JP2008001540A - 窒化物半導体結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種基板上に窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させてなる窒化物半導体ウェハを２つの部分に切り離して、異種基板から分離した窒化物半導体結晶を得る窒化物半導体結晶の製造方法において、異種基板から分離した窒化物半導体結晶層に、格子不整合に起因する欠陥を高密度に含む領域が含まれないようにする
【解決手段】１は異種基板、２は異種基板１上に成長したバッファ層、３はバッファ層２上に成長した窒化物半導体結晶層である。窒化物半導体結晶層３は、波長λの光に対する吸収性の異なる下部結晶層３１と上部結晶層３２とから構成されている。下部結晶層３１と上部結晶層３２のいずれかのみが吸収する波長λの光を照射し、両層の界面近傍にて、該光を吸収する方の層を分解させ、ウェハを２つの部分に切り離す。欠陥密度の低い上部結晶層３２のみを、異種基板１から分離することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は窒化物半導体結晶の製造方法に関し、特に、異種基板と、該異種基板上にエピタキシャル成長した窒化物半導体結晶層とを備えた、窒化物半導体ウェハを形成する工程と、該窒化物半導体ウェハを２つの部分に切り離して、異種基板から分離した窒化物半導体結晶を得る工程とを、少なくとも有する窒化物半導体結晶の製造方法に関する。

窒化物半導体は、化学式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で決定される３族窒化物からなる化合物半導体であって、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなど、任意の組成のものが例示される。上記化学式において、３族元素の一部をＢ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。

本明細書では、窒化物半導体以外の材料からなる単結晶基板を異種基板と呼ぶ。窒化物半導体結晶の成長に適した異種基板として、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、スピネル基板、ＺｎＯ基板、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ_３）基板、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ_２）基板、ＬＡＯ（ＬａＡｌＯ_３）基板、ＺｒＢ_２基板、ＴｉＢ_２基板などが知られている。

本明細書では、異種基板上に窒化物半導体結晶層が積層されてなる半導体ウェハを総称して、窒化物半導体ウェハと呼ぶ。窒化物半導体ウェハは、その窒化物半導体結晶層中に光素子構造、電子素子構造等が形成されているものを含む。また、窒化物半導体ウェハは、ＧａＮ基板等の窒化物半導体基板の製造工程で中間品として産生される、異種基板と窒化物半導体結晶層との複合体を含む。

サファイア基板上にＧａＮ結晶層をエピタキシャル成長させて窒化物半導体ウェハを形成した後、サファイア基板側からレーザ光を照射することにより、サファイア基板とＧａＮ結晶層との界面近傍でＧａＮ結晶を分解し、サファイア基板からＧａＮ結晶を分離する、ＧａＮ結晶の製造方法が公知である（例えば、特許文献１、特許文献２）。

特開２００１−１７６８１３号公報 特開２００２−３１６８９３公報

異種基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ結晶層は、異種基板に隣接した領域に、ＧａＮと異種基板との格子不整合によって発生した欠陥を高密度に含むものとなる。特許文献１および特許文献２に記載の製造方法では、サファイアとＧａＮ結晶層との界面近傍でウェハを切り離して、サファイア基板とＧａＮ結晶とを分離していたため、得られるＧａＮ結晶には、サファイア基板に隣接していた領域である、格子不整合に起因する欠陥を高密度に含む領域が含まれていた。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、異種基板と、該異種基板上にエピタキシャル成長した窒化物半導体結晶層とを備えた、窒化物半導体ウェハを形成する工程と、該窒化物半導体ウェハを２つの部分に切り離して、異種基板から分離した窒化物半導体結晶を得る工程とを、少なくとも有する窒化物半導体結晶の製造方法において、異種基板から分離した窒化物半導体結晶層に、格子不整合に起因する欠陥を高密度に含む領域が含まれないようにすることのできる、窒化物半導体結晶の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の特徴を有する。
（１）異種基板と、該異種基板上にエピタキシャル成長した窒化物半導体結晶層とを備え、該窒化物半導体結晶層中に波長λの光を吸収しない第１結晶層および波長λの光を吸収する第２結晶層を設けてなる窒化物半導体ウェハを形成する、エピタキシャル成長工程と、波長λの光を第１結晶層を通して第２結晶層に照射し、第２結晶層の少なくとも一部を分解させることにより、前記窒化物半導体ウェハを第１結晶層と第２結晶層との界面近傍で２つの部分に切り離して、前記異種基板から分離した窒化物半導体結晶を得る分離工程と、を少なくとも有する窒化物半導体結晶の製造方法。
（２）第１結晶層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層であり、第２結晶層がＧａＮ層である、前記（１）に記載の製造方法。
（３）第１結晶層がＧａＮ層であり、第２結晶層がＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）層である、前記（１）に記載の製造方法。
（４）第１結晶層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層であり、第２結晶層がＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）層である、前記（１）に記載の製造方法。
（５）前記エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハが、第１結晶層と第２結晶層との間に挟まれたマスク層を有している、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハが、前記マスク層と第１結晶層との間または前記マスク層と第２結晶層との間のいずれかに空間を有している、前記（５）に記載の製造方法。
（７）前記エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハが、前記マスク層と第２結晶層との間に空間を有している、前記（６）に記載の製造方法。
（８）前記分離工程の前に、前記エピタキシャル成長工程で形成した窒化物半導体ウェハの窒化物半導体結晶層に支持基板を接合する支持基板接合工程を有する、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の製造方法。
（９）前記窒化物半導体結晶が発光素子構造を含んでいる、前記（１）〜（８）のいずれかに記載の製造方法。
（１０）前記エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハが、窒化物半導体結晶層中に、異種基板に近い側から、第１結晶層と、第２結晶層と、発光層とを、この順に含んでいる、前記（９）に記載の製造方法。

本発明の製造方法は、少なくとも、次の（イ）（ロ）に揚げる工程を有している。
（イ）エピタキシャル成長工程：異種基板と、該異種基板上にエピタキシャル成長した窒化物半導体結晶層とを備え、該窒化物半導体結晶層中に波長λの光を吸収しない第１結晶層および波長λの光を吸収する第２結晶層を設けてなる窒化物半導体ウェハを形成する工程。
（ロ）分離工程：波長λの光を第１結晶層を通して第２結晶層に照射し、第２結晶層の少なくとも一部を分解させることによって、（イ）のエピタキシャル工程で形成した窒化物半導体ウェハを第１結晶層と第２結晶層との界面近傍で２つの部分に切り離して、異種基板から分離した窒化物半導体結晶を得る工程。

（イ）のエピタキシャル成長工程では、窒化物半導体結晶層を異種基板上へのエピタキシャル成長により形成する。その際、波長λの光に対する吸収性の異なる第１結晶層と第２結晶層とを積層した構造を、該窒化物半導体結晶層中に設けておく。そうすることによって、（ロ）の分離工程において、波長λの光の照射により、ウェハを第１結晶層と第２結晶層との界面の近傍で２つの部分に切り離すことが可能となる。このようにしてウェハを２つの部分に切り離すと、異種基板上にエピタキシャル成長した窒化物半導体結晶を、異種基板に隣接していた領域を含まないように、異種基板から分離することができる。つまり、異種基板との格子不整合に起因する欠陥の密度が高い領域を含まない、窒化物半導体結晶を得ることができる。

このような窒化物半導体結晶の製造方法によれば、異種基板から分離した後に、窒化物半導体結晶の研削および／または研磨を行って、格子不整合に起因する欠陥を高密度に含む領域を除去する工程を省略することができる。また、この工程を省略しない場合には、この工程にて研削および／または研磨により除去する結晶の量を少なくすることができる。

以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を説明する。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。図１（ａ）は、エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハの断面構造を示しており、１は異種基板、２は異種基板１上に成長したバッファ層、３はバッファ層２上に成長した窒化物半導体結晶層である。窒化物半導体結晶層３は、波長λの光に対する吸収性の異なる下部結晶層３１と上部結晶層３２とから構成されている。上部結晶層３２は、この層を単独で取り出したときに、フリースタンディングの基板とすることができる程度の厚さを有している。下部結晶層３１が異種基板１上にバッファ層２のみを介して成長しているのに対し、上部結晶層３２は窒化物半導体結晶からなる下部結晶層３１の上に成長しているので、上部結晶層３２の方が下部結晶層３１よりも異種基板１との格子不整合に起因する欠陥の密度が低い。

分離工程においては、図１（ａ）に示す窒化物半導体ウェハに対して、下部結晶層３１と上部結晶層３２のいずれかのみが吸収する波長λの光を照射し、両層の界面近傍にて、該光を吸収する方の層を分解させる。そして、図１（ｂ）に示すように、下部結晶層３１と上部結晶層３２の界面近傍でウェハを２つの部分に切り離す。このようにして、欠陥密度の低い上部結晶層３２のみを、異種基板１から分離することができる。

図１（ａ）に示す窒化物半導体ウェハの具体的な構成例として、異種基板１をサファイア基板、バッファ層２をＡｌＮバッファ層、下部結晶層３１を吸収端波長が３５５ｎｍ未満である膜厚３μｍのＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ結晶層、上部結晶層３２を膜厚３００μｍのＧａＮ結晶層とする構成例が挙げられる。ＡｌＮバッファ層、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ結晶層の形成は、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、分子ビームエピタキシー法（ＭＢＥ法）等の気相成長法を用いて行うことができる。ＧａＮ結晶層の形成はＨＶＰＥ法を用いて行うことが好ましい。ＧａＮ結晶層の形成は、また、液相成長法などの、厚膜結晶の成長に適した気相成長法以外の方法で行ってもよい。このように構成した窒化物半導体ウェハに対して、波長３５５ｎｍのＮｄ／ＹＡＧレーザの３倍高調波を用いたレーザ光のビームを、サファイア基板側から照射すると、この光をＧａＮ結晶層が吸収して発熱し、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ結晶層との界面近傍の部分が分解される。このレーザ光のビームをウェハ全面にわたって走査することにより、ＧａＮ結晶層のみをサファイア基板から分離することができる。こうして得られるＧａＮ結晶は、フリースタンディングのＧａＮ基板として、光素子、電子素子等のデバイス製造に用いることができる。

図１（ａ）に示す窒化物半導体ウェハの他の構成例として、異種基板１をＳｉ基板、バッファ層２をＧａＮバッファ層、下部結晶層３１をＧａＮ結晶層、上部結晶層３２を吸収端波長が３５５ｎｍ未満である膜厚３００μｍのＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ結晶層とする構成例が挙げられる。このように構成した窒化物半導体ウェハに対して、波長３５５ｎｍのＮｄ／ＹＡＧレーザの３倍高調波を用いたレーザ光のビームを、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ結晶層側から照射すると、この光をＧａＮ結晶層が吸収して発熱し、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ層との界面近傍の部分が分解される。このレーザ光のビームをウェハ全面にわたって走査することにより、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ結晶層のみをＳｉ基板から分離することができる。こうして得られるＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ結晶は、フリースタンディングのＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ基板として、光素子、電子素子等のデバイス製造に用いることができる。

（第二の実施形態）
図２は、本発明の第二の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。この第二の実施形態は、異種基板から分離する窒化物半導体結晶の膜厚が小さい場合に適している。図２（ａ）は、エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハの断面図であり、１は異種基板、２は異種基板１上に成長したバッファ層、３はバッファ層２上に成長した窒化物半導体結晶層である。窒化物半導体結晶層３は、波長λの光に対する吸収性の異なる下部結晶層３１と上部結晶層３２とから構成されている。下部結晶層３１の方が、上部結晶層３２よりも、異種基板１との格子不整合に起因する欠陥を高密度に含んでいることは、第一の実施形態の場合と同様である。

第二の実施形態に係る製造方法は、エピタキシャル成長工程で形成した窒化物半導体ウェハの窒化物半導体結晶層に対して、支持基板を接合する支持基板接合工程を更に有していることを特徴とする。この支持基板接合工程は、分離工程よりも前に行われる。図２（ｂ）は、支持基板接合工程において、図２（ａ）に示す窒化物半導体ウェハの窒化物半導体結晶層３に支持基板４を接合したところを示している。

第二の実施形態では、分離工程において、窒化物半導体層に支持基板が接合された状態の窒化物半導体ウェハを、２つの部分に切り離す。切り離しの方法は、第一の実施形態の場合と同様であり、波長λの光を照射することによって、下部結晶層３１と上部結晶層３２の界面近傍で、ウェハを２つの部分に切り離す。図２（ｃ）は、こうして、欠陥密度の低い上部結晶層３２が異種基板１から分離されたところを示している。上部結晶層３２に接合された支持基板４は、上部結晶層３２とともに半導体素子の構成部材に用いることができる。あるいは、更に、支持基板４を除去してもよく、例えば、図２（ｃ）の上部結晶層３２の、支持基板４が接合されていない側の表面に新しい支持基板を接合したうえで、支持基板４を除去し、新しい支持基板と上部結晶層３２とから半導体素子を構成することもできる。

次に、第二の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法のより具体的な例を、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハであって、サファイア基板１の上に、ＡｌＮバッファ層２を介して、吸収端波長が３５５ｎｍ未満である膜厚３μｍのＡｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ｎ結晶層３１、Ｓｉ（ケイ素）が３×１０^１８ｃｍ^−３の濃度で添加されたＧａＮからなる膜厚３μｍのＧａＮ：Ｓｉ結晶層３２ａ、膜厚１０ｎｍのＩｎＧａＮ結晶層３２ｂ、Ｍｇ（マグネシウム）が８×１０^１９ｃｍ^−３の濃度で添加されたＧａＮからなる膜厚０．３μｍのＧａＮ：Ｍｇ結晶層３２ｃが、この順にエピタキシャル成長している。ＧａＮ：Ｓｉ結晶層３２ａ、ＩｎＧａＮ結晶層３２ｂ、ＧａＮ：Ｍｇ結晶層３２ｃは、ＧａＮ：Ｓｉ結晶層をｎ型クラッド層、ＩｎＧａＮ結晶層３２ｂを発光層、ＧａＮ：Ｍｇ結晶層３２ｃをｐ型クラッド層とする、ダブルヘテロｐｎ接合型の発光素子構造を構成している。

図３（ｂ）は、支持基板接合工程において、図３（ａ）に示す窒化物半導体ウェハのＧａＮ：Ｍｇ結晶層３２ｃに対し、導電性支持基板４を接合したところを示す。導電性支持基板４の接合にあたっては、まず、ＧａＮ：Ｍｇ結晶層３２ｃの表面に、この層とオーミック接触する正電極層Ｐ１を形成したうえで、正電極層Ｐ１と導電性支持基板４との間を、導電性接合層Ｐ２によって接合する。正電極層Ｐ１の構成は、ｐ型ＧａＮに対する周知のオーミック電極を参照して決定することができる。導電性接合層Ｐ２は、ハンダ等の金属接合材料や、銀ペースト等の導電性接着剤で形成することができる。導電性支持基板４は、ＣｕＷ基板等の金属基板、あるいは、ＧａＡｓ基板等の半導体基板である。

図３（ｃ）は、分離工程において、図３（ｂ）に示す窒化物半導体ウェハを、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ｎ結晶層３１とＧａＮ：Ｓｉ結晶層３２との界面近傍で切り離したところを示している。このような切り離しは、波長３５５ｎｍのＮｄ／ＹＡＧレーザの３倍高調波を用いたレーザ光のビームを、図３（ｂ）に示すウェハに対してサファイア基板１側から照射することにより、行うことができる。照射したレーザ光はＧａＮ：Ｓｉ結晶層３２ａに吸収されるので、発光層となるＩｎＧａＮ結晶層３２ｂが損傷を受けることはない。このようにして、導電性支持基板４上に、発光素子構造を含む窒化物半導体結晶層３２を接合してなるウェハを得た後、露出したＧａＮ：Ｓｉ結晶層３２ａの表面に負電極を形成し、更に、ダイシングによってウェハを分断することによって、チップ状の窒化物半導体発光素子を得ることができる。

（第三の実施形態）
図４は、本発明の第三の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。図４（ａ）は、エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハの断面図であり、１は異種基板、２は異種基板１上に成長したバッファ層、３はバッファ層２上に成長した窒化物半導体結晶層である。窒化物半導体結晶層３は、波長λの光に対する吸収性の異なる下部結晶層３１と上部結晶層３２とから構成されている。この第三の実施形態に係る製造方法は、上部結晶層３２を下部結晶層３１上にエピタキシャル成長させるにあたり、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）技法を用いることを特徴としている。具体的には、下部結晶層３１の上面に選択成長用のマスク層Ｍを部分的に形成し、上部結晶層３２を構成する窒化物半導体結晶を、下部結晶層３１の上面がマスク層Ｍに覆われずに露出した領域上から成長させる。分離工程では、この窒化物半導体ウェハに対して、下部結晶層３１と上部結晶層３２のいずれかのみが吸収する波長λの光を照射し、該光を吸収する方の層を分解させることによって、図４（ｂ）に示すように、下部結晶層３１と上部結晶層３２の界面近傍でウェハを２つの部分に切り離す。波長λの光として、ビーム状のレーザ光を用いる場合には、ウェハ全面を走査してもよいが、必須ではなく、下部結晶層３１と上部結晶層３２層が接する領域のみを走査してもよい。

第三の実施形態に係る製造方法によれば、エピタキシャル成長工程において、図４（ａ）に示すように、下部結晶層３１と上部結晶層３２との間に挟まれたマスク層Ｍを有する窒化物半導体ウェハを形成する。このマスク層Ｍは非晶質物質で形成されるために、下部結晶層３１とも上部結晶層３２とも強く接合しない。そのために、分離工程において、下部結晶層３１と上部結晶層３２とを切り離すことが容易となる。また、ＥＬＯ技法を用いることによって、上部結晶層３２の結晶品質が改善されるという効果が得られる。このような効果は、下部結晶層３１の上面における、マスク層で覆われた領域（以下「マスク領域」ともいう。）の、マスク層で覆われていない領域（窒化物半導体結晶が露出した領域。以下「露出領域」ともいう。）に対する比率が大きい程、顕著となる。よって、［マスク領域の面積］／［露出領域の面積］は、６０／４０〜９５／５とすることが好ましく、７０／３０〜９０／１０とすることがより好ましく、７５／２５〜９０／１０とすることが特に好ましい。

この第三の実施形態に係る製造方法では、図５に示す例のように、下部結晶層３１の上面のマスク領域を露出領域に対して窪ませてもよい。このようにすると、マスク層Ｍと上部結晶層３２との間に空間が形成されるので、分離工程における下部結晶層３１と上部結晶層３２の切り離しが更に容易となる。また、エピタキシャル成長工程において、上部結晶層３２を成長させる際に、マスク層Ｍ上に堆積する気相反応生成物が、マスク層Ｍ上における窒化物半導体結晶のラテラル成長を阻害することを防止できる。

マスク領域を露出領域に対して窪ませるには、次のようにする。まず、下部結晶層３１を形成した後、下部結晶層３１の上面上に、形成すべき露出領域の形状にパターニングしたエッチングマスクを形成する。次に、該エッチングマスクの上からエッチングを行い、マスク領域とすべき領域に窪み（凹部）を形成する。次に、該エッチングマスクを残したままでマスク層Ｍの形成を行い、最後に、該エッチングマスクをリフトオフする。このようにすると、窪みの表面にのみマスク層Ｍを形成することができる。即ち、マスク領域のみが窪んだ状態を得ることができる。なお、図５に示す例では、窪みが下部結晶層３１の範囲内に形成されているが、バッファ層２や、更には異種基板１に達する窪みを形成しても構わない。

図５の例のように、下部結晶層３１の上面のマスク領域を露出領域に対して窪ませる実施形態では、波長λの光を吸収しない異種基板１およびバッファ層２を用いるとともに、下部結晶層３１を波長λの光を吸収しない窒化物半導体で形成し、上部結晶層３２の、少なくとも下部結晶層３１との界面近傍の領域を、波長λの光を吸収する窒化物半導体で形成することが好ましい。その場合、分離工程においては、波長λの光を異種基板１の側からウェハに照射して、上部結晶層３２を分解させるが、この光が下部結晶層３１と上部結晶層３２の界面領域に集中するからである。その理由は、光がマスク層Ｍと上部結晶層３２との間に形成された空間の内部に進入し難いからであって、該空間の内部の屈折率が下部結晶層３１の内部の屈折率よりも低いことによる。

第三の実施形態に係る製造方法で用いる選択成長用のマスク層の材料や、その形成パターンについては、従来公知のＥＬＯ技法を参照して決定することができる。マスク層として一般的に用いられるのは、窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒化チタン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、タングステンなどからなる非晶質薄膜である。その他の好ましいマスク層の材料として、本発明者等は酸化マグネシウムなどのＭｇ化合物を提案する。マスク層を覆う窒化物半導体結晶層を成長させている最中に、マスク層の分解が生じることがあるが、Ｍｇ化合物からなるマスク層の分解により放出されるＭｇは、窒化物半導体結晶のラテラル成長を促進する物質であるため、マスク層の分解に伴うラテラル成長の阻害が生じないからである。

第三の実施形態に係る製造方法では、下部結晶層３１の上面のマスク領域の面積を大きくする程、上部結晶層３２の形成初期に露出領域から成長する結晶がマスク層Ｍを覆うまでに要する時間が長くなり、製造効率が低下する。この問題を軽減するために、上部結晶層３２を成長させる際、少なくとも、結晶がマスク層Ｍを覆うまでの間は、Ｍｇを添加しながら結晶を成長させることが好ましい。Ｍｇの添加は窒化物半導体結晶のラテラル成長を促進する効果を持つからである。図６（ａ）は、エピタキシャル成長工程において、上部結晶層３２の成長初期にＭｇ添加を行ってなる窒化物半導体ウェハを示しており、上部結晶層３２の最下部に、マスク層Ｍを覆うＭｇ添加領域が形成されている。Ｍｇ添加領域には、Ｍｇを濃度１×１０^１８ｃｍ^−３以上、特に、１×１０^１９ｃｍ^−３以上となるように添加することが好ましい。Ｍｇの添加量を多くし過ぎると結晶性の低下が問題となることから、この濃度は１×１０^２１ｃｍ^−３以下となるようにすることが好ましい。図６（ｂ）は、分離工程において、図６（ａ）の窒化物半導体ウェハを下部結晶層３１と上部結晶層３２の界面近傍で２つの部分に切り離したところである。上部結晶層３２を使用する際に、Ｍｇの添加を意図していない領域に向かって、上部結晶層３２の最下部に存在するＭｇ添加領域からＭｇが拡散する問題を防ぐために、分離工程の後、更に、図６（ｃ）に示すように、上部結晶層３２からＭｇ添加領域を除去することが好ましい。除去の方法としては、研磨、研削、エッチング等の方法が挙げられる。

上部結晶層３２の成長初期にＭｇ添加を行う実施形態において、Ｍｇ添加領域の上方へのＭｇの拡散を防止するには、Ｍｇ拡散防止層の直上にＭｇ拡散防止層を設けることも効果的である。Ｍｇ拡散防止層は、Ｍｇを意図的に添加していない層であればよいが、好ましくは、Ｓｉ等のドナーを添加したｎ型伝導性層とする。Ｍｇ添加領域はＭｇがアクセプター性を有するためにｐ型伝導性となるが、その上にｎ型伝導性のＭｇ拡散防止層を形成すると、Ｍｇ添加領域とＭｇ拡散防止層との界面に電位障壁が形成され、イオン化したＭｇのＭｇ拡散防止層側への拡散が抑制される。Ｍｇ拡散防止層とＭｇ添加領域との間にヘテロ界面が形成されるようにしたり、Ｍｇ拡散防止層の内部にヘテロ界面を設けることも、好ましい。Ｍｇはヘテロ界面に吸着される傾向を有しているためである。よって、Ｍｇ拡散防止層は、多数のヘテロ界面を含む超格子構造としてもよい。

以上、本発明の典型的な実施形態を説明したが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

（その他の実施形態）
エピタキシャル成長工程で用いる異種基板に限定はなく、窒化物半導体結晶のエピタキシャル成長に適した従来公知の異種基板を限定なく使用することができる。エピタキシャル成長工程で窒化物半導体ウェハを形成する際に、異種基板と窒化物半導体結晶層との間にバッファ層を介在させることは必須ではないが、成長面の平坦性の高い窒化物半導体結晶層を形成するには、バッファ層を用いることが好ましい。バッファ層には、当該分野における公知のバッファ層を任意に用いることができる。好ましいバッファ層としては、単結晶成長温度よりも低温で成膜した窒化物半導体からなるバッファ層（いわゆる「低温バッファ層」）が挙げられる。

エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハの、窒化物半導体結晶層の内部に設ける、波長λの光を吸収しない第１結晶層および波長λの光を吸収する第２結晶層は、任意の組成を有する窒化物半導体で構成することができる。結晶品質の低下を防止する観点からは、これらの結晶層は、２元または３元の窒化物半導体結晶で形成することが好ましい。よって、第１結晶層をＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層とし、第２結晶層をＧａＮ層とする組合せ、第１結晶層をＧａＮ層とし、第２結晶層をＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）層とする組合せ、第１結晶層をＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層とし、第２結晶層をＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）層とする組合せが、好適な組合せとして例示される。分離工程において、波長λの光を第１結晶層を通して第２結晶層に照射できるように、エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハは、第１結晶層と第２結晶層との界面よりも第１結晶層側に位置する部分を、波長λの光を吸収しない材料で構成する必要があることはいうまでもない。

エピタキシャル成長工程にて第１結晶層と第２結晶層を積層する際には、先に成長させた一方の結晶層の表面を研磨して平坦性を高めたうえで、その上に他方の結晶層を成長させてもよい。

本発明の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体結晶の製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１ 異種基板
２ バッファ層
３ 窒化物半導体結晶層
３１ 下部結晶層
３２ 上部結晶層
４ 支持基板
Ｍ マスク層

Claims (10)

1. 異種基板と、該異種基板上にエピタキシャル成長した窒化物半導体結晶層とを備え、該窒化物半導体結晶層中に波長λの光を吸収しない第１結晶層および波長λの光を吸収する第２結晶層を設けてなる窒化物半導体ウェハを形成する、エピタキシャル成長工程と、
   波長λの光を第１結晶層を通して第２結晶層に照射し、第２結晶層の少なくとも一部を分解させることにより、前記窒化物半導体ウェハを第１結晶層と第２結晶層との界面近傍で２つの部分に切り離して、前記異種基板から分離した窒化物半導体結晶を得る分離工程と、
   を少なくとも有する窒化物半導体結晶の製造方法。
2. 第１結晶層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層であり、第２結晶層がＧａＮ層である、請求項１に記載の製造方法。
3. 第１結晶層がＧａＮ層であり、第２結晶層がＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）層である、請求項１に記載の製造方法。
4. 第１結晶層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層であり、第２結晶層がＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）層である、請求項１に記載の製造方法。
5. 前記エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハが、第１結晶層と第２結晶層との間に挟まれたマスク層を有している、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
6. 前記エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハが、前記マスク層と第１結晶層との間または前記マスク層と第２結晶層との間のいずれかに空間を有している、請求項５に記載の製造方法。
7. 前記エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハが、前記マスク層と第２結晶層との間に空間を有している、請求項６に記載の製造方法。
8. 前記分離工程の前に、前記エピタキシャル成長工程で形成した窒化物半導体ウェハの窒化物半導体結晶層に支持基板を接合する支持基板接合工程を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
9. 前記窒化物半導体結晶が発光素子構造を含んでいる、請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
10. 前記エピタキシャル成長工程で形成する窒化物半導体ウェハが、窒化物半導体結晶層中に、異種基板に近い側から、第１結晶層と、第２結晶層と、発光層とを、この順に含んでいる、請求項９に記載の製造方法。