選択的に除去できるエッチング溶液を選ぶ必要がある。
【００７７】
（第３の実施形態）
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。
【００７８】
第３の実施形態は、発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子等の半導体装置の製造方法である。
【００７９】
図３（ａ）〜図３（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００８０】
まず、図３（ａ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板（ウエハ）１０の上に、成長温度が約１０００℃で厚さが約４μｍのｎ型窒化物半導体層、すなわちｎ型のＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは０≦ｘ，ｙ≦１で且つ０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる第１半導体層２１を成長する。ここでは、第１半導体層２１の結晶性を良好とするために、成長温度が５００℃程度で厚さが約５０ｎｍの窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなる低温バッファ層（図示せず）を成長した後、第１半導体層２１を成長してもよい。続いて、第１半導体層２１の上に、厚さが約０．２μｍのＩｎu Ｇａv Ａｌ1-u-v Ｎ（但し、ｕ，ｖは０≦ｕ，ｖ≦１で且つ０≦ｕ＋ｖ≦１）からなる発光層２２と、該発光層２２の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型のＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎからなる第２半導体層２３を成長する。以下、第１半導体層２１、発光層２２及び第２半導体層２３をエピタキシャル層と呼ぶ。また、発光層２２は多重量子井戸構造を含む構成としてもよい。
【００８１】
次に、図３（ｂ）に示すように、第２半導体層２３の上面に、第１の実施形態と同様に、加熱により容易に剥離可能な接着剤層５１ａを有する高分子フィルム５１を貼り付ける。
【００８２】
次に、図３（ｃ）に示すように、基板１０に対して第１半導体層２１の反対側の面から、パルス状に発振する波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を基板１０をスキャンするように照射する。このとき、第１半導体層２１はレーザ光を吸収し、吸収した部分の局所的な発熱によって、第１半導体層２１には基板１０との間に金属ガリウムを含む熱分解層２１ａが形成される。ここで、レーザ光のパワー密度を十分に大きくすると、第１半導体層２１における熱分解層２１ａの厚さが大きくなり、その結果、レーザ光を照射した直後に基板１０から高分子フィルム５１及びエピタキシャル層が剥離されて、基板１０をエピタキシャル層から分離することができる。なお、ここで、基板１０は、例えば、金属ガリウムの融点（約２９℃）以上の温度で加熱したり、塩酸に浸したりすることによって分離してもよい。これにより、エピタキシャル層は高分子フィルム５１に保持された状態となる。
【００８３】
このとき、エピタキシャル層を成長した後、室温にまで冷却する際に生じた窒化物半導体とサファイアとの熱膨張係数の差によるストレスを緩和するために、基板１０を接着剤層５１ａが発泡しない程度の温度で、例えば１７０℃よりも低い温度で加熱してもよい。また、レーザ光の光源には、ＫｒＦエキシマレーザに代えて、ＹＡＧレーザの第３高調波又は水銀ランプの輝線を用いてもよい。また、高分子フィルム５１は、レーザ光の照射後に生ずるストレスを緩和するために、厚さが１００μｍ以上であることが望ましい。
【００８４】
次に、図３（ｄ）に示すように、第１半導体層２１における熱分解層２１ａが形成されていた面に付着する金属ガリウムを塩酸（ＨＣｌ）により除去する。続いて、例えば電子ビーム蒸着法により、第１半導体層２１における発光層２２の反対側の面上にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）とからなる第１の金属積層膜６２を成膜する。これと並行して、主面の面方位に（１００）面を持つ導電性のシリコン（Ｓｉ）からなる異種基板６１を用意し、その主面上に、例えば電子ビーム蒸着法により、金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）との合金と金（Ａｕ）とからなる第２の金属積層膜６３を成膜する。
【００８５】
次に、図３（ｅ）に示すように、異種基板６１の第２の金属積層膜６３と、第１半導体層２１の第１の金属積層膜６２とを互いに対向するように貼り合わせた後、約１８０℃の温度に加熱したホットプレート（図示せず）の加熱面上に異種基板６１を載置する。この加熱により、接着剤層５１ａは発泡して接着力がなくなるため、高分子フィルム５１を第２半導体層２３から容易に剥離することができる。その後、第２半導体層２３を異種基板６１に押圧しながら温度を上げることにより、第１半導体層２１と異種基板６１とが、第１の金属積層膜６２及び第２の金属積層膜６３が互いに融着してなる第３の金属積層膜６４によって貼り合わせられる。
【００８６】
ここで、第２の金属積層膜６３は、金、スズ及び金の３層構造でも良い。但し、表面の金層はスズの酸化を防ぐために設けているため、例えばその厚さは５ｎｍと小さくすることが好ましい。なお、スズに代えてインジウム（Ｉｎ）を用いても良い。このように、スズ又はインジウムは、その融点がそれぞれ２３２℃、１５７℃であり、金属材料のなかでは比較的に融点が低いため、異種基板６１の融着を低温で行なうことができる。このように、エピタキシャル層と異種基板６１との貼り合わせを金属の合金化反応を利用して行なうため、エピタキシャル層と異種基板６１との界面の電気抵抗を小さくできると共に、両者を均一に貼り合わせることができる。
【００８７】
以上説明したように、第３の実施形態によると、発光層２２を含むエピタキシャル層を、絶縁性のサファイアからなる基板１０から導電性を有するシリコンからなる異種基板６１に確実に転写することができる。この転写工程において、エピタキシャル層のハンドリングを容易にする保持基板に高分子フィルム５１を用いているため、基板１０及びエピタキシャル層に反りが生じていても、高分子フィルム５１をエピタキシャル層に容易に且つ確実に貼り付けることができる。その上、高分子フィルム５１の接着剤層５１ａはそれ自体が加熱により発泡して接着力（粘着力）が低下するため、有機系接着剤のように残存することがない。
【００８８】
また、エピタキシャル層は導電性を有する異種基板６１に転写されるため、ハンドリングの容易性が確保されると共に、該異種基板６１にも電極（ｎ側電極）をｐ側電極と対向するように形成することができる。その結果、サファイア基板を用いた場合と比べてチップサイズを小さくできると共に、直列抵抗を低減することができる。その上、サファイアからなる基板１０を除去することにより、エピタキシャル層の放熱性が向上するため、素子の高出力化及び長寿命化を実現できる。さらに、エピタキシャル層を異種基板６１における劈開が容易な面で劈開することができるため、例えば半導体レーザ素子に適用した場合には、その劈開面により良好な共振器を形成することができる。その結果、レーザ素子におけるしきい値電流の低減化を図ることができ、レーザ素子の高性能化が可能となる。
【００８９】
（第４の実施形態）
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。
【００９０】
第４の実施形態は、発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子等の半導体装置の製造方法である。
【００９１】
図４（ａ）〜図４（ｅ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００９２】
まず、図４（ａ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１０（ウエハ）の上に、成長温度が約１０００℃で厚さが約４μｍのｎ型のＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは０≦ｘ，ｙ≦１で且つ０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる第１半導体層２１を成長する。ここでは、第１半導体層２１の結晶性を良好とするために、成長温度が５００℃程度で厚さが約５０ｎｍの窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなる低温バッファ層（図示せず）を成長した後、第１半導体層２１を成長してもよい。続いて、第１半導体層２１の上に、厚さが約０．２μｍのＩｎu Ｇａv Ａｌ1-u-v Ｎ（但し、ｕ，ｖは０≦ｕ，ｖ≦１で且つ０≦ｕ＋ｖ≦１）からなる発光層２２と、該発光層２２の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型のＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎからなる第２半導体層２３を成長する。以下、第１半導体層２１、発光層２２及び第２半導体層２３をエピタキシャル層と呼ぶ。また、発光層２２は多重量子井戸構造を含む構成としてもよい。続いて、例えばＣＶＤ法により、第２半導体層２３の上に、厚さが約３００ｎｍの酸化シリコンからなる犠牲膜６０を堆積する。
【００９３】
次に、図４（ｂ）に示すように、第２の実施形態と同様に、犠牲膜６０の上面に、ポリイミドからなる基材５２ｂに接着剤層５２ａが塗布された厚さが少なくとも１００μｍの高分子フィルム５２を貼り付ける。
【００９４】
次に、図４（ｃ）に示すように、基板１０に対して第１半導体層２１の反対側の面から、パルス状に発振する波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を基板１０をスキャンするように照射する。このとき、第１半導体層２１はレーザ光を吸収し、吸収した部分の局所的な発熱によって、第１半導体層２１には基板１０との間に金属ガリウムを含む熱分解層２１ａが形成される。ここで、レーザ光のパワー密度を十分に大きくすると、第１半導体層２１における熱分解層２１ａの厚さが大きくなり、その結果、レーザ光を照射した直後に基板１０から高分子フィルム５２及びエピタキシャル層が剥離されて、基板１０をエピタキシャル層から分離することができる。なお、ここで、基板１０は、例えば、金属ガリウムの融点（約２９℃）以上の温度で加熱したり、塩酸に浸したりすることによって分離してもよい。これにより、エピタキシャル層は犠牲膜６０を介して高分子フィルム５２に保持された状態となる。
【００９５】
このとき、エピタキシャル層を成長した後、室温にまで冷却する際に生じた窒化物半導体とサファイアとの熱膨張係数の差によるストレスを緩和するために、基板１０を高分子フィルム５２の基材５２ｂが変質しない程度の温度で、例えば約３００℃以下の温度で加熱してもよい。このように、第４の実施形態においては、ポリエステルと比べて耐熱性が高いポリイミドを用いるため、加熱温度をポリエステルの場合と比べて高く設定できるので、第１半導体層２１に生じるストレスが緩和され、その結果、分離時の第１半導体層２１に発生するクラックを抑制することができる。なお、高分子フィルム５２は、レーザ光の照射後に生ずるストレスを緩和するために、厚さが１００μｍ以上であることが望ましい。
【００９６】
また、レーザ光の光源には、ＫｒＦエキシマレーザに代えて、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザの第３高調波、又は波長が３６５ｎｍの水銀ランプの輝線を用いてもよい。
【００９７】
次に、図４（ｄ）に示すように、第１半導体層２１における熱分解層２１ａが形成されていた面に付着する金属ガリウムを塩酸により除去する。続いて、例えば電子ビーム蒸着法により、第１半導体層２１における発光層２２の反対側の面上にチタンと金とからなる第１の金属積層膜６２を成膜する。これと並行して、主面の面方位に（１００）面を持つ導電性のシリコンからなる異種基板６１を用意し、その主面上に、例えば電子ビーム蒸着法により、金及びスズの合金と金とからなる第２の金属積層膜６３を成膜する。、
次に、図４（ｅ）に示すように、異種基板６１の第２の金属積層膜６３と、第１半導体層２１の第１の金属積層膜６２とを互いに対向するように貼り合わせた後、ポリイミドが変質する温度である３００℃以下に加熱したホットプレート（図示せず）の加熱面上に異種基板６１を載置する。続いて、高分子フィルム５２を異種基板６１に押圧しながら加熱することにより、第１半導体層２１と異種基板６１とが、第１の金属積層膜６２及び第２の金属積層膜６３が互いに融着してなる第３の金属積層膜６４によって貼り合わせられる。ここで、第２の金属積層膜６３は、スズに代えてインジウムを用いても良い。
【００９８】
続いて、エピタキシャル層が貼り合わされた異種基板６１を、例えばフッ化水素酸の水溶液に浸して犠牲膜６０を選択的に除去することにより、高分子フィルム５２を半導体層１１から剥離する。
【００９９】
このように、第４の実施形態によると、発光層２２を含むエピタキシャル層を、絶縁性のサファイアからなる基板１０から導電性を有するシリコンからなる異種基板６１に転写することができる。この転写工程において、エピタキシャル層のハンドリングを容易にする保持基板に高分子フィルム５２を用いているため、基板１０及びエピタキシャル層に反りが生じていても、高分子フィルム５２をエピタキシャル層に容易に且つ確実に貼り付けることができる。その上、高分子フィルム５２は酸可溶性の犠牲膜６０を介して貼り付けられるため、接着剤が第２半導体層２３の表面に残存することがない。
【０１００】
また、エピタキシャル層は導電性を有する異種基板６１に転写されるため、該異種基板６１にも電極、この場合はｎ側電極を形成することができるので、サファイア基板を用いた場合と比べてチップサイズを小さくできると共に、直列抵抗を低減することができる。その上、サファイアからなる基板１０を除去することにより、エピタキシャル層の放熱性が向上するため、素子の高出力化及び長寿命化を実現できる。さらに、エピタキシャル層を異種基板６１における劈開が容易な面で劈開することができるため、例えば半導体レーザ素子に適用した場合には、その劈開面により良好な共振器を形成することができる。その結果、レーザ素子におけるしきい値電流の低減化を図るこができ、レーザ素子の高性能化が可能となる。
【０１０１】
なお、第２半導体層２３と高分子フィルム５２の接着剤層５２ａとの間に設ける犠牲膜６０は、酸化シリコンに限られず、窒化シリコン又は酸化亜鉛を用いてもよく、また、酸化シリコンを含むこれらのうちの２つ以上からなる積層膜であってもよい。但し、犠牲膜６０のエッチング溶液として、第３の金属積層膜６４に含まれる金属を溶解しないように、例えば窒化シリコンの場合はフッ酸、また、酸化亜鉛の場合は硝酸というように、犠牲膜６０を選択的に除去できるエッチング溶液を選ぶ必要がある。
【０１０２】
（第５の実施形態）
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。
【０１０３】
第５の実施形態は、第１の実施形態又は第２の実施形態で説明した、基板１０との間に熱分解層１１ａを介在させた状態の半導体層１１を下地層として、能動層（発光層）を含むエピタキシャル層を再成長させる半導体装置の製造方法である。
【０１０４】
図５（ａ）〜図５（ｄ）、図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１０５】
まず、図５（ａ）に示すように、第１の実施形態の図１（ｄ）又は第２の実施形態の図２（ｄ）に示すように、高分子フィルム５１、５２を除去し、約４μｍの厚さの半導体層１１（以下、下地層１１と呼ぶ）が露出した基板１０を用意する。ここで、下地層１１は、例えば、アンドープ又はシリコンがドープされたｎ型の窒化アルミニウム、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムガリウムとする。
【０１０６】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法により、下地層１１の上に、成長温度が約１０００℃で厚さが約０．５μｍのｎ型窒化物半導体層、すなわちｎ型のＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは０≦ｘ，ｙ≦１で且つ０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる第１半導体層２１を成長する。続いて、第１半導体層２１の上に、厚さが約０．２μｍのＩｎu Ｇａv Ａｌ1-u-v Ｎ（但し、ｕ，ｖは０≦ｕ，ｖ≦１で且つ０≦ｕ＋ｖ≦１）からなる発光層２２と、該発光層２２の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型のＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎからなる第２半導体層２３を成長する。以下、第１半導体層２１、発光層２２及び第２半導体層２３をエピタキシャル層と呼ぶ。また、発光層２２は多重量子井戸構造を含む構成としてもよい。
【０１０７】
エピタキシャル層は、下地層１１が金属ガリウムを含む熱分解層１１ａを介在させてサファイアからなる基板１０の上に形成されているため、窒化物半導体とサファイアとの格子不整合又は熱的不整合の影響を受けずに成長する。従って、基板１０の上に直接に成長する第３の実施形態と比べて、エピタキシャル層の結晶性が格段に向上するため、発光デバイスの高輝度化を実現できる。
【０１０８】
次に、図５（ｃ）に示すように、第２半導体層２３の上面に、第１の実施形態と同様に、加熱により容易に剥離可能な接着剤層５１ａを有する高分子フィルム５１を貼り付ける。その後、高分子フィルム５１を貼り付けたエピタキシャル層及び基板１０を塩酸に浸して、熱分解層１１ａに含まれる金属ガリウムを選択的にウエットエッチングするか、又は金属ガリウムの融点（約２９℃）以上の温度で加熱することにより、エピタキシャル層から基板１０を分離する。
【０１０９】
このとき、熱分解層１１ａが下地層１１と基板１０との界面の全体に形成されておらず、ウエットエッチングのみでは基板１０を分離できない場合には、図５（ｄ）に示すように、基板１０に対して下地層１１の反対側の面から、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を再度照射すると良い。ここで、エピタキシャル層を成長した後、室温にまで冷却する際に生じた窒化物半導体とサファイアとの熱膨張係数の差によるストレスを緩和するために、基板１０を接着剤層５１ａが発泡しない程度の温度で、例えば１７０℃よりも低い温度で加熱すると良い。また、レーザ光の光源には、ＫｒＦエキシマレーザに代えて、ＹＡＧレーザの第３高調波又は水銀ランプの輝線を用いてもよい。また、高分子フィルム５１は、レーザ光の照射後に生ずるストレスを緩和するために、厚さが１００μｍ以上であることが望ましい。
【０１１０】
次に、図６（ａ）に示すように、下地層１１における熱分解層１１ａが形成されていた面に付着する金属ガリウムを塩酸により除去する。続いて、例えば電子ビーム蒸着法により、下地層１１における第１半導体層２１の反対側の面上にチタンと金とからなる第１の金属積層膜６２を成膜する。これと並行して、主面の面方位に（１００）面を持つ導電性のシリコンからなる異種基板６１を用意し、その主面上に、例えば電子ビーム蒸着法により、金及びスズの合金と金とからなる第２の金属積層膜６３を成膜する。
【０１１１】
次に、図６（ｂ）に示すように、異種基板６１の第２の金属積層膜６３と、下地層１１の第１の金属積層膜６２とを互いに対向するように貼り合わせた後、約１８０℃の温度に加熱したホットプレート（図示せず）の加熱面上に異種基板６１を載置する。この加熱により、接着剤層５１ａは発泡して接着力がなくなるため、高分子フィルム５１を第２半導体層２３から容易に剥離することができる。その後、第２半導体層２３を異種基板６１に押圧しながら温度を上げることにより、下地層１１と異種基板６１とが、第１の金属積層膜６２及び第２の金属積層膜６３が互いに融着してなる第３の金属積層膜６４によって貼り合わせられる。
【０１１２】
ここで、第２の金属積層膜６３は、金、スズ及び金の３層構造でも良い。但し、表面の金層はスズの酸化を防ぐために設けているため、例えばその厚さは５ｎｍと小さくすることが好ましい。なお、スズに代えてインジウムを用いても良い。
【０１１３】
このように、第５の実施形態によると、第３の実施形態と同様に、発光層２２を含むエピタキシャル層を、絶縁性のサファイアからなる基板１０から導電性を有するシリコンからなる異種基板６１に確実に転写することができる。
【０１１４】
その上、第１の実施形態又は第２の実施形態で説明した方法により形成された下地層１１の上にエピタキシャル層を再成長するため、第５の実施形態に係るエピタキシャル層の結晶性は格段に向上する。従って、例えば半導体レーザ素子に適用した場合には、レーザ素子におけるしきい値電流のより一層の低減化を図ることができるなど、レーザ素子のさらなる高性能化が可能となる。
【０１１５】
（第６の実施形態）
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。
【０１１６】
第６の実施形態は、第１の実施形態又は第２の実施形態で説明した、基板１０との間に熱分解層１１ａを介在させた状態の半導体層１１を下地層として、能動層（発光層）を含むエピタキシャル層を再成長させる半導体装置の製造方法である。
【０１１７】
図７（ａ）〜図７（ｄ）、図８（ａ）及び図８（ｂ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１１８】
まず、図７（ａ）に示すように、第１の実施形態の図１（ｄ）又は第２の実施形態の図２（ｄ）に示すように、高分子フィルム５１、５２を除去し、約４μｍの厚さの半導体層１１（以下、下地層１１と呼ぶ）が露出した基板１０を用意する。ここで、下地層１１は、例えば、アンドープ又はシリコンがドープされたｎ型の窒化アルミニウム、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムガリウムとする。
【０１１９】
次に、図７（ｂ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法により、下地層１１の上に、成長温度が約１０００℃で厚さが約０．５μｍのｎ型窒化物半導体層、すなわちｎ型のＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは０≦ｘ，ｙ≦１で且つ０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる第１半導体層２１を成長する。ここでは、第１半導体層２１の結晶性を良好とするために、成長温度が５００℃程度で厚さが約５０ｎｍの窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなる低温バッファ層（図示せず）を成長した後、第１半導体層２１を成長してもよい。続いて、第１半導体層２１の上に、厚さが約０．２μｍのＩｎu Ｇａv Ａｌ1-u-v Ｎ（但し、ｕ，ｖは０≦ｕ，ｖ≦１で且つ０≦ｕ＋ｖ≦１）からなる発光層２２と、該発光層２２の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型のＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎからなる第２半導体層２３を成長する。以下、第１半導体層２１、発光層２２及び第２半導体層２３をエピタキシャル層と呼ぶ。また、発光層２２は多重量子井戸構造を含む構成としてもよい。このエピタキシャル層は、第５の実施形態と同様に、下地層１１が金属ガリウムを含む熱分解層１１ａを介在させてサファイアからなる基板１０の上に形成されているため、窒化物半導体とサファイアとの格子不整合又は熱的不整合の影響を受けずに成長する。従って、基板１０の上に直接に成長する第４の実施形態と比べて、エピタキシャル層の結晶性が格段に向上する。続いて、例えばＣＶＤ法により、第２半導体層２３の上に、厚さが約３００ｎｍの酸化シリコンからなる犠牲膜６０を堆積する。
【０１２０】
次に、図７（ｃ）に示すように、第４の実施形態と同様に、犠牲膜６０の上面に、ポリイミドからなる基材５２ｂに接着剤層５２ａが塗布された厚さが少なくとも１００μｍの高分子フィルム５２を貼り付ける。その後、高分子フィルム５２を貼り付けたエピタキシャル層及び基板１０を塩酸に浸して、熱分解層１１ａに含まれる金属ガリウムを選択的にウエットエッチングするか、又は金属ガリウムの融点（約２９℃）以上の温度で加熱することにより、エピタキシャル層から基板１０を分離する。
【０１２１】
このとき、熱分解層１１ａが下地層１１と基板１０との界面の全体に形成されておらず、ウエットエッチングのみでは基板１０を分離できない場合には、図７（ｄ）に示すように、基板１０に対して下地層１１の反対側の面から、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を再度照射すると良い。ここで、エピタキシャル層を成長した後、室温にまで冷却する際に生じた窒化物半導体とサファイアとの熱膨張係数の差によるストレスを緩和するために、基板１０を高分子フィルム５２の基材５２ｂが変質しない程度の温度で、例えば３００℃以下の温度で加熱すると良い。また、レーザ光の光源には、ＫｒＦエキシマレーザに代えて、ＹＡＧレーザの第３高調波又は水銀ランプの輝線を用いてもよい。また、高分子フィルム５２は、レーザ光の照射後に生ずるストレスを緩和するために、厚さが１００μｍ以上であることが望ましい。
【０１２２】
次に、図８（ａ）に示すように、下地層１１における熱分解層１１ａが形成されていた面に付着する金属ガリウムを塩酸により除去する。続いて、例えば電子ビーム蒸着法により、下地層１１における第１半導体層２１の反対側の面上にチタンと金とからなる第１の金属積層膜６２を成膜する。これと並行して、主面の面方位に（１００）面を持つ導電性のシリコンからなる異種基板６１を用意し、その主面上に、例えば電子ビーム蒸着法により、金及びスズの合金と金とからなる第２の金属積層膜６３を成膜する。
【０１２３】
次に、図８（ｂ）に示すように、異種基板６１の第２の金属積層膜６３と、下地層１１の第１の金属積層膜６２とを互いに対向するように貼り合わせた後、ポリイミドが変質する温度である３００℃以下に加熱したホットプレート（図示せず）の加熱面上に異種基板６１を載置する。続いて、高分子フィルム５２を異種基板６１に押圧しながら加熱することにより、下地層１１と異種基板６１とが、第１の金属積層膜６２及び第２の金属積層膜６３が互いに融着してなる第３の金属積層膜６４によって貼り合わせられる。ここで、第２の金属積層膜６３は、スズに代えてインジウムを用いても良い。
【０１２４】
続いて、エピタキシャル層が貼り合わされた異種基板６１を、例えばフッ化水素酸の水溶液に浸して犠牲膜６０を選択的に除去することにより、高分子フィルム５２を半導体層１１から剥離する。
【０１２５】
このように、第６の実施形態によると、第４の実施形態と同様に、発光層２２を含むエピタキシャル層を、絶縁性のサファイアからなる基板１０から導電性を有するシリコンからなる異種基板６１に確実に転写することができる。
【０１２６】
その上、第１の実施形態又は第２の実施形態で説明した方法により形成された下地層１１の上にエピタキシャル層を再成長するため、第６の実施形態に係るエピタキシャル層の結晶性は格段に向上する。従って、例えば半導体レーザ素子に適用した場合には、レーザ素子におけるしきい値電流のより一層の低減化を図ることができ、レーザ素子のさらなる高性能化が可能となる。
【０１２７】
なお、第２半導体層２３と高分子フィルム５２の接着剤層５２ａとの間に設ける犠牲膜６０は、酸化シリコンに限られず、窒化シリコン又は酸化亜鉛を用いてもよく、また、酸化シリコンを含むこれらのうちの２つ以上からなる積層膜であってもよい。但し、犠牲膜６０のエッチング溶液として、第３の金属積層膜６４に含まれる金属を溶解しないように、例えば窒化シリコンの場合はフッ酸、酸化亜鉛の場合は硝酸というように、犠牲膜６０を選択的に除去できるエッチング溶液を選ぶ必要がある。
【０１２８】
また、前記の第１〜第６の各実施形態において、サファイアからなる基板１０の主面の面方位は特に限定されず、例えば（０００１）面等の一般的な面方位でも良く、また、該（０００１）面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つ主面でもよい。
【０１２９】
また、下地層１１又はエピタキシャル層を成長させる基板１０の材料はサファイアに限られず、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）又は酸化リチウムガリウムアルミニウム（ＬｉＧａxＡｌ1-xＯ2 ，０≦ｘ≦１）を用いると良い。このようにすると、禁制帯幅が大きく且つ結晶性に優れた窒化物半導体を形成できるため、高輝度化と低動作電流化とが可能となり、電気的及び光学的特性に優れた高性能な青紫色可視域発光素子、すなわち発光ダイオード素子及び半導体レーザ素子を実現することができる。
【０１３０】
また、前記の第３〜第６の各実施形態において、サファイアからなる基板１０に代えてエピタキシャル層を転写する異種基板６１にシリコン（Ｓｉ）を用いたがこれに限られない。すなわち、主面が（１００）面のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）若しくは炭化シリコン（ＳｉＣ）等であって、高濃度にドープされた低抵抗な半導体基板か、又は銅（Ｃｕ）等の金属基板を用いると良い。例えば、シリコン、炭化シリコン及び金属基板は放熱性に優れるため、半導体レーザ素子に適用した場合には素子の長寿命化を図ることができる。また、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム及びリン化インジウムは劈開が容易であるため、劈開時にエピタキシャル層にも良好な劈開面を得られるので、半導体レーザ素子に適用する場合には、良好な共振器端面を形成することができる。その結果、レーザ素子のしきい値電流を低減できるので、レーザ素子の高性能化が可能となる。
【０１３１】
また、下地層１１及びエピタキシャル層の各半導体層は、必ずしもＭＯＣＶＤ法には限られず、例えば分子線エピタキシー法又はハイドライド気相成長法で行なってもよい。また、エピタキシャル層は各半導体層ごとに成長方法が異なっていてもよい。
【０１３２】
【発明の効果】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法によると、可塑性に富む高分子フィルムを用いるため、第１の半導体層が凸状又は凹状に反っている場合であっても、大面積で均一に貼り合わせることが可能となる。その上、加熱により剥離可能な接着剤層を有する高分子フィルムを用いているため、高分子フィルムを加熱するだけで剥離することができるので、第１の半導体層に有機系接着剤が残らない。また、第１の半導体層の基板との界面に該第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成するため、第１の半導体層は基板との界面において原子同士の結合が切断されるので、その後に、第１の半導体層を下地層とする第２の半導体層を再成長する場合には、該第２の半導体層の結晶成長が基板の影響を受けなくなり、第２の半導体層の結晶性が向上する。その上、熱分解層を選択的に除去するだけで、第１の半導体層及び第２の半導体層の分離が可能となるので、異種基板への転写も容易に行なうことができる。
【０１３３】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法によると、前記第１の半導体装置の製造方法と同様の効果を得られる上に、高分子フィルムが加熱により剥離可能な接着剤層を有していない場合であっても、第１の半導体層と高分子フィルムとの間に選択的に除去が可能な犠牲膜を介在させているため、第１の半導体層から高分子フィルムを剥離する際に、第の１半導体層上に接着剤が一切残ることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体装置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６の実施形態に係る半導体装置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６の実施形態に係る半導体装置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】
１０      基板（第１の基板）
１１      半導体層（下地層）
２１      第１半導体層
２２      発光層（能動層）
２３      第２半導体層
５１      高分子フィルム
５１ａ    接着剤層
５１ｂ    基材
５２      高分子フィルム
５２ａ    接着剤層
５２ｂ    基材
６０      犠牲膜
６１      異種基板（第２の基板）
６２      第１の金属積層膜
６３      第２の金属積層膜
６４      第３の金属積層膜
【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】
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