JP2009260391A - Ｉｉｉ族窒化物半導体層貼り合わせ基板および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高特性の半導体デバイスを製造することができるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法、およびＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板を含む半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０と下地基板１０とを、それぞれの貼り合わせ面１２ｃを活性化させて接合することにより、貼り合わせる工程を含むＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１の製造方法であって、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の熱膨張係数と下地基板１０の熱膨張係数との差が４．５×１０^-6Ｋ^-1以下であり、下地基板１０の熱伝導率が５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と下地基板とが貼り合わされているＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法およびかかる貼り合わせ基板を含む半導体デバイスの製造方法に関する。

ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体デバイスは種々の方法で形成されている。一つの方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体と化学組成が異なるが熱膨張係数の差が小さいＳｉ、ＳｉＣ、サファイアなどの異種基板上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法などにより、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成させる。また、他の方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板上に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などにより、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成させる。

ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の形成用基板として上記異種基板を用いると、異種基板とＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層との間の熱膨張係数の差および格子不整合などにより基板に応力が発生し、基板および半導体デバイスの反りによるＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の転位密度の増加、剥離の発生、半導体デバイス特性の低下などの問題があった。また、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の形成用基板として上記ＩＩＩ族窒化物半導体基板を用いると、ＩＩＩ族窒化物半導体基板とＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層との間の熱膨張係数の差がないかまたは小さくまた格子整合性が高いため、特性の高い半導体デバイスが得られるが、かかるＩＩＩ族窒化物半導体基板は非常に高価であり得られる半導体デバイスも非常に高価なものとなる問題があった。

そこで、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層の形成用基板として、特性の高い半導体デバイスを製造できる安価な基板が求められている。かかる基板として、ＧａＮベースのＩＩＩ族窒化物半導体の薄い層を、そのＩＩＩ族窒化物半導体の薄層に近似またはそれより高い熱膨張係数を有する下地基板に貼り合わせた基板が提案されている（たとえば、特表２００４−５１２６８８号公報（以下、特許文献１という）を参照）。

特表２００４−５１２６８８号公報

ここで、特許文献１の貼り合わせ基板においては、ＩＩＩ族窒化物半導体層と下地基板との間の熱膨張係数の差のみが議論されている。これは、半導体デバイスを製造において、ＩＩＩ窒化物半導体層貼り合わせ基板上にＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法により少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる場合には、６００℃〜１１００℃程度の高温プロセスが必要であることから、ＩＩＩ族窒化物半導体層と下地基板との間の熱膨張係数の差が大きいと、下地基板に貼り合わされたＩＩＩ族窒化物半導体層に、剥離および／またはクラックが発生する問題が生じるからである。

しかし、半導体デバイスに用いられるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板に求められる特性は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と下地基板との間の熱膨張係数の差が小さいことだけではない。特に、半導体デバイスの製造の際および使用の際のＩＩＩ族窒化物半導体層における熱の蓄積を低減するために、熱伝導率の高い下地基板を用いる必要がある。この点に関して、特許文献１には何ら考慮されていない。

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と下地基板との間の熱膨張係数のみならず、下地基板の熱伝導率をも考慮して、高特性の半導体デバイスを製造することができるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法、およびＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板を含む半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と下地基板とを、それぞれの貼り合わせ面を活性化させて接合することにより、貼り合わせる工程を含むＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法であって、ＩＩＩ族窒化物半導体層の熱膨張係数と下地基板の熱膨張係数との差が４．５×１０^-6Ｋ^-1以下であり、下地基板の熱伝導率が５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法である。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法において、ＩＩＩ族窒化物半導体層をＧａＮ層とすることができる。また、下地基板の抵抗率を１０Ω・ｃｍ以下とすることができる。また、下地基板は、Ｍｏ、ＷおよびＩｒの少なくともいずれかを含む金属を主成分とすることができる。また、下地基板は、ＡｌＮ、ＳｉおよびＳｉＣの少なくともいずれかを主成分とすることができる。ここで、主成分とは、下地基板中で５０モル％以上含まれている成分をいう。また、下地基板の熱伝導率をＩＩＩ族窒化物半導体層の熱伝導率以上とすることができる。また、下地基板は、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材、ダイヤモンドおよびダイヤモンド−金属複合材からなる群から選ばれる１種類の材料を含むことができる。さらに、下地基板は、複数の層が積層されていることができる。

また、本発明は、上記の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程を含む半導体デバイスの製造方法である。

本発明によれば、高特性の半導体デバイスを製造することができるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法、およびＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板を含む半導体デバイスの製造方法を提供することができる。

本発明により得られるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の一例を示す概略断面図である。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法を示す一実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は貼り合わせ工程を示し、（ｂ）は分離工程を示す。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法を示す他の実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は水素イオン注入工程を示し、（ｂ）は貼り合わせ工程を示し、（ｃ）は分離工程を示す。 ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層付基板の一例を示す概略断面図である。 複数の層が積層されている下地基板の一例を示す概略断面図である。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法を示すさらに他の実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は水素イオン注入工程を示し、（ｂ）は貼り合わせ工程を示し、（ｃ）は分離工程を示す。 本発明により得られる半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。 典型的な半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は中間品を示し、（ｂ）は最終品を示す。 本発明により得られる半導体デバイスの他の例を示す概略断面図である。 典型的な半導体デバイスの他の例を示す概略断面図である。 本発明により得られる半導体デバイスのさらに他の例を示す概略断面図である。

（実施形態１）
本発明により得られるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の一例は、図１を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０と下地基板１０とが貼り合わされているＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１であって、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の熱膨張係数α_Lと下地基板１０の熱膨張係数α_Sとの差｜α_L−α_S｜が４．５×１０^-6Ｋ^-1以下であり、下地基板１０の熱伝導率λ_Sが５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上であることを特徴とする。

ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の熱膨張係数α_Lと下地基板１０の熱膨張係数α_Sとの差｜α_L−α_S｜が４．５×１０^-6Ｋ^-1より大きくなると、下地基板１０に貼り合わされたＩＩＩ族窒化物半導体層２０に剥離および／またはクラックが発生する。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の熱膨張係数α_Lと下地基板１０の熱膨張係数α_Sとの差｜α_L−α_S｜は、３．５×１０^-6Ｋ^-1以下が好ましく、３．０×１０^-6Ｋ^-1以下がより好ましい。

また、下地基板１０の熱伝導率λ_Sが５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1未満であると、半導体デバイスの製造の際および使用の際のＩＩＩ族窒化物半導体層における熱の蓄積が増大して、半導体デバイスの特性が低下する。かかる観点から、下地基板の熱伝導率λ_Sは、７０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上が好ましく、１００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上がより好ましい。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１におけるＩＩＩ族窒化物半導体層２０は、特に制限はなく、たとえば種々のＡｌ_1-x-yＧａ_xＩｎ_yＮ層（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）が挙げられる。ＩＩＩ族窒化物半導体層２０は、各種半導体デバイスへの汎用性の高さから、特にＧａＮ層が好ましい。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１における下地基板１０は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０との間の熱膨張係数の差｜α_L−α_S｜が４．５×１０^-6Ｋ^-1以下であり、熱伝導率λ_Sが５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上のものであれば、特に制限はない。かかる下地基板１０に用いられる材料としては、表１を参照して、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＺｒＢ₂、ＩｎＰなどの単結晶、多結晶ＡｌＮ（poly-ＡｌＮ）、ＢｅＯ（焼結）、ＳｉＣ（焼結）などのセラミックス、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属、ＡｌＮ（焼結）、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材（焼結）、ダイヤモンド、ダイヤモンド−金属複合材（焼結）などのヒートシンク用材料が好ましく用いられる。ここで、表１は各種材料の熱膨張率、熱伝導率および抵抗率をまとめたものである。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１における下地基板１０の抵抗率は、両側の主表面に電極形成が可能な通電性の半導体デバイスを形成できる観点から、１０Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。

また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１における下地基板１０は、Ｍｏ、ＷおよびＩｒの少なくともいずれかを含む金属を主成分とすることが好ましい。ここで、主成分とは、下地基板中で５０モル％以上含まれている成分をいう。また、下地基板１０には、Ｍｏ、ＷおよびＩｒの少なくともいずれかを含む金属が９９モル％以上含まれていることがより好ましい。金属Ｍｏ、金属Ｗおよび金属Ｉｒは、いずれもＩＩＩ族窒化物半導体、特にＧａＮとの間の熱膨張係数の差が小さく、熱伝導率が高く、抵抗率が低い特徴を有する。さらに、金属Ｍｏは入手および加工が容易であり、金属Ｗは加工が難しいが入手が容易であり、金属Ｉｒは入手が難しいが加工が容易である。

また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１における下地基板１０は、ＡｌＮ、ＳｉおよびＳｉＣの少なくともいずれかを主成分とすることが好ましい。すなわち、下地基板１０には、ＡｌＮ、ＳｉおよびＳｉＣの少なくともいずれかが５０モル％以上含まれていることが好ましい。また、下地基板１０には、ＡｌＮ、ＳｉおよびＳｉＣの少なくともいずれかが９９モル％以上含まれていることが好ましい。ＡｌＮ、ＳｉおよびＳｉＣは、いずれもＩＩＩ族窒化物半導体、特にＧａＮとの間の熱膨張係数の差が小さく、熱伝導率が高い特徴を有する。

また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１における下地基板１０の熱伝導率は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の熱伝導率以上であることが好ましい。下地基板１０の熱伝導率λ_SがＩＩＩ族窒化物半導体層２０の熱伝導率λ_L以上（すなわち、λ_S≧λ_L）であると、下地基板１０はＩＩＩ族窒化物半導体層２０のヒートシンクとしての機能を有し、半導体デバイスの製造または使用の際のＩＩＩ族窒化物半導体層２０への熱の蓄積が低減され、半導体デバイスの特性が高く維持され、寿命が長くなる。

また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１における下地基板１０は、ＡｌＮ（焼結）、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材（焼結）、ダイヤモンド、ダイヤモンド−金属複合材からなる群から選ばれる１種類の材料を含むことが好ましい。かかる材料は、いずれもＩＩＩ族窒化物半導体、特にＧａＮとの間の熱膨張係数の差が小さく、また、熱伝導率が特に高く、ヒートシンク材料として特に優れたものである。

また、図５を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板における下地基板１０は、複数の層、たとえば第１の層１０ａと第２の層１０ｂが積層されていてもよい。複数の層により下地基板を構成することにより、下地基板の特性を変えることができる。たとえば、図５に示す下地基板１０において、第１の層１０ａが低熱伝導率の基板であっても、第２の層１０ｂとして高熱伝導率の薄膜を備えることにより、熱伝導率が高められた下地基板１０が得られる。ここで、複数の層の積層方法には、特に制限はなく、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法などが用いられる。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法は、特に制限はないが、たとえば、以下の２つの実施形態が好ましく用いられる。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法の一実施形態は、図２を参照して、図２（ａ）に示すように厚いＩＩＩ族窒化物半導体層２０の一方の主表面と下地基板１０の一方の主表面とを貼り合わせる工程（貼り合わせ工程）と、図２（ｂ）に示すようにＩＩＩ族窒化物半導体層２０と下地基板１０の貼り合わせ面１２ｃからＩＩＩ族窒化物半導体層２０側に距離Ｔに位置する貼り合わせ面に平行な面２０ｃでＩＩＩ族窒化物半導体層２０を切断して分離する工程（分離工程）とを含む。かかる工程により、下地基板１０上に厚さＴのＩＩＩ族窒化物半導体層２０が貼り合わされた基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１）が得られる。

ここで、厚いＩＩＩ族窒化物半導体層２０の一方の主表面と下地基板１０の一方の主表面とを貼り合わせる方法には、特に制限はないが、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせ、貼り合わせ後６００℃〜１２００℃に昇温して接合することによる直接接合法、プラズマやイオンなどで貼り合わせ面を活性化させ接合することによる表面活性化法などが好ましく用いられる。

ここで、貼り合わせ面１２ｃからＩＩＩ族窒化物半導体層２０側に距離Ｔに位置する貼り合わせ面に平行な面２０ｃでＩＩＩ族窒化物半導体層２０を切断する方法には、特に制限はなく、内周刃、外周刃、バンドソー、レーザ照射などにより機械的に切断することができる。このような機械的な切断方法は、下地基板１０上のＩＩＩ族窒化物半導体層２０の厚さＴを１０μｍ以下にすることは困難であり、通常、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の厚さが１０μｍよりも大きいＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１を製造するのに適した方法である。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法の他の実施形態は、図３を参照して、図３（ａ）に示すように厚いＩＩＩ族窒化物半導体層２０の一方の主表面側から深さＤの面２０ｈに水素、ヘリウム、窒素、酸素などのイオンを注入する工程（イオン注入工程）と、図３（ｂ）に示すようにイオンが注入されたＩＩＩ族窒化物半導体層２０の一方の主表面と下地基板１０の一方の主表面とを貼り合わせる工程（貼り合わせ工程）と、図３（ｃ）に示すように下地基板１０およびＩＩＩ族窒化物半導体層２０に力を加えて、貼り合わせ面１２ｃからＩＩＩ族窒化物半導体層２０の深さがＤの面２０ｈでＩＩＩ族窒化物半導体層２０を分離する工程（分離工程）とを含む。

上記の工程により、下地基板１０上に厚さＴ_DのＩＩＩ族窒化物半導体層２０が貼り合わされた基板（ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１）が得られる。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の厚さＴ_Dの大きさは上記イオンの注入深さＤの大きさにほぼ等しい。また、上記イオン注入工程においては、基板へのダメージを小さくする観点から、半径の小さいイオンが好ましく、水素イオンが最も好ましい。また、分離工程において、下地基板１０およびＩＩＩ族窒化物半導体層２０に加えられる力には、直接的な力の他、熱処理によって生じる応力などの間接的な力も含まれる。

かかる方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体層中のイオンが注入された部分が脆化することを利用したものであり、イオンの注入深さＤは精度よく調節することができるため、厚さＴ_Dの小さい、たとえば、１０ｎｍ〜１０μｍ程度のＩＩＩ族窒化物半導体層２０を有するＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１を製造するのに適した方法である。

また、図５に示すように、下地基板１０が複数の層、たとえば第１の層１０ａと第２の層１０ｂとが積層されている場合であっても、図２または図３と同様にして本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体貼り合わせ基板１を製造することができる。

（実施形態２）
本発明により得られる半導体デバイスの一例は、図７を参照して、実施形態１のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１上に形成されている少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０を有する。ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１の下地基板１０上に貼り合わされているＩＩＩ族窒化物半導体層２０上に形成されているＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０は、結晶性が高いため、特性の高い半導体デバイスが得られる。

具体的には、本実施形態の半導体デバイスは、図７を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０上に、１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０として、ｎ型ＧａＮ層４３、ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層４４、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層とで構成される多重量子井戸構造を有する発光層４５、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４６およびｐ型ＧａＮ層４７が形成されている。ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０の形成方法には、特に制限はないが、良好なエピタキシャル層が形成される観点から、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが好ましく用いられる。

さらに、ｐ型ＧａＮ層４７上にはｐ側電極４８が形成され、ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１の下地基板１０上にはｎ側電極４９が形成されている。このように、本実施形態の半導体デバイスにおいては、ｐ側電極４８とｎ側電極４９が、ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１と１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０を挟んでそれらの両側の主表面に形成されているため、下地基板１０は、金属または半導体などの導電性基板であることが必要となる。

（実施形態３）
本発明により得られる半導体デバイスの他の例は、図９を参照して、実施形態１のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１上に形成されている少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０を有する。ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１の下地基板１０上に貼り合わされているＩＩＩ族窒化物半導体層２０上に形成されているＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０は、結晶性が高いため、特性の高い半導体デバイスが得られる。

具体的には、本実施形態の半導体デバイスは、図９を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０上に、１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０として、ｎ型ＧａＮ層４３、ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層４４、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層とで構成される多重量子井戸構造を有する発光層４５、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４６およびｐ型ＧａＮ層４７が形成されている。ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０の形成方法には、特に制限はないが、良好なエピタキシャル層が形成される観点から、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが好ましく用いられる。

さらに、ｐ型ＧａＮ層４７上にはｐ側電極４８が形成されている。また、ドライエッチングにより、ｐ型ＧａＮ層４７、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４６、発光層４５およびｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層４４のそれぞれの一部領域が除去されることにより露出しているｎ型ＧａＮ層４３上にｎ側電極４９が形成されている。

（実施例１）
本実施例においては、種々の下地基板の主表面と種々のＩＩＩ族窒化物半導体層の主表面（ＩＩＩ族元素原子表面）との貼り合わせの可否を調べた。ここで、下地基板としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、多結晶ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣおよびガラスセラミックスを用いた。また、ＩＩＩ族窒化物半導体層としては、５種類のＡｌ_1-xＧａ_xＮ層（ｘ＝０、０．２５、０．５、０．７５および１）を用いた。

まず、以下の方法により、種々のＩＩＩ族窒化物半導体層を形成した。直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ４００μｍのＳｉ基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍのＡｌＮバッファ層を形成した後、厚さ２μｍの５種類のＡｌ_1-xＧａ_xＮ層（ｘ＝０、０．２５、０．５、０．７５および１）をエピタキシャル成長させた。次いで、これら５種類のＡｌ_1-xＧａ_xＮ層に水素イオンを注入した。水素イオンの加速電圧を５０ｋｅＶとし、水素イオンのドーズ量を７×１０¹⁷ｃｍ^-2として、Ａｌ_1-xＧａ_xＮ層の主表面（ＩＩＩ族元素原子表面）から深さ約２００ｎｍの位置にドーズ量のピークが得られた。

水素イオンを注入した後、Ａｌ_1-xＧａ_xＮ層の主表面（ＩＩＩ族元素原子表面）を洗浄し、ドライエッチング装置に入れて、その主表面（ＩＩＩ族元素原子表面）をＮ₂ガス中で放電させて生成したプラズマで清浄面とした。ここで、Ａｌ_1-xＧａ_xＮ層の主表面（ＩＩＩ族元素原子表面）のＮ₂ガスによるドライエッチング条件は、ＲＦパワーが１００Ｗ、Ｎ₂ガス流量が５０ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍは、標準状態（１０１３ｈＰａ、２７３Ｋ）の気体が１分間に流れる体積が１ｃｍ³であることを示す単位である。）、Ｎ₂ガス分圧が１３．３Ｐａであった。

一方、下地基板がＭｏ、Ｗ、ＣｕまたはＡｌの場合は、その主表面をＡｒガス中で放電させて生成したプラズマで清浄面とした。ここで、下地基板の主表面のＡｒガスによるドライエッチング条件は、ＲＦパワーが１００Ｗ、Ａｒガス流量が５０ｓｃｃｍ、Ａｒガス分圧が６．７Ｐａであった。また、下地基板が多結晶ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣまたはガラスセラミックスの場合は、その主表面をＯ₂ガス中で放電させて生成したプラズマで清浄面とした。ここで、下地基板の主表面のＯ₂ガスによるドライエッチング条件は、ＲＦパワーが１００Ｗ、Ｏ₂ガス流量が５０ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガス分圧が６．７Ｐａであった。

次に、上記ドライエッチングにより清浄されたＡｌ_1-xＧａ_xＮ層の主表面（ＩＩＩ族元素原子表面）と下地基板の主表面とを大気中で貼り合わせた。貼り合わせ後は接着強度が弱いため、大気中で室温（たとえば２０℃〜３０℃）から２００℃〜３００℃まで３時間かけてゆっくり加熱して、接着強度を増加させた。

次に、５００℃に昇温し、この下地基板／Ａｌ_1-xＧａ_xＮ層／ＡｌＮバッファ層／Ｓｉ基板の積層ウエハに斜め方向に荷重を加えることにより、水素イオンが注入されて脆化した部分を分離し、下地基板上に厚さ２００ｎｍのＡｌ_1-xＧａ_xＮ層を形成させた。このとき、貼り合わせ基板が得られたものを可、加熱中にＡｌ_1-xＧａ_xＮ層が下地基板から剥離したものおよびＡｌ_1-xＧａ_xＮ層にクラックが発生したものを不可とした。結果を表２にまとめた。

表２から明らかなように、５種類のＡｌ_1-xＧａ_xＮ層（ｘ＝０、０．２５、０．５、０．７５および１）のいずれにおいても、下地基板がＭｏ、Ｗ、多結晶ＡｌＮ、ＳｉおよびＳｉＣの場合は貼り合わせができたが、下地基板がＣｕ、Ａｌ、ガラスセラミックスの場合は貼り合わせができなかった。ここで、貼り合わせができた下地基板とＩＩＩ族窒化物半導体層との間には、熱膨張係数の差が４．５×１０^-6Ｋ^-1以下、下地基板の熱伝導率が５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の関係が満たされていた。

（実施例２）
本実施例においては、種々の下地基板の主表面とＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層）の主表面（窒素原子表面）との貼り合わせの可否を調べた。ここで、下地基板としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、多結晶ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ガラスセラミックス、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材（焼結）およびダイヤモンド−Ｃｕ複合材（焼結）を用いた。

下地基板として用いられるＣｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材またはダイヤモンド−Ｃｕ複合材は、それぞれ各成分の含有量により熱膨張係数および熱伝導率が異なるが、本実施例においては、Ｃｕ−Ｍｏ合金は熱膨張係数が８×１０^-6Ｋ^-1で熱伝導率が１８０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1のものを、Ｃｕ−Ｗ合金は熱膨張係数が８×１０^-6Ｋ^-1で熱伝導率が２３０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1のものを、Ａｌ−ＳｉＣ複合材は熱膨張係数が８×１０^-6Ｋ^-1で熱伝導率が１５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1のものを、ダイヤモンド−Ｃｕ複合材は熱膨張係数が６×１０^-6Ｋ^-1で熱伝導率が５５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1のものを用いた。

図３（ａ）を参照して、ＧａＮ層を形成するための材料として、酸素がドーピングされた直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ５００μｍのウエハの両主表面が研磨により鏡面化されているＧａＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）を準備した。このＧａＮウエハは六方晶で（０００１）面がウエハの主表面である。このＧａＮウエハは、その抵抗率が１Ω・ｃｍ以下で、そのキャリア濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であった。このＧａＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）に水素イオンを注入した。水素イオンの加速電圧を５０ｋｅＶとし、水素イオンのドーズ量を７×１０¹⁷ｃｍ^-2として、ＧａＮウエハの主表面（Ｎ原子表面）から深さ約２００ｎｍの位置にドーズ量のピークが得られた。

水素イオンを注入した後、ＧａＮ層の主表面（Ｎ原子表面）を洗浄し、ドライエッチング装置に入れて、その主表面（Ｎ原子表面）をＮ₂ガス中で放電させて生成したプラズマで清浄面とした。ここで、ＧａＮ層の主表面（Ｎ原子表面）のＮ₂ガスによるドライエッチング条件は、ＲＦパワーが１００Ｗ、Ｎ₂ガス流量が５０ｓｃｃｍ、Ｎ₂ガス分圧が１３．３Ｐａであった。

一方、下地基板１０がＭｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材またはダイヤモンド−Ｃｕ複合材の場合は、その主表面をＡｒガス中で放電させて生成したプラズマで清浄面とした。ここで、下地基板１０の主表面のＡｒガスによるドライエッチング条件は、ＲＦパワーが１００Ｗ、Ａｒガス流量が５０ｓｃｃｍ、Ａｒガス分圧が６．７Ｐａであった。また、下地基板１０が多結晶ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣまたはガラスセラミックスの場合は、その主表面をＯ₂ガス中で放電させて生成したプラズマで清浄面とした。ここで、下地基板１０の主表面のＯ₂ガスによるドライエッチング条件は、ＲＦパワーが１００Ｗ、Ｏ₂ガス流量が５０ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガス分圧が６．７Ｐａであった。

次に、図３（ｂ）を参照して、上記ドライエッチングにより清浄されたＧａＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）の主表面（Ｎ面）と下地基板１０の主表面とを大気中で貼り合わせた。ここで、下地基板１０がＭｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣまたはガラスセラミックスの場合は、貼り合わせ時の圧力を７ＭＰａ（１４００ｋｇｆ／２インチウエハ）とした。また、下地基板１０がＣｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材またはダイヤモンド−Ｃｕ複合材の場合は、貼り合わせ時の圧力を１５ＭＰａ（３０００ｋｇｆ／２インチウエハ）とした。下地基板とＧａＮウエハとの貼り合わせ後は接着強度が弱いため、大気中で室温（たとえば２０℃〜３０℃）から２００℃〜３００℃まで３時間かけてゆっくり加熱して、接着強度を増加させた。

次に、図３（ｃ）を参照して、５００℃に昇温し、この下地基板／ＧａＮ層の積層ウエハに斜め方向に荷重を加えることにより、水素イオンが注入されて脆化した部分を分離し、下地基板１０上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）を形成させた。このとき、貼り合わせ基板が得られたものを可、加熱中にＧａＮ層が下地基板から剥離したものおよびＧａＮ層にクラックが発生したものを不可とした。結果を表３にまとめた。

表３から明らかなように、下地基板がＭｏ、Ｗ、多結晶ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材、ダイヤモンド−Ｃｕ複合材の場合は貼り合わせができたが、下地基板がＣｕ、Ａｌ、ガラスセラミックスの場合は貼り合わせができなかった。ここで、貼り合わせができた下地基板とＩＩＩ族窒化物半導体層との間には、熱膨張係数との差が４．５×１０^-6Ｋ^-1以下、下地基板の熱伝導率が５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の関係が満たされていた。

（実施例３）
図４を参照して、サファイア基板（下地基板３０）上にＭＯＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍのＡｌＮバッファ層（ＩＩＩ族窒化物バッファ層３１）および厚さ２００ｎｍのＧａＮエピタキシャル層（ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層３２）を形成させて、ＧａＮエピタキシャル層付基板（ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層付基板３３）が得られた。また、実施例２で得られた、Ｍｏ基板（下地基板）と厚さ２００ｎｍのＧａＮ層との貼り合わせ基板（ＧａＮ層／Ｍｏ貼り合わせ基板）、Ｓｉ基板（下地基板）と厚さ２００ｎｍのＧａＮ層との貼り合わせ基板（ＧａＮ層／Ｓｉ貼り合わせ基板）を準備した。

上記のＧａＮエピタキシャル層付基板、ＧａＮ層／Ｍｏ貼り合わせ基板およびＧａＮ層／Ｓｉ貼り合わせ基板をそれぞれ液温１８０℃のＮａＯＨ水溶液に浸漬させて、ＧａＮ層またはＧａＮエピタキシャル層の転位密度に対応して発生するエッチピット密度を測定した。ＧａＮ層／Ｍｏ貼り合わせ基板およびＧａＮ層／Ｓｉ貼り合わせ基板のＧａＮ層は、ＧａＮエピタキシャル層付基板のＧａＮエピタキシャル層に比べて、それらのエッチピット密度が１／６以下であった。このことから、ＧａＮ層貼り合わせ基板のＧａＮ層は、ＧａＮエピタキシャル層付基板のＧａＮエピタキシャル層よりも転位密度が低いことがわかった。

（実施例４）
図７を参照して、実施例２で得られたＭｏ基板（下地基板１０）と厚さ２００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）との貼り合わせ基板（ＧａＮ層／Ｍｏ貼り合わせ基板）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０として、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層４３、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層４４、６対のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層とで構成される多重量子井戸構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層４５、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４６および厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層４７を形成した。次いで、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層４７上にｐ側電極４８を形成し、Ｍｏ基板（下地基板１０）上にｎ側電極４９を形成して、半導体デバイスであるＬＥＤ−４Ａを得た。

また、実施例２で得られたＷ基板（下地基板）と厚さ２００ｎｍのＧａＮ層との貼り合わせ基板（ＧａＮ層／Ｗ貼り合わせ基板）を用いて、上記と同様にして、半導体デバイスであるＬＥＤ−４Ｂを得た。

一方、上記半導体デバイスと比較するための典型的な半導体デバイスＬＥＤ−Ｒ１を以下のようにして作製した。図８（ａ）を参照して、サファイア基板（下地基板３０）上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍのＡｌＮバッファ層（ＩＩＩ族窒化物バッファ層３１）を形成し、さらにＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層５０として、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層５３、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層５４、６対のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層とで構成される多重量子井戸構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層５５、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層５６および厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層５７を形成した。

次に、ｐ型ＧａＮ層５７を仮基板としてＳｉ基板に貼り付けた後（図示せず）、レーザリフトオフでサファイア基板（下地基板３０）を除去して露出したｎ型ＧａＮ層５３を実施例２と同様にしてＭｏ基板（下地基板１０）に貼り合わせた（図示せず）。その後、２００℃まで加熱し、仮基板であるＳｉ基板を除去した（図示せず）。

次に、図８（ｂ）を参照して、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層５７上にｐ側電極５８を形成し、Ｍｏ基板（下地基板１０）上にｎ側電極５９を形成して、半導体デバイスＬＥＤ−Ｒ１を得た。

得られたＬＥＤ−４Ａ、ＬＥＤ−４ＢおよびＬＥＤ−Ｒ１について、ピーク波長４５０ｎｍにおける発光強度を測定したところ、ＬＥＤ−Ｒ１に対するＬＥＤ−４ＡおよびＬＥＤ−４Ｂの相対発光強度は、それぞれ１．３および１．４であった。すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板のＩＩＩ族窒化物半導体層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０は、サファイア基板上にバッファ層を介在させて形成されたＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層５０よりも結晶性が高く、高いデバイス特性を示すことがわかった。

（実施例５）
図９を参照して、実施例２で得られた多結晶ＡｌＮ基板（下地基板１０）と厚さ２００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）との貼り合わせ基板（ＧａＮ層／多結晶ＡｌＮ貼り合わせ基板）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０として、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層４３、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層４４、６対のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層とで構成される多重量子井戸構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層４５、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４６および厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層４７を形成した。

次に、メサエッチングにより、ｐ型ＧａＮ層４７、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４６、発光層４５およびｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層４４のそれぞれの一部領域を除去して、ｎ型ＧａＮ層４３の一部領域を露出させた。次いで、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層４７上にｐ側電極４８を形成し、露出しているｎ型ＧａＮ層４３の一部領域上にｎ側電極４９を形成して、半導体デバイスであるＬＥＤ−５Ａを得た。

また、実施例２で得られたＳｉＣ基板（下地基板）と厚さ２００ｎｍのＧａＮ層との貼り合わせ基板（ＧａＮ層／ＳｉＣ貼り合わせ基板）を用いて、上記と同様にして、半導体デバイスであるＬＥＤ−５Ｂを得た。

一方、上記半導体デバイスと比較するため、典型的な半導体デバイスＬＥＤ−Ｒ２を以下のようにして作製した。図１０を参照して、まず、サファイア基板（下地基板３０）上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍのＡｌＮバッファ層（ＩＩＩ族窒化物バッファ層３１）を形成し、さらにＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層５０として、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層５３、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層５４、６対のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層とで構成される多重量子井戸構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層５５、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層５６および厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層５７を形成した。

次に、メサエッチングにより、ｐ型ＧａＮ層５７、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層５６、発光層５５およびｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層５４のそれぞれの一部領域を除去して、ｎ型ＧａＮ層５３の一部領域を露出させた。次いで、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層５７上にｐ側電極５８を形成し、露出しているｎ型ＧａＮ層４３の一部領域上にｎ側電極５９を形成して、半導体デバイスＬＥＤ−Ｒ２を得た。

得られたＬＥＤ−５Ａ、ＬＥＤ−５ＢおよびＬＥＤ−Ｒ２について、ピーク波長４５０ｎｍにおける発光強度を測定したところ、ＬＥＤ−Ｒ２に対するＬＥＤ−５ＡおよびＬＥＤ−５Ｂの相対発光強度は、それぞれ１．２２および１．２７であった。すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板のＩＩＩ族窒化物半導体層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０は、サファイア基板（下地基板３０）上にＩＩＩ族窒化物バッファ層３１を介在させて形成されたＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層５０よりも結晶性が高く、高いデバイス特性を示すことがわかった。

（実施例６）
図５を参照して、直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ４００μｍのＳｉ基板（第１の層１０ａ）上に、熱フィラメントＣＶＤ法により、厚さ１０μｍの多結晶ダイヤモンド層（第２の層１０ｂ）を形成した。この多結晶ダイヤモンド層の形成条件は、Ｈ₂ガス流量１０００ｓｃｃｍ（ここで、１ｓｃｃｍとは、１０１３ｈＰａおよび０℃の標準状態の気体が１分間に１ｃｍ³流れる流量をいう。）、ＣＨ₄ガス流量３０ｓｃｃｍ、フィラメント温度２０００℃、圧力２．６６ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）とした。次いで、多結晶ダイヤモンド層（第２の層１０ｂ）の表面をダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨し鏡面を得た基板を下地基板１０とした。

一方、図６（ａ）を参照して、実施例２に示したＧａＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）に実施例２と同様にして水素イオンを注入した。水素イオンのドーズ量は７×１０¹⁷ｃｍ^-2としてＧａＮウエハの主表面（Ｎ原子表面）から深さ約２００ｎｍの位置にドーズ量のピークが得られた。水素イオンを注入した後、ＧａＮウエハの主表面（Ｎ原子表面）を洗浄し、ドライエッチング装置に入れて、その主表面（Ｎ原子表面）をＮ₂ガス中で放電させて生成したプラズマで清浄面とした。ここで、ＧａＮウエハの主表面（Ｎ原子表面）のＮ₂ガスによるドライエッチング条件は、ＲＦパワーが１００Ｗ、Ｎ₂ガス流量が５０ｓｃｃｍ、Ｎ₂ガス分圧が１３．３Ｐａであった。

また、図５を参照して、Ｓｉ基板（第１の層１０ａ）上に多結晶ダイヤモンド層（第２の層１０ｂ）が形成されている下地基板１０の多結晶ダイヤモンド層（第２の層１０ｂ）の主表面をＡｒガス中で放電させて生成したプラズマで清浄面とした。ここで、下地基板１０の多結晶ダイヤモンド層（第２の層１０ｂ）の主表面のＡｒガスによるドライエッチング条件は、ＲＦパワーが１００Ｗ、Ａｒガス流量が５０ｓｃｃｍ、Ａｒガス分圧が６．７Ｐａであった。

次に、図６（ｂ）を参照して、上記ドライエッチングにより清浄されたＧａＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）の主表面（Ｎ原子表面）と下地基板１０の多結晶ダイヤモンド層（第２の層１０ｂ）の主表面とを大気中で貼り合わせた。貼り合わせ時の圧力は１５ＭＰａ（３０００ｋｇｆ／２インチウエハ）とした。下地基板１０とＧａＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）との貼り合わせ後は接着強度が弱いため、大気中で室温（たとえば２０℃〜３０℃）から２００℃〜３００℃まで３時間かけてゆっくり加熱して、接着強度を増加させた。

次に、図６（ｃ）を参照して、５００℃に昇温し、この下地基板１０とＧａＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）の積層ウエハに斜め方向に荷重を加えることにより、水素イオンが注入されて脆化した部分を分離し、下地基板１０上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）が貼り合わされたＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１が得られた。

次に、図１１を参照して、上記のようにして得られたＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１（ＧａＮ層／多結晶ダイヤモンド層／Ｓｉ基板）のＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物半導体層２０）上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０として、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層４３、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層４４、６対のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層とで構成される多重量子井戸構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層４５、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４６および厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層４７を形成した。

次に、メサエッチングにより、ｐ型ＧａＮ層４７、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層４６、発光層４５およびｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層４４のそれぞれの一部領域を除去して、ｎ型ＧａＮ層４３の一部領域を露出させた。次いで、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層４７上にｐ側電極４８を形成し、露出しているｎ型ＧａＮ層４３の一部領域上にｎ側電極４９を形成して、半導体デバイスであるＬＥＤ−６Ａを得た。

本実施例で得られたＬＥＤ−６Ａ、および実施例５において比較のために作製したＬＥＤ−Ｒ２について、ピーク波長４５０ｎｍにおける発光強度を測定したところ、ＬＥＤ−Ｒ２に対するＬＥＤ−６Ａの相対発光強度は、１．１６であった。すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板１のＩＩＩ族窒化物半導体層２０上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層４０は、サファイア基板（下地基板３０）上にＩＩＩ族窒化物バッファ層３１を介在させて形成されたＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層５０よりも結晶性が高く、高いデバイス特性を示すことがわかった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

１ ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板、１０，３０ 下地基板、１０ａ 第１の層、１０ｂ 第２の層、１２ｃ 貼り合わせ面、２０ ＩＩＩ族窒化物半導体層、２０ｃ 貼り合わせ面に平行な面、２０ｈ 深さがＤの面、３１ ＩＩＩ族窒化物バッファ層、３２ ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層、３３ ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層付基板、４０，５０ ＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層、４３，５３ ｎ型ＧａＮ層、４４，５４ ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層、４５，５５ 発光層、４６，５６ ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層、４７，５７ ｐ型ＧａＮ層、４８，５８ ｐ側電極、４９，５９ ｎ側電極。

Claims (9)

1. ＩＩＩ族窒化物半導体層と下地基板とを、それぞれの貼り合わせ面を活性化させて接合することにより、貼り合わせる工程を含むＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法であって、
   前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の熱膨張係数と前記下地基板の熱膨張係数との差が４．５×１０^-6Ｋ^-1以下であり、
   前記下地基板の熱伝導率が５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法。
2. 前記ＩＩＩ族窒化物半導体層がＧａＮ層であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法。
3. 前記下地基板の抵抗率が１０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法。
4. 前記下地基板は、Ｍｏ、ＷおよびＩｒの少なくともいずれかを含む金属を主成分とする請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法。
5. 前記下地基板は、ＡｌＮ、ＳｉおよびＳｉＣの少なくともいずれかを主成分とする請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法。
6. 前記下地基板の熱伝導率が前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の熱伝導率以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法。
7. 前記下地基板は、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合材、ダイヤモンドおよびダイヤモンド−金属複合材からなる群から選ばれる１種類の材料を含む請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法。
8. 前記下地基板は、複数の層が積層されている請求項１から請求項７までのいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板の製造方法。
9. 請求項１から請求項８までのいずれかの製造方法により得られた前記ＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程を含む半導体デバイスの製造方法。

Images