JP3962283B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【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又は短波長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、高密度で且つ大容量の光ディスク装置用の青紫色半導体レーザ素子が既にサンプル出荷及び少量生産レベルにまで達している。
【０００４】
これまで、窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体の結晶欠陥密度が大きいため、実用に耐えうる長寿命化が困難であった。そこで、一般に用いられている有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:ＭＯＣＶＤ）法において、例えば酸化シリコンからなるマスクパターンを窒化物半導体からなる下地層の上に形成し、形成したマスクパターンからの露出領域上に再成長するという選択的横方向成長（Epitaxial Lateral Overgrowth：ＥＬＯＧ）法が提案されている。このＥＬＯＧ法によると、下地層における結晶構造の影響を受けない横方向成長によって結晶欠陥密度が従来の１０9 ｃｍ-2レベルから１０7 ｃｍ-2レベルにまで低減し、これにより、窒化物半導体レーザ素子の寿命が大きく改善され、現在では１０００時間以上の寿命が得られている。
【０００５】
結晶欠陥密度の低減に加え、半導体レーザ素子の特性を大きく左右するのが共振器ミラーのミラー面の平坦性である。このミラー面には一般に半導体の劈開面を用いる。ところが、窒化物半導体はそのエピタキシャル成長用の基板としてサファイアを用いることが多く、サファイアとその上に成長する窒化物半導体とでは、結晶面同士の面方位が互いに３０°だけずれるため、サファイアと窒化物半導体層との劈開面が一致しない。その上、サファイアは硬度が極めて高いため、良好な劈開面を得ることが困難である。そこで、劈開を行なう代わりに、塩素ガス等を用いたドライエッチングにより窒化物半導体層をエッチングして共振器を作製する方法も試みられたが、やはり良好な共振器を形成することは困難であり、結果としてしきい値電流の値が大きくなる。
【０００６】
現状で最も優れた動作特性を示す窒化物半導体レーザ素子は、前述のＥＬＯＧ法により結晶欠陥を低減し、且つハイドライド気相成長(Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）法によって、膜厚が１００μｍ以上の窒化物半導体層を挿入する。続いて、レーザ構造を結晶成長により形成した後に、サファイアからなる基板のすべて又はその一部を研磨により除去し、最後に劈開を行なって共振器を形成する。このような製造方法を採ることにより、サファイアからなる基板の影響を受けることなく、良好な共振器を形成することができ、その結果、レーザ素子の長寿命化を実現することが可能となる。
【０００７】
このように、サファイア基板を窒化物半導体層と分離したり、サファイア基板をできるだけ薄くしたりすると、半導体レーザ素子として良好な共振器を実現することができる。
【０００８】
しかしながら、サファイアと窒化物半導体とは互いの熱膨張係数の差によって、一般に成長後には凸状に反ってしまうため、サファイア基板を研磨することにより該基板又はその一部を比較的に大面積で且つ均一に除去することは困難である。
【０００９】
そこで、サファイア基板の分離技術として提案されたのがレーザリフトオフ法と呼ばれる基板分離技術である。すなわち、窒化物半導体層をサファイア基板の上に成長した後、該基板の裏面から、例えば波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光等の、短波長で且つ高出力のレーザ光を照射することにより、窒化物半導体層からサファイア基板を分離する。このレーザ光は、サファイア基板を透過して窒化物半導体層の基板との界面近傍でのみ吸収されるため、窒化物半導体層の界面近傍が局所的に加熱されて窒化物半導体層の界面近傍部分が分解して、例えば金属ガリウムと窒素ガスとが生成される。この金属ガリウムを加熱又はウエットエッチングにより除去することにより、窒化物半導体層からサファイア基板を分離することが可能となる。
【００１０】
また、半導体レーザ素子の特性の向上を図るために、劈開可能な半導体であってサファイアと異なる材料からなる異種基板又は金属からなる基板に、サファイア基板が分離された窒化物半導体層（デバイス層）を移し替える（転写、トランスファ）ことも報告されている。このような、レーザ素子構造を銅基板に転写する例が、学術論文"W.S.Wong et al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39 p.L1203(2000)"に記載されている。
【００１１】
ところで、レーザリフトオフ法には、窒化物半導体層が熱分解され、金属ガリウムと同時に発生する窒素ガスをどのようにして拡散させ且つ放出させるかという課題があり、基板との界面の近傍に溜まったガス圧によりレーザ光を照射した後に、窒化物半導体層が吹き飛んだり、クラックが発生したりするという問題がある。
【００１２】
この問題を解決する方法として、特開２００１−１７６８１３号公報には、熱分解時に発生した窒素ガスを逃がす製造方法が記載されている。具体的には、前述したＥＬＯＧ法等を用いてサファイア基板と窒化物半導体層との間に部分的に空隙（ギャップ）を設け、発生した窒素ガスをこのギャップから逃がす方法である。
【００１３】
以上説明したように、いわゆるＥＬＯＧ法によると、横方向（基板面に平行な方向）に窒化物半導体層を再成長させることによって結晶欠陥密度が低減する。また、ギャップを有する窒化物半導体層に対してレーザリフトオフを行なうと、クラックを発生させることなく窒化物半導体層からサファイア基板を分離することが可能となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載された従来のＥＬＯＧ法は、レーザ構造に必要な数μｍ以上の膜厚に成長した場合に、結晶欠陥が低減されることにより、逆に半導体層中のストレスが増加して半導体層にクラックが発生してしまうため、厚膜化が困難である。
【００１５】
また、前記従来のレーザリフトオフ法は、基板と半導体層との間に発生した窒素ガスを逃がすには、ウエハの側面に開口する開口部のみからでは窒素ガスが十分に拡散されないため、ギャップ内のガス圧が高まってしまい、レーザ光の照射後に半導体層にクラックが発生する。
【００１６】
このように、結晶欠陥の低減を図るＥＬＯＧ法には、厚膜化に限界がありクラックが発生しやすいという問題があり、また、レーザリフトオフ法には、発生する窒素ガスにより基板と半導体層との界面のガス圧が高まり、半導体層にクラックが発生するという問題がある。
【００１７】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、基板上に成長する半導体層にクラックを生じさせない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、半導体装置の製造方法を、基板上に選択的に形成した第１の半導体層における基板との間に熱分解層を形成し、その後、第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を形成する構成とする。
【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、複数の開口部を有する第１の半導体層を選択的に形成する第１の半導体層形成工程と、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の基板の禁制帯幅よりも小さく且つ第１の半導体層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを持つ照射光を照射することにより、第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する熱分解層形成工程と、第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を成長する第２の半導体層成長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、第１の基板の上に、複数の開口部を有する第１の半導体層を選択的に形成し、その後、第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が照射光により熱分解されてなる熱分解層を形成する。続いて、第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を成長する。これにより、照射光のパワー密度が十分に大きく第１の半導体層の熱分解により分解ガスが生じる場合であっても、第１の半導体層は基板上に選択的に形成されているため、分解ガスが拡散しやすくなるので、第１の半導体層は第１の基板との間でガス圧が高くなることがなくなり、その結果、第１の半導体層にクラックが生じることがない。
【００２１】
さらに、第２の半導体層は第１の半導体層を種結晶として成長することにより、該第２の半導体層は成長時に格子不整合又は熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるため、第２の半導体層の結晶欠陥密度は低減され且つ厚膜化が可能となる。その上、第２の半導体層を第１の半導体層から横方向成長を促進するように形成すると、第２の半導体層における第１の半導体層の開口部の上方部分においては、結晶欠陥密度をより一層低減することができる。
【００２２】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層形成工程が、第１の基板における第１の半導体層からの露出部分を選択的に除去することにより、第１の基板の露出部分に溝部を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２３】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層形成工程が、第１の半導体層を組成が互いに異なる複数の半導体層によって構成する工程を含み、第２の半導体層成長工程において、第２の半導体層を、第１の半導体層における複数の半導体層のうち基板から離れた位置の半導体層を種結晶として成長させることが好ましい。
【００２４】
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、複数の開口部を有するマスク膜を選択的に形成するマスク膜形成工程と、第１の基板におけるマスク膜の各開口部からの露出面上に第１の半導体層を成長する第１の半導体層成長工程と、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の基板の禁制帯幅よりも小さく且つ第１の半導体層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを持つ照射光を照射することにより、第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する熱分解層形成工程と、第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を成長する第２の半導体層成長工程とを備えている。
【００２５】
第２の半導体装置の製造方法によると、第１の基板の上に、複数の開口部を有するマスク膜を選択的に形成し、その後、第１の基板におけるマスク膜の各開口部からの露出面上に第１の半導体層を成長する。さらに、第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が照射光により熱分解されてなる熱分解層を形成する。これにより、第１の半導体装置の製造方法と同様に、照射光のパワー密度が十分に大きく第１の半導体層の熱分解により分解ガスが生じる場合であっても、第１の半導体層は基板上に選択的に形成されているため、分解ガスが拡散しやすくなるので、第１の半導体層は第１の基板との間でガス圧が高くなることがなくなり、その結果、第１の半導体層にクラックが生じることがない。
【００２６】
さらに、第２の半導体層は第１の半導体層を種結晶として成長することにより、該第２の半導体層は成長時に格子不整合又は熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるため、第２の半導体層の結晶欠陥密度は低減され且つ厚膜化が可能となると共に、第２の半導体層を第１の半導体層から横方向成長を促進するように形成すると、第２の半導体層における第１の半導体層の開口部の上方部分においては、結晶欠陥密度をより一層低減することができる。
【００２７】
第２の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層成長工程が、第１の半導体層をマスク膜の上にも該マスク膜が部分的に露出するように成長する工程を含み、第２の半導体装置の製造方法は、熱分解層形成工程の前に、マスク膜を除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
また、第２の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層成長工程が、第１の半導体層をマスク膜の上に該マスク膜を覆うように成長する工程を含み、熱分解層形成工程の前に、第１の半導体層におけるマスク膜の上側の領域を部分的に露出した後、マスク膜を除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
第２の半導体装置の製造方法において、マスク膜が、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。
【００３０】
第１又は第２の半導体装置の製造方法は、第２の半導体層成長工程よりも後に、第１の基板を第１半導体層及び第２の半導体層から分離する基板分離工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３１】
この場合に、基板分離工程において、第１の基板が熱分解層を加熱することによって、又は酸性溶液により除去することによって分離することが好ましい。
【００３２】
第１又は第２の半導体装置の製造方法は、熱分解層形成工程の前又は後に、第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を第２の半導体層に貼り合わせる工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層及び第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。
【００３５】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第２の基板が、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。
【００３６】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の基板が、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）からなることが好ましい。
【００３７】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、照射光がパルス状に発振するレーザ光であることが好ましい。
【００３８】
また、第１又は第２の半導体装置の製造方法において、照射光が水銀ランプの輝線であることが好ましい。
【００３９】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、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。
【００４０】
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。
【００４１】
【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。
【００４２】
図１（ａ）〜図１（ｃ）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。
【００４３】
まず、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、約１０００℃の成長温度で厚さが約３μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる下地層形成層を成長する。ここで、下地層形成層を成長する前に、約５００℃の成長温度で厚さが約５０ｎｍの窒化ガリウム又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる初期成長層としてのバッファ層（図示せず）を成長してもよい。なお、結晶成長法としては、ＭＯＣＶＤ法に代えて、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）又はハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ)を用いてもよい。続いて、リソグラフィ法により、下地層形成層の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、形成したレジスト膜をマスクとして、例えば塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）をエッチングガスとする反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）法により、下地層形成層に対してドライエッチングを行なって、図１（ａ）に示すように、下地層形成層から、複数の開口部１１ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有する下地層１１を形成する。
【００４４】
次に、図１（ｂ）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、パルス状に発振する波長が２４８ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）による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で吸収される。このときのレーザスポット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との間に金属ガリウム（Ｇａ）を含む熱分解層１１ｂ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１１ｂにより基板１０と接着された状態となる。
【００４５】
第１の実施形態において、レーザ光の照射時に、下地層１１における基板１０との界面で発生した窒素（Ｎ2 ）ガスは、下地層１１の各開口部１１ａに面する側部から横方向（基板面と平行な方向）にも拡散するため、界面におけるガス圧が高くならず、下地層１１にクラックが発生することがない。なお、窒素ガスを拡散する（逃がす）効果は、ストライプ状のパターンの場合はパターン幅が小さい程大きく、またドット状のパターンの場合はドットの径が小さい程大きい。ここでは、各パターンの幅及び間隔を約５μｍとしている。
【００４６】
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、レーザ光の照射工程を短時間で行なうことができる。
【００４７】
また、レーザ光の照射工程において、レーザ光をパルス状に発振するため、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、熱分解層１１ａを確実に形成することができる。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がない。
【００４８】
また、下地層形成層を成長した後、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５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【００４９】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、パターニングされた下地層１１を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体層１２を選択的に成長する。ここで、横方向成長が促進される成長条件とは、例えば基板１０及び下地層１１の表面におけるIII 族原子の移動距離を十分に大きく保ちながらＶ族原子が多すぎない条件、すなわちＶ族源とIII 族源との原料（モル）供給比であるＶ／III 比の値を比較的に小さくするような原料ガスの供給条件か、又は通常の窒化物半導体の成長温度である１０００℃〜１０２０℃の温度よりも高い１０５０℃程度の温度条件である。
【００５０】
ここで、半導体層１２における下地層１１からの横方向成長部分は、該下地層１１よりも結晶欠陥密度が低減されている。その上、半導体層１２における下地層１１の上方に成長した部分においても、下地層１１は基板１０との間に金属ガリウムを含む熱分解層１１ｂが介在しているため、半導体層１２を成長する際には、サファイアと窒化ガリウムとの格子不整合及び熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるので、半導体層１２は下地層１１と比べて結晶欠陥が低減する。
【００５１】
半導体層１２には、ｐｎ接合又はｐｉｎ接合を有する活性層（能動層）を設けても良く、このようにすると、結晶性に優れた活性層を有する発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子等の発光デバイスを実現することができる。
【００５２】
また、半導体層１２の成長の条件を横方向成長が支配的となるように設定しているため、半導体層１２と基板１０との間には微小なギャップが形成される。従って、図１（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば塩酸（ＨＣｌ）等の酸性溶液を用いたウエットエッチングによって熱分解層１１ｂを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離することも可能である。なお、再成長した半導体層１２と基板との間にギャップがほとんど形成されない場合には、レーザ光を基板１０を通して半導体層１２に照射して、半導体層１２の基板１０との界面に新たな熱分解層を形成した後、新たな熱分解層と熱分解層１１ｂとをエッチングにより除去してもよい。
【００５３】
このように、絶縁性のサファイアからなる基板１０を分離すると、例えば発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子に適用した場合には、半導体層１２の上面及び下面の両面に互いに対向するようにｐ側及びｎ側電極を形成することができる。従って、絶縁性基板を残したまま、ｐ側電極及びｎ側電極を絶縁性基板と反対側の面上に形成する場合と比べて、チップ面積を小さくすることができ、且つ直列抵抗を低減することができる。
【００５４】
以上説明したように、第１の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に開口部１１ａを有する下地層１１を選択的に形成し、さらに下地層１１と基板１０との間に下地層１１の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層１１ｂを形成する。その後、基板１０との間に熱分解層１１ｂを介在させた状態で下地層１１を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層１１ｂをウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。従って、発光デバイスのチップサイズの低減及び高性能化を図ることができる。
【００５５】
（第１の実施形態の第１変形例）
図２（ａ）及び図２（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例を示している。
【００５６】
第１変形例では、半導体層１２の扱い（ハンドリング）を容易にするために、基板１０を分離する前に、導電性を有する異種基板を半導体層１２に貼り合わせる。
【００５７】
図２（ａ）に示すように、図１（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば導電性を有するシリコン（Ｓｉ）からなる異種基板５０を、半導体層１２の上面との間に金（Ａｕ）及びスズ（Ｓｎ）を含む金属膜５１を介在させて貼り合わせ、その後数百度に加熱して、異種基板５０及び半導体層１２をそれぞれ金属膜５１との界面部分で合金化する。ここで、スズの代わりにインジウム（Ｉｎ）を用いても良い。また、異種基板５０における半導体層１２との対向面には、あらかじめチタン（Ｔｉ）を下地膜とする金からなる薄膜を蒸着法等により形成しておくと良い。
【００５８】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば塩酸等の酸性溶液を用いたウエットエッチングによって熱分解層１１ｂを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離する。
【００５９】
第１変形例においては、半導体層１２を導電性の異種基板５０に移し替える（転写する）ため、直列抵抗及び寄生容量を低減でき、デバイスの高性能化を図ることができる。さらに、劈開可能な異種基板５０に転写すると、半導体層１２の劈開を容易に行なえるため、例えば半導体層１２にレーザ構造を形成するか、又は半導体層１２の上にレーザ構造を新たに形成すると、該レーザ構造に良好な共振器を形成することが可能となる。
【００６０】
（第１の実施形態の第２変形例）
図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例を示している。
【００６１】
第２変形例では、半導体層１２のハンドリングを容易にするために、基板１０を分離した後に、導電性の異種基板を半導体層１２に貼り合わせる。
【００６２】
まず、図３（ａ）に示すように、図１（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば塩酸等の酸性溶液を用いたウエットエッチングによって熱分解層１１ｂを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離する。
【００６３】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば導電性を有するシリコンからなる異種基板５０を、半導体層１２の上面との間に金及びスズを含む金属膜５１を介在させて貼り合わせ、その後数百度に加熱して、異種基板５０と半導体層１２との対向部分を合金化する。ここで、スズの代わりにインジウムを用いても良い。また、異種基板５０における下地層１１及び半導体層１２との対向面には、あらかじめチタンを下地膜とする金からなる薄膜を蒸着法等により形成しておくと良い。
【００６４】
第２変形例においては、半導体層１２を導電性の異種基板５０に移し替える（転写する）ため、直列抵抗及び寄生容量を低減でき、デバイスの高性能化を図ることができる。さらに、劈開可能な異種基板に転写すると、半導体層１２の劈開を容易に行なえるため、例えば半導体層１２にレーザ構造を形成するか、又は半導体層１２の上にレーザ構造を新たに形成すると、該レーザ構造に良好な共振器を形成することが可能となる。
【００６５】
（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。
【００６６】
図４（ａ）〜図４（ｃ）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。
【００６７】
まず、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、約１０００℃の成長温度で厚さが約３μｍの窒化ガリウムからなる下地層形成層を成長する。ここでも、下地層形成層を成長する前に、約５００℃の成長温度で厚さが約５０ｎｍの窒化ガリウム又は窒化アルミニウムからなるバッファ層（図示せず）を成長してもよい。続いて、下地層形成層の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジストマスク又はニッケル（Ｎｉ）からなる金属マスク（図示せず）を形成した後、形成したマスクを用いて、例えば塩化ホウ素をエッチングガスとするＲＩＥ法、又はイオンミリング法により、下地層形成層及び基板１０の上部に対してドライエッチングを行なう。これにより、図４（ａ）に示すように、下地層形成層から、複数の開口部１１ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有する下地層１１が形成されると共に、基板１０の上部における下地層１１の各開口部１１ａからの露出部分に溝部１０ａが形成される。ここでは、各パターンの幅及び間隔を約５μｍとしている。
【００６８】
次に、図４（ｂ）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、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、基板１０では吸収されず、半導体層１１で吸収されるため、レーザ光を吸収した部分が局所的に発熱して、下地層１１の基板１０との界面に金属ガリウムを含む熱分解層１１ｂが形成される。
【００６９】
第２の実施形態においても、レーザ光の照射時に、下地層１１における基板１０との界面で発生した窒素ガスは、下地層１１を構成する各パターンの側部から横方向にも拡散するため、界面におけるガス圧が高くならず、下地層１１にクラックが発生することがない。さらに、第２の実施形態においては、基板１０における下地層１１からの露出部分に溝部１０ａを設けているため、レーザ光の照射時に発生する窒素ガスがより一層拡散しやすくなる。
【００７０】
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、レーザ光の照射工程において、下地層形成層を成長した後、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５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【００７１】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、パターニングされた下地層１１を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウムからなる半導体層１２を選択的に成長する。第２の実施形態においては、基板１０の上部における下地層１１の各パターンの周辺部分を掘り下げて溝部１０ａを形成しているため、成長する半導体層１２の下面と基板１０の主面との間には、ギャップが確実に且つ十分に形成される。従って、図４（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に基板１０を分離する際に、基板１０と半導体層１２との間に溝部１０ａによるギャップが形成されるため、熱分解層１１ｂの酸性溶液によるエッチング除去がより一層容易に且つ確実に行なえるようになる。
【００７２】
さらに、基板１０の上部に溝部１０ａを設けているため、第１の実施形態と比べても、半導体層１２が成長する際の格子不整合又は熱膨張係数の差による半導体層１２中のストレスが減少するので、該半導体層１２の結晶性が改善されると共に、これにより半導体層１２の厚膜化が可能となる。
【００７３】
以上説明したように、第２の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に開口部１１ａを有する下地層１１を選択的に形成し、さらに基板１０の露出部分に溝部１０ａを形成する。その後、下地層１１と基板１０との間に下地層１１の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層１１ｂを形成する。続いて、基板１０との間に熱分解層１１ｂを介在させた状態で下地層１１を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層１１ｂをウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。従って、半導体層１２にｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む活性層を形成すると、発光デバイスのチップサイズの低減、及び直列抵抗の低減等の高性能化を図ることができる。
【００７４】
（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。
【００７５】
図５（ａ）〜図５（ｃ）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。
【００７６】
まず、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、約１０００℃の成長温度で厚さが約１０ｎｍの窒化ガリウムからなる第１下地層、厚さが約１μｍの窒化アルミニウムからなる第２下地層及び厚さが約３μｍの窒化ガリウムからなる第３下地層を順次成長して下地層形成層を形成する。ここでも、下地層形成層を成長する前に、約５００℃の成長温度で厚さが約５０ｎｍの窒化ガリウム又は窒化アルミニウムからなるバッファ層（図示せず）を成長してもよい。続いて、下地層形成層の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジストマスク又はニッケルからなる金属マスク（図示せず）を形成した後、形成したマスクを用いて、例えば塩化ホウ素をエッチングガスとするＲＩＥ法、又イオンミリング法により、下地層形成層及び基板１０の上部に対してドライエッチングを行なう。これにより、図５（ａ）に示すように、下地層形成層から、複数の開口部２４ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有し、第１下地層２１、第２下地層２２及び第３下地層からなる下地層２４が形成される。ここでは、各パターンの幅及び間隔を約５μｍとしている。
【００７７】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１０に対して下地層２４の反対側の面から、パルス状に発振する波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザの第３高調波光を基板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、第１下地層２１で吸収されるため、レーザ光を吸収した部分が局所的に発熱して、第１下地層２１の基板１０との界面に金属ガリウムを含む熱分解層２１ａが形成される。
【００７８】
第３の実施形態においても、レーザ光の照射時に、下地層２４における基板１０との界面で発生した窒素ガスは、下地層２４の各開口部２４ａに面する側部から横方向にも拡散するため、界面におけるガス圧が高くならず、下地層２４にクラックが発生することがない
また、レーザ光の光源には、ＹＡＧレーザの第３高調波に代えて、ＫｒＦエキシマレーザ又は水銀ランプの輝線を用いてもよい。また、レーザ光の照射工程において、下地層形成層を成長した後、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５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【００７９】
次に、図５（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、パターニングされた下地層２４を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウムからなる半導体層１２を選択的に成長する。第３の実施形態においては、下地層２４を種結晶として半導体層１２を成長する際に、該下地層２４を窒化ガリウムからなる第１下地層２１、窒化アルミニウムからなる第２下地層２２、及び窒化ガリウムからなる第３下地層２３により形成している。このため、例えば半導体層１２における原料のＶ／III 比の値を大きくすると、すなわち、ガリウム源を通常のＶ／III 比の値よりも大きくすると、窒化ガリウムからなる第１の下地層はその厚さが１０ｎｍ程度と小さいので、また、第２の下地層２２は組成にガリウムを含まないので、主に窒化ガリウムからなる第３下地層２３の側面から成長する。その結果、第３下地層２３から成長する半導体層１２の下面と基板１０の主面との間には、ギャップ２２ａが確実に形成される。従って、図５（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に基板１０を分離する際に、基板１０と半導体層１２との間にギャップ２２ａが形成されていることから、熱分解層２１ａの酸性溶液によるエッチング除去がより一層容易に且つ確実に行なえるようになる。
【００８０】
以上説明したように、第３の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に、開口部２４ａを有し、積層する隣接間で互いに異なる組成を持つ３層からなる下地層２４を選択的に形成する。その後、下地層２４と基板１０との間に第１下地層２１の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層２１ａを形成する。続いて、基板１０との間に熱分解層２１ａを介在させた状態で下地層２４の上部の第３下地層２３を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層２１ａをウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。
【００８１】
その上、半導体層１２は、基板１０の主面との間にギャップ２２ａが形成されるように成長するため、第１の実施形態と比べて、半導体層１２が成長する際の格子不整合又は熱膨張係数の差による半導体層１２中のストレスが減少するので、該半導体層１２の結晶性が改善されると共に、これにより半導体層１２の厚膜化が可能となる。従って、半導体層１２にｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む活性層を形成すると、発光デバイスのチップサイズの低減、及び直列抵抗の低減等の高性能化を図ることができる。
【００８２】
なお、第３の実施形態においては、下地層２４を、窒化ガリウムから第１の下地層２１、窒化アルミニウムからなる第２の下地層２２及び窒化ガリウムから第３の下地層２３の３層構造としたが、これに代えて、厚さが約１μｍの窒化アルミニウムからなる下部下地層、及び厚さが約３μｍの窒化ガリウムからなる上部下地層の２層構造としても良い。この場合には、例えば波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザの第３高調波光は、窒化アルミニウムからなる下部下地層では吸収されず、窒化ガリウムからなる上部下地層で吸収されるため、熱分解層は上部下地層の下部に形成されることになる。
【００８３】
（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。
【００８４】
図６（ａ）〜図６（ｄ）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。
【００８５】
まず、図６（ａ）に示すように、例えば気相堆積法(Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により、サファイアからなる基板（ウエハ）１０の上に、膜厚が約３００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるマスク膜形成膜を成膜する。ここでは、原料ガスとして、例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とを用い、成膜温度は３００℃程度としている。続いて、リソグラフィ法により、マスク膜形成膜の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、形成したレジスト膜をマスクとして、マスク膜形成膜に対して、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）をエッチング溶液とするウエットエッチングを行なうことにより、図６（ａ）に示すように、マスク膜形成膜から、複数の開口部６０ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有するマスク膜６０を形成する。ここでは、各パターンの幅及び間隔を約５μｍとしている。
【００８６】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、基板１０におけるマスク膜６０の開口部６０ａからの各露出部分の上に、厚さが約１０ｎｍの窒化ガリウムからなる下地層３１を成長する。このように、第４の実施形態においては、基板１０の主面がほとんど露出せず、酸化シリコンからなるマスク膜６０と窒化ガリウムからなる下地層３１とにより覆われる。
【００８７】
次に、図６（ｃ）に示すように、基板１０に対して下地層３１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、基板１０では吸収されず、半導体層３１で吸収されるため、レーザ光を吸収した部分が局所的に発熱して、下地層３１の基板１０との界面に金属ガリウムを含む熱分解層３１ａが形成される。ここで、レーザ光の照射により下地層３１が分解して生じた窒素ガスを拡散しやすくするために、下地層３１の厚さはマスク膜６０の膜厚よりも小さくなるように設定している。このため、マスク膜６０の上には窒化ガリウムが成長していないほうが望ましい。
【００８８】
なお、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、レーザ光の照射工程において、下地層形成層を成長した後、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５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【００８９】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、選択的に形成された下地層３１を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウムからなる半導体層１２を選択的に成長する。第４の実施形態においては、半導体層１２は、マスク膜６０の上面で横方向成長が促進される条件で成長するため、下地層３１と比べてその結晶欠陥密度は小さくなる。
【００９０】
また、半導体層１２における下地層３１の上方に成長した部分においても、下地層３１は基板１０との間に金属ガリウムを含む熱分解層３１ａが介在しているため、半導体層１２を成長する際には、サファイアと窒化ガリウムとの格子不整合及び熱膨張係数の差の影響を受けることがなくなる。その結果、半導体層１２の結晶性は、下地層３１に熱分解層３１ａを設けない場合と比べて大きく改善される。
【００９１】
続いて、図６（ｄ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば塩酸とフッ化水素酸との混合溶液を用いたウエットエッチングによって、熱分解層３１ａとマスク膜６０とを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離することも可能である。
【００９２】
以上説明したように、第４の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に、開口部６０ａを有しその上に窒化物半導体が実質的に結晶成長しないマスク膜６０を選択的に形成し、基板１０の主面におけるマスク膜６０からの露出部分上に、厚さがマスク膜６０よりも小さい窒化ガリウムからなる下地層３１を成長する。続いて、下地層３１と基板１０との間に下地層３１２の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層３１ａを形成し、続いて、基板１０との間に熱分解層３１ａを介在させた状態で下地層３１を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層３１ａ及びマスク膜６０をウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。従って、半導体層１２にｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む活性層を形成すると、発光デバイスのチップサイズの低減、及び直列抵抗の低減等の高性能化を図ることができる。
【００９３】
（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。
【００９４】
図７（ａ）〜図７（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の工程順の断面構成を示している。
【００９５】
まず、図７（ａ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、サファイアからなる基板（ウエハ）１０の上に、膜厚が約３００ｎｍの酸化シリコンからなるマスク膜形成膜を成膜する。続いて、リソグラフィ法により、マスク膜形成膜の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、形成したレジスト膜をマスクとして、マスク膜形成膜に対して、例えばフッ化水素酸をエッチング溶液とするウエットエッチングを行なうことにより、図７（ａ）に示すように、マスク膜形成膜から、複数の開口部６０ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有するマスク膜６０を形成する。ここでは、各パターンの幅及び間隔は小さい方がことが好ましく、例えば１μｍ程度としている。
【００９６】
次に、図７（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、基板１０におけるマスク膜６０の開口部６０ａからの各露出部分の上に、厚さが約１μｍの窒化ガリウムからなる下地層３２を横方向成長が支配的となる条件で成長する。このとき、互いに隣接する開口部６０ａから成長する下地層３２は、マスク膜６０の両側から中央部に向けて成長するが、下地層３２の互いに対向する側面同士が接しない状態で成長を止める。これにより、マスク膜６０の各パターンの上面の中央部分は露出した状態となる。
【００９７】
なお、ここでは、下地層３２をマスク膜６０の各パターンの上面の中央部分が露出するように結晶成長したが、これに代えて、下地層３２を基板１０の上にマスク膜を覆うようにほぼ平坦に成長し、その後、例えばＲＩＥ法により、下地層３２におけるマスク膜６０の上側部分に対して選択的にエッチングを行なうことにより、マスク膜６０の各パターンの上面の中央部分を露出してもよい。
【００９８】
次に、図７（ｃ）に示すように、下地層３２を選択的に成長した基板１０に対して、例えばフッ化水素酸によるウエットエッチングを行なって、マスク膜６０を除去する。このように、マスク膜６０を選択的に除去すると、下地層３２の各パターンの側部に庇状部分が形成されると共に、各パターン同士の間から基板１０の主面が露出する。続いて、基板１０に対して下地層３２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、基板１０では吸収されず、半導体層３２で吸収されるため、レーザ光を吸収した部分が局所的に発熱して、下地層３２の基板１０との界面に金属ガリウムを含む熱分解層３２ａが形成される。ここでは、第１〜第３の実施形態と同様に、下地層３２における各パターンの側方が空いているため、下地層３２の熱分解により生じた窒素ガスが拡散しやすい。その結果、レーザ光の照射時に、半導体層１２にクラックが発生しにくい構成となっている。
【００９９】
なお、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、レーザ光の照射工程において、基板１０を５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【０１００】
次に、図７（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、選択的に形成された下地層３２を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウムからなる半導体層１２を選択的に成長する。第５の実施形態においては、半導体層１２は、下地層３２における側部の庇状部分から横方向成長が促進される条件で成長するため、下地層３１と比べてその結晶欠陥密度は小さくなる。
【０１０１】
続いて、図７（ｄ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば塩酸を用いたウエットエッチングによって、熱分解層３２ａを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離することも可能である。このとき、基板１０と半導体層１２との間にはマスク膜６０が除去されてなるギャップ３２ｂが残るため、第１の実施形態と比べて、基板１０を容易に分離することができる。
【０１０２】
以上説明したように、第５の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に、開口部６０ａを有しその上に窒化物半導体が実質的に結晶成長しないマスク膜６０を選択的に形成し、基板１０の主面におけるマスク膜６０からの露出部分上に、マスク膜６０の中央部分を残すように窒化ガリウムからなる下地層３２を成長する。続いて、マスク膜６０をエッチングにより除去した後、下地層３２と基板１０との間に下地層３２の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層３２ａを形成し、続いて、基板１０との間に熱分解層３２ａを介在させた状態で下地層３２を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層３２ａをウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。従って、半導体層１２にｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む活性層を形成すると、発光デバイスのチップサイズの低減、及び直列抵抗の低減等の高性能化を図ることができる。
【０１０３】
なお、第４又は第５の実施形態において、マスク膜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、マスク膜６０のエッチング溶液として、例えば窒化シリコンの場合は熱リン酸又はフッ化水素酸、また、酸化亜鉛の場合は王水というように、マスク膜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。
【０１０４】
なお、第２〜第５の各実施形態においても、第１の実施形態の第１変形例又は第２変形例のように、基板１０を分離する前か又は分離した後に、半導体層１２にシリコン等からなる異種基板５０を貼り合わせてもよい。
【０１０５】
また、前記の第１〜第５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。
【０１０６】
また、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。
【０１０７】
また、サファイアからなる基板１０に代えて半導体層１２を転写する異種基板５０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、劈開時に半導体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。
【０１０８】
また、下地層１１、２４、３１、３２及び半導体層１２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、半導体層ごとに成長方法が異なっていてもよい。
【０１０９】
また、第１〜第５の各実施形態において、半導体層１２は、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を発光層に含むｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む構成であっても良く、また、半導体層１２の上に、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎからなる発光層を含むｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を成長により形成してもよい。
【０１１０】
また、下地層１１、２４、３１、３２におけるバッファ層（初期成長層）は窒化ガリウム又は窒化アルミニウムに限られず、一般式Ｉｎu Ｇａv Ａｌ1-u-v Ｎ（但し、ｕ，ｖは、０≦ｕ，ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ≦１）からなる窒化物半導体であればよい。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、照射光のパワー密度が十分に大きく第１の半導体層の熱分解により分解ガスが生じる場合であっても、第１の半導体層は基板上に選択的に形成されているため、分解ガスが拡散しやすくなるので、第１の半導体層は第１の基板との間でガス圧が高くなることがなくなり、その結果、第１の半導体層にクラックが生じることがない。
【０１１２】
さらに、第２の半導体層は、基板との間に熱分解層を介在させた第１の半導体層を種結晶として成長することにより、該第２の半導体層は成長時に格子不整合又は熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるため、第２の半導体層の結晶欠陥密度は低減されて厚膜化が可能となる。
【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）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例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）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例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）〜（ｃ）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５】（ａ）〜（ｃ）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６】（ａ）〜（ｄ）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７】（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。
【符号の説明】
１０ 基板（第１の基板）
１０ａ 溝部
１１ 下地層（第１の半導体層）
１１ａ 開口部
１１ｂ 熱分解層
１２ 半導体層（第２の半導体層）
２１ 第１下地層
２１ａ 熱分解層
２２ 第２下地層
２２ａ ギャップ
２３ 第３下地層
２４ 下地層（第１の半導体層）
２４ａ 開口部
３１ 下地層（第１の半導体層）
３１ａ 熱分解層
３２ 下地層（第１の半導体層）
３２ａ 熱分解層
３２ｂ ギャップ
５０ 異種基板（第２の基板）
５１ 金属膜
６０ マスク膜
６０ａ 開口部
【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又は短波長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、高密度で且つ大容量の光ディスク装置用の青紫色半導体レーザ素子が既にサンプル出荷及び少量生産レベルにまで達している。
【０００４】
これまで、窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体の結晶欠陥密度が大きいため、実用に耐えうる長寿命化が困難であった。そこで、一般に用いられている有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:ＭＯＣＶＤ）法において、例えば酸化シリコンからなるマスクパターンを窒化物半導体からなる下地層の上に形成し、形成したマスクパターンからの露出領域上に再成長するという選択的横方向成長（Epitaxial Lateral Overgrowth：ＥＬＯＧ）法が提案されている。このＥＬＯＧ法によると、下地層における結晶構造の影響を受けない横方向成長によって結晶欠陥密度が従来の１０9 ｃｍ-2レベルから１０7 ｃｍ-2レベルにまで低減し、これにより、窒化物半導体レーザ素子の寿命が大きく改善され、現在では１０００時間以上の寿命が得られている。
【０００５】
結晶欠陥密度の低減に加え、半導体レーザ素子の特性を大きく左右するのが共振器ミラーのミラー面の平坦性である。このミラー面には一般に半導体の劈開面を用いる。ところが、窒化物半導体はそのエピタキシャル成長用の基板としてサファイアを用いることが多く、サファイアとその上に成長する窒化物半導体とでは、結晶面同士の面方位が互いに３０°だけずれるため、サファイアと窒化物半導体層との劈開面が一致しない。その上、サファイアは硬度が極めて高いため、良好な劈開面を得ることが困難である。そこで、劈開を行なう代わりに、塩素ガス等を用いたドライエッチングにより窒化物半導体層をエッチングして共振器を作製する方法も試みられたが、やはり良好な共振器を形成することは困難であり、結果としてしきい値電流の値が大きくなる。
【０００６】
現状で最も優れた動作特性を示す窒化物半導体レーザ素子は、前述のＥＬＯＧ法により結晶欠陥を低減し、且つハイドライド気相成長(Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）法によって、膜厚が１００μｍ以上の窒化物半導体層を挿入する。続いて、レーザ構造を結晶成長により形成した後に、サファイアからなる基板のすべて又はその一部を研磨により除去し、最後に劈開を行なって共振器を形成する。このような製造方法を採ることにより、サファイアからなる基板の影響を受けることなく、良好な共振器を形成することができ、その結果、レーザ素子の長寿命化を実現することが可能となる。
【０００７】
このように、サファイア基板を窒化物半導体層と分離したり、サファイア基板をできるだけ薄くしたりすると、半導体レーザ素子として良好な共振器を実現することができる。
【０００８】
しかしながら、サファイアと窒化物半導体とは互いの熱膨張係数の差によって、一般に成長後には凸状に反ってしまうため、サファイア基板を研磨することにより該基板又はその一部を比較的に大面積で且つ均一に除去することは困難である。
【０００９】
そこで、サファイア基板の分離技術として提案されたのがレーザリフトオフ法と呼ばれる基板分離技術である。すなわち、窒化物半導体層をサファイア基板の上に成長した後、該基板の裏面から、例えば波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光等の、短波長で且つ高出力のレーザ光を照射することにより、窒化物半導体層からサファイア基板を分離する。このレーザ光は、サファイア基板を透過して窒化物半導体層の基板との界面近傍でのみ吸収されるため、窒化物半導体層の界面近傍が局所的に加熱されて窒化物半導体層の界面近傍部分が分解して、例えば金属ガリウムと窒素ガスとが生成される。この金属ガリウムを加熱又はウエットエッチングにより除去することにより、窒化物半導体層からサファイア基板を分離することが可能となる。
【００１０】
また、半導体レーザ素子の特性の向上を図るために、劈開可能な半導体であってサファイアと異なる材料からなる異種基板又は金属からなる基板に、サファイア基板が分離された窒化物半導体層（デバイス層）を移し替える（転写、トランスファ）ことも報告されている。このような、レーザ素子構造を銅基板に転写する例が、学術論文"W.S.Wong et al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39 p.L1203(2000)"に記載されている。
【００１１】
ところで、レーザリフトオフ法には、窒化物半導体層が熱分解され、金属ガリウムと同時に発生する窒素ガスをどのようにして拡散させ且つ放出させるかという課題があり、基板との界面の近傍に溜まったガス圧によりレーザ光を照射した後に、窒化物半導体層が吹き飛んだり、クラックが発生したりするという問題がある。
【００１２】
この問題を解決する方法として、特開２００１−１７６８１３号公報には、熱分解時に発生した窒素ガスを逃がす製造方法が記載されている。具体的には、前述したＥＬＯＧ法等を用いてサファイア基板と窒化物半導体層との間に部分的に空隙（ギャップ）を設け、発生した窒素ガスをこのギャップから逃がす方法である。
【００１３】
以上説明したように、いわゆるＥＬＯＧ法によると、横方向（基板面に平行な方向）に窒化物半導体層を再成長させることによって結晶欠陥密度が低減する。また、ギャップを有する窒化物半導体層に対してレーザリフトオフを行なうと、クラックを発生させることなく窒化物半導体層からサファイア基板を分離することが可能となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載された従来のＥＬＯＧ法は、レーザ構造に必要な数μｍ以上の膜厚に成長した場合に、結晶欠陥が低減されることにより、逆に半導体層中のストレスが増加して半導体層にクラックが発生してしまうため、厚膜化が困難である。
【００１５】
また、前記従来のレーザリフトオフ法は、基板と半導体層との間に発生した窒素ガスを逃がすには、ウエハの側面に開口する開口部のみからでは窒素ガスが十分に拡散されないため、ギャップ内のガス圧が高まってしまい、レーザ光の照射後に半導体層にクラックが発生する。
【００１６】
このように、結晶欠陥の低減を図るＥＬＯＧ法には、厚膜化に限界がありクラックが発生しやすいという問題があり、また、レーザリフトオフ法には、発生する窒素ガスにより基板と半導体層との界面のガス圧が高まり、半導体層にクラックが発生するという問題がある。
【００１７】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、基板上に成長する半導体層にクラックを生じさせない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、半導体装置の製造方法を、基板上に選択的に形成した第１の半導体層における基板との間に熱分解層を形成し、その後、第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を形成する構成とする。
【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、複数の開口部を有する第１の半導体層を選択的に形成する第１の半導体層形成工程と、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の基板の禁制帯幅よりも小さく且つ第１の半導体層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを持つ照射光を照射することにより、第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する熱分解層形成工程と、第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を成長する第２の半導体層成長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、第１の基板の上に、複数の開口部を有する第１の半導体層を選択的に形成し、その後、第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が照射光により熱分解されてなる熱分解層を形成する。続いて、第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を成長する。これにより、照射光のパワー密度が十分に大きく第１の半導体層の熱分解により分解ガスが生じる場合であっても、第１の半導体層は基板上に選択的に形成されているため、分解ガスが拡散しやすくなるので、第１の半導体層は第１の基板との間でガス圧が高くなることがなくなり、その結果、第１の半導体層にクラックが生じることがない。
【００２１】
さらに、第２の半導体層は第１の半導体層を種結晶として成長することにより、該第２の半導体層は成長時に格子不整合又は熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるため、第２の半導体層の結晶欠陥密度は低減され且つ厚膜化が可能となる。その上、第２の半導体層を第１の半導体層から横方向成長を促進するように形成すると、第２の半導体層における第１の半導体層の開口部の上方部分においては、結晶欠陥密度をより一層低減することができる。
【００２２】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層形成工程が、第１の基板における第１の半導体層からの露出部分を選択的に除去することにより、第１の基板の露出部分に溝部を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２３】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層形成工程が、第１の半導体層を組成が互いに異なる複数の半導体層によって構成する工程を含み、第２の半導体層成長工程において、第２の半導体層を、第１の半導体層における複数の半導体層のうち基板から離れた位置の半導体層を種結晶として成長させることが好ましい。
【００２４】
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、複数の開口部を有するマスク膜を選択的に形成するマスク膜形成工程と、第１の基板におけるマスク膜の各開口部からの露出面上に第１の半導体層を成長する第１の半導体層成長工程と、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の基板の禁制帯幅よりも小さく且つ第１の半導体層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを持つ照射光を照射することにより、第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する熱分解層形成工程と、第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を成長する第２の半導体層成長工程とを備えている。
【００２５】
第２の半導体装置の製造方法によると、第１の基板の上に、複数の開口部を有するマスク膜を選択的に形成し、その後、第１の基板におけるマスク膜の各開口部からの露出面上に第１の半導体層を成長する。さらに、第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が照射光により熱分解されてなる熱分解層を形成する。これにより、第１の半導体装置の製造方法と同様に、照射光のパワー密度が十分に大きく第１の半導体層の熱分解により分解ガスが生じる場合であっても、第１の半導体層は基板上に選択的に形成されているため、分解ガスが拡散しやすくなるので、第１の半導体層は第１の基板との間でガス圧が高くなることがなくなり、その結果、第１の半導体層にクラックが生じることがない。
【００２６】
さらに、第２の半導体層は第１の半導体層を種結晶として成長することにより、該第２の半導体層は成長時に格子不整合又は熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるため、第２の半導体層の結晶欠陥密度は低減され且つ厚膜化が可能となると共に、第２の半導体層を第１の半導体層から横方向成長を促進するように形成すると、第２の半導体層における第１の半導体層の開口部の上方部分においては、結晶欠陥密度をより一層低減することができる。
【００２７】
第２の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層成長工程が、第１の半導体層をマスク膜の上にも該マスク膜が部分的に露出するように成長する工程を含み、第２の半導体装置の製造方法は、熱分解層形成工程の前に、マスク膜を除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
また、第２の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層成長工程が、第１の半導体層をマスク膜の上に該マスク膜を覆うように成長する工程を含み、熱分解層形成工程の前に、第１の半導体層におけるマスク膜の上側の領域を部分的に露出した後、マスク膜を除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
第２の半導体装置の製造方法において、マスク膜が、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。
【００３０】
第１又は第２の半導体装置の製造方法は、第２の半導体層成長工程よりも後に、第１の基板を第１半導体層及び第２の半導体層から分離する基板分離工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３１】
この場合に、基板分離工程において、第１の基板が熱分解層を加熱することによって、又は酸性溶液により除去することによって分離することが好ましい。
【００３２】
第１又は第２の半導体装置の製造方法は、熱分解層形成工程の前又は後に、第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を第２の半導体層に貼り合わせる工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の半導体層及び第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。
【００３５】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第２の基板が、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。
【００３６】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の基板が、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）からなることが好ましい。
【００３７】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、照射光がパルス状に発振するレーザ光であることが好ましい。
【００３８】
また、第１又は第２の半導体装置の製造方法において、照射光が水銀ランプの輝線であることが好ましい。
【００３９】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、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。
【００４０】
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。
【００４１】
【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。
【００４２】
図１（ａ）〜図１（ｃ）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。
【００４３】
まず、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、約１０００℃の成長温度で厚さが約３μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる下地層形成層を成長する。ここで、下地層形成層を成長する前に、約５００℃の成長温度で厚さが約５０ｎｍの窒化ガリウム又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる初期成長層としてのバッファ層（図示せず）を成長してもよい。なお、結晶成長法としては、ＭＯＣＶＤ法に代えて、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）又はハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ)を用いてもよい。続いて、リソグラフィ法により、下地層形成層の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、形成したレジスト膜をマスクとして、例えば塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）をエッチングガスとする反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）法により、下地層形成層に対してドライエッチングを行なって、図１（ａ）に示すように、下地層形成層から、複数の開口部１１ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有する下地層１１を形成する。
【００４４】
次に、図１（ｂ）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、パルス状に発振する波長が２４８ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）による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で吸収される。このときのレーザスポット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との間に金属ガリウム（Ｇａ）を含む熱分解層１１ｂ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１１ｂにより基板１０と接着された状態となる。
【００４５】
第１の実施形態において、レーザ光の照射時に、下地層１１における基板１０との界面で発生した窒素（Ｎ2 ）ガスは、下地層１１の各開口部１１ａに面する側部から横方向（基板面と平行な方向）にも拡散するため、界面におけるガス圧が高くならず、下地層１１にクラックが発生することがない。なお、窒素ガスを拡散する（逃がす）効果は、ストライプ状のパターンの場合はパターン幅が小さい程大きく、またドット状のパターンの場合はドットの径が小さい程大きい。ここでは、各パターンの幅及び間隔を約５μｍとしている。
【００４６】
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、レーザ光の照射工程を短時間で行なうことができる。
【００４７】
また、レーザ光の照射工程において、レーザ光をパルス状に発振するため、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、熱分解層１１ａを確実に形成することができる。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がない。
【００４８】
また、下地層形成層を成長した後、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５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【００４９】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、パターニングされた下地層１１を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体層１２を選択的に成長する。ここで、横方向成長が促進される成長条件とは、例えば基板１０及び下地層１１の表面におけるIII 族原子の移動距離を十分に大きく保ちながらＶ族原子が多すぎない条件、すなわちＶ族源とIII 族源との原料（モル）供給比であるＶ／III 比の値を比較的に小さくするような原料ガスの供給条件か、又は通常の窒化物半導体の成長温度である１０００℃〜１０２０℃の温度よりも高い１０５０℃程度の温度条件である。
【００５０】
ここで、半導体層１２における下地層１１からの横方向成長部分は、該下地層１１よりも結晶欠陥密度が低減されている。その上、半導体層１２における下地層１１の上方に成長した部分においても、下地層１１は基板１０との間に金属ガリウムを含む熱分解層１１ｂが介在しているため、半導体層１２を成長する際には、サファイアと窒化ガリウムとの格子不整合及び熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるので、半導体層１２は下地層１１と比べて結晶欠陥が低減する。
【００５１】
半導体層１２には、ｐｎ接合又はｐｉｎ接合を有する活性層（能動層）を設けても良く、このようにすると、結晶性に優れた活性層を有する発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子等の発光デバイスを実現することができる。
【００５２】
また、半導体層１２の成長の条件を横方向成長が支配的となるように設定しているため、半導体層１２と基板１０との間には微小なギャップが形成される。従って、図１（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば塩酸（ＨＣｌ）等の酸性溶液を用いたウエットエッチングによって熱分解層１１ｂを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離することも可能である。なお、再成長した半導体層１２と基板との間にギャップがほとんど形成されない場合には、レーザ光を基板１０を通して半導体層１２に照射して、半導体層１２の基板１０との界面に新たな熱分解層を形成した後、新たな熱分解層と熱分解層１１ｂとをエッチングにより除去してもよい。
【００５３】
このように、絶縁性のサファイアからなる基板１０を分離すると、例えば発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子に適用した場合には、半導体層１２の上面及び下面の両面に互いに対向するようにｐ側及びｎ側電極を形成することができる。従って、絶縁性基板を残したまま、ｐ側電極及びｎ側電極を絶縁性基板と反対側の面上に形成する場合と比べて、チップ面積を小さくすることができ、且つ直列抵抗を低減することができる。
【００５４】
以上説明したように、第１の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に開口部１１ａを有する下地層１１を選択的に形成し、さらに下地層１１と基板１０との間に下地層１１の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層１１ｂを形成する。その後、基板１０との間に熱分解層１１ｂを介在させた状態で下地層１１を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層１１ｂをウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。従って、発光デバイスのチップサイズの低減及び高性能化を図ることができる。
【００５５】
（第１の実施形態の第１変形例）
図２（ａ）及び図２（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例を示している。
【００５６】
第１変形例では、半導体層１２の扱い（ハンドリング）を容易にするために、基板１０を分離する前に、導電性を有する異種基板を半導体層１２に貼り合わせる。
【００５７】
図２（ａ）に示すように、図１（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば導電性を有するシリコン（Ｓｉ）からなる異種基板５０を、半導体層１２の上面との間に金（Ａｕ）及びスズ（Ｓｎ）を含む金属膜５１を介在させて貼り合わせ、その後数百度に加熱して、異種基板５０及び半導体層１２をそれぞれ金属膜５１との界面部分で合金化する。ここで、スズの代わりにインジウム（Ｉｎ）を用いても良い。また、異種基板５０における半導体層１２との対向面には、あらかじめチタン（Ｔｉ）を下地膜とする金からなる薄膜を蒸着法等により形成しておくと良い。
【００５８】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば塩酸等の酸性溶液を用いたウエットエッチングによって熱分解層１１ｂを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離する。
【００５９】
第１変形例においては、半導体層１２を導電性の異種基板５０に移し替える（転写する）ため、直列抵抗及び寄生容量を低減でき、デバイスの高性能化を図ることができる。さらに、劈開可能な異種基板５０に転写すると、半導体層１２の劈開を容易に行なえるため、例えば半導体層１２にレーザ構造を形成するか、又は半導体層１２の上にレーザ構造を新たに形成すると、該レーザ構造に良好な共振器を形成することが可能となる。
【００６０】
（第１の実施形態の第２変形例）
図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例を示している。
【００６１】
第２変形例では、半導体層１２のハンドリングを容易にするために、基板１０を分離した後に、導電性の異種基板を半導体層１２に貼り合わせる。
【００６２】
まず、図３（ａ）に示すように、図１（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば塩酸等の酸性溶液を用いたウエットエッチングによって熱分解層１１ｂを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離する。
【００６３】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば導電性を有するシリコンからなる異種基板５０を、半導体層１２の上面との間に金及びスズを含む金属膜５１を介在させて貼り合わせ、その後数百度に加熱して、異種基板５０と半導体層１２との対向部分を合金化する。ここで、スズの代わりにインジウムを用いても良い。また、異種基板５０における下地層１１及び半導体層１２との対向面には、あらかじめチタンを下地膜とする金からなる薄膜を蒸着法等により形成しておくと良い。
【００６４】
第２変形例においては、半導体層１２を導電性の異種基板５０に移し替える（転写する）ため、直列抵抗及び寄生容量を低減でき、デバイスの高性能化を図ることができる。さらに、劈開可能な異種基板に転写すると、半導体層１２の劈開を容易に行なえるため、例えば半導体層１２にレーザ構造を形成するか、又は半導体層１２の上にレーザ構造を新たに形成すると、該レーザ構造に良好な共振器を形成することが可能となる。
【００６５】
（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。
【００６６】
図４（ａ）〜図４（ｃ）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。
【００６７】
まず、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、約１０００℃の成長温度で厚さが約３μｍの窒化ガリウムからなる下地層形成層を成長する。ここでも、下地層形成層を成長する前に、約５００℃の成長温度で厚さが約５０ｎｍの窒化ガリウム又は窒化アルミニウムからなるバッファ層（図示せず）を成長してもよい。続いて、下地層形成層の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジストマスク又はニッケル（Ｎｉ）からなる金属マスク（図示せず）を形成した後、形成したマスクを用いて、例えば塩化ホウ素をエッチングガスとするＲＩＥ法、又はイオンミリング法により、下地層形成層及び基板１０の上部に対してドライエッチングを行なう。これにより、図４（ａ）に示すように、下地層形成層から、複数の開口部１１ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有する下地層１１が形成されると共に、基板１０の上部における下地層１１の各開口部１１ａからの露出部分に溝部１０ａが形成される。ここでは、各パターンの幅及び間隔を約５μｍとしている。
【００６８】
次に、図４（ｂ）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、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、基板１０では吸収されず、半導体層１１で吸収されるため、レーザ光を吸収した部分が局所的に発熱して、下地層１１の基板１０との界面に金属ガリウムを含む熱分解層１１ｂが形成される。
【００６９】
第２の実施形態においても、レーザ光の照射時に、下地層１１における基板１０との界面で発生した窒素ガスは、下地層１１を構成する各パターンの側部から横方向にも拡散するため、界面におけるガス圧が高くならず、下地層１１にクラックが発生することがない。さらに、第２の実施形態においては、基板１０における下地層１１からの露出部分に溝部１０ａを設けているため、レーザ光の照射時に発生する窒素ガスがより一層拡散しやすくなる。
【００７０】
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、レーザ光の照射工程において、下地層形成層を成長した後、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５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【００７１】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、パターニングされた下地層１１を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウムからなる半導体層１２を選択的に成長する。第２の実施形態においては、基板１０の上部における下地層１１の各パターンの周辺部分を掘り下げて溝部１０ａを形成しているため、成長する半導体層１２の下面と基板１０の主面との間には、ギャップが確実に且つ十分に形成される。従って、図４（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に基板１０を分離する際に、基板１０と半導体層１２との間に溝部１０ａによるギャップが形成されるため、熱分解層１１ｂの酸性溶液によるエッチング除去がより一層容易に且つ確実に行なえるようになる。
【００７２】
さらに、基板１０の上部に溝部１０ａを設けているため、第１の実施形態と比べても、半導体層１２が成長する際の格子不整合又は熱膨張係数の差による半導体層１２中のストレスが減少するので、該半導体層１２の結晶性が改善されると共に、これにより半導体層１２の厚膜化が可能となる。
【００７３】
以上説明したように、第２の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に開口部１１ａを有する下地層１１を選択的に形成し、さらに基板１０の露出部分に溝部１０ａを形成する。その後、下地層１１と基板１０との間に下地層１１の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層１１ｂを形成する。続いて、基板１０との間に熱分解層１１ｂを介在させた状態で下地層１１を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層１１ｂをウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。従って、半導体層１２にｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む活性層を形成すると、発光デバイスのチップサイズの低減、及び直列抵抗の低減等の高性能化を図ることができる。
【００７４】
（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。
【００７５】
図５（ａ）〜図５（ｃ）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。
【００７６】
まず、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、約１０００℃の成長温度で厚さが約１０ｎｍの窒化ガリウムからなる第１下地層、厚さが約１μｍの窒化アルミニウムからなる第２下地層及び厚さが約３μｍの窒化ガリウムからなる第３下地層を順次成長して下地層形成層を形成する。ここでも、下地層形成層を成長する前に、約５００℃の成長温度で厚さが約５０ｎｍの窒化ガリウム又は窒化アルミニウムからなるバッファ層（図示せず）を成長してもよい。続いて、下地層形成層の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジストマスク又はニッケルからなる金属マスク（図示せず）を形成した後、形成したマスクを用いて、例えば塩化ホウ素をエッチングガスとするＲＩＥ法、又イオンミリング法により、下地層形成層及び基板１０の上部に対してドライエッチングを行なう。これにより、図５（ａ）に示すように、下地層形成層から、複数の開口部２４ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有し、第１下地層２１、第２下地層２２及び第３下地層からなる下地層２４が形成される。ここでは、各パターンの幅及び間隔を約５μｍとしている。
【００７７】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１０に対して下地層２４の反対側の面から、パルス状に発振する波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザの第３高調波光を基板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、第１下地層２１で吸収されるため、レーザ光を吸収した部分が局所的に発熱して、第１下地層２１の基板１０との界面に金属ガリウムを含む熱分解層２１ａが形成される。
【００７８】
第３の実施形態においても、レーザ光の照射時に、下地層２４における基板１０との界面で発生した窒素ガスは、下地層２４の各開口部２４ａに面する側部から横方向にも拡散するため、界面におけるガス圧が高くならず、下地層２４にクラックが発生することがない
また、レーザ光の光源には、ＹＡＧレーザの第３高調波に代えて、ＫｒＦエキシマレーザ又は水銀ランプの輝線を用いてもよい。また、レーザ光の照射工程において、下地層形成層を成長した後、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５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【００７９】
次に、図５（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、パターニングされた下地層２４を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウムからなる半導体層１２を選択的に成長する。第３の実施形態においては、下地層２４を種結晶として半導体層１２を成長する際に、該下地層２４を窒化ガリウムからなる第１下地層２１、窒化アルミニウムからなる第２下地層２２、及び窒化ガリウムからなる第３下地層２３により形成している。このため、例えば半導体層１２における原料のＶ／III 比の値を大きくすると、すなわち、ガリウム源を通常のＶ／III 比の値よりも大きくすると、窒化ガリウムからなる第１の下地層はその厚さが１０ｎｍ程度と小さいので、また、第２の下地層２２は組成にガリウムを含まないので、主に窒化ガリウムからなる第３下地層２３の側面から成長する。その結果、第３下地層２３から成長する半導体層１２の下面と基板１０の主面との間には、ギャップ２２ａが確実に形成される。従って、図５（ｃ）に示す半導体層１２の成長工程の後に基板１０を分離する際に、基板１０と半導体層１２との間にギャップ２２ａが形成されていることから、熱分解層２１ａの酸性溶液によるエッチング除去がより一層容易に且つ確実に行なえるようになる。
【００８０】
以上説明したように、第３の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に、開口部２４ａを有し、積層する隣接間で互いに異なる組成を持つ３層からなる下地層２４を選択的に形成する。その後、下地層２４と基板１０との間に第１下地層２１の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層２１ａを形成する。続いて、基板１０との間に熱分解層２１ａを介在させた状態で下地層２４の上部の第３下地層２３を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層２１ａをウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。
【００８１】
その上、半導体層１２は、基板１０の主面との間にギャップ２２ａが形成されるように成長するため、第１の実施形態と比べて、半導体層１２が成長する際の格子不整合又は熱膨張係数の差による半導体層１２中のストレスが減少するので、該半導体層１２の結晶性が改善されると共に、これにより半導体層１２の厚膜化が可能となる。従って、半導体層１２にｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む活性層を形成すると、発光デバイスのチップサイズの低減、及び直列抵抗の低減等の高性能化を図ることができる。
【００８２】
なお、第３の実施形態においては、下地層２４を、窒化ガリウムから第１の下地層２１、窒化アルミニウムからなる第２の下地層２２及び窒化ガリウムから第３の下地層２３の３層構造としたが、これに代えて、厚さが約１μｍの窒化アルミニウムからなる下部下地層、及び厚さが約３μｍの窒化ガリウムからなる上部下地層の２層構造としても良い。この場合には、例えば波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザの第３高調波光は、窒化アルミニウムからなる下部下地層では吸収されず、窒化ガリウムからなる上部下地層で吸収されるため、熱分解層は上部下地層の下部に形成されることになる。
【００８３】
（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。
【００８４】
図６（ａ）〜図６（ｄ）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。
【００８５】
まず、図６（ａ）に示すように、例えば気相堆積法(Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により、サファイアからなる基板（ウエハ）１０の上に、膜厚が約３００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるマスク膜形成膜を成膜する。ここでは、原料ガスとして、例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とを用い、成膜温度は３００℃程度としている。続いて、リソグラフィ法により、マスク膜形成膜の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、形成したレジスト膜をマスクとして、マスク膜形成膜に対して、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）をエッチング溶液とするウエットエッチングを行なうことにより、図６（ａ）に示すように、マスク膜形成膜から、複数の開口部６０ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有するマスク膜６０を形成する。ここでは、各パターンの幅及び間隔を約５μｍとしている。
【００８６】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、基板１０におけるマスク膜６０の開口部６０ａからの各露出部分の上に、厚さが約１０ｎｍの窒化ガリウムからなる下地層３１を成長する。このように、第４の実施形態においては、基板１０の主面がほとんど露出せず、酸化シリコンからなるマスク膜６０と窒化ガリウムからなる下地層３１とにより覆われる。
【００８７】
次に、図６（ｃ）に示すように、基板１０に対して下地層３１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、基板１０では吸収されず、半導体層３１で吸収されるため、レーザ光を吸収した部分が局所的に発熱して、下地層３１の基板１０との界面に金属ガリウムを含む熱分解層３１ａが形成される。ここで、レーザ光の照射により下地層３１が分解して生じた窒素ガスを拡散しやすくするために、下地層３１の厚さはマスク膜６０の膜厚よりも小さくなるように設定している。このため、マスク膜６０の上には窒化ガリウムが成長していないほうが望ましい。
【００８８】
なお、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、レーザ光の照射工程において、下地層形成層を成長した後、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５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【００８９】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、選択的に形成された下地層３１を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウムからなる半導体層１２を選択的に成長する。第４の実施形態においては、半導体層１２は、マスク膜６０の上面で横方向成長が促進される条件で成長するため、下地層３１と比べてその結晶欠陥密度は小さくなる。
【００９０】
また、半導体層１２における下地層３１の上方に成長した部分においても、下地層３１は基板１０との間に金属ガリウムを含む熱分解層３１ａが介在しているため、半導体層１２を成長する際には、サファイアと窒化ガリウムとの格子不整合及び熱膨張係数の差の影響を受けることがなくなる。その結果、半導体層１２の結晶性は、下地層３１に熱分解層３１ａを設けない場合と比べて大きく改善される。
【００９１】
続いて、図６（ｄ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば塩酸とフッ化水素酸との混合溶液を用いたウエットエッチングによって、熱分解層３１ａとマスク膜６０とを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離することも可能である。
【００９２】
以上説明したように、第４の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に、開口部６０ａを有しその上に窒化物半導体が実質的に結晶成長しないマスク膜６０を選択的に形成し、基板１０の主面におけるマスク膜６０からの露出部分上に、厚さがマスク膜６０よりも小さい窒化ガリウムからなる下地層３１を成長する。続いて、下地層３１と基板１０との間に下地層３１２の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層３１ａを形成し、続いて、基板１０との間に熱分解層３１ａを介在させた状態で下地層３１を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層３１ａ及びマスク膜６０をウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。従って、半導体層１２にｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む活性層を形成すると、発光デバイスのチップサイズの低減、及び直列抵抗の低減等の高性能化を図ることができる。
【００９３】
（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。
【００９４】
図７（ａ）〜図７（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の工程順の断面構成を示している。
【００９５】
まず、図７（ａ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、サファイアからなる基板（ウエハ）１０の上に、膜厚が約３００ｎｍの酸化シリコンからなるマスク膜形成膜を成膜する。続いて、リソグラフィ法により、マスク膜形成膜の上に、ストライプ状又はドット状のパターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、形成したレジスト膜をマスクとして、マスク膜形成膜に対して、例えばフッ化水素酸をエッチング溶液とするウエットエッチングを行なうことにより、図７（ａ）に示すように、マスク膜形成膜から、複数の開口部６０ａを有する平面ストライプ状又はドット状のパターンを有するマスク膜６０を形成する。ここでは、各パターンの幅及び間隔は小さい方がことが好ましく、例えば１μｍ程度としている。
【００９６】
次に、図７（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、基板１０におけるマスク膜６０の開口部６０ａからの各露出部分の上に、厚さが約１μｍの窒化ガリウムからなる下地層３２を横方向成長が支配的となる条件で成長する。このとき、互いに隣接する開口部６０ａから成長する下地層３２は、マスク膜６０の両側から中央部に向けて成長するが、下地層３２の互いに対向する側面同士が接しない状態で成長を止める。これにより、マスク膜６０の各パターンの上面の中央部分は露出した状態となる。
【００９７】
なお、ここでは、下地層３２をマスク膜６０の各パターンの上面の中央部分が露出するように結晶成長したが、これに代えて、下地層３２を基板１０の上にマスク膜を覆うようにほぼ平坦に成長し、その後、例えばＲＩＥ法により、下地層３２におけるマスク膜６０の上側部分に対して選択的にエッチングを行なうことにより、マスク膜６０の各パターンの上面の中央部分を露出してもよい。
【００９８】
次に、図７（ｃ）に示すように、下地層３２を選択的に成長した基板１０に対して、例えばフッ化水素酸によるウエットエッチングを行なって、マスク膜６０を除去する。このように、マスク膜６０を選択的に除去すると、下地層３２の各パターンの側部に庇状部分が形成されると共に、各パターン同士の間から基板１０の主面が露出する。続いて、基板１０に対して下地層３２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、基板１０では吸収されず、半導体層３２で吸収されるため、レーザ光を吸収した部分が局所的に発熱して、下地層３２の基板１０との界面に金属ガリウムを含む熱分解層３２ａが形成される。ここでは、第１〜第３の実施形態と同様に、下地層３２における各パターンの側方が空いているため、下地層３２の熱分解により生じた窒素ガスが拡散しやすい。その結果、レーザ光の照射時に、半導体層１２にクラックが発生しにくい構成となっている。
【００９９】
なお、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、レーザ光の照射工程において、基板１０を５００℃程度の温度で加熱すると良い。
【０１００】
次に、図７（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、横方向成長が促進される成長条件で、選択的に形成された下地層３２を種結晶として、厚さが約５μｍの窒化ガリウムからなる半導体層１２を選択的に成長する。第５の実施形態においては、半導体層１２は、下地層３２における側部の庇状部分から横方向成長が促進される条件で成長するため、下地層３１と比べてその結晶欠陥密度は小さくなる。
【０１０１】
続いて、図７（ｄ）に示す半導体層１２の成長工程の後に、例えば塩酸を用いたウエットエッチングによって、熱分解層３２ａを除去することにより、半導体層１２から基板１０を分離することも可能である。このとき、基板１０と半導体層１２との間にはマスク膜６０が除去されてなるギャップ３２ｂが残るため、第１の実施形態と比べて、基板１０を容易に分離することができる。
【０１０２】
以上説明したように、第５の実施形態によると、サファイアからなる基板１０の主面上に、開口部６０ａを有しその上に窒化物半導体が実質的に結晶成長しないマスク膜６０を選択的に形成し、基板１０の主面におけるマスク膜６０からの露出部分上に、マスク膜６０の中央部分を残すように窒化ガリウムからなる下地層３２を成長する。続いて、マスク膜６０をエッチングにより除去した後、下地層３２と基板１０との間に下地層３２の下部がレーザ光によって熱分解された熱分解層３２ａを形成し、続いて、基板１０との間に熱分解層３２ａを介在させた状態で下地層３２を種結晶として半導体層１２を選択的に横方向成長するため、該半導体層１２の結晶性が格段に向上する。さらに、その後、熱分解層３２ａをウエットエッチングにより除去するだけで、基板１０を半導体層１２から容易に且つ確実に分離することができる。従って、半導体層１２にｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む活性層を形成すると、発光デバイスのチップサイズの低減、及び直列抵抗の低減等の高性能化を図ることができる。
【０１０３】
なお、第４又は第５の実施形態において、マスク膜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、マスク膜６０のエッチング溶液として、例えば窒化シリコンの場合は熱リン酸又はフッ化水素酸、また、酸化亜鉛の場合は王水というように、マスク膜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。
【０１０４】
なお、第２〜第５の各実施形態においても、第１の実施形態の第１変形例又は第２変形例のように、基板１０を分離する前か又は分離した後に、半導体層１２にシリコン等からなる異種基板５０を貼り合わせてもよい。
【０１０５】
また、前記の第１〜第５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。
【０１０６】
また、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。
【０１０７】
また、サファイアからなる基板１０に代えて半導体層１２を転写する異種基板５０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、劈開時に半導体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。
【０１０８】
また、下地層１１、２４、３１、３２及び半導体層１２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、半導体層ごとに成長方法が異なっていてもよい。
【０１０９】
また、第１〜第５の各実施形態において、半導体層１２は、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を発光層に含むｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を含む構成であっても良く、また、半導体層１２の上に、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎからなる発光層を含むｐｎ接合（ｐｉｎ接合）を成長により形成してもよい。
【０１１０】
また、下地層１１、２４、３１、３２におけるバッファ層（初期成長層）は窒化ガリウム又は窒化アルミニウムに限られず、一般式Ｉｎu Ｇａv Ａｌ1-u-v Ｎ（但し、ｕ，ｖは、０≦ｕ，ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ≦１）からなる窒化物半導体であればよい。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、照射光のパワー密度が十分に大きく第１の半導体層の熱分解により分解ガスが生じる場合であっても、第１の半導体層は基板上に選択的に形成されているため、分解ガスが拡散しやすくなるので、第１の半導体層は第１の基板との間でガス圧が高くなることがなくなり、その結果、第１の半導体層にクラックが生じることがない。
【０１１２】
さらに、第２の半導体層は、基板との間に熱分解層を介在させた第１の半導体層を種結晶として成長することにより、該第２の半導体層は成長時に格子不整合又は熱膨張係数の差の影響を受けにくくなるため、第２の半導体層の結晶欠陥密度は低減されて厚膜化が可能となる。
【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）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例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）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例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）〜（ｃ）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５】（ａ）〜（ｃ）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６】（ａ）〜（ｄ）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７】（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。
【符号の説明】
１０ 基板（第１の基板）
１０ａ 溝部
１１ 下地層（第１の半導体層）
１１ａ 開口部
１１ｂ 熱分解層
１２ 半導体層（第２の半導体層）
２１ 第１下地層
２１ａ 熱分解層
２２ 第２下地層
２２ａ ギャップ
２３ 第３下地層
２４ 下地層（第１の半導体層）
２４ａ 開口部
３１ 下地層（第１の半導体層）
３１ａ 熱分解層
３２ 下地層（第１の半導体層）
３２ａ 熱分解層
３２ｂ ギャップ
５０ 異種基板（第２の基板）
５１ 金属膜
６０ マスク膜
６０ａ 開口部
Claims (18)
- 第１の基板の上に、複数の開口部を有する第１の半導体層を選択的に形成する第１の半導体層形成工程と、
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の基板の禁制帯幅よりも小さく且つ前記第１の半導体層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを持つ照射光を照射することにより、前記第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する熱分解層形成工程と、
前記第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を成長する第２の半導体層成長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。 - 前記第１の半導体層形成工程は、前記第１の基板における前記第１の半導体層からの露出部分を選択的に除去することにより、前記第１の基板の前記露出部分に溝部を形成する工程を含む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。
- 前記第１の半導体層形成工程は、前記第１の半導体層を組成が互いに異なる複数の半導体層によって構成する工程を含み、
前記第２の半導体層成長工程において、前記第２の半導体層を、前記第１の半導体層における前記複数の半導体層のうち基板から離れた位置の半導体層を種結晶として成長させることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。 - 第１の基板の上に、複数の開口部を有するマスク膜を選択的に形成するマスク膜形成工程と、
前記第１の基板における前記マスク膜の各開口部からの露出面上に第１の半導体層を成長する第１の半導体層成長工程と、
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の基板の禁制帯幅よりも小さく且つ前記第１の半導体層の禁制帯幅よりも大きいエネルギーを持つ照射光を照射することにより、前記第１の半導体層の少なくとも一部に該第１の半導体層が熱分解されてなる熱分解層を形成する熱分解層形成工程と、
前記第１の半導体層を種結晶として第２の半導体層を成長する第２の半導体層成長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。 - 前記第１の半導体層成長工程は、前記第１の半導体層を、前記マスク膜の上にも該マスク膜が部分的に露出するように成長する工程を含み、
前記熱分解層形成工程の前に、前記マスク膜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４に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第１の半導体層成長工程は、前記第１の半導体層を、前記マスク膜の上に該マスク膜を完全に覆い且つ上面が平坦化されるように成長する工程を含み、
前記熱分解層形成工程の前に、前記第１の半導体層における前記マスク膜の上側の領域を選択的に除去することにより、前記マスク膜を部分的に露出した後、前記マスク膜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４に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記マスク膜は、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４〜６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第２の半導体層成長工程よりも後に、
前記第１の基板を前記第１半導体層及び第２の半導体層から分離する基板分離工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記基板分離工程において、前記第１の基板は、前記熱分解層を加熱することによって、又は酸性溶液により除去することによって分離することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記熱分解層形成工程の前又は後に、
前記第１の基板と異なる材料からなる第２の基板を前記第２の半導体層に貼り合わせる工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 - 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１〜１０のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１の半導体層及び第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１〜１１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 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１０〜１２のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 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１〜１３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 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又は４に記載の半導体装置の製造方法。
- 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又は４に記載の半導体装置の製造方法。
- 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又は４に記載の半導体装置の製造方法。
- 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又は４に記載の半導体装置の製造方法。
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