化合物半導体の製造方法
【課題】化合物半導体素子全体を加熱することなくサポート基板を接合することを可能とし、また接合時間を短縮化し、化合物半導体素子の製造時間全体の短縮化を図ること。
【解決手段】サポート基板１０６を光透過性の部材で形成し、サポート基板１０６を介して、例えばフラッシュランプ２から、サポート基板１０６は透過するがはんだ層１１１、１０５には吸収される波長のパルス光（閃光）を照射する。これにより、化合物半導体層１０２，１０３，１０４とサポート基板１０６の間に設けられた接合剤層１１１，１０５のみを瞬間的に加熱して融解させ、サポート基板１０６が接合される。なお、サポート基板１０６に金属層を設け、この金属層を加熱させてはんだ層を融解させてもよい。また、サポート基板としてシリコン基板を用い、フラッシュランプの代わりに、ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザを用いて、赤外レーザ光を照射してもよい。
【解決手段】サポート基板１０６を光透過性の部材で形成し、サポート基板１０６を介して、例えばフラッシュランプ２から、サポート基板１０６は透過するがはんだ層１１１、１０５には吸収される波長のパルス光（閃光）を照射する。これにより、化合物半導体層１０２，１０３，１０４とサポート基板１０６の間に設けられた接合剤層１１１，１０５のみを瞬間的に加熱して融解させ、サポート基板１０６が接合される。なお、サポート基板１０６に金属層を設け、この金属層を加熱させてはんだ層を融解させてもよい。また、サポート基板としてシリコン基板を用い、フラッシュランプの代わりに、ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザを用いて、赤外レーザ光を照射してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光デバイス、またはフォトダイオード等の受光デバイスに使用される窒化物半導体などの化合物半導体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に化合物半導体素子は、基板上に気相成長法を用いて化合物半導体を積層成長する事によって得られる。化合物半導体素子の製造方法の概略を、図１４を用いて説明する。なおここでは、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体により形成される半導体発光素子（ＬＥＤ）を例にして説明する。
（１）図１４（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体よりなる窒化ガリウム（ＧａＮ）層１０２を形成する。
（２）図１４（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１０２の表面に、発光層であるｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４とを積層する。例えば、ｎ型半導体としてはシリコンがドープされたＧａＮを用い、ｐ型半導体としてはマグネシウムがドープされたＧａＮを用いる。なお、以下では、ＧａＮ層１０２、ｎ型半導体層１０３、ｐ型半導体層１０４のことを合せて半導体層と呼ぶことがある。
（３）図１４（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層１０４上に、発光する光を反射するミラー層１１０を銀などにより形成し、さらにその上に導電性物質により電極１０９を形成する。そして、電極１０９上に、スパッタなどにより、導電性の接合剤層であるはんだ層１０５を形成する。なお、化合物半導体素子の中には、ミラー層１１０やはんだ層１０５を電極として利用し、あらためて電極１０９を形成しないものもある。
【０００３】
（４）図１４（ｄ）に示すように、はんだ層１０５上にサポート基板１０６を取付ける。サポート基板１０６は例えば銅とタングステンの合金からなる。そして、加熱炉により化合物半導体素子全体（サファイア基板１０１、ＧａＮ層１０２、ｎ型半導体層１０３、ｐ型半導体層１０４、ミラー層１１０、電極１０９、はんだ層１０５、サポート基板１０６）を、およそ５分から１０分間加熱することによりはんだを融解し、サポート基板１０６と電極１０９を接合する。
（５）図１４（ｅ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側から、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてＧａＮ層１０２に吸収される波長のレーザ光１０７（例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ）を照射し、ＧａＮ層１０２を分解する。これにより、サファイア基板１０１をＧａＮ層１０２から剥離する。なお、ＧａＮの融解温度は約８００°Ｃである。
（６）図１４（ｆ）に示すように、サファイア基板１０１から剥離後のＧａＮ層１０２の表面に透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成する。
【０００４】
このようなＬＥＤの製造工程については、例えば特許文献１や、特許文献２に記載がある。
上記したように、サポート基板１０６は、例えば銅とタングステンの合金であり導電性である。そこで、このサポート基板１０６とはんだ層１０５を介して電極１０９と、透明電極ＩＴＯ１０８との間に電流を流すことにより、半導体層１０３、１０４から光が放射する。光は図１４（ｆ）の下側方向に出射する。ミラー層１１０は、上側に向かう光を下側方向に反射する役割をはたす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６０７１７９５号明細書
【特許文献２】特表２００７−５３４１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記図１４（ｄ）に示したように、サポート基板１０６は、はんだ１０５により、電極１０５やミラー層１１０を介して半導体層１０２，１０３，１０４と接合される（以下、これをサポート基板と半導体層との接合と呼ぶことがある）。この時、はんだ１０５を溶かすために、化合物半導体素子全体が加熱炉により加熱される。
加熱炉において、化合物半導体素子全体は、はんだが溶ける温度にまで加熱される。しかし、８００°Ｃ以上になると、化合物半導体素子を構成する窒化ガリウム（ＧａＮ）が融解する。そこで、はんだは、ＧａＮの融解温度以下の温度で融ける、例えば約２５０°Ｃ〜４００°Ｃで融解するものが選択される。
しかし、化合物半導体素子（即ちＬＥＤ素子）全体をこのような比較的高い温度にさらすと、化合物半導体素子が予期せぬ熱ダメージを受ける可能性がある。化合物半導体素子の受けた熱ダメージはＬＥＤ素子の製品不良の原因となることがある。
また、上記したように、加熱炉による加熱とその後の冷却に必要な時間は、およそ５分間から１０分間であり、化合物半導体素子の製造時間を短くするために、短縮化が望まれている。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するものであって、化合物半導体素子全体を加熱することなくサポート基板を取り付けることが可能であり、化合物半導体素子が熱ダメージを受ける心配がなく、また、サポート基板と半導体層との接合時間を短縮化し、化合物半導体素子の製造時間全体の短縮化を図ることができる化合物半導体素子の製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、次のように前記課題を解決する。
（１）第１の基板上に化合物半導体層を形成し、該化合物半導体層に第２の基板（サポート基板）を接合する化合物半導体素子の製造方法において、第２の基板（サポート基板）を光透過性の部材で形成し、該サポート基板を介して、サポート基板は透過するが接合剤層には吸収される波長のパルス光（閃光）を照射し、上記化合物半導体層とサポート基板にの間に設けられた接合剤層のみを瞬間的に加熱して融解させ、サポート基板と化合物半導体層とを接合する。
具体的には、上記第２の基板（サポート基板）上に接合剤層あるいは金属層を設け、また、上記第１の基板上に形成された化合物半導体層上に接合剤層または金属層を設ける。
そして、接合剤層または金属層を設けた化合物半導体層上に、接合剤を介在させて第２の基板（サポート基板）を重ね合わせ、上記光透過性基板である第２の基板（サポート基板）を介して、上記接合剤層に閃光を照射して該接合剤層を加熱し、上記接合剤層を融解する。なお、サポート基板の接合剤層側の表面に金属層を形成した場合は、この金属層にパルス光（閃光）が吸収されて加熱し、その熱により接合剤層が融解する。
（２）上記（１）において、上記光透過性の部材をガラスとし、キセノンフラッシュランプからの閃光を照射する。
（３）上記（１）において、上記光透過性の部材をシリコンとし、ＹＡＧレーザまたはＣＯ２レーザからの閃光を照射する。
（４）上記（２）（３）において、上記化合物半導体層を窒化ガリウムから構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）閃光照射により、接合剤層を瞬間的に加熱して融解し、サポート基板と化合物半導体層とを接合しており、化合物半導体素子全体を加熱しないので、化合物半導体素子が熱ダメージを受けるのを防ぐことができる。
（２）閃光照射により、接合剤層は瞬間的に加熱され、サポート基板と半導体層とは１秒以下で接合が可能になる。したがって、サポート基板の接合のため時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図（１）である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す図（２）である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す図（３）である。
【図４】第１の実施例において、閃光照射の条件を求めるための実験例（計算例）を説明するための図である。
【図５】第１の実施例において、３種類の閃光照射を行った場合のサンプルの各構成部分の温度を示す図である。
【図６】キセノンフラッシュランプの分光分布を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例を示す図（１）である。
【図８】本発明の第２の実施例を示す図（２）である。
【図９】銅の光の波長に対する反射率を示すグラフである。
【図１０】第２の実施例において、閃光照射の条件を求めるための実験例（計算例）を説明するための図である。
【図１１】第２の実施例において、４種類の閃光照射を行った場合のサンプルの各構成部分の温度を示す図である。
【図１２】サポート基板と半導体層を接合させるための組み合わせ例を説明する図（１）である。
【図１３】サポート基板と半導体層を接合させるための組み合わせ例を説明する図（２）である。
【図１４】従来の化合物半導体素子の製造方法の概略を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明における化合物半導体素子の製造方法について説明する。
１．第１の実施例
本実施例は、閃光照射により接合剤を直接加熱して、サポート基板を接合させることにより化合物半導体素子を製造するものであり、図１、図２、図３に本実施例の化合物半導体素子の製造方法の概略を示す。
なお、本実施例では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体により形成される半導体発光素子（ＬＥＤ）を例にして説明する。
（１）まず、図１（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体よりなる窒化ガリウム（ＧａＮ）層１０２を形成する。
（２）図１（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１０２の表面に、発光層であるｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４とを積層する。例えば、ｎ型半導体としてはシリコンがドープされたＧａＮを用い、ｐ型半導体としてはマグネシウムがドープされたＧａＮを用いる。
【００１２】
（３）図１（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層１０４上に、半導体層から発光する光を反射するミラー層１１０を銀などにより形成し、さらにその上に導電性物質により電極１０９を形成する。なお、化合物半導体素子の中には、ミラー層１１０やはんだ層１０５を電極として利用し、あらためて電極１０９を形成しないものもある。
（４）図１（ｄ）に示すように、電極１０９上に、スパッタなどにより、導電性の接合剤層である第１のはんだ層１０５を形成する。ここで、前述したように窒化ガリウム（ＧａＮ）層１０２、ｎ型半導体層１０３、ｐ型半導体層１０４を合わせて半導体層（化合物半導体層）１０と呼ぶ。なお、ここまでは、図１４に示した従来例と同じである。
【００１３】
（５）次いで、図２（ｅ）に示すように、サポート基板１０６として光透過性の基板、例えばガラス基板を準備する。この光透過性のサポート基板の表面に、スパッタなどにより１μｍ程度の第２のはんだ層（第２の接合剤層）１１１を形成する。なお、サポート基板１０６には配線を通すための孔１１２が、あらかじめ形成されている。
（６）図２（ｆ）に示すように、第１のはんだ層１０５上に、第２のはんだ層１１１を形成したサポート基板１０６を、第２のはんだ層１１１が第１のはんだ層１０５と向かい合うようにして置く。
そして、サポート基板１０６側から、キセノンフラッシュランプ２を備える閃光光照射装置１からの閃光を照射する。閃光光照射装置１からの光は、ガラスであるサポート基板１０６を通過し、第２のはんだ層１１１に照射され吸収される。
【００１４】
図６は、キセノンフラッシュランプの分光分布を示す図である。同図において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は放射する光の相対強度である。同図に示すように、キセノンフラッシュランプは、波長約２２０ｎｍ〜８００ｎｍ以上の光を放射する。また、点灯電源の設計により、閃光照射のパルス幅は、およそ０．１μｓ〜１ｍｓ範囲で設定が可能である。
サポート基板１０６はガラスであるので、ランプからの波長３００ｎｍ〜８００ｎｍの領域の光はほとんど透過し、第２のはんだ層１１１に照射され、吸収される。
光を吸収した第２のはんだ層１１１は温度が上昇し融解する。融解した第２のはんだ層１１１は、第１のはんだ層１０５と溶け合って一体となる。これによりサポート基板１０６が半導体層と接合する。以下、一体となったはんだ層１０５，１１１を合わせてはんだ層１１１という。
【００１５】
（７）次に、図３（ｇ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側から、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてＧａＮ層１０２に吸収される波長のレーザ光１０７（例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ）を照射し、ＧａＮ層１０２を分解する。これにより、サファイア基板１０１をＧａＮ層１０２から剥離する。
（８）サファイア基板１０１から剥離後のＧａＮ層１０２の表面に、図３（ｈ）に示すように透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成する。
サポート基板１０６の配線通過孔１１２に配線Ｌを通し、この配線Ｌをはんだ層１１１を介して電極１０９と接続する。また、透明電極ＩＴＯ１０８にも配線Ｌを接続する。これらの配線を介して電極１０９と透明電極ＩＴＯ１０８との間に電流を流すことにより、半導体層１０３、１０４から光が放射する。
【００１６】
図４、図５は、サポート基板を取り付けるための、閃光照射の条件を求めるための実験例（計算例）を説明するための図である。
図４は、計算に使用したサンプルの構造を示す図である。
同図に示すように、サファイア基板１０１として厚さ４００μｍのサファイア（熱伝導率：４２Ｗ／ｍ・Ｋ（常温）、融点：２０５０°Ｃ）、半導体層１０（１０２，１０３，１０４）として厚さ５μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）（熱伝導率：１３０Ｗ／ｍ・Ｋ（常温）、融点：２５００°Ｃ）、ミラー層１１０として厚さ１μｍの銀（熱伝導率：４０７Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：９６１°Ｃ）、はんだ層１０５として５μｍのスズ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：２３２°Ｃ）、サポート基板１０６として厚さ１００μｍの石英（熱伝導率：〜１６Ｗ／ｍ・Ｋ（２００°Ｃ：１．５５、３００°Ｃ：１．６７）、軟化点：１６００°Ｃ）、サポート基板１０６に形成する第２のはんだ層として厚さ１μｍのスズ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：２３２°Ｃ）を仮定した。なお、本サンプル構造においては、電極１０９は設けていない。
【００１７】
このサンプルを用いて、前記図２（ｆ）に示したようにサポート基板１０６側から、キセノンフラッシュランプ２の閃光を照射した場合に、第２のはんだ層１１１を構成する厚さ１μｍのスズが、全域にわたって融点である約２３０°Ｃ以上になる、即ち、半導体層側に形成した第１のはんだ層１０５と界面で溶け合って接合するように加熱できるキセノンフラッシュランプの閃光照射の条件を計算した。また、それとともに、その時の半導体層１０２，１０３，１０４の温度も求めた。
【００１８】
図５は、３種類の閃光照射を行った場合の、サンプルの各構成部分の温度を示す図である。同図（ａ）の横軸はサポート基板１０６（ミラー層１１０が形成されている面とは反対側）の表面からの距離（μｍ）であり、縦軸は閃光照射時の温度（°Ｃ）である。
なお、同図（ａ）中で横軸方向に示される、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれサポート基板１０６、第２のはんだ層１１１、はんだ層１０５、ミラー層１１０、半導体層１０（半導体層１０２，１０３，１０４）、サファイア基板１０１を示す。
３種類の閃光照射の条件は、同図（ｂ）に示すように次の通りである。
＜条件１＞：パルス半値幅２μｓ、パルスエネルギー１．１Ｊ／ｃｍ２
＜条件２＞：パルス半値幅５μｓ、パルスエネルギー１．８５Ｊ／ｃｍ２
＜条件３＞：パルス半値幅１０μｓ、パルスエネルギー２．７Ｊ／ｃｍ２
【００１９】
いずれの条件で照射した場合であっても、第２のはんだ層１１１と第１のはんだ層１０５の界面の温度は約２５０°Ｃになり、第２のはんだ層１１１と第１のはんだ層１０５は溶け合う。これにより、サポート基板１０６は半導体層１０と接合する。
一方、この時の半導体層１０（半導体層１０２，１０３，１０４）は、条件１の場合約８０°Ｃ〜約７０°Ｃ、条件２の場合約１２０°Ｃ〜約１００°Ｃ、条件３の場合約１５０°Ｃ〜約１４０°Ｃとなり、従来のように基板全体を加熱炉で加熱する場合に比べて低い温度に維持される。したがって、半導体層１０の熱ダメージを防ぐことができる。
ただし、閃光照射において、パルス半値幅が短い方が、半導体層１０の温度が低くなる傾向があるので、パルス半値幅はできるだけ短い方が良い。
【００２０】
以上説明したように、サポート基板を光透過性基板とし、サポート基板側から、サポート基板は透過するが接合剤であるはんだ層には吸収される波長の光を閃光照射することにより、はんだ層は融解する２３０°Ｃ以上に上昇するが、化合物半導体層１０（ｐ型半導体層１０４、ｎ型半導体層１０３、ＧａＮ層１０２）の温度は従来に比べて高温にならない。したがって、化合物半導体素子が熱ダメージを受けるのを防ぐことができる。
さらに、接合剤層を加熱して融解する閃光照射のパルス半値幅は、２μ秒〜１０μ秒であり、即ち１秒以下の照射時間でサポート基板と半導体層との接合を行うことができる。したがって、従来５分から１０分かかっていたサポート基板と半導体層との接合時間を、大幅に短縮することができる。
なお、本実施例においては、接合剤層であるはんだ層を、半導体層上とサポート基板上の両方に形成したが、いずれか一方の層に金属層が形成されている場合には、他方のいずれか一方にはんだ層を形成するようにしても良い。
【００２１】
２．第２の実施例
第２の実施例は、閃光照射により金属膜を加熱し、加熱した金属膜により接合剤を加熱する例である。図１、図７、図８に、本実施例の化合物半導体素子の製造方法の概略を示す。
（１）図１（ａ）〜（ｄ）間での工程は第１の実施例と同じであり、ここでの説明は省略する。
（２）図７（ｅ）に示すように、サポート基板１０６として光透過性の基板、例えばガラス基板を準備する。この光透過性のサポート基板の表面に１μｍ程度の厚さの金属層（例えば銅層）１１３を、蒸着などにより形成する。なお、サポート基板１０６には配線を通すための孔１１２が、あらかじめ形成されている。
（２）図７（ｆ）に示すように、はんだ層１０５を形成した電極１０９上に、銅層１１３を形成したサポート基板１０６を、銅層１１３がはんだ層１０５と向かい合うようにして置く。そして、サポート基板１０６側から、キセノンフラッシュランプ２を備える閃光光照射装置１からの閃光を照射する。閃光光照射装置１からの光は、ガラスであるサポート基板１０６を通過し、銅層１１３に照射される。
図６に示したように、キセノンフラッシュランプは、波長約２２０ｎｍ〜８００ｎｍ以上の光を放射する。サポート基板１０６はガラスであるので、ランプからの波長３００ｎｍ〜５００ｎｍの領域の光をほとんど透過する。しかし、金属層１１３である銅はこの波長領域の光を約５０％〜７０％吸収する。
【００２２】
図９は、銅の光の波長に対する反射率を示すグラフであり、横軸が波長、縦軸が反射率である。同図に示すように、波長３００ｎｍ〜５００ｎｍの光の銅の反射率は、約２５％〜３０％であり、したがってランプ２からの光の７０％〜７５％が吸収される。
光を吸収した銅層１１３は温度が上昇する。これにより銅層１１３に接触しているはんだ層１０５も温度が上昇し融解する。これによりサポート基板１０６が、半導体層１０３，１０４上に形成した電極１０９に接合される。
（３）図８（ｇ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側から、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてＧａＮ層１０２に吸収される波長のレーザ光１０７（例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ）を照射し、ＧａＮ層１０２を分解する。これにより、サファイア基板１０１をＧａＮ層１０２から剥離する。
（４）図８（ｈ）に示すように、サファイア基板１０１から剥離後のＧａＮ層１０２の表面に透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成する。
そして、サポート基板１０６の配線通過孔１１２に配線Ｌを通し、この配線Ｌを電極１０９と接続する。また、透明電極ＩＴＯ１０８にも配線Ｌを接続する。これらの配線Ｌを介して電極１０９と透明電極ＩＴＯ１０８との間に電流を流すことにより、半導体層１０３、１０４から光が放射する。
【００２３】
図１０、図１１は、サポート基板を取り付けるための、閃光照射の条件を求めるための実験例（計算例）を説明するための図である。
図１０は、計算に使用したサンプルの構造を示す図である。
同図に示すように、サファイア基板１０１として厚さ４００μｍのサファイア（熱伝導率：４２Ｗ／ｍ・Ｋ（常温）、融点：２０５０°Ｃ）、半導体層１０（１０２，１０３，１０４）として厚さ５μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）（熱伝導率：１３０Ｗ／ｍ・Ｋ（常温）、融点：２５００°Ｃ）、ミラー層１１０として厚さ１μｍの銀（熱伝導率：４０７Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：９６１°Ｃ）、はんだ層１０５として６μｍのスズ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：２３２°Ｃ）、サポート基板１０６として厚さ１００μｍの石英（熱伝導率：〜１６Ｗ／ｍ・Ｋ（２００°Ｃ：１．５５、３００°Ｃ：１．６７）、軟化点：１６００°Ｃ）、サポート基板１０６に形成する金属層１１３として厚さ１μｍの銅（熱伝導率：３８１Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点１０８３°Ｃ）を仮定した。なお、本サンプル構造においては、電極１０９は設けていない。
【００２４】
このサンプルを用いて、はんだ層１０５を構成する厚さ６μｍのスズが、全域にわたって融点である２３２°Ｃ以上になるように加熱できる、キセノンフラッシュランプの閃光照射の条件を計算した。また、それとともに、その時の半導体層１０２，１０３，１０４の温度も求めた。
図１１は、４種類の閃光照射を行った場合の、サンプルの各構成部分の温度を示す図である。同図（ａ）の横軸はサポート基板１０６（金属層１１３が形成されている面とは反対側）の表面からの距離（μｍ）であり、縦軸は閃光照射時の温度（°Ｃ）である。なお、同図（ａ）中で横軸方向に示される、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれサポート基板１０６、金属層（銅層）１１３、はんだ層１０５、ミラー層１１０、半導体層１０（半導体層１０２，１０３，１０４）、サファイア基板１０１を示す。
４種類の閃光照射の条件は同図（ｂ）に示すように次の通りである。
＜条件１＞パルス半値幅０．５μｓ、パルスエネルギー３．８Ｊ／ｃｍ２
＜条件２＞パルス半値幅２μｓ、パルスエネルギー３．９Ｊ／ｃｍ２
＜条件３＞パルス半値幅５μｓ、パルスエネルギー４．５Ｊ／ｃｍ２
＜条件４＞パルス半値幅１０μｓ、パルスエネルギー５．３Ｊ／ｃｍ２。
【００２５】
条件１で照射した場合、金属層（銅層）１１３は約４５０°Ｃになり、厚さ６μｍのはんだ層（スズ）１０５は、金属層１１３から一番遠いミラー層（銀）１１０の境界付近で、約２３４°Ｃになる。したがって、はんだ層（スズ）１０５は全域にわたって融点（２３２°Ｃ）以上となり、サポート基板１０６は、はんだ１０５により半導体層１０と接合する。
一方、この時の半導体層１０（１０４，１０３，１０２）は、約２３０°Ｃから約１７０°Ｃの範囲であり、従来のように基板全体を加熱炉で加熱する場合に比べて低い温度に維持される。したがって、半導体層の熱ダメージを防ぐことができる。
条件２で照射した場合、金属層（銅）１１３は約４２０°Ｃになり、はんだ層（スズ）１０５はミラー層（銀）１１０の境界付近で、約２３３°Ｃである。条件１と同様に、はんだ層（スズ）１０５は全域にわたって融点（２３２°Ｃ）以上となり、サポート基板１０６を半導体層１０と接合させることができる。
また、この時の半導体層１０（１０４，１０３，１０２）の温度も、約２３０°Ｃから約１８０°Ｃの範囲であり、半導体層の熱ダメージを防ぐことができる。
【００２６】
条件３で照射した場合、金属層（銅）１１３は約３８０°Ｃになり、はんだ層（スズ）１０５はミラー層（銀）１１０の境界付近で、約２３８°Ｃである。条件１と同様に、はんだ層（スズ）１０５は全域にわたって融点（２３２°Ｃ）以上となり、サポート基板１０６を半導体層１０と接合させることができる。
また、この時の半導体層１０（１０４，１０３，１０２）の温度も、約２３０°Ｃから約２００°Ｃの範囲であり、半導体層の熱ダメージを防ぐことができる。
条件４で照射した場合、金属層（銅）１１３は約３３０°Ｃになり、はんだ層（スズ）１０５はミラー層（銀）１１０の境界付近で、約２３７°Ｃである。条件１と同様に、はんだ層（スズ）１０５は全域にわたって融点（２３２°Ｃ）以上となり、サポート基板１０６を半導体層１０と接合させることができる。
また、この時の半導体層１０（１０４，１０３，１０２）の温度も、約２３０°Ｃから約２２０°Ｃの範囲であり、半導体層１０の熱ダメージを防ぐことができる。
しかし、閃光照射において、パルス半値幅が短い方が、半導体層の温度が低くなる傾向があるので、パルス半値幅はできるだけ短い方が良い。
なお、サポート基板に形成する金属層やはんだ層の厚さや種類により、閃光光の照射条件は変わるが、それに対しては、実験や計算により適宜最適な照射条件を求めればよい。
【００２７】
本実施例においては、サポート基板に金属層を形成し、接合剤層を、金属（銅）層を介して加熱したが、この方法は、接合剤が光を吸収しにくい（光の反射率が高い）ものである場合に有効である。接合剤が光を吸収しにくい、即ち加熱されにくい場合であっても、サポート基板に、光を吸収して加熱しやすい材料で構成した金属層を形成することにより、接合剤層を効率よく高温に加熱し融解することができる。
以上説明したように、サポート基板を光透過性基板とし、この光透過性基板に金属層を形成し、金属層を電極上に形成したはんだ層に向けておき、サポート基板側から、サポート基板は透過するが金属層には吸収される波長の光を閃光照射することにより、はんだ層は融解する２３０°Ｃ以上に上昇するが、化合物半導体層１０（ｐ型半導体層１０４、ｎ型半導体層１０３、ＧａＮ層１０２）の温度は従来に比べて高温にならない。したがって、化合物半導体素子が熱ダメージを受けるのを防ぐことができる。
さらに、接合剤層を加熱して融解する閃光照射のパルス半値幅は、０．５μ秒〜１０μ秒であり、即ち１秒以下の照射時間でサポート基板と半導体層との接合を行うことができる。したがって、従来５分から１０分かかっていたサポート基板と半導体層との接合時間を、大幅に短縮することができる。
なお、本実施例においては、サポート基板側に接合剤層であるはんだ層を形成しなかったが、第１の実施例と同様に、サポート基板に形成した金属層の上にさらにはんだ層を形成しても良い。
【００２８】
３．サポート基板と半導体層の接合の組み合わせの例
以上の説明では、サポート基板と半導体層上にはんだ層を形成する場合、サポート基板上に銅層等の金属層を形成し半導体層上にはんだ層を形成する場合について説明したが、これらを含めて組み合わせ例を示すと、図１２、図１３に示すようになる。なお、図１２（ｂ）は接合できない例であり、その他の例は、サポート基板と半導体層を接合することができる場合を示している。
図１２（ａ）は、サポート基板１０６側に接合剤層であるはんだ層１１１を形成し、半導体層側に金属層（電極または電極と兼用されるミラー層、この場合は電極１０９）が形成されている場合を示す。このような構成の場合、前記したように、サポート基板側から光を閃光照射することにより、はんだ層１１１を溶融させ、はんだ層１１１と電極１０９とを接合させることができる。
図１２（ｂ）は、サポート基板１０６側にはんだ層が形成されておらず、半導体層側のみにはんだ層１０５が形成されている場合を示す。このような構成の場合、前記したように、サポート基板１０６側から光を閃光照射しても、サポート基板１０６にはんだ層が設けられていないため、サポート基板１０６を接合することはできない。
【００２９】
図１２（ｃ）は、サポート基板１０６側にはんだ層１１１を形成し、半導体層側にもはんだ層１０５が形成されている場合を示す（第１の実施例と同じ）。このような構成の場合、前記したように、サポート基板側から光を閃光照射することにより、前記したようにはんだ層１１１、１０５を溶融させ、はんだ層１１１とはんだ層１０５とを接合させることができる。
図１３（ａ）は、サポート基板１０６側に金属層１１３とはんだ層１１１を形成し、半導体層側に金属層（電極または電極と兼用されるミラー層、この場合は電極１０９）が形成されている場合を示す。このような構成の場合、前記したように、サポート基板側から光を閃光照射することにより、前記第２の実施例で説明したように、金属層１１３が光を吸収して温度が上昇し、これにより金属層１１３に接触しているはんだ層１１１を融解させ、これによりサポート基板１０６が、半導体層１０３，１０４上に形成した電極１０９に接合される。
【００３０】
図１３（ｂ）は、サポート基板１０６側に金属層１１３を形成し、半導体層側にはんだ層１０５が形成されている場合を示す（第２の実施例と同じ）。この構成の場合、サポート基板側から光を閃光照射することにより、前述したように金属層１１３が光を吸収して温度が上昇し、これによりはんだ層１０５を融解させ、これによりサポート基板１０６が、半導体層１０３，１０４上に形成した電極１０９に接合される。
図１３（ｃ）は、サポート基板１０６側に金属層１１３とはんだ層１１１を形成し、半導体層側にはんだ層１０５が形成されている場合を示す。この構成の場合も、サポート基板側から光を閃光照射することにより、金属層１１３が光を吸収して温度が上昇し、これによりはんだ層１１１、はんだ層１０５を融解させ、サポート基板１０６が、半導体層１０３，１０４上に形成した電極１０９に接合される。
【００３１】
４．その他の実施例
なお、以上の説明では、キセノンフラッシュランプを用いる場合について説明したが、サポート基板をシリコン基板とし、赤外レーザ光を照射することにより接合剤を融解するようにしても良い。シリコン基板は赤外領域の光を透過する。閃光照射を行う光源としては、ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）や、ＣＯ２レーザ（波長１０．６μｍ）を使用する。このような組み合わせにより、半導体層の温度上昇を防ぎつつはんだを溶かして、サポート基板であるシリコン基板を半導体層と接合することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１ 閃光光照射装置
２ キセノンフラッシュランプ
１０ 半導体層（化合物半導体層）
１０１ サファイア基板
１０２ 窒化ガリウム（ＧａＮ）層
１０３ ｎ型半導体層
１０４ ｐ型半導体層
１０５ はんだ層（接合剤層）
１０６ サポート基板
１０８ 透明電極（ＩＴＯ）
１０９ 電極
１１０ ミラー層
１１１ はんだ層（接合剤層）
１１２ 配線通過孔
１１３ 金属層（銅層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光デバイス、またはフォトダイオード等の受光デバイスに使用される窒化物半導体などの化合物半導体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に化合物半導体素子は、基板上に気相成長法を用いて化合物半導体を積層成長する事によって得られる。化合物半導体素子の製造方法の概略を、図１４を用いて説明する。なおここでは、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体により形成される半導体発光素子（ＬＥＤ）を例にして説明する。
（１）図１４（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体よりなる窒化ガリウム（ＧａＮ）層１０２を形成する。
（２）図１４（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１０２の表面に、発光層であるｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４とを積層する。例えば、ｎ型半導体としてはシリコンがドープされたＧａＮを用い、ｐ型半導体としてはマグネシウムがドープされたＧａＮを用いる。なお、以下では、ＧａＮ層１０２、ｎ型半導体層１０３、ｐ型半導体層１０４のことを合せて半導体層と呼ぶことがある。
（３）図１４（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層１０４上に、発光する光を反射するミラー層１１０を銀などにより形成し、さらにその上に導電性物質により電極１０９を形成する。そして、電極１０９上に、スパッタなどにより、導電性の接合剤層であるはんだ層１０５を形成する。なお、化合物半導体素子の中には、ミラー層１１０やはんだ層１０５を電極として利用し、あらためて電極１０９を形成しないものもある。
【０００３】
（４）図１４（ｄ）に示すように、はんだ層１０５上にサポート基板１０６を取付ける。サポート基板１０６は例えば銅とタングステンの合金からなる。そして、加熱炉により化合物半導体素子全体（サファイア基板１０１、ＧａＮ層１０２、ｎ型半導体層１０３、ｐ型半導体層１０４、ミラー層１１０、電極１０９、はんだ層１０５、サポート基板１０６）を、およそ５分から１０分間加熱することによりはんだを融解し、サポート基板１０６と電極１０９を接合する。
（５）図１４（ｅ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側から、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてＧａＮ層１０２に吸収される波長のレーザ光１０７（例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ）を照射し、ＧａＮ層１０２を分解する。これにより、サファイア基板１０１をＧａＮ層１０２から剥離する。なお、ＧａＮの融解温度は約８００°Ｃである。
（６）図１４（ｆ）に示すように、サファイア基板１０１から剥離後のＧａＮ層１０２の表面に透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成する。
【０００４】
このようなＬＥＤの製造工程については、例えば特許文献１や、特許文献２に記載がある。
上記したように、サポート基板１０６は、例えば銅とタングステンの合金であり導電性である。そこで、このサポート基板１０６とはんだ層１０５を介して電極１０９と、透明電極ＩＴＯ１０８との間に電流を流すことにより、半導体層１０３、１０４から光が放射する。光は図１４（ｆ）の下側方向に出射する。ミラー層１１０は、上側に向かう光を下側方向に反射する役割をはたす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６０７１７９５号明細書
【特許文献２】特表２００７−５３４１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記図１４（ｄ）に示したように、サポート基板１０６は、はんだ１０５により、電極１０５やミラー層１１０を介して半導体層１０２，１０３，１０４と接合される（以下、これをサポート基板と半導体層との接合と呼ぶことがある）。この時、はんだ１０５を溶かすために、化合物半導体素子全体が加熱炉により加熱される。
加熱炉において、化合物半導体素子全体は、はんだが溶ける温度にまで加熱される。しかし、８００°Ｃ以上になると、化合物半導体素子を構成する窒化ガリウム（ＧａＮ）が融解する。そこで、はんだは、ＧａＮの融解温度以下の温度で融ける、例えば約２５０°Ｃ〜４００°Ｃで融解するものが選択される。
しかし、化合物半導体素子（即ちＬＥＤ素子）全体をこのような比較的高い温度にさらすと、化合物半導体素子が予期せぬ熱ダメージを受ける可能性がある。化合物半導体素子の受けた熱ダメージはＬＥＤ素子の製品不良の原因となることがある。
また、上記したように、加熱炉による加熱とその後の冷却に必要な時間は、およそ５分間から１０分間であり、化合物半導体素子の製造時間を短くするために、短縮化が望まれている。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するものであって、化合物半導体素子全体を加熱することなくサポート基板を取り付けることが可能であり、化合物半導体素子が熱ダメージを受ける心配がなく、また、サポート基板と半導体層との接合時間を短縮化し、化合物半導体素子の製造時間全体の短縮化を図ることができる化合物半導体素子の製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、次のように前記課題を解決する。
（１）第１の基板上に化合物半導体層を形成し、該化合物半導体層に第２の基板（サポート基板）を接合する化合物半導体素子の製造方法において、第２の基板（サポート基板）を光透過性の部材で形成し、該サポート基板を介して、サポート基板は透過するが接合剤層には吸収される波長のパルス光（閃光）を照射し、上記化合物半導体層とサポート基板にの間に設けられた接合剤層のみを瞬間的に加熱して融解させ、サポート基板と化合物半導体層とを接合する。
具体的には、上記第２の基板（サポート基板）上に接合剤層あるいは金属層を設け、また、上記第１の基板上に形成された化合物半導体層上に接合剤層または金属層を設ける。
そして、接合剤層または金属層を設けた化合物半導体層上に、接合剤を介在させて第２の基板（サポート基板）を重ね合わせ、上記光透過性基板である第２の基板（サポート基板）を介して、上記接合剤層に閃光を照射して該接合剤層を加熱し、上記接合剤層を融解する。なお、サポート基板の接合剤層側の表面に金属層を形成した場合は、この金属層にパルス光（閃光）が吸収されて加熱し、その熱により接合剤層が融解する。
（２）上記（１）において、上記光透過性の部材をガラスとし、キセノンフラッシュランプからの閃光を照射する。
（３）上記（１）において、上記光透過性の部材をシリコンとし、ＹＡＧレーザまたはＣＯ２レーザからの閃光を照射する。
（４）上記（２）（３）において、上記化合物半導体層を窒化ガリウムから構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）閃光照射により、接合剤層を瞬間的に加熱して融解し、サポート基板と化合物半導体層とを接合しており、化合物半導体素子全体を加熱しないので、化合物半導体素子が熱ダメージを受けるのを防ぐことができる。
（２）閃光照射により、接合剤層は瞬間的に加熱され、サポート基板と半導体層とは１秒以下で接合が可能になる。したがって、サポート基板の接合のため時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図（１）である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す図（２）である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す図（３）である。
【図４】第１の実施例において、閃光照射の条件を求めるための実験例（計算例）を説明するための図である。
【図５】第１の実施例において、３種類の閃光照射を行った場合のサンプルの各構成部分の温度を示す図である。
【図６】キセノンフラッシュランプの分光分布を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例を示す図（１）である。
【図８】本発明の第２の実施例を示す図（２）である。
【図９】銅の光の波長に対する反射率を示すグラフである。
【図１０】第２の実施例において、閃光照射の条件を求めるための実験例（計算例）を説明するための図である。
【図１１】第２の実施例において、４種類の閃光照射を行った場合のサンプルの各構成部分の温度を示す図である。
【図１２】サポート基板と半導体層を接合させるための組み合わせ例を説明する図（１）である。
【図１３】サポート基板と半導体層を接合させるための組み合わせ例を説明する図（２）である。
【図１４】従来の化合物半導体素子の製造方法の概略を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明における化合物半導体素子の製造方法について説明する。
１．第１の実施例
本実施例は、閃光照射により接合剤を直接加熱して、サポート基板を接合させることにより化合物半導体素子を製造するものであり、図１、図２、図３に本実施例の化合物半導体素子の製造方法の概略を示す。
なお、本実施例では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体により形成される半導体発光素子（ＬＥＤ）を例にして説明する。
（１）まず、図１（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体よりなる窒化ガリウム（ＧａＮ）層１０２を形成する。
（２）図１（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１０２の表面に、発光層であるｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４とを積層する。例えば、ｎ型半導体としてはシリコンがドープされたＧａＮを用い、ｐ型半導体としてはマグネシウムがドープされたＧａＮを用いる。
【００１２】
（３）図１（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層１０４上に、半導体層から発光する光を反射するミラー層１１０を銀などにより形成し、さらにその上に導電性物質により電極１０９を形成する。なお、化合物半導体素子の中には、ミラー層１１０やはんだ層１０５を電極として利用し、あらためて電極１０９を形成しないものもある。
（４）図１（ｄ）に示すように、電極１０９上に、スパッタなどにより、導電性の接合剤層である第１のはんだ層１０５を形成する。ここで、前述したように窒化ガリウム（ＧａＮ）層１０２、ｎ型半導体層１０３、ｐ型半導体層１０４を合わせて半導体層（化合物半導体層）１０と呼ぶ。なお、ここまでは、図１４に示した従来例と同じである。
【００１３】
（５）次いで、図２（ｅ）に示すように、サポート基板１０６として光透過性の基板、例えばガラス基板を準備する。この光透過性のサポート基板の表面に、スパッタなどにより１μｍ程度の第２のはんだ層（第２の接合剤層）１１１を形成する。なお、サポート基板１０６には配線を通すための孔１１２が、あらかじめ形成されている。
（６）図２（ｆ）に示すように、第１のはんだ層１０５上に、第２のはんだ層１１１を形成したサポート基板１０６を、第２のはんだ層１１１が第１のはんだ層１０５と向かい合うようにして置く。
そして、サポート基板１０６側から、キセノンフラッシュランプ２を備える閃光光照射装置１からの閃光を照射する。閃光光照射装置１からの光は、ガラスであるサポート基板１０６を通過し、第２のはんだ層１１１に照射され吸収される。
【００１４】
図６は、キセノンフラッシュランプの分光分布を示す図である。同図において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は放射する光の相対強度である。同図に示すように、キセノンフラッシュランプは、波長約２２０ｎｍ〜８００ｎｍ以上の光を放射する。また、点灯電源の設計により、閃光照射のパルス幅は、およそ０．１μｓ〜１ｍｓ範囲で設定が可能である。
サポート基板１０６はガラスであるので、ランプからの波長３００ｎｍ〜８００ｎｍの領域の光はほとんど透過し、第２のはんだ層１１１に照射され、吸収される。
光を吸収した第２のはんだ層１１１は温度が上昇し融解する。融解した第２のはんだ層１１１は、第１のはんだ層１０５と溶け合って一体となる。これによりサポート基板１０６が半導体層と接合する。以下、一体となったはんだ層１０５，１１１を合わせてはんだ層１１１という。
【００１５】
（７）次に、図３（ｇ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側から、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてＧａＮ層１０２に吸収される波長のレーザ光１０７（例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ）を照射し、ＧａＮ層１０２を分解する。これにより、サファイア基板１０１をＧａＮ層１０２から剥離する。
（８）サファイア基板１０１から剥離後のＧａＮ層１０２の表面に、図３（ｈ）に示すように透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成する。
サポート基板１０６の配線通過孔１１２に配線Ｌを通し、この配線Ｌをはんだ層１１１を介して電極１０９と接続する。また、透明電極ＩＴＯ１０８にも配線Ｌを接続する。これらの配線を介して電極１０９と透明電極ＩＴＯ１０８との間に電流を流すことにより、半導体層１０３、１０４から光が放射する。
【００１６】
図４、図５は、サポート基板を取り付けるための、閃光照射の条件を求めるための実験例（計算例）を説明するための図である。
図４は、計算に使用したサンプルの構造を示す図である。
同図に示すように、サファイア基板１０１として厚さ４００μｍのサファイア（熱伝導率：４２Ｗ／ｍ・Ｋ（常温）、融点：２０５０°Ｃ）、半導体層１０（１０２，１０３，１０４）として厚さ５μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）（熱伝導率：１３０Ｗ／ｍ・Ｋ（常温）、融点：２５００°Ｃ）、ミラー層１１０として厚さ１μｍの銀（熱伝導率：４０７Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：９６１°Ｃ）、はんだ層１０５として５μｍのスズ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：２３２°Ｃ）、サポート基板１０６として厚さ１００μｍの石英（熱伝導率：〜１６Ｗ／ｍ・Ｋ（２００°Ｃ：１．５５、３００°Ｃ：１．６７）、軟化点：１６００°Ｃ）、サポート基板１０６に形成する第２のはんだ層として厚さ１μｍのスズ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：２３２°Ｃ）を仮定した。なお、本サンプル構造においては、電極１０９は設けていない。
【００１７】
このサンプルを用いて、前記図２（ｆ）に示したようにサポート基板１０６側から、キセノンフラッシュランプ２の閃光を照射した場合に、第２のはんだ層１１１を構成する厚さ１μｍのスズが、全域にわたって融点である約２３０°Ｃ以上になる、即ち、半導体層側に形成した第１のはんだ層１０５と界面で溶け合って接合するように加熱できるキセノンフラッシュランプの閃光照射の条件を計算した。また、それとともに、その時の半導体層１０２，１０３，１０４の温度も求めた。
【００１８】
図５は、３種類の閃光照射を行った場合の、サンプルの各構成部分の温度を示す図である。同図（ａ）の横軸はサポート基板１０６（ミラー層１１０が形成されている面とは反対側）の表面からの距離（μｍ）であり、縦軸は閃光照射時の温度（°Ｃ）である。
なお、同図（ａ）中で横軸方向に示される、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれサポート基板１０６、第２のはんだ層１１１、はんだ層１０５、ミラー層１１０、半導体層１０（半導体層１０２，１０３，１０４）、サファイア基板１０１を示す。
３種類の閃光照射の条件は、同図（ｂ）に示すように次の通りである。
＜条件１＞：パルス半値幅２μｓ、パルスエネルギー１．１Ｊ／ｃｍ２
＜条件２＞：パルス半値幅５μｓ、パルスエネルギー１．８５Ｊ／ｃｍ２
＜条件３＞：パルス半値幅１０μｓ、パルスエネルギー２．７Ｊ／ｃｍ２
【００１９】
いずれの条件で照射した場合であっても、第２のはんだ層１１１と第１のはんだ層１０５の界面の温度は約２５０°Ｃになり、第２のはんだ層１１１と第１のはんだ層１０５は溶け合う。これにより、サポート基板１０６は半導体層１０と接合する。
一方、この時の半導体層１０（半導体層１０２，１０３，１０４）は、条件１の場合約８０°Ｃ〜約７０°Ｃ、条件２の場合約１２０°Ｃ〜約１００°Ｃ、条件３の場合約１５０°Ｃ〜約１４０°Ｃとなり、従来のように基板全体を加熱炉で加熱する場合に比べて低い温度に維持される。したがって、半導体層１０の熱ダメージを防ぐことができる。
ただし、閃光照射において、パルス半値幅が短い方が、半導体層１０の温度が低くなる傾向があるので、パルス半値幅はできるだけ短い方が良い。
【００２０】
以上説明したように、サポート基板を光透過性基板とし、サポート基板側から、サポート基板は透過するが接合剤であるはんだ層には吸収される波長の光を閃光照射することにより、はんだ層は融解する２３０°Ｃ以上に上昇するが、化合物半導体層１０（ｐ型半導体層１０４、ｎ型半導体層１０３、ＧａＮ層１０２）の温度は従来に比べて高温にならない。したがって、化合物半導体素子が熱ダメージを受けるのを防ぐことができる。
さらに、接合剤層を加熱して融解する閃光照射のパルス半値幅は、２μ秒〜１０μ秒であり、即ち１秒以下の照射時間でサポート基板と半導体層との接合を行うことができる。したがって、従来５分から１０分かかっていたサポート基板と半導体層との接合時間を、大幅に短縮することができる。
なお、本実施例においては、接合剤層であるはんだ層を、半導体層上とサポート基板上の両方に形成したが、いずれか一方の層に金属層が形成されている場合には、他方のいずれか一方にはんだ層を形成するようにしても良い。
【００２１】
２．第２の実施例
第２の実施例は、閃光照射により金属膜を加熱し、加熱した金属膜により接合剤を加熱する例である。図１、図７、図８に、本実施例の化合物半導体素子の製造方法の概略を示す。
（１）図１（ａ）〜（ｄ）間での工程は第１の実施例と同じであり、ここでの説明は省略する。
（２）図７（ｅ）に示すように、サポート基板１０６として光透過性の基板、例えばガラス基板を準備する。この光透過性のサポート基板の表面に１μｍ程度の厚さの金属層（例えば銅層）１１３を、蒸着などにより形成する。なお、サポート基板１０６には配線を通すための孔１１２が、あらかじめ形成されている。
（２）図７（ｆ）に示すように、はんだ層１０５を形成した電極１０９上に、銅層１１３を形成したサポート基板１０６を、銅層１１３がはんだ層１０５と向かい合うようにして置く。そして、サポート基板１０６側から、キセノンフラッシュランプ２を備える閃光光照射装置１からの閃光を照射する。閃光光照射装置１からの光は、ガラスであるサポート基板１０６を通過し、銅層１１３に照射される。
図６に示したように、キセノンフラッシュランプは、波長約２２０ｎｍ〜８００ｎｍ以上の光を放射する。サポート基板１０６はガラスであるので、ランプからの波長３００ｎｍ〜５００ｎｍの領域の光をほとんど透過する。しかし、金属層１１３である銅はこの波長領域の光を約５０％〜７０％吸収する。
【００２２】
図９は、銅の光の波長に対する反射率を示すグラフであり、横軸が波長、縦軸が反射率である。同図に示すように、波長３００ｎｍ〜５００ｎｍの光の銅の反射率は、約２５％〜３０％であり、したがってランプ２からの光の７０％〜７５％が吸収される。
光を吸収した銅層１１３は温度が上昇する。これにより銅層１１３に接触しているはんだ層１０５も温度が上昇し融解する。これによりサポート基板１０６が、半導体層１０３，１０４上に形成した電極１０９に接合される。
（３）図８（ｇ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側から、サファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてＧａＮ層１０２に吸収される波長のレーザ光１０７（例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ）を照射し、ＧａＮ層１０２を分解する。これにより、サファイア基板１０１をＧａＮ層１０２から剥離する。
（４）図８（ｈ）に示すように、サファイア基板１０１から剥離後のＧａＮ層１０２の表面に透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成する。
そして、サポート基板１０６の配線通過孔１１２に配線Ｌを通し、この配線Ｌを電極１０９と接続する。また、透明電極ＩＴＯ１０８にも配線Ｌを接続する。これらの配線Ｌを介して電極１０９と透明電極ＩＴＯ１０８との間に電流を流すことにより、半導体層１０３、１０４から光が放射する。
【００２３】
図１０、図１１は、サポート基板を取り付けるための、閃光照射の条件を求めるための実験例（計算例）を説明するための図である。
図１０は、計算に使用したサンプルの構造を示す図である。
同図に示すように、サファイア基板１０１として厚さ４００μｍのサファイア（熱伝導率：４２Ｗ／ｍ・Ｋ（常温）、融点：２０５０°Ｃ）、半導体層１０（１０２，１０３，１０４）として厚さ５μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）（熱伝導率：１３０Ｗ／ｍ・Ｋ（常温）、融点：２５００°Ｃ）、ミラー層１１０として厚さ１μｍの銀（熱伝導率：４０７Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：９６１°Ｃ）、はんだ層１０５として６μｍのスズ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点：２３２°Ｃ）、サポート基板１０６として厚さ１００μｍの石英（熱伝導率：〜１６Ｗ／ｍ・Ｋ（２００°Ｃ：１．５５、３００°Ｃ：１．６７）、軟化点：１６００°Ｃ）、サポート基板１０６に形成する金属層１１３として厚さ１μｍの銅（熱伝導率：３８１Ｗ／ｍ・Ｋ（３００°Ｃ）、融点１０８３°Ｃ）を仮定した。なお、本サンプル構造においては、電極１０９は設けていない。
【００２４】
このサンプルを用いて、はんだ層１０５を構成する厚さ６μｍのスズが、全域にわたって融点である２３２°Ｃ以上になるように加熱できる、キセノンフラッシュランプの閃光照射の条件を計算した。また、それとともに、その時の半導体層１０２，１０３，１０４の温度も求めた。
図１１は、４種類の閃光照射を行った場合の、サンプルの各構成部分の温度を示す図である。同図（ａ）の横軸はサポート基板１０６（金属層１１３が形成されている面とは反対側）の表面からの距離（μｍ）であり、縦軸は閃光照射時の温度（°Ｃ）である。なお、同図（ａ）中で横軸方向に示される、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれサポート基板１０６、金属層（銅層）１１３、はんだ層１０５、ミラー層１１０、半導体層１０（半導体層１０２，１０３，１０４）、サファイア基板１０１を示す。
４種類の閃光照射の条件は同図（ｂ）に示すように次の通りである。
＜条件１＞パルス半値幅０．５μｓ、パルスエネルギー３．８Ｊ／ｃｍ２
＜条件２＞パルス半値幅２μｓ、パルスエネルギー３．９Ｊ／ｃｍ２
＜条件３＞パルス半値幅５μｓ、パルスエネルギー４．５Ｊ／ｃｍ２
＜条件４＞パルス半値幅１０μｓ、パルスエネルギー５．３Ｊ／ｃｍ２。
【００２５】
条件１で照射した場合、金属層（銅層）１１３は約４５０°Ｃになり、厚さ６μｍのはんだ層（スズ）１０５は、金属層１１３から一番遠いミラー層（銀）１１０の境界付近で、約２３４°Ｃになる。したがって、はんだ層（スズ）１０５は全域にわたって融点（２３２°Ｃ）以上となり、サポート基板１０６は、はんだ１０５により半導体層１０と接合する。
一方、この時の半導体層１０（１０４，１０３，１０２）は、約２３０°Ｃから約１７０°Ｃの範囲であり、従来のように基板全体を加熱炉で加熱する場合に比べて低い温度に維持される。したがって、半導体層の熱ダメージを防ぐことができる。
条件２で照射した場合、金属層（銅）１１３は約４２０°Ｃになり、はんだ層（スズ）１０５はミラー層（銀）１１０の境界付近で、約２３３°Ｃである。条件１と同様に、はんだ層（スズ）１０５は全域にわたって融点（２３２°Ｃ）以上となり、サポート基板１０６を半導体層１０と接合させることができる。
また、この時の半導体層１０（１０４，１０３，１０２）の温度も、約２３０°Ｃから約１８０°Ｃの範囲であり、半導体層の熱ダメージを防ぐことができる。
【００２６】
条件３で照射した場合、金属層（銅）１１３は約３８０°Ｃになり、はんだ層（スズ）１０５はミラー層（銀）１１０の境界付近で、約２３８°Ｃである。条件１と同様に、はんだ層（スズ）１０５は全域にわたって融点（２３２°Ｃ）以上となり、サポート基板１０６を半導体層１０と接合させることができる。
また、この時の半導体層１０（１０４，１０３，１０２）の温度も、約２３０°Ｃから約２００°Ｃの範囲であり、半導体層の熱ダメージを防ぐことができる。
条件４で照射した場合、金属層（銅）１１３は約３３０°Ｃになり、はんだ層（スズ）１０５はミラー層（銀）１１０の境界付近で、約２３７°Ｃである。条件１と同様に、はんだ層（スズ）１０５は全域にわたって融点（２３２°Ｃ）以上となり、サポート基板１０６を半導体層１０と接合させることができる。
また、この時の半導体層１０（１０４，１０３，１０２）の温度も、約２３０°Ｃから約２２０°Ｃの範囲であり、半導体層１０の熱ダメージを防ぐことができる。
しかし、閃光照射において、パルス半値幅が短い方が、半導体層の温度が低くなる傾向があるので、パルス半値幅はできるだけ短い方が良い。
なお、サポート基板に形成する金属層やはんだ層の厚さや種類により、閃光光の照射条件は変わるが、それに対しては、実験や計算により適宜最適な照射条件を求めればよい。
【００２７】
本実施例においては、サポート基板に金属層を形成し、接合剤層を、金属（銅）層を介して加熱したが、この方法は、接合剤が光を吸収しにくい（光の反射率が高い）ものである場合に有効である。接合剤が光を吸収しにくい、即ち加熱されにくい場合であっても、サポート基板に、光を吸収して加熱しやすい材料で構成した金属層を形成することにより、接合剤層を効率よく高温に加熱し融解することができる。
以上説明したように、サポート基板を光透過性基板とし、この光透過性基板に金属層を形成し、金属層を電極上に形成したはんだ層に向けておき、サポート基板側から、サポート基板は透過するが金属層には吸収される波長の光を閃光照射することにより、はんだ層は融解する２３０°Ｃ以上に上昇するが、化合物半導体層１０（ｐ型半導体層１０４、ｎ型半導体層１０３、ＧａＮ層１０２）の温度は従来に比べて高温にならない。したがって、化合物半導体素子が熱ダメージを受けるのを防ぐことができる。
さらに、接合剤層を加熱して融解する閃光照射のパルス半値幅は、０．５μ秒〜１０μ秒であり、即ち１秒以下の照射時間でサポート基板と半導体層との接合を行うことができる。したがって、従来５分から１０分かかっていたサポート基板と半導体層との接合時間を、大幅に短縮することができる。
なお、本実施例においては、サポート基板側に接合剤層であるはんだ層を形成しなかったが、第１の実施例と同様に、サポート基板に形成した金属層の上にさらにはんだ層を形成しても良い。
【００２８】
３．サポート基板と半導体層の接合の組み合わせの例
以上の説明では、サポート基板と半導体層上にはんだ層を形成する場合、サポート基板上に銅層等の金属層を形成し半導体層上にはんだ層を形成する場合について説明したが、これらを含めて組み合わせ例を示すと、図１２、図１３に示すようになる。なお、図１２（ｂ）は接合できない例であり、その他の例は、サポート基板と半導体層を接合することができる場合を示している。
図１２（ａ）は、サポート基板１０６側に接合剤層であるはんだ層１１１を形成し、半導体層側に金属層（電極または電極と兼用されるミラー層、この場合は電極１０９）が形成されている場合を示す。このような構成の場合、前記したように、サポート基板側から光を閃光照射することにより、はんだ層１１１を溶融させ、はんだ層１１１と電極１０９とを接合させることができる。
図１２（ｂ）は、サポート基板１０６側にはんだ層が形成されておらず、半導体層側のみにはんだ層１０５が形成されている場合を示す。このような構成の場合、前記したように、サポート基板１０６側から光を閃光照射しても、サポート基板１０６にはんだ層が設けられていないため、サポート基板１０６を接合することはできない。
【００２９】
図１２（ｃ）は、サポート基板１０６側にはんだ層１１１を形成し、半導体層側にもはんだ層１０５が形成されている場合を示す（第１の実施例と同じ）。このような構成の場合、前記したように、サポート基板側から光を閃光照射することにより、前記したようにはんだ層１１１、１０５を溶融させ、はんだ層１１１とはんだ層１０５とを接合させることができる。
図１３（ａ）は、サポート基板１０６側に金属層１１３とはんだ層１１１を形成し、半導体層側に金属層（電極または電極と兼用されるミラー層、この場合は電極１０９）が形成されている場合を示す。このような構成の場合、前記したように、サポート基板側から光を閃光照射することにより、前記第２の実施例で説明したように、金属層１１３が光を吸収して温度が上昇し、これにより金属層１１３に接触しているはんだ層１１１を融解させ、これによりサポート基板１０６が、半導体層１０３，１０４上に形成した電極１０９に接合される。
【００３０】
図１３（ｂ）は、サポート基板１０６側に金属層１１３を形成し、半導体層側にはんだ層１０５が形成されている場合を示す（第２の実施例と同じ）。この構成の場合、サポート基板側から光を閃光照射することにより、前述したように金属層１１３が光を吸収して温度が上昇し、これによりはんだ層１０５を融解させ、これによりサポート基板１０６が、半導体層１０３，１０４上に形成した電極１０９に接合される。
図１３（ｃ）は、サポート基板１０６側に金属層１１３とはんだ層１１１を形成し、半導体層側にはんだ層１０５が形成されている場合を示す。この構成の場合も、サポート基板側から光を閃光照射することにより、金属層１１３が光を吸収して温度が上昇し、これによりはんだ層１１１、はんだ層１０５を融解させ、サポート基板１０６が、半導体層１０３，１０４上に形成した電極１０９に接合される。
【００３１】
４．その他の実施例
なお、以上の説明では、キセノンフラッシュランプを用いる場合について説明したが、サポート基板をシリコン基板とし、赤外レーザ光を照射することにより接合剤を融解するようにしても良い。シリコン基板は赤外領域の光を透過する。閃光照射を行う光源としては、ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）や、ＣＯ２レーザ（波長１０．６μｍ）を使用する。このような組み合わせにより、半導体層の温度上昇を防ぎつつはんだを溶かして、サポート基板であるシリコン基板を半導体層と接合することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１ 閃光光照射装置
２ キセノンフラッシュランプ
１０ 半導体層（化合物半導体層）
１０１ サファイア基板
１０２ 窒化ガリウム（ＧａＮ）層
１０３ ｎ型半導体層
１０４ ｐ型半導体層
１０５ はんだ層（接合剤層）
１０６ サポート基板
１０８ 透明電極（ＩＴＯ）
１０９ 電極
１１０ ミラー層
１１１ はんだ層（接合剤層）
１１２ 配線通過孔
１１３ 金属層（銅層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に化合物半導体層を形成し、該化合物半導体層に第２の基板を接合する化合物半導体素子の製造方法において、
上記第２の基板は光透過性基板であり、
上記化合物半導体層に第２の基板を接合する工程は、
上記第２の基板上に接合剤層あるいは金属層を設け、接合剤層または金属層が設けられている化合物半導体層上に、接合剤層を介在させて上記第２の基板を置く第１の工程と、
上記光透過性基板である第２の基板を介して、上記接合剤層に閃光を照射して該接合剤層を加熱し、上記接合剤層を融解する第２の工程とを含む
ことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
上記光透過性基板はガラスであり、照射する閃光はキセノンフラッシュランプからの光である
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
上記光透過性基板はシリコンであり、照射する閃光はＹＡＧレーザまたはＣＯ2レーザからの光であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
上記化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
第１の基板上に化合物半導体層を形成し、該化合物半導体層に第２の基板を接合する化合物半導体素子の製造方法において、
上記第２の基板は光透過性基板であり、
上記化合物半導体層に第２の基板を接合する工程は、
上記第２の基板上に接合剤層あるいは金属層を設け、接合剤層または金属層が設けられている化合物半導体層上に、接合剤層を介在させて上記第２の基板を置く第１の工程と、
上記光透過性基板である第２の基板を介して、上記接合剤層に閃光を照射して該接合剤層を加熱し、上記接合剤層を融解する第２の工程とを含む
ことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
上記光透過性基板はガラスであり、照射する閃光はキセノンフラッシュランプからの光である
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
上記光透過性基板はシリコンであり、照射する閃光はＹＡＧレーザまたはＣＯ2レーザからの光であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
上記化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−３３５８９（Ｐ２０１２−３３５８９Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７０１４９（Ｐ２０１０−１７０１４９）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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