レーザ剥離装置、レーザ剥離方法、ＩＩＩ族窒化物半導体自立基板の製造方法
【課題】レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を下地基板から剥離する際に、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損を抑制する。
【解決手段】サファイア基板１１と、サファイア基板１１上に設けられているＧａＮ膜１２と、を含むサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、レーザ照射によりＧａＮ膜１２を剥離するレーザ剥離装置であって、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、ＧａＮ膜１２が下方または側方に向いた状態で、ＧａＮ膜１２表面に接触することなく保持する基板保持台１４と、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに対してレーザを照射するレーザ照射部と、を備えるレーザ剥離装置を提供する。
【解決手段】サファイア基板１１と、サファイア基板１１上に設けられているＧａＮ膜１２と、を含むサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、レーザ照射によりＧａＮ膜１２を剥離するレーザ剥離装置であって、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、ＧａＮ膜１２が下方または側方に向いた状態で、ＧａＮ膜１２表面に接触することなく保持する基板保持台１４と、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに対してレーザを照射するレーザ照射部と、を備えるレーザ剥離装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ剥離装置、レーザ剥離方法、ＩＩＩ族窒化物半導体自立基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた半導体デバイスを作製するにあたっては、成長させるエピタキシャルＧａＮ層と同じ物質のバルクＧａＮ結晶からなる基板を用いることが望ましい。ＧａＮ系結晶のバルク結晶作製の試みは多くの研究機関で行なわれている。しかしながら、ＧａＮのような結晶では、窒素の解離圧が高いことにより、大きな面積のウェハを得ることが難しく、不純物も多いために工業的に利用できるＧａＮ系バルク結晶の作製は非常に困難であった。
【０００３】
このため、ＧａＮ半導体基板を製造するには、まず、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＮ薄膜（膜厚約２μｍ）を形成し、このＧａＮ薄膜上に、ＨＶＰＥ装置を用いてＧａＮ膜（膜厚約４００μｍ）を成長させ、Ａｌ2Ｏ3−ＧａＮ複合基板材料（以下、適宜サファイア／ＧａＮ構造体とする）を得た後、サファイア／ＧａＮ構造体からＧａＮ膜を分離することで半導体デバイス作成用のＧａＮ半導体基板を作製している。
【０００４】
サファイア／ＧａＮ構造体からＧａＮ膜を分離する従来の方法としては、特許文献１に記載の方法が挙げられる。この方法では、図９に示す通り、ホットプレート５３上にＧａＮ膜５２側が下（サファイア基板５１側が上）となるようにサファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置する。そして、ホットプレート５３を８００℃程度に昇温して、ＧａＮ膜５２を加熱しながらサファイア基板５１側からレーザ光ＬＢを照射する。このとき、図示しない駆動装置により、レーザ光源あるいはサファイア／ＧａＮ構造体Ｗを保持する手段が、サファイア基板５１の水平面内を相対的に縦横に移動することで、レーザ光ＬＢは、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに隈なく照射される。
【０００５】
レーザ光ＬＢとしては、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いる。この３５５ｎｍの波長を有するレーザ光ＬＢは、サファイア基板５１を透過してＧａＮ膜５２で吸収される。また、レーザ光ＬＢの出力は、サファイア基板５１とＧａＮ膜５２との界面近傍のＧａＮ膜５２を、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とに分解する温度に上昇させる強度に設定されている。このため、ホットプレート５３およびレーザ光ＬＢによる加熱により、サファイア基板５１とＧａＮ膜５２との界面近傍のＧａＮ膜５２が熱分解する。その結果、ＧａＮ膜５２は、サファイア基板５１から剥離する。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の方法では、サファイア基板５１からＧａＮ膜５２を剥離する過程で、ＧａＮ膜５２が破損しやすかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−５７１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、上記のようにＧａＮ膜が破損しやすい原因を検討したところ、特許文献１に記載の方法は、以下の課題を有することを見出した。
【０００９】
第一に、特許文献１に記載の方法では、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの設置態様は、ＧａＮ膜５２が下であることから、ＧａＮ膜５２がサファイア基板５１の重量を支えることになる。このとき、ＧａＮ膜５２のサファイア基板５１からの剥離が進行する過程で、ＧａＮ膜５２が支えるサファイア基板５１の荷重の支点、すなわち剥離領域ＳＡと未剥離領域の境が刻々と変化するので、それに伴い局所的に応力状態が不安定となりやすく、ＧａＮ膜５２の破損が生じやすい。
【００１０】
第二に、特許文献１に記載の方法では、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜５２の成長温度近傍まで昇温すると、ＧａＮ膜５２の表面が熱分解しやすい。このため、剥離条件として理想的であるＧａＮ膜５２の成長温度近傍に昇温することは困難である。そのため、不充分な温度で剥離を行うことになり、サファイア基板５１からＧａＮ膜５２を剥離する際に、無理な力がＧａＮ膜５２に加わりやすいので、ＧａＮ膜５２が破損しやすい。
【００１１】
第三に、特許文献１に記載の方法では、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、ＧａＮ膜５２側が凸となるように反りがあることから、ホットプレート５３上で加熱される際に、ホットプレート５３に接触する箇所と隙間が生じる箇所とができ、温度斑（温度分布のむら）が生じてしまうことがある。そして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに温度斑が生じると、レーザ光ＬＢの照射によってＧａＮ膜５２のサファイア基板５１からの剥離が進行する間に、サファイア基板５１が、それまでのＧａＮ膜５２側への凸形状から凹形状に変形して温度斑がさらに拡大する。このため、ＧａＮ膜５２の剥離がスムーズに行われにくく、ＧａＮ膜５２の破損を招く場合がある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を下地基板から剥離する際に、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、構造体を、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が下方または側方に向いた状態で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜に接触することなく保持する基板保持部と、構造体の表面に対してレーザを照射するレーザ照射部と、を備えるレーザ剥離装置を提供することができる。
【００１４】
この構成によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が剥離する過程で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜は自身の荷重を支えるが、下地基板の荷重をほとんど支えなくて済む。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜のうち剥離領域と未剥離領域の境にある荷重支持点において、応力集中が発生することを抑制することができ、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性を低減できる。
【００１５】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、容器と、容器内に窒素含有ガスを充填する窒素ガス供給部と、容器内に設けられており、構造体を保持する基板保持部と、構造体に対してレーザを照射するレーザ照射部と、を備えるレーザ剥離装置を提供することができる。
【００１６】
この構成によれば、容器内に窒素含有ガスを充填した状態で、レーザ照射された箇所以外でのＩＩＩ族窒化物半導体膜表面の分解反応を抑制しつつ昇温することが可能になることから、構造体の反りを低減してＩＩＩ族窒化物半導体膜に作用する応力を低減することができる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性は低減される。
【００１７】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、構造体を保持する基板保持部と、構造体から離れた位置に設けられており、構造体を加熱するヒータと、構造体に対してレーザを照射するレーザ照射部と、を備えるレーザ剥離装置を提供することができる。
【００１８】
この構成によれば、上記構造体を全体的に加熱しているため、構造体を熱伝導により加熱する場合に比べて、構造体が均一に昇温される。このため、レーザの照射個所で確実に剥離が生じる。その結果、レーザの照射個所の移動により、剥離領域が拡大する途中で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損が生じることを抑制できる。
【００１９】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、構造体を、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が下方または側方に向いた状態で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜表面に接触することなく保持する工程と、構造体に対してレーザを照射する工程と、構造体からＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、を含むレーザ剥離方法を提供することができる。
【００２０】
この方法によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が剥離する過程で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜は自身の荷重を支えるが、下地基板の荷重をほとんど支えずに済む。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜のうち剥離領域と未剥離領域の境にある荷重支持点において、応力集中が発生することを抑制することができ、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性を低減できる。
【００２１】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、構造体を保持する工程と、構造体の雰囲気ガスを窒素含有ガスに置換する工程と、構造体に対してレーザを照射する工程と、構造体からＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、を含むレーザ剥離方法を提供することができる。
【００２２】
この方法によれば、容器内に窒素含有ガスを充填した状態で、レーザ照射された箇所以外でのＩＩＩ族窒化物半導体膜表面の分解反応を抑制しつつ、上記構造体の反りを低減してＩＩＩ族窒化物半導体膜に作用する応力を低減することができる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性は低減される。
【００２３】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、構造体を保持する工程と、構造体とは離れた位置に設けられているヒータにより構造体を加熱する工程と、構造体に対してレーザを照射する工程と、構造体からＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、を含むレーザ剥離方法を提供することができる。
【００２４】
この方法によれば、上記構造体を全体的に加熱しているため、構造体を熱伝導により加熱する場合に比べて、構造体が均一に昇温される。このため、レーザの照射個所で確実に剥離が生じる。その結果、レーザの照射個所の移動により、剥離領域が拡大する途中で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損が生じることを抑制できる。
【００２５】
なお、本発明において、下地基板とは、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の結晶成長の下地となる基板を意味するものとする。また、本発明において、構造体とは、１以上の膜構造を含む立体構造体を意味するものとする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、特定の方法により、下地基板とＩＩＩ族窒化物半導体膜とを含む構造体に、レーザを照射するため、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を下地基板から剥離する際に、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係るレーザ剥離装置の全体を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態１に係るレーザ剥離装置に備わる基板保持部の上面図および断面図である。
【図３】実施形態２に係るレーザ剥離装置に備わる基板保持部の断面図である。
【図４】実施例１に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【図５】実施例２に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【図６】実施例３に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【図７】実施例４に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【図８】実施形態３に係るレーザ剥離装置の全体を模式的に示す断面図である。
【図９】従来公知のレーザ剥離方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明において、上記基板保持部は、下地基板の表面のうちＩＩＩ族窒化物半導体膜が設けられていない領域において上記構造体を支持するように構成することができる。
【００２９】
この構成によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が剥離する過程で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜は下地基板の荷重を支えずに済むため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性を低減できる。
【００３０】
本発明において、上記レーザ剥離装置は、基板保持部の下部に設けられている緩衝材をさらに備えてもよい。
【００３１】
この構成によれば、下地基板から剥離して落下したＩＩＩ族窒化物半導体膜を、破損を抑制しつつ受け止めることができる。
【００３２】
また、上記レーザ剥離方法は、上記構造体のうちＩＩＩ族窒化物半導体膜の表面に、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の成長温度以上の耐熱温度を有する保護膜を形成する工程をさらに含んでもよい。
【００３３】
この方法によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の表面には保護膜が形成されているので、上記構造体をヒータまたはレーザ照射により昇温した場合にも、ＩＩＩ族窒化物半導体膜表面の分解反応を抑制することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３５】
<実施形態１>
図１は、本実施形態に係るレーザ剥離装置の全体を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係るレーザ剥離装置に備わる基板保持部の上面図および断面図である。
【００３６】
本実施形態に係るレーザ剥離装置１は、サファイア基板１１（下地基板）上にＧａＮ膜１２（ＩＩＩ族窒化物半導体膜）を形成したサファイア／ＧａＮ構造体Ｗ（図２（ａ））に、レーザ光ＬＢを照射して、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離する構成となっている。なお、本実施形態において、サファイア／ＧａＮ構造体とは、サファイア基板上にＧａＮ膜が形成されてなる立体構造体を意味するものとする。
【００３７】
図１に示すように、レーザ剥離装置１は、架台２上のケース９内に、レーザ発振装置３、レーザ発振装置保持台４、基板保持部１０、保持台駆動装置８、ミラー５、ミラー昇降装置６およびスリット７を配置した構成を有する。
【００３８】
図２（ｂ）は、基板保持部１０の詳細構造を示す図である。図示したように、基板保持部１０は、石英容器１５を備える。この石英容器１５内には、ＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態で、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのサファイア基板１１部分のみを保持する基板保持台１４が設けられている。石英製の蓋１６（レーザ透過面）を除いた石英容器１５の外周（側面および底面）を、ヒータ１７、１８（加熱手段）で覆っている。
【００３９】
レーザ剥離装置１は、ヒータ１７、１８により、石英容器１５全体を加熱する。また、レーザ剥離装置１は、ヒータ１７、１８により、ＧａＮ膜１２を成長温度近傍に昇温するように加熱しながら、上方からレーザ光ＬＢを照射できるように構成されている。
【００４０】
また、ＧａＮ膜１２の下方（基板保持台１４の下方）には石英製の布または石英ウールからなる緩衝材１９が設けられている。石英容器１５内には熱電対２０が設けられている。そして、ＧａＮ膜１２の成長温度以上の耐熱性を有する保護膜１３（二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜）が、ＧａＮ膜１２表面にコーティングされている。
【００４１】
ＧａＮ膜１２の表面には保護膜１３がコーティングされているが、後述するようにサファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜成長温度にまで昇温しない場合は、保護膜１３を設けなくてもよい。
【００４２】
本実施形態に係る剥離方法を、以下説明する。
【００４３】
まず、基板保持台１４に、ＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態で、サファイア基板１１のみを保持するように、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗをセットする。次に、ヒータ１７、１８で、石英容器１５内を加熱し、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを８００℃程度に昇温する。
【００４４】
そして、レーザ発振装置３で波長３５５ｎｍのレーザ光ＬＢをサファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射する。このとき、駆動装置８で基板保持部１０を水平面内で移動させてレーザ光ＬＢをサファイア／ＧａＮ構造体Ｗ全体に隈なく照射する。このレーザ照射により、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との界面近傍においてＧａＮ膜１２の熱分解が起こり、この結果、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２が剥離する。
【００４５】
本実施形態に係る剥離方法による作用効果について、以下説明する。
【００４６】
本実施形態では、基板保持台１４は、サファイア基板１１の表面のうちＧａＮ膜１２が設けられていない領域においてサファイア／ＧａＮ構造体Ｗを保持するように構成されている。このため、サファイア／ＧａＮ構造体ＷからＧａＮ膜１２が剥離する過程で、ＧａＮ膜１２は、サファイア基板１１の荷重をまったく支えずに済む。このため、荷重支持点（剥離領域ＳＡと未剥離領域との境）に加わる応力が抑制され、ＧａＮ膜１２の破損は抑制される。
【００４７】
本実施形態では、図示しないガス供給手段により、石英容器１５内にアンモニアガスをフローパージする。アンモニアガスをフローパージすることにより、温度を高温に上昇させた場合にＧａＮ膜１２の分解を抑制できる。このため、レーザ照射時のＧａＮ膜１２の温度を高温に上昇させることができるために、ＧａＮ膜１２の反りを除去してＧａＮ膜に作用する応力を低減することができる。その結果、ＧａＮ膜１２の破損のおそれがさらに低くなる。したがって、剥離箇所以外のＧａＮ膜１２の表面の分解反応を抑制できるので、剥離後のＧａＮ膜１２の分解を抑制できる。
【００４８】
本実施形態では、レーザ照射による剥離の際、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗが全体加熱により均一に昇温される。このため、ＧａＮ膜１２に温度斑ができにくく、局所的なひずみの発生を少なくできるため、ＧａＮ膜１２の破損を抑制できる。
【００４９】
また、本実施形態の方法は、上記の作用効果に加えて、以下のような作用効果も奏する。
本実施形態では、ＧａＮ膜１２の下方（基板保持台１４の下方）には、緩衝材１９を配設しているので、剥離して落下したＧａＮ膜１２の破損を抑制しつつ受け止めることができる。
【００５０】
このとき、実施例２で後述するように、ＧａＮ膜１２がサファイア基板１１から剥離する前は、緩衝材１９の上面をＧａＮ膜１２表面と接触させる。また、ＧａＮ膜１２がサファイア基板１１から剥離した後は、緩衝材１９の下方への弾性変形とサファイア基板１１の上方への変形とにより、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との間に僅かに隙間が生じる。このように緩衝材１９を充填すれば、ＧａＮ膜１２の剥離に伴う変形量が少なくなり、荷重支持点の応力を緩和できる。
【００５１】
本実施形態では、ＧａＮ膜１２の成長温度以上の耐熱性を有する保護膜１３を、ＧａＮ膜１２表面にコーティングする。このため、ＧａＮ膜１２をその成長温度に昇温すると、反りを除去してＧａＮ膜１２に作用する応力を低減することができる。その結果、ＧａＮ膜１２の破損のおそれがさらに低くなる。
【００５２】
本実施形態では、剥離作業中のサファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、実施例３において後述するように、ＧａＮ膜１２の成長温度近傍に昇温されることが好ましい。
【００５３】
その理由としては、ＧａＮ膜１２の成長時には、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との間に熱歪みが少ないためである。すなわち、ＧａＮ膜１２の成長が終了し、その後の降温に伴いサファイア基板１１とＧａＮ膜１２との熱膨張係数の差から熱歪みが大きくなる。このため、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２の成長温度まで昇温すると、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを反りの少ない状態に戻すことができる。このため、ＧａＮ膜１２のサファイア基板１１からの剥離に伴ってＧａＮ膜１２に作用する応力を大幅に低減することが可能となる。
【００５４】
もうひとつの理由としては、サファイア／ＧａＮ構造体ＷがＧａＮ膜１２の成長温度近傍まで達していると、低い出力のレーザ光でＧａＮ膜１２を容易に剥離することができるためである。
【００５５】
本実施形態では、ＧａＮ膜１２の表面は保護膜１３がコーティングされているので、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを加熱しても、剥離箇所以外のＧａＮ膜１２表面の分解反応を抑制でき、剥離後の品質の低下が抑制される。保護膜１３にＳｉＯ2を用いた場合は、剥離後にフッ酸溶液で除去すればよい。
【００５６】
本実施形態では、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、完全に水平に保持する必要はない。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、水平から傾けた状態で保持すると、ＧａＮ膜１２の荷重支持点における応力集中を緩和できる。
【００５７】
<実施形態２>
図３は、本実施形態に係るレーザ剥離装置１に備わる基板保持部１００の断面図である。基板保持部１００の基本的な構成は、実施形態１の基板保持部１０と共通しており、図３において同符号を用いて表しているので説明は省略する。
【００５８】
基板保持部１００では、レーザ透過面１１６に、アンモニアガスの導入口１１６ａと排出口１１６ｂとを設け、基板保持台１１４にはパージガスがＧａＮ膜１２側へ行き渡るよう通気孔１１４ａを設けている。なお、ガス導入口１１６ａとガス排出口１１６ｂとは、レーザ透過面１１６以外の場所に設けても構わない。
【００５９】
本実施形態でも、実施形態１の場合と同様に、ヒータ１７、１８で石英容器１５内を加熱しサファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザを照射すると、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との界面で熱分解が発生し、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２が剥離する。このとき、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗが均一に昇温されている。このため、レーザの照射個所で確実に剥離が生じる。その結果、レーザの照射個所の移動により、剥離領域が拡大する途中で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損が生じることを抑制できる。
【００６０】
また、本実施形態でも、実施形態１の場合と同様に、サファイア基板１１上にＧａＮ膜１２を形成したサファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザを照射して、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離するレーザ剥離装置１において、石英容器１５内でＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態で、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのサファイア基板１１部分のみを保持し、石英容器１５全体を加熱しながら上方からレーザ光を照射することで、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離する。
【００６１】
このとき、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２が剥離する過程で、ＧａＮ膜１２は、荷重支持点（剥離領域と未剥離領域の境）に集中する応力を低減でき、ＧａＮ膜１２の破損を抑制できる。
【００６２】
また、本実施形態では、アンモニアガスの導入口１１６ａと排出口１１６ｂとを設けているため、石英容器１５内をアンモニアガスによりフローパージすることができる。この状態で、ＧａＮ膜１２の成長温度に昇温することにより、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの反りを除去することができる。このため、ＧａＮ膜１２に作用する応力を低減することができ、破損のおそれをさらに抑制できる。このとき、アンモニアガスがパージされているので、剥離箇所以外のＧａＮ膜１２表面の分解反応を抑制できるため、剥離後のＧａＮ膜１２の品質の低下を抑制できる。
【００６３】
<実施形態３>
図８は、本実施形態に係るレーザ剥離装置３１の全体を模式的に示す断面図である。レーザ剥離装置３１の基本的な構成は、実施形態１のレーザ剥離装置１と共通しているが、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを水平から傾けた状態で保持する特有の構成を備える点において異なっている。
【００６４】
レーザ剥離装置３１では、架台３２上のケース５８内に、レーザ発振装置３３、レーザ発振装置保持台３４、基板保持部３５、保持台駆動装置（水平方向）３６、保持台駆動装置（垂直方向）３７が配置されている。基板保持部３５の基板保持台（図示略）はサファイア／ＧａＮ構造体Ｗが倒れないように固定できるように構成されている。
【００６５】
このレーザ剥離装置３１によれば、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを垂直に保持して、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離するので、荷重支持点における応力集中を緩和できる。
【００６６】
本実施形態でも、実施形態１と同様に、ＧａＮ膜１２の成長温度以上の耐熱性を有する保護膜１３をＧａＮ膜１２表面にコーティングし、ＧａＮ膜１２の成長温度近傍に昇温すると、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの反りを除去することができる。このため、ＧａＮ膜１２に作用する応力を低減することができるので、ＧａＮ膜１２の破損のおそれがさらに低くなる。また、このとき、剥離箇所以外のＧａＮ膜１２表面の分解反応を抑制できるので、剥離後のＧａＮ膜１２の品質の低下を抑制できる。
【００６７】
すなわち、本実施形態でも、実施形態１と同様に、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの温度を均一に昇温することができる。この際、ＧａＮ膜１２に支持されるサファイア基板１１の荷重を低減するので、剥離の際にＧａＮ膜１２の破損の生じる可能性が低減される。さらに、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２の成長温度近傍まで昇温する際に、ＧａＮ膜１２の品質の低下を抑制できる。その結果、剥離の際にＧａＮ膜１２の破損を抑制できる。
【００６８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００６９】
たとえば、実施形態３のレーザ剥離装置３１では、基板保持部３５を垂直に配設しているが、レーザ発振装置保持台３４および保持台駆動装置３６、３７を傾斜設置するなどして所定の角度に傾けた状態で配設してもよい。この構成によっても、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを水平から傾けた状態に保持して、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離するので、荷重支持点における応力集中を緩和できる。その結果、剥離後のＧａＮ膜１２の品質の低下を抑制できる。
【００７０】
また、上記実施形態１では、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２の成膜温度近傍にまで加熱したが、特に限定されず、後述する実施例１のように、ＧａＮ膜１２の成膜温度よりも低い温度であっても、サファイア／ＧａＮ構造体ＷからＧａＮ膜１２を剥離できればかまわない。
【実施例】
【００７１】
<実施例１>
実施形態１で説明したレーザ剥離装置１およびレーザ剥離方法を用いて、サファイア基板１１上に２５０μｍの厚さのＧａＮ膜１２が形成されたサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、ＧａＮ膜１２を剥離した例について、図１、図２および図４を用いて説明する。
【００７２】
図４は、本実施例に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【００７３】
まず、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、有機金属とアンモニア（ＮＨ3）を用いるＭＯＣＶＤ法と、ガリウム（Ｇａ）および塩化水素（ＨＣｌ）の反応による塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるハイドライドＶＰＥ法とにより、サファイア基板１１上に、１０２０℃の温度でＧａＮ膜１２をエピタキシャル成長して形成した。
【００７４】
次いで、基板保持台１４の底部に緩衝材１９を挿入し、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態（サファイア基板１１面側が上方）で、基板保持台１４に載置した。このとき、基板保持台１４は、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのサファイア基板１１部分のみを保持するようにした。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置した基板ホルダー１４を、石英製容器１５内に収納して、レーザ透過面（石英製の蓋）１６を取り付けた。石英容器１５を、ヒータ１７、１８で構成される電気炉内に収納した。
【００７５】
ヒータ１７、１８でサファイア／ＧａＮ構造体Ｗ全体が８５０℃になるよう昇温した。昇温速度は８５０℃／２５分間で行なった。石英容器１５内の熱電対２０の温度が安定した時点で、レーザ発振装置３で波長が３５５ｎｍのレーザ光ＬＢを発生させ、ミラー５で光軸を水平方向から垂直方向へと角度を変えて（図中、作図上の便宜のためにレーザ光ＬＢの方向を変えて示していない。以下、同様である。）サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射した（図４（ａ））。
【００７６】
レーザ光ＬＢの強度は、０．２５Ｊ／ｃｍ2とし、保持台駆動装置８の移動速度は０．５ｃｍ／ｓｅｃとして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面をスキャニングしながら照射した。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザ光ＬＢを照射すると、サファイア基板１１を透過したレーザ光ＬＢにより、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との界面近傍のＧａＮ膜１２が溶解して、剥離領域ＳＡが生じた（図４（ｂ））。
【００７７】
このとき、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２とには、成長温度と剥離温度との差により反りが発生したが、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにおける温度斑（温度分布のむら）の発生が抑制されたので、剥離領域ＳＡの拡大は円滑に行われた。また、ＧａＮ膜１２が剥離する過程で、ＧａＮ膜１２はサファイア基板１１の荷重をほとんど支えずにすむので、荷重支持点（剥離領域ＳＡと未剥離領域との境）において、応力集中の発生が抑制され、ＧａＮ膜１２の破損はほとんど生じなかった。
【００７８】
サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面に亙ってレーザ光ＬＢを照射したことで、ＧａＮ膜１２全体が剥離し落下した（図４（ｃ））。このとき、ＧａＮ膜１２は、緩衝材１９によって落下の衝撃が緩衝されたので、破損を抑制することができた。
【００７９】
ＧａＮ膜１２の剥離後、ヒータ１７、１８の電源を遮断して、石英容器１５内を降温した。常温まで降温してから、石英製容器１５を取り出した。レーザ透過面（石英製の蓋）１６を外して、サファイア基板１１を取り出した後、ＧａＮ膜１２を取り出した。
【００８０】
取り出したＧａＮ膜１２の表面を顕微鏡観察したところ、ＧａＮ膜１２にクラックはほとんど発生しておらず、表面の分解も抑制され、平坦な状態を維持していた。
【００８１】
<実施例２>
実施形態１で説明したレーザ剥離装置１およびレーザ剥離方法を用いて、サファイア基板１１上に３００μｍの厚さのＧａＮ膜１２が形成されたサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、ＧａＮ膜１２を剥離した例について、図１、図２および図５を用いて説明する。
【００８２】
図５は、本実施例に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。本実施例のレーザ剥離方法は、実施例１の場合と基本的には同様であるが、緩衝材１９をＧａＮ膜１２に接触するように基板保持台１４中に設けている点が異なる。
【００８３】
すなわち、ＧａＮ膜１２がサファイア基板１１から剥離する前は、緩衝材１９の上面をＧａＮ膜１２表面と接触させ、ＧａＮ膜１２がサファイア基板１１から剥離した後は、緩衝材１９の下方への弾性変形とサファイア基板１１の上方への変形とにより、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との間に僅かな隙間が生ずるように、石英容器１５内に緩衝材１９は充填されている。
【００８４】
まず、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、有機金属とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるＭＯＣＶＤ法と、ガリウム（Ｇａ）および塩化水素（ＨＣｌ）の反応による塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるハイドライドＶＰＥ法により、サファイア基板１１上に、１０００℃の温度でＧａＮ膜１２をエピタキシャル成長して形成した。
【００８５】
次いで、基板保持台１４の底部に緩衝材１９を挿入し、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、ＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態（サファイア基板１１面側が上方）で、基板保持台１４に載置した。このとき、基板保持台１４は、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのうちサファイア基板１１部分のみを保持するようにした。緩衝材１９は、ＧａＮ膜１２面に接触する程度の嵩になるように基板保持台１４中に設けた。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置した基板ホルダー１４を、石英製容器１５内に収納して、レーザ透過面（石英製の蓋）１６を取り付けた。石英容器１５を、ヒータ１７、１８で構成される電気炉内に収納した。
【００８６】
ヒータ１７、１８でサファイア／ＧａＮ構造体Ｗ全体が８５０℃になるよう昇温した。昇温速度は、８５０℃／２５分間で行なった。石英容器１５内の熱電対２０の温度が安定した時点から、レーザ発振装置３で波長が３５５ｎｍのレーザ光ＬＢを発生させ、ミラー５で光軸を水平方向から垂直方向へと角度を変えて、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射した（図５（ａ））。
【００８７】
レーザ光ＬＢの強度は、０．２５Ｊ／ｃｍ2とし、保持台駆動装置８の移動速度は０．５ｃｍ／ｓｅｃとして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面をスキャニングしながら照射した。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザ光ＬＢを照射すると、サファイア基板１１を透過したレーザ光ＬＢにより、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との界面近傍のＧａＮ膜１２が溶解して、剥離領域ＳＡが生じた（図５（ｂ））。
【００８８】
このとき、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２とには、成長温度と剥離温度との差により反りが発生したが、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの温度斑（温度分布のむら）が抑制できたため、剥離領域ＳＡの拡大は円滑に行われた。また、ＧａＮ膜１２が剥離する過程で、ＧａＮ膜１２は緩衝材１９によって自身の荷重の殆どを支えられているので、荷重支持点（剥離領域ＳＡと未剥離領域の境）においては、応力集中の発生は抑制され、ＧａＮ膜１２はほとんど破損しなかった。
【００８９】
サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面に亙ってレーザ照射したことで、ＧａＮ膜１２全体が剥離し、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との間に僅かな隙間が形成された（図５（ｃ））。このとき、ＧａＮ膜１２は、緩衝材１９によって落下の衝撃が緩衝されたので、ほとんど破損しなかった。
【００９０】
ＧａＮ膜１２の剥離後、ヒータ１７、１８の電源を遮断して、石英容器１５内を降温した。常温まで降温してから、石英製容器１５を取り出した。レーザ透過面（石英製の蓋）１６を外して、サファイア基板１１を取り出した後、ＧａＮ膜１２を取り出した。
【００９１】
取り出したＧａＮ膜１２の表面を顕微鏡観察したところ、ＧａＮ膜１２にクラックはほとんど発生しておらず、表面の分解も抑制され、平坦な状態を維持していた。
【００９２】
<実施例３>
実施形態２で説明したレーザ剥離装置１およびレーザ剥離方法を用いて、サファイア基板１１上に３００μｍの厚さのＧａＮ膜１２が形成されたサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、ＧａＮ膜１２を剥離した例について、図１、図３および図６を用いて説明する。
【００９３】
図６は、本実施例に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。本実施例のレーザ剥離方法は、実施例２の場合と基本的には同様であるが、石英容器内にアンモニアガスをフローパージし、ＧａＮ膜成長温度に昇温する点が異なる。
【００９４】
まず、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、有機金属とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるＭＯＣＶＤ法と、ガリウム（Ｇａ）および塩化水素（ＨＣｌ）の反応による塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるハイドライドＶＰＥ法とにより、サファイア基板１１上に１０００℃の温度でＧａＮ膜１２をエピタキシャル成長して形成した。
【００９５】
次に、基板保持台１４の底部に緩衝材１９を挿入し、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態（サファイア基板１１面側が上方）で、基板保持台１１４に載置した。このとき、基板保持台１１４は、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのうちサファイア基板１１部分のみを保持するようにした。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置した基板ホルダー１１４を、石英製容器１５内に収納して、レーザ透過面（石英製の蓋）１１６を取り付けた。石英容器１５をヒータ１７、１８で構成される電気炉内に収納した。
【００９６】
ガス導入口１１６ａから窒素（Ｎ2）ガスを供給して、石英容器１５内をパージした。パージしたＮ2ガスは排気口１１６ｂより排出した。
【００９７】
ヒータ１７、１８で、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全体が１０４０℃になるよう昇温した。このとき、５００℃に到達した時点からは、アンモニア（ＮＨ3）ガスの供給も開始した。このとき、５００℃〜１０４０℃まで２５分かけて昇温した。
【００９８】
石英容器１５内の熱電対２０の温度が安定した時点から、レーザ発振装置３で波長が３５５ｎｍのレーザ光ＬＢを発生させ、ミラー５で光軸を水平方向から垂直方向へと角度を変えて、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射した。このとき、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、ＧａＮ膜１２の成長温度近傍に昇温されたため、熱歪みは開放されて平坦な状態となっていた（図６（ａ））。
【００９９】
レーザ光ＬＢの強度は、０．２８Ｊ／ｃｍ2とし、保持台駆動装置８の移動速度は０．２ｃｍ／ｓｅｃとして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面をスキャニングしながら照射した。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザ光ＬＢを照射すると、サファイア基板１１を透過したレーザ光ＬＢにより、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との界面近傍のＧａＮ膜１２が溶解して、剥離領域ＳＡが生じた（図６（ｂ））。
【０１００】
このとき、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２とには、熱歪みが開放されているので、反りが殆ど発生しなかった。さらに、予め緩衝材１９をＧａＮ膜１２に当接するように充填してあったので、剥離したＧａＮ膜の自重でＧａＮ膜が撓むことも殆どなく、ＧａＮ膜１２の一部に局所的に応力が集中することは抑制された。
【０１０１】
サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面に亙ってレーザ照射することで、ＧａＮ膜１２全体が剥離したが、ＧａＮ膜１２に当接するように緩衝材１９が充填されていたので、ＧａＮ膜１２が落下することはなく、落下の衝撃が緩衝されたので、ＧａＮ膜１２が破損することを抑制することができた（図６（ｃ））。
【０１０２】
ＧａＮ膜１２の剥離後、ヒータ１７、１８の電源を遮断して、石英容器１５内を降温した。炉内の温度が、５００℃前後に到達する時点までＮＨ3ガスとＮ2ガスとを供給して、５００℃以下となった時点からＮ2ガスのみ供給して、常温となるまで降温した。Ｎ2ガスの供給を止め、石英製容器１５を取り出した。レーザ透過面（石英製の蓋）１１６を外して、サファイア基板１１を取り出した後、ＧａＮ膜１２を取り出した。
【０１０３】
取り出したＧａＮ膜１２の表面を顕微鏡観察したところ、ＧａＮ膜１２にクラックはほとんど発生しておらず、表面の分解も抑制され、平坦な状態を維持していた。
【０１０４】
<実施例４>
実施形態１で説明したレーザ剥離装置１およびレーザ剥離方法を用いて、サファイア基板１１上に４００μｍの厚さのＧａＮ膜１２が形成されたサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、ＧａＮ膜１２を剥離した例について、図１、図２および図７を用いて説明する。
【０１０５】
図７は、本実施例に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。本実施例のレーザ剥離方法は、実施例１の場合と基本的には同様であるが、ＧａＮ膜１２表面に二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜１３を形成する点が異なる。
【０１０６】
まず、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、有機金属とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるＭＯＣＶＤ法と、ガリウム（Ｇａ）および塩化水素（ＨＣｌ）の反応による塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるハイドライドＶＰＥ法とにより、サファイア基板１１上に、１０４０℃の温度でＧａＮ膜１２をエピタキシャル成長して形成した。次に、サファイア／ＧａＮ構造体ＷのＧａＮ膜１２表面に、二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜１３を形成した。ＳｉＯ2膜１３の形成には、シラン（ＳｉＨ4）と酸素（Ｏ2）との反応による熱分解法（ＣＶＤ法）や、ＳｉＯ2原料を用いる電子ビーム（ＥＢ）蒸着法があるが、そのどちらを用いても構わない。ＳｉＯ2膜１３の厚さは０．５μｍとした。
【０１０７】
次に、基板保持台１４の底部に緩衝材１９を挿入し、ＳｉＯ2膜１３を形成したサファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、ＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態（サファイア基板１１面側が上方）で、基板保持台１４に載置した。このとき、基板保持台１４は、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのうちサファイア基板１１部分のみを保持するようにした。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置した基板ホルダー１４を、石英製容器１５内に収納して、レーザ透過面（石英製の蓋）１６を取り付けた。石英容器１５を、ヒータ１７、１８で構成される電気炉内に収納した。
【０１０８】
ヒータ１７、１８で、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全体が１０５０℃になるよう昇温した。このとき、室温〜１０５０℃まで３０分かけて昇温した。
【０１０９】
石英容器１５内の熱電対２０の温度が安定した時点から、レーザ発振装置３で波長が３５５ｎｍのレーザ光ＬＢを発生させ、ミラー５で光軸を水平方向から垂直方向へと角度を変えて、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射した。このとき、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、ＧａＮ膜成長温度に昇温されたため、熱歪みは開放されて平坦な状態になっていた（図７（ａ））。
【０１１０】
レーザ光ＬＢの強度は、０．１８Ｊ／ｃｍ2とし、保持台駆動装置８の移動速度は０．１５ｃｍ／ｓｅｃとして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面をスキャニングしながら照射した。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザ光ＬＢを照射したところ、サファイア基板１１を透過したレーザ光ＬＢにより、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との界面近傍のＧａＮ膜１２が溶解して、剥離領域ＳＡが生じた（図７（ｂ））。
【０１１１】
このとき、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２とにおいては、熱歪みが開放されて反りが殆ど発生しなかったため、ＧａＮ膜１２の一部に局所的に応力が集中することは抑制された。
【０１１２】
サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面に亙ってにレーザ照射したことで、ＧａＮ膜１２全体が剥離した（図７（ｃ））。しかし、緩衝材１９によって落下の衝撃が緩衝されたので、ＧａＮ膜１２が破損することを抑制できた（図７（ｄ））。
【０１１３】
ＧａＮ膜１２の剥離後、ヒータ１７、１８の電源を遮断して石英容器１５内を降温した。常温まで降温した時点で、石英製容器１５を取り出した。蓋１６を外して、サファイア基板１１を取り出した後、ＧａＮ膜１２を取り出した。取り出したＧａＮ膜１２を、弗化水素（ＨＦ）と水との混合液に浸し、ＳｉＯ2膜１３を除去した。ＳｉＯ2膜１３を除去後、十分流水洗浄して乾燥させた。
【０１１４】
取り出したＧａＮ膜１２の表面を顕微鏡観察したところ、ＧａＮ膜１２にクラックはほとんど発生しておらず、表面の分解も抑制され、平坦な状態を維持していた。また、ＳｉＯ2膜を形成したことによるＧａＮ膜１２表面のダメージは、ほとんど観察されなかった。
【０１１５】
以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１１６】
たとえば、ＧａＮ膜の表面にＳｉＯ2膜を設ける場合には、ＳｉＯ2膜の膜厚は、特に限定されず、ＧａＮ膜表面の分解を抑えることのできる膜厚であれば良い。また、ＧａＮ膜の表面に設ける耐熱性膜の材料は、ＳｉＯ2に限定されず、ＧａＮ膜の表面の分解を抑えることができる材料、すなわちＧａＮ膜成長温度以上の耐熱性を有する材料であれば他の材料でも良い。
【符号の説明】
【０１１７】
１ レーザ剥離装置
２ 架台
３ レーザ発振装置
４ レーザ発振装置保持台
５ ミラー
６ ミラー昇降装置
７ スリット
８ 保持台駆動装置
９ ケース
１０ 基板保持部
１００ 基板保持部
１１ サファイア基板
１２ ＧａＮ膜
１３ 保護膜
１４ 基板保持台
１１４ 基板保持台
１１４ａ 通気孔
１５ 石英容器
１６ 石英製の蓋
１１６ 石英製の蓋
１１６ａ ガス導入口
１１６ｂ ガス排出口
１７ ヒータ
１８ ヒータ
１９ 緩衝材（石英製布、石英製ウール）
２０ 熱電対
３１ レーザ剥離装置
３２ 架台
３３ レーザ発振装置
３４ レーザ発振装置保持台
３５ 基板保持部
３６ 保持台駆動装置（水平方向）
３７ 保持台駆動装置（垂直方向）
３８ ケース
ＬＢ レーザ光
ＳＡ 剥離領域
Ｗ サファイア／ＧａＮ構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ剥離装置、レーザ剥離方法、ＩＩＩ族窒化物半導体自立基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた半導体デバイスを作製するにあたっては、成長させるエピタキシャルＧａＮ層と同じ物質のバルクＧａＮ結晶からなる基板を用いることが望ましい。ＧａＮ系結晶のバルク結晶作製の試みは多くの研究機関で行なわれている。しかしながら、ＧａＮのような結晶では、窒素の解離圧が高いことにより、大きな面積のウェハを得ることが難しく、不純物も多いために工業的に利用できるＧａＮ系バルク結晶の作製は非常に困難であった。
【０００３】
このため、ＧａＮ半導体基板を製造するには、まず、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＮ薄膜（膜厚約２μｍ）を形成し、このＧａＮ薄膜上に、ＨＶＰＥ装置を用いてＧａＮ膜（膜厚約４００μｍ）を成長させ、Ａｌ2Ｏ3−ＧａＮ複合基板材料（以下、適宜サファイア／ＧａＮ構造体とする）を得た後、サファイア／ＧａＮ構造体からＧａＮ膜を分離することで半導体デバイス作成用のＧａＮ半導体基板を作製している。
【０００４】
サファイア／ＧａＮ構造体からＧａＮ膜を分離する従来の方法としては、特許文献１に記載の方法が挙げられる。この方法では、図９に示す通り、ホットプレート５３上にＧａＮ膜５２側が下（サファイア基板５１側が上）となるようにサファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置する。そして、ホットプレート５３を８００℃程度に昇温して、ＧａＮ膜５２を加熱しながらサファイア基板５１側からレーザ光ＬＢを照射する。このとき、図示しない駆動装置により、レーザ光源あるいはサファイア／ＧａＮ構造体Ｗを保持する手段が、サファイア基板５１の水平面内を相対的に縦横に移動することで、レーザ光ＬＢは、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに隈なく照射される。
【０００５】
レーザ光ＬＢとしては、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いる。この３５５ｎｍの波長を有するレーザ光ＬＢは、サファイア基板５１を透過してＧａＮ膜５２で吸収される。また、レーザ光ＬＢの出力は、サファイア基板５１とＧａＮ膜５２との界面近傍のＧａＮ膜５２を、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とに分解する温度に上昇させる強度に設定されている。このため、ホットプレート５３およびレーザ光ＬＢによる加熱により、サファイア基板５１とＧａＮ膜５２との界面近傍のＧａＮ膜５２が熱分解する。その結果、ＧａＮ膜５２は、サファイア基板５１から剥離する。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の方法では、サファイア基板５１からＧａＮ膜５２を剥離する過程で、ＧａＮ膜５２が破損しやすかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−５７１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、上記のようにＧａＮ膜が破損しやすい原因を検討したところ、特許文献１に記載の方法は、以下の課題を有することを見出した。
【０００９】
第一に、特許文献１に記載の方法では、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの設置態様は、ＧａＮ膜５２が下であることから、ＧａＮ膜５２がサファイア基板５１の重量を支えることになる。このとき、ＧａＮ膜５２のサファイア基板５１からの剥離が進行する過程で、ＧａＮ膜５２が支えるサファイア基板５１の荷重の支点、すなわち剥離領域ＳＡと未剥離領域の境が刻々と変化するので、それに伴い局所的に応力状態が不安定となりやすく、ＧａＮ膜５２の破損が生じやすい。
【００１０】
第二に、特許文献１に記載の方法では、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜５２の成長温度近傍まで昇温すると、ＧａＮ膜５２の表面が熱分解しやすい。このため、剥離条件として理想的であるＧａＮ膜５２の成長温度近傍に昇温することは困難である。そのため、不充分な温度で剥離を行うことになり、サファイア基板５１からＧａＮ膜５２を剥離する際に、無理な力がＧａＮ膜５２に加わりやすいので、ＧａＮ膜５２が破損しやすい。
【００１１】
第三に、特許文献１に記載の方法では、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、ＧａＮ膜５２側が凸となるように反りがあることから、ホットプレート５３上で加熱される際に、ホットプレート５３に接触する箇所と隙間が生じる箇所とができ、温度斑（温度分布のむら）が生じてしまうことがある。そして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに温度斑が生じると、レーザ光ＬＢの照射によってＧａＮ膜５２のサファイア基板５１からの剥離が進行する間に、サファイア基板５１が、それまでのＧａＮ膜５２側への凸形状から凹形状に変形して温度斑がさらに拡大する。このため、ＧａＮ膜５２の剥離がスムーズに行われにくく、ＧａＮ膜５２の破損を招く場合がある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を下地基板から剥離する際に、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、構造体を、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が下方または側方に向いた状態で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜に接触することなく保持する基板保持部と、構造体の表面に対してレーザを照射するレーザ照射部と、を備えるレーザ剥離装置を提供することができる。
【００１４】
この構成によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が剥離する過程で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜は自身の荷重を支えるが、下地基板の荷重をほとんど支えなくて済む。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜のうち剥離領域と未剥離領域の境にある荷重支持点において、応力集中が発生することを抑制することができ、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性を低減できる。
【００１５】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、容器と、容器内に窒素含有ガスを充填する窒素ガス供給部と、容器内に設けられており、構造体を保持する基板保持部と、構造体に対してレーザを照射するレーザ照射部と、を備えるレーザ剥離装置を提供することができる。
【００１６】
この構成によれば、容器内に窒素含有ガスを充填した状態で、レーザ照射された箇所以外でのＩＩＩ族窒化物半導体膜表面の分解反応を抑制しつつ昇温することが可能になることから、構造体の反りを低減してＩＩＩ族窒化物半導体膜に作用する応力を低減することができる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性は低減される。
【００１７】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、構造体を保持する基板保持部と、構造体から離れた位置に設けられており、構造体を加熱するヒータと、構造体に対してレーザを照射するレーザ照射部と、を備えるレーザ剥離装置を提供することができる。
【００１８】
この構成によれば、上記構造体を全体的に加熱しているため、構造体を熱伝導により加熱する場合に比べて、構造体が均一に昇温される。このため、レーザの照射個所で確実に剥離が生じる。その結果、レーザの照射個所の移動により、剥離領域が拡大する途中で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損が生じることを抑制できる。
【００１９】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、構造体を、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が下方または側方に向いた状態で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜表面に接触することなく保持する工程と、構造体に対してレーザを照射する工程と、構造体からＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、を含むレーザ剥離方法を提供することができる。
【００２０】
この方法によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が剥離する過程で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜は自身の荷重を支えるが、下地基板の荷重をほとんど支えずに済む。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜のうち剥離領域と未剥離領域の境にある荷重支持点において、応力集中が発生することを抑制することができ、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性を低減できる。
【００２１】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、構造体を保持する工程と、構造体の雰囲気ガスを窒素含有ガスに置換する工程と、構造体に対してレーザを照射する工程と、構造体からＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、を含むレーザ剥離方法を提供することができる。
【００２２】
この方法によれば、容器内に窒素含有ガスを充填した状態で、レーザ照射された箇所以外でのＩＩＩ族窒化物半導体膜表面の分解反応を抑制しつつ、上記構造体の反りを低減してＩＩＩ族窒化物半導体膜に作用する応力を低減することができる。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性は低減される。
【００２３】
また、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、構造体を保持する工程と、構造体とは離れた位置に設けられているヒータにより構造体を加熱する工程と、構造体に対してレーザを照射する工程と、構造体からＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、を含むレーザ剥離方法を提供することができる。
【００２４】
この方法によれば、上記構造体を全体的に加熱しているため、構造体を熱伝導により加熱する場合に比べて、構造体が均一に昇温される。このため、レーザの照射個所で確実に剥離が生じる。その結果、レーザの照射個所の移動により、剥離領域が拡大する途中で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損が生じることを抑制できる。
【００２５】
なお、本発明において、下地基板とは、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の結晶成長の下地となる基板を意味するものとする。また、本発明において、構造体とは、１以上の膜構造を含む立体構造体を意味するものとする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、特定の方法により、下地基板とＩＩＩ族窒化物半導体膜とを含む構造体に、レーザを照射するため、レーザ照射によりＩＩＩ族窒化物半導体膜を下地基板から剥離する際に、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係るレーザ剥離装置の全体を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態１に係るレーザ剥離装置に備わる基板保持部の上面図および断面図である。
【図３】実施形態２に係るレーザ剥離装置に備わる基板保持部の断面図である。
【図４】実施例１に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【図５】実施例２に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【図６】実施例３に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【図７】実施例４に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【図８】実施形態３に係るレーザ剥離装置の全体を模式的に示す断面図である。
【図９】従来公知のレーザ剥離方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明において、上記基板保持部は、下地基板の表面のうちＩＩＩ族窒化物半導体膜が設けられていない領域において上記構造体を支持するように構成することができる。
【００２９】
この構成によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が剥離する過程で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜は下地基板の荷重を支えずに済むため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が破損する可能性を低減できる。
【００３０】
本発明において、上記レーザ剥離装置は、基板保持部の下部に設けられている緩衝材をさらに備えてもよい。
【００３１】
この構成によれば、下地基板から剥離して落下したＩＩＩ族窒化物半導体膜を、破損を抑制しつつ受け止めることができる。
【００３２】
また、上記レーザ剥離方法は、上記構造体のうちＩＩＩ族窒化物半導体膜の表面に、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の成長温度以上の耐熱温度を有する保護膜を形成する工程をさらに含んでもよい。
【００３３】
この方法によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の表面には保護膜が形成されているので、上記構造体をヒータまたはレーザ照射により昇温した場合にも、ＩＩＩ族窒化物半導体膜表面の分解反応を抑制することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３５】
<実施形態１>
図１は、本実施形態に係るレーザ剥離装置の全体を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係るレーザ剥離装置に備わる基板保持部の上面図および断面図である。
【００３６】
本実施形態に係るレーザ剥離装置１は、サファイア基板１１（下地基板）上にＧａＮ膜１２（ＩＩＩ族窒化物半導体膜）を形成したサファイア／ＧａＮ構造体Ｗ（図２（ａ））に、レーザ光ＬＢを照射して、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離する構成となっている。なお、本実施形態において、サファイア／ＧａＮ構造体とは、サファイア基板上にＧａＮ膜が形成されてなる立体構造体を意味するものとする。
【００３７】
図１に示すように、レーザ剥離装置１は、架台２上のケース９内に、レーザ発振装置３、レーザ発振装置保持台４、基板保持部１０、保持台駆動装置８、ミラー５、ミラー昇降装置６およびスリット７を配置した構成を有する。
【００３８】
図２（ｂ）は、基板保持部１０の詳細構造を示す図である。図示したように、基板保持部１０は、石英容器１５を備える。この石英容器１５内には、ＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態で、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのサファイア基板１１部分のみを保持する基板保持台１４が設けられている。石英製の蓋１６（レーザ透過面）を除いた石英容器１５の外周（側面および底面）を、ヒータ１７、１８（加熱手段）で覆っている。
【００３９】
レーザ剥離装置１は、ヒータ１７、１８により、石英容器１５全体を加熱する。また、レーザ剥離装置１は、ヒータ１７、１８により、ＧａＮ膜１２を成長温度近傍に昇温するように加熱しながら、上方からレーザ光ＬＢを照射できるように構成されている。
【００４０】
また、ＧａＮ膜１２の下方（基板保持台１４の下方）には石英製の布または石英ウールからなる緩衝材１９が設けられている。石英容器１５内には熱電対２０が設けられている。そして、ＧａＮ膜１２の成長温度以上の耐熱性を有する保護膜１３（二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜）が、ＧａＮ膜１２表面にコーティングされている。
【００４１】
ＧａＮ膜１２の表面には保護膜１３がコーティングされているが、後述するようにサファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜成長温度にまで昇温しない場合は、保護膜１３を設けなくてもよい。
【００４２】
本実施形態に係る剥離方法を、以下説明する。
【００４３】
まず、基板保持台１４に、ＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態で、サファイア基板１１のみを保持するように、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗをセットする。次に、ヒータ１７、１８で、石英容器１５内を加熱し、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを８００℃程度に昇温する。
【００４４】
そして、レーザ発振装置３で波長３５５ｎｍのレーザ光ＬＢをサファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射する。このとき、駆動装置８で基板保持部１０を水平面内で移動させてレーザ光ＬＢをサファイア／ＧａＮ構造体Ｗ全体に隈なく照射する。このレーザ照射により、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との界面近傍においてＧａＮ膜１２の熱分解が起こり、この結果、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２が剥離する。
【００４５】
本実施形態に係る剥離方法による作用効果について、以下説明する。
【００４６】
本実施形態では、基板保持台１４は、サファイア基板１１の表面のうちＧａＮ膜１２が設けられていない領域においてサファイア／ＧａＮ構造体Ｗを保持するように構成されている。このため、サファイア／ＧａＮ構造体ＷからＧａＮ膜１２が剥離する過程で、ＧａＮ膜１２は、サファイア基板１１の荷重をまったく支えずに済む。このため、荷重支持点（剥離領域ＳＡと未剥離領域との境）に加わる応力が抑制され、ＧａＮ膜１２の破損は抑制される。
【００４７】
本実施形態では、図示しないガス供給手段により、石英容器１５内にアンモニアガスをフローパージする。アンモニアガスをフローパージすることにより、温度を高温に上昇させた場合にＧａＮ膜１２の分解を抑制できる。このため、レーザ照射時のＧａＮ膜１２の温度を高温に上昇させることができるために、ＧａＮ膜１２の反りを除去してＧａＮ膜に作用する応力を低減することができる。その結果、ＧａＮ膜１２の破損のおそれがさらに低くなる。したがって、剥離箇所以外のＧａＮ膜１２の表面の分解反応を抑制できるので、剥離後のＧａＮ膜１２の分解を抑制できる。
【００４８】
本実施形態では、レーザ照射による剥離の際、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗが全体加熱により均一に昇温される。このため、ＧａＮ膜１２に温度斑ができにくく、局所的なひずみの発生を少なくできるため、ＧａＮ膜１２の破損を抑制できる。
【００４９】
また、本実施形態の方法は、上記の作用効果に加えて、以下のような作用効果も奏する。
本実施形態では、ＧａＮ膜１２の下方（基板保持台１４の下方）には、緩衝材１９を配設しているので、剥離して落下したＧａＮ膜１２の破損を抑制しつつ受け止めることができる。
【００５０】
このとき、実施例２で後述するように、ＧａＮ膜１２がサファイア基板１１から剥離する前は、緩衝材１９の上面をＧａＮ膜１２表面と接触させる。また、ＧａＮ膜１２がサファイア基板１１から剥離した後は、緩衝材１９の下方への弾性変形とサファイア基板１１の上方への変形とにより、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との間に僅かに隙間が生じる。このように緩衝材１９を充填すれば、ＧａＮ膜１２の剥離に伴う変形量が少なくなり、荷重支持点の応力を緩和できる。
【００５１】
本実施形態では、ＧａＮ膜１２の成長温度以上の耐熱性を有する保護膜１３を、ＧａＮ膜１２表面にコーティングする。このため、ＧａＮ膜１２をその成長温度に昇温すると、反りを除去してＧａＮ膜１２に作用する応力を低減することができる。その結果、ＧａＮ膜１２の破損のおそれがさらに低くなる。
【００５２】
本実施形態では、剥離作業中のサファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、実施例３において後述するように、ＧａＮ膜１２の成長温度近傍に昇温されることが好ましい。
【００５３】
その理由としては、ＧａＮ膜１２の成長時には、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との間に熱歪みが少ないためである。すなわち、ＧａＮ膜１２の成長が終了し、その後の降温に伴いサファイア基板１１とＧａＮ膜１２との熱膨張係数の差から熱歪みが大きくなる。このため、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２の成長温度まで昇温すると、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを反りの少ない状態に戻すことができる。このため、ＧａＮ膜１２のサファイア基板１１からの剥離に伴ってＧａＮ膜１２に作用する応力を大幅に低減することが可能となる。
【００５４】
もうひとつの理由としては、サファイア／ＧａＮ構造体ＷがＧａＮ膜１２の成長温度近傍まで達していると、低い出力のレーザ光でＧａＮ膜１２を容易に剥離することができるためである。
【００５５】
本実施形態では、ＧａＮ膜１２の表面は保護膜１３がコーティングされているので、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを加熱しても、剥離箇所以外のＧａＮ膜１２表面の分解反応を抑制でき、剥離後の品質の低下が抑制される。保護膜１３にＳｉＯ2を用いた場合は、剥離後にフッ酸溶液で除去すればよい。
【００５６】
本実施形態では、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、完全に水平に保持する必要はない。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、水平から傾けた状態で保持すると、ＧａＮ膜１２の荷重支持点における応力集中を緩和できる。
【００５７】
<実施形態２>
図３は、本実施形態に係るレーザ剥離装置１に備わる基板保持部１００の断面図である。基板保持部１００の基本的な構成は、実施形態１の基板保持部１０と共通しており、図３において同符号を用いて表しているので説明は省略する。
【００５８】
基板保持部１００では、レーザ透過面１１６に、アンモニアガスの導入口１１６ａと排出口１１６ｂとを設け、基板保持台１１４にはパージガスがＧａＮ膜１２側へ行き渡るよう通気孔１１４ａを設けている。なお、ガス導入口１１６ａとガス排出口１１６ｂとは、レーザ透過面１１６以外の場所に設けても構わない。
【００５９】
本実施形態でも、実施形態１の場合と同様に、ヒータ１７、１８で石英容器１５内を加熱しサファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザを照射すると、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との界面で熱分解が発生し、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２が剥離する。このとき、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗが均一に昇温されている。このため、レーザの照射個所で確実に剥離が生じる。その結果、レーザの照射個所の移動により、剥離領域が拡大する途中で、ＩＩＩ族窒化物半導体膜の破損が生じることを抑制できる。
【００６０】
また、本実施形態でも、実施形態１の場合と同様に、サファイア基板１１上にＧａＮ膜１２を形成したサファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザを照射して、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離するレーザ剥離装置１において、石英容器１５内でＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態で、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのサファイア基板１１部分のみを保持し、石英容器１５全体を加熱しながら上方からレーザ光を照射することで、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離する。
【００６１】
このとき、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２が剥離する過程で、ＧａＮ膜１２は、荷重支持点（剥離領域と未剥離領域の境）に集中する応力を低減でき、ＧａＮ膜１２の破損を抑制できる。
【００６２】
また、本実施形態では、アンモニアガスの導入口１１６ａと排出口１１６ｂとを設けているため、石英容器１５内をアンモニアガスによりフローパージすることができる。この状態で、ＧａＮ膜１２の成長温度に昇温することにより、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの反りを除去することができる。このため、ＧａＮ膜１２に作用する応力を低減することができ、破損のおそれをさらに抑制できる。このとき、アンモニアガスがパージされているので、剥離箇所以外のＧａＮ膜１２表面の分解反応を抑制できるため、剥離後のＧａＮ膜１２の品質の低下を抑制できる。
【００６３】
<実施形態３>
図８は、本実施形態に係るレーザ剥離装置３１の全体を模式的に示す断面図である。レーザ剥離装置３１の基本的な構成は、実施形態１のレーザ剥離装置１と共通しているが、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを水平から傾けた状態で保持する特有の構成を備える点において異なっている。
【００６４】
レーザ剥離装置３１では、架台３２上のケース５８内に、レーザ発振装置３３、レーザ発振装置保持台３４、基板保持部３５、保持台駆動装置（水平方向）３６、保持台駆動装置（垂直方向）３７が配置されている。基板保持部３５の基板保持台（図示略）はサファイア／ＧａＮ構造体Ｗが倒れないように固定できるように構成されている。
【００６５】
このレーザ剥離装置３１によれば、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを垂直に保持して、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離するので、荷重支持点における応力集中を緩和できる。
【００６６】
本実施形態でも、実施形態１と同様に、ＧａＮ膜１２の成長温度以上の耐熱性を有する保護膜１３をＧａＮ膜１２表面にコーティングし、ＧａＮ膜１２の成長温度近傍に昇温すると、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの反りを除去することができる。このため、ＧａＮ膜１２に作用する応力を低減することができるので、ＧａＮ膜１２の破損のおそれがさらに低くなる。また、このとき、剥離箇所以外のＧａＮ膜１２表面の分解反応を抑制できるので、剥離後のＧａＮ膜１２の品質の低下を抑制できる。
【００６７】
すなわち、本実施形態でも、実施形態１と同様に、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの温度を均一に昇温することができる。この際、ＧａＮ膜１２に支持されるサファイア基板１１の荷重を低減するので、剥離の際にＧａＮ膜１２の破損の生じる可能性が低減される。さらに、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２の成長温度近傍まで昇温する際に、ＧａＮ膜１２の品質の低下を抑制できる。その結果、剥離の際にＧａＮ膜１２の破損を抑制できる。
【００６８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００６９】
たとえば、実施形態３のレーザ剥離装置３１では、基板保持部３５を垂直に配設しているが、レーザ発振装置保持台３４および保持台駆動装置３６、３７を傾斜設置するなどして所定の角度に傾けた状態で配設してもよい。この構成によっても、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを水平から傾けた状態に保持して、サファイア基板１１からＧａＮ膜１２を剥離するので、荷重支持点における応力集中を緩和できる。その結果、剥離後のＧａＮ膜１２の品質の低下を抑制できる。
【００７０】
また、上記実施形態１では、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２の成膜温度近傍にまで加熱したが、特に限定されず、後述する実施例１のように、ＧａＮ膜１２の成膜温度よりも低い温度であっても、サファイア／ＧａＮ構造体ＷからＧａＮ膜１２を剥離できればかまわない。
【実施例】
【００７１】
<実施例１>
実施形態１で説明したレーザ剥離装置１およびレーザ剥離方法を用いて、サファイア基板１１上に２５０μｍの厚さのＧａＮ膜１２が形成されたサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、ＧａＮ膜１２を剥離した例について、図１、図２および図４を用いて説明する。
【００７２】
図４は、本実施例に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。
【００７３】
まず、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、有機金属とアンモニア（ＮＨ3）を用いるＭＯＣＶＤ法と、ガリウム（Ｇａ）および塩化水素（ＨＣｌ）の反応による塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるハイドライドＶＰＥ法とにより、サファイア基板１１上に、１０２０℃の温度でＧａＮ膜１２をエピタキシャル成長して形成した。
【００７４】
次いで、基板保持台１４の底部に緩衝材１９を挿入し、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態（サファイア基板１１面側が上方）で、基板保持台１４に載置した。このとき、基板保持台１４は、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのサファイア基板１１部分のみを保持するようにした。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置した基板ホルダー１４を、石英製容器１５内に収納して、レーザ透過面（石英製の蓋）１６を取り付けた。石英容器１５を、ヒータ１７、１８で構成される電気炉内に収納した。
【００７５】
ヒータ１７、１８でサファイア／ＧａＮ構造体Ｗ全体が８５０℃になるよう昇温した。昇温速度は８５０℃／２５分間で行なった。石英容器１５内の熱電対２０の温度が安定した時点で、レーザ発振装置３で波長が３５５ｎｍのレーザ光ＬＢを発生させ、ミラー５で光軸を水平方向から垂直方向へと角度を変えて（図中、作図上の便宜のためにレーザ光ＬＢの方向を変えて示していない。以下、同様である。）サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射した（図４（ａ））。
【００７６】
レーザ光ＬＢの強度は、０．２５Ｊ／ｃｍ2とし、保持台駆動装置８の移動速度は０．５ｃｍ／ｓｅｃとして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面をスキャニングしながら照射した。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザ光ＬＢを照射すると、サファイア基板１１を透過したレーザ光ＬＢにより、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との界面近傍のＧａＮ膜１２が溶解して、剥離領域ＳＡが生じた（図４（ｂ））。
【００７７】
このとき、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２とには、成長温度と剥離温度との差により反りが発生したが、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにおける温度斑（温度分布のむら）の発生が抑制されたので、剥離領域ＳＡの拡大は円滑に行われた。また、ＧａＮ膜１２が剥離する過程で、ＧａＮ膜１２はサファイア基板１１の荷重をほとんど支えずにすむので、荷重支持点（剥離領域ＳＡと未剥離領域との境）において、応力集中の発生が抑制され、ＧａＮ膜１２の破損はほとんど生じなかった。
【００７８】
サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面に亙ってレーザ光ＬＢを照射したことで、ＧａＮ膜１２全体が剥離し落下した（図４（ｃ））。このとき、ＧａＮ膜１２は、緩衝材１９によって落下の衝撃が緩衝されたので、破損を抑制することができた。
【００７９】
ＧａＮ膜１２の剥離後、ヒータ１７、１８の電源を遮断して、石英容器１５内を降温した。常温まで降温してから、石英製容器１５を取り出した。レーザ透過面（石英製の蓋）１６を外して、サファイア基板１１を取り出した後、ＧａＮ膜１２を取り出した。
【００８０】
取り出したＧａＮ膜１２の表面を顕微鏡観察したところ、ＧａＮ膜１２にクラックはほとんど発生しておらず、表面の分解も抑制され、平坦な状態を維持していた。
【００８１】
<実施例２>
実施形態１で説明したレーザ剥離装置１およびレーザ剥離方法を用いて、サファイア基板１１上に３００μｍの厚さのＧａＮ膜１２が形成されたサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、ＧａＮ膜１２を剥離した例について、図１、図２および図５を用いて説明する。
【００８２】
図５は、本実施例に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。本実施例のレーザ剥離方法は、実施例１の場合と基本的には同様であるが、緩衝材１９をＧａＮ膜１２に接触するように基板保持台１４中に設けている点が異なる。
【００８３】
すなわち、ＧａＮ膜１２がサファイア基板１１から剥離する前は、緩衝材１９の上面をＧａＮ膜１２表面と接触させ、ＧａＮ膜１２がサファイア基板１１から剥離した後は、緩衝材１９の下方への弾性変形とサファイア基板１１の上方への変形とにより、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との間に僅かな隙間が生ずるように、石英容器１５内に緩衝材１９は充填されている。
【００８４】
まず、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、有機金属とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるＭＯＣＶＤ法と、ガリウム（Ｇａ）および塩化水素（ＨＣｌ）の反応による塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるハイドライドＶＰＥ法により、サファイア基板１１上に、１０００℃の温度でＧａＮ膜１２をエピタキシャル成長して形成した。
【００８５】
次いで、基板保持台１４の底部に緩衝材１９を挿入し、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、ＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態（サファイア基板１１面側が上方）で、基板保持台１４に載置した。このとき、基板保持台１４は、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのうちサファイア基板１１部分のみを保持するようにした。緩衝材１９は、ＧａＮ膜１２面に接触する程度の嵩になるように基板保持台１４中に設けた。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置した基板ホルダー１４を、石英製容器１５内に収納して、レーザ透過面（石英製の蓋）１６を取り付けた。石英容器１５を、ヒータ１７、１８で構成される電気炉内に収納した。
【００８６】
ヒータ１７、１８でサファイア／ＧａＮ構造体Ｗ全体が８５０℃になるよう昇温した。昇温速度は、８５０℃／２５分間で行なった。石英容器１５内の熱電対２０の温度が安定した時点から、レーザ発振装置３で波長が３５５ｎｍのレーザ光ＬＢを発生させ、ミラー５で光軸を水平方向から垂直方向へと角度を変えて、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射した（図５（ａ））。
【００８７】
レーザ光ＬＢの強度は、０．２５Ｊ／ｃｍ2とし、保持台駆動装置８の移動速度は０．５ｃｍ／ｓｅｃとして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面をスキャニングしながら照射した。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザ光ＬＢを照射すると、サファイア基板１１を透過したレーザ光ＬＢにより、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との界面近傍のＧａＮ膜１２が溶解して、剥離領域ＳＡが生じた（図５（ｂ））。
【００８８】
このとき、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２とには、成長温度と剥離温度との差により反りが発生したが、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの温度斑（温度分布のむら）が抑制できたため、剥離領域ＳＡの拡大は円滑に行われた。また、ＧａＮ膜１２が剥離する過程で、ＧａＮ膜１２は緩衝材１９によって自身の荷重の殆どを支えられているので、荷重支持点（剥離領域ＳＡと未剥離領域の境）においては、応力集中の発生は抑制され、ＧａＮ膜１２はほとんど破損しなかった。
【００８９】
サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面に亙ってレーザ照射したことで、ＧａＮ膜１２全体が剥離し、ＧａＮ膜１２とサファイア基板１１との間に僅かな隙間が形成された（図５（ｃ））。このとき、ＧａＮ膜１２は、緩衝材１９によって落下の衝撃が緩衝されたので、ほとんど破損しなかった。
【００９０】
ＧａＮ膜１２の剥離後、ヒータ１７、１８の電源を遮断して、石英容器１５内を降温した。常温まで降温してから、石英製容器１５を取り出した。レーザ透過面（石英製の蓋）１６を外して、サファイア基板１１を取り出した後、ＧａＮ膜１２を取り出した。
【００９１】
取り出したＧａＮ膜１２の表面を顕微鏡観察したところ、ＧａＮ膜１２にクラックはほとんど発生しておらず、表面の分解も抑制され、平坦な状態を維持していた。
【００９２】
<実施例３>
実施形態２で説明したレーザ剥離装置１およびレーザ剥離方法を用いて、サファイア基板１１上に３００μｍの厚さのＧａＮ膜１２が形成されたサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、ＧａＮ膜１２を剥離した例について、図１、図３および図６を用いて説明する。
【００９３】
図６は、本実施例に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。本実施例のレーザ剥離方法は、実施例２の場合と基本的には同様であるが、石英容器内にアンモニアガスをフローパージし、ＧａＮ膜成長温度に昇温する点が異なる。
【００９４】
まず、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、有機金属とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるＭＯＣＶＤ法と、ガリウム（Ｇａ）および塩化水素（ＨＣｌ）の反応による塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるハイドライドＶＰＥ法とにより、サファイア基板１１上に１０００℃の温度でＧａＮ膜１２をエピタキシャル成長して形成した。
【００９５】
次に、基板保持台１４の底部に緩衝材１９を挿入し、サファイア／ＧａＮ構造体ＷをＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態（サファイア基板１１面側が上方）で、基板保持台１１４に載置した。このとき、基板保持台１１４は、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのうちサファイア基板１１部分のみを保持するようにした。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置した基板ホルダー１１４を、石英製容器１５内に収納して、レーザ透過面（石英製の蓋）１１６を取り付けた。石英容器１５をヒータ１７、１８で構成される電気炉内に収納した。
【００９６】
ガス導入口１１６ａから窒素（Ｎ2）ガスを供給して、石英容器１５内をパージした。パージしたＮ2ガスは排気口１１６ｂより排出した。
【００９７】
ヒータ１７、１８で、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全体が１０４０℃になるよう昇温した。このとき、５００℃に到達した時点からは、アンモニア（ＮＨ3）ガスの供給も開始した。このとき、５００℃〜１０４０℃まで２５分かけて昇温した。
【００９８】
石英容器１５内の熱電対２０の温度が安定した時点から、レーザ発振装置３で波長が３５５ｎｍのレーザ光ＬＢを発生させ、ミラー５で光軸を水平方向から垂直方向へと角度を変えて、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射した。このとき、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、ＧａＮ膜１２の成長温度近傍に昇温されたため、熱歪みは開放されて平坦な状態となっていた（図６（ａ））。
【００９９】
レーザ光ＬＢの強度は、０．２８Ｊ／ｃｍ2とし、保持台駆動装置８の移動速度は０．２ｃｍ／ｓｅｃとして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面をスキャニングしながら照射した。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザ光ＬＢを照射すると、サファイア基板１１を透過したレーザ光ＬＢにより、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との界面近傍のＧａＮ膜１２が溶解して、剥離領域ＳＡが生じた（図６（ｂ））。
【０１００】
このとき、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２とには、熱歪みが開放されているので、反りが殆ど発生しなかった。さらに、予め緩衝材１９をＧａＮ膜１２に当接するように充填してあったので、剥離したＧａＮ膜の自重でＧａＮ膜が撓むことも殆どなく、ＧａＮ膜１２の一部に局所的に応力が集中することは抑制された。
【０１０１】
サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面に亙ってレーザ照射することで、ＧａＮ膜１２全体が剥離したが、ＧａＮ膜１２に当接するように緩衝材１９が充填されていたので、ＧａＮ膜１２が落下することはなく、落下の衝撃が緩衝されたので、ＧａＮ膜１２が破損することを抑制することができた（図６（ｃ））。
【０１０２】
ＧａＮ膜１２の剥離後、ヒータ１７、１８の電源を遮断して、石英容器１５内を降温した。炉内の温度が、５００℃前後に到達する時点までＮＨ3ガスとＮ2ガスとを供給して、５００℃以下となった時点からＮ2ガスのみ供給して、常温となるまで降温した。Ｎ2ガスの供給を止め、石英製容器１５を取り出した。レーザ透過面（石英製の蓋）１１６を外して、サファイア基板１１を取り出した後、ＧａＮ膜１２を取り出した。
【０１０３】
取り出したＧａＮ膜１２の表面を顕微鏡観察したところ、ＧａＮ膜１２にクラックはほとんど発生しておらず、表面の分解も抑制され、平坦な状態を維持していた。
【０１０４】
<実施例４>
実施形態１で説明したレーザ剥離装置１およびレーザ剥離方法を用いて、サファイア基板１１上に４００μｍの厚さのＧａＮ膜１２が形成されたサファイア／ＧａＮ構造体Ｗから、ＧａＮ膜１２を剥離した例について、図１、図２および図７を用いて説明する。
【０１０５】
図７は、本実施例に係るレーザ剥離方法を説明するための工程断面図である。本実施例のレーザ剥離方法は、実施例１の場合と基本的には同様であるが、ＧａＮ膜１２表面に二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜１３を形成する点が異なる。
【０１０６】
まず、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、有機金属とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるＭＯＣＶＤ法と、ガリウム（Ｇａ）および塩化水素（ＨＣｌ）の反応による塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）とを用いるハイドライドＶＰＥ法とにより、サファイア基板１１上に、１０４０℃の温度でＧａＮ膜１２をエピタキシャル成長して形成した。次に、サファイア／ＧａＮ構造体ＷのＧａＮ膜１２表面に、二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜１３を形成した。ＳｉＯ2膜１３の形成には、シラン（ＳｉＨ4）と酸素（Ｏ2）との反応による熱分解法（ＣＶＤ法）や、ＳｉＯ2原料を用いる電子ビーム（ＥＢ）蒸着法があるが、そのどちらを用いても構わない。ＳｉＯ2膜１３の厚さは０．５μｍとした。
【０１０７】
次に、基板保持台１４の底部に緩衝材１９を挿入し、ＳｉＯ2膜１３を形成したサファイア／ＧａＮ構造体Ｗを、ＧａＮ膜１２面を下方に向けた状態（サファイア基板１１面側が上方）で、基板保持台１４に載置した。このとき、基板保持台１４は、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗのうちサファイア基板１１部分のみを保持するようにした。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗを載置した基板ホルダー１４を、石英製容器１５内に収納して、レーザ透過面（石英製の蓋）１６を取り付けた。石英容器１５を、ヒータ１７、１８で構成される電気炉内に収納した。
【０１０８】
ヒータ１７、１８で、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全体が１０５０℃になるよう昇温した。このとき、室温〜１０５０℃まで３０分かけて昇温した。
【０１０９】
石英容器１５内の熱電対２０の温度が安定した時点から、レーザ発振装置３で波長が３５５ｎｍのレーザ光ＬＢを発生させ、ミラー５で光軸を水平方向から垂直方向へと角度を変えて、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗに照射した。このとき、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗは、ＧａＮ膜成長温度に昇温されたため、熱歪みは開放されて平坦な状態になっていた（図７（ａ））。
【０１１０】
レーザ光ＬＢの強度は、０．１８Ｊ／ｃｍ2とし、保持台駆動装置８の移動速度は０．１５ｃｍ／ｓｅｃとして、サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面をスキャニングしながら照射した。サファイア／ＧａＮ構造体Ｗにレーザ光ＬＢを照射したところ、サファイア基板１１を透過したレーザ光ＬＢにより、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との界面近傍のＧａＮ膜１２が溶解して、剥離領域ＳＡが生じた（図７（ｂ））。
【０１１１】
このとき、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２とにおいては、熱歪みが開放されて反りが殆ど発生しなかったため、ＧａＮ膜１２の一部に局所的に応力が集中することは抑制された。
【０１１２】
サファイア／ＧａＮ構造体Ｗの全面に亙ってにレーザ照射したことで、ＧａＮ膜１２全体が剥離した（図７（ｃ））。しかし、緩衝材１９によって落下の衝撃が緩衝されたので、ＧａＮ膜１２が破損することを抑制できた（図７（ｄ））。
【０１１３】
ＧａＮ膜１２の剥離後、ヒータ１７、１８の電源を遮断して石英容器１５内を降温した。常温まで降温した時点で、石英製容器１５を取り出した。蓋１６を外して、サファイア基板１１を取り出した後、ＧａＮ膜１２を取り出した。取り出したＧａＮ膜１２を、弗化水素（ＨＦ）と水との混合液に浸し、ＳｉＯ2膜１３を除去した。ＳｉＯ2膜１３を除去後、十分流水洗浄して乾燥させた。
【０１１４】
取り出したＧａＮ膜１２の表面を顕微鏡観察したところ、ＧａＮ膜１２にクラックはほとんど発生しておらず、表面の分解も抑制され、平坦な状態を維持していた。また、ＳｉＯ2膜を形成したことによるＧａＮ膜１２表面のダメージは、ほとんど観察されなかった。
【０１１５】
以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１１６】
たとえば、ＧａＮ膜の表面にＳｉＯ2膜を設ける場合には、ＳｉＯ2膜の膜厚は、特に限定されず、ＧａＮ膜表面の分解を抑えることのできる膜厚であれば良い。また、ＧａＮ膜の表面に設ける耐熱性膜の材料は、ＳｉＯ2に限定されず、ＧａＮ膜の表面の分解を抑えることができる材料、すなわちＧａＮ膜成長温度以上の耐熱性を有する材料であれば他の材料でも良い。
【符号の説明】
【０１１７】
１ レーザ剥離装置
２ 架台
３ レーザ発振装置
４ レーザ発振装置保持台
５ ミラー
６ ミラー昇降装置
７ スリット
８ 保持台駆動装置
９ ケース
１０ 基板保持部
１００ 基板保持部
１１ サファイア基板
１２ ＧａＮ膜
１３ 保護膜
１４ 基板保持台
１１４ 基板保持台
１１４ａ 通気孔
１５ 石英容器
１６ 石英製の蓋
１１６ 石英製の蓋
１１６ａ ガス導入口
１１６ｂ ガス排出口
１７ ヒータ
１８ ヒータ
１９ 緩衝材（石英製布、石英製ウール）
２０ 熱電対
３１ レーザ剥離装置
３２ 架台
３３ レーザ発振装置
３４ レーザ発振装置保持台
３５ 基板保持部
３６ 保持台駆動装置（水平方向）
３７ 保持台駆動装置（垂直方向）
３８ ケース
ＬＢ レーザ光
ＳＡ 剥離領域
Ｗ サファイア／ＧａＮ構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、
前記構造体を、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜が下方または側方に向いた状態で、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜に接触することなく保持する基板保持部と、
前記構造体の表面に対してレーザを照射するレーザ照射部と、
を備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ剥離装置において、
前記基板保持部は、前記下地基板の表面のうち前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜が設けられていない領域において前記構造体を支持するように構成されている
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ剥離装置において、
前記基板保持部を格納する容器と、
前記容器内に窒素含有ガスを充填する窒素ガス供給部と、
をさらに備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載のレーザ剥離装置において、
前記構造体を加熱するヒータをさらに備え、
前記ヒータは、前記構造体とは離れた位置に設けられている
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項５】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、
容器と、
前記容器内に窒素含有ガスを充填する窒素ガス供給部と、
前記容器内に設けられており、前記構造体を保持する基板保持部と、
前記構造体に対してレーザを照射するレーザ照射部と、
を備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項６】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、
前記構造体を保持する基板保持部と、
前記構造体から離れた位置に設けられており、前記構造体を加熱するヒータと、
前記構造体に対してレーザを照射するレーザ照射部と、
を備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載のレーザ剥離装置において、
前記基板保持部の下部に設けられている緩衝材をさらに備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項８】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、
前記構造体を、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜が下方または側方に向いた状態で、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の表面に接触することなく保持する工程と、
前記構造体に対してレーザを照射する工程と、
前記構造体から前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザ剥離方法において、
前記構造体を保持する前記工程は、前記下地基板の表面のうち前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜が設けられていない領域において前記構造体を支持する工程を含む
ことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項１０】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、
前記構造体を保持する工程と、
前記構造体の雰囲気ガスを窒素含有ガスに置換する工程と、
前記構造体に対してレーザを照射する工程と、
前記構造体から前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項１１】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、
前記構造体を保持する工程と、
前記構造体とは離れた位置に設けられているヒータにより前記構造体を加熱する工程と、
前記構造体に対してレーザを照射する工程と、
前記構造体から前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項１２】
請求項８乃至１１いずれかに記載のレーザ剥離方法において、
前記レーザを照射する前記工程の前に、
前記構造体のうち前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の表面に、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の成長温度以上の耐熱温度を有する保護膜を形成する工程をさらに含む
ことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１２いずれかに記載のレーザ剥離方法により、前記構造体から、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離して、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の少なくとも一部を含むＩＩＩ族窒化物半導体自立基板を得る工程を含む
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体自立基板の製造方法。
【請求項１】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、
前記構造体を、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜が下方または側方に向いた状態で、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜に接触することなく保持する基板保持部と、
前記構造体の表面に対してレーザを照射するレーザ照射部と、
を備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ剥離装置において、
前記基板保持部は、前記下地基板の表面のうち前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜が設けられていない領域において前記構造体を支持するように構成されている
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ剥離装置において、
前記基板保持部を格納する容器と、
前記容器内に窒素含有ガスを充填する窒素ガス供給部と、
をさらに備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載のレーザ剥離装置において、
前記構造体を加熱するヒータをさらに備え、
前記ヒータは、前記構造体とは離れた位置に設けられている
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項５】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、
容器と、
前記容器内に窒素含有ガスを充填する窒素ガス供給部と、
前記容器内に設けられており、前記構造体を保持する基板保持部と、
前記構造体に対してレーザを照射するレーザ照射部と、
を備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項６】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離装置であって、
前記構造体を保持する基板保持部と、
前記構造体から離れた位置に設けられており、前記構造体を加熱するヒータと、
前記構造体に対してレーザを照射するレーザ照射部と、
を備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載のレーザ剥離装置において、
前記基板保持部の下部に設けられている緩衝材をさらに備える
ことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項８】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、
前記構造体を、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜が下方または側方に向いた状態で、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の表面に接触することなく保持する工程と、
前記構造体に対してレーザを照射する工程と、
前記構造体から前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザ剥離方法において、
前記構造体を保持する前記工程は、前記下地基板の表面のうち前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜が設けられていない領域において前記構造体を支持する工程を含む
ことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項１０】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、
前記構造体を保持する工程と、
前記構造体の雰囲気ガスを窒素含有ガスに置換する工程と、
前記構造体に対してレーザを照射する工程と、
前記構造体から前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項１１】
下地基板と、前記下地基板上に設けられているＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含む構造体から、レーザ照射により前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離するレーザ剥離方法であって、
前記構造体を保持する工程と、
前記構造体とは離れた位置に設けられているヒータにより前記構造体を加熱する工程と、
前記構造体に対してレーザを照射する工程と、
前記構造体から前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離する工程と、
を含むことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項１２】
請求項８乃至１１いずれかに記載のレーザ剥離方法において、
前記レーザを照射する前記工程の前に、
前記構造体のうち前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の表面に、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の成長温度以上の耐熱温度を有する保護膜を形成する工程をさらに含む
ことを特徴とするレーザ剥離方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１２いずれかに記載のレーザ剥離方法により、前記構造体から、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を剥離して、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の少なくとも一部を含むＩＩＩ族窒化物半導体自立基板を得る工程を含む
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体自立基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１５１４００（Ｐ２０１１−１５１４００Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６７８７（Ｐ２０１１−２６７８７）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【分割の表示】特願２００４−３５９２０７（Ｐ２００４−３５９２０７）の分割
【原出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【分割の表示】特願２００４−３５９２０７（Ｐ２００４−３５９２０７）の分割
【原出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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