半導体デバイスの製造方法
【課題】支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのを防止する半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】本半導体デバイスの製造方法は、光熱変換層２１と第１の透明層２３とを含む中間層２０を有する積層支持基板１の作製工程と、積層貼り合わせ基板２の作製工程と、エピ成長用積層支持基板３の作製工程と、デバイス用積層支持基板４の作製工程と、デバイス用積層支持基板４の光熱変換層２１で吸収され第１の透明層２３で全反射されるように光照射することによるデバイス用積層ウエハ５の作製工程と、透明半導体積層ウエハ６を含む半導体デバイス７の作製工程と、を備える。
【解決手段】本半導体デバイスの製造方法は、光熱変換層２１と第１の透明層２３とを含む中間層２０を有する積層支持基板１の作製工程と、積層貼り合わせ基板２の作製工程と、エピ成長用積層支持基板３の作製工程と、デバイス用積層支持基板４の作製工程と、デバイス用積層支持基板４の光熱変換層２１で吸収され第１の透明層２３で全反射されるように光照射することによるデバイス用積層ウエハ５の作製工程と、透明半導体積層ウエハ６を含む半導体デバイス７の作製工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質の半導体デバイスを効率的に製造する半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物系半導体層が形成されたＩＩＩ族窒化物系半導体デバイスは、青色発光デバイス、電子デバイスなどとして重要な半導体デバイスである。かかる半導体デバイスを製造するための基板としては、発光層となる良質のＩＩＩ族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、格子定数および熱膨張係数がＩＩＩ族窒化物系半導体層に近似しているＧａＮ基板が好適に用いられる。
【０００３】
かかるＧａＮ基板は非常に高価であるため、特開２００６−２１０６６０号公報（以下、引用文献１という）において、シリコン（Ｓｉ）基板などのＧａＮ以外の支持基板上に膜厚の小さいＧａＮ層を貼り合わせた基板をおよびその貼り合わせ基板を用いた製造方法が提案されている。
【０００４】
また、上記の貼り合わせ基板のＧａＮ層上にＩＩＩ族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させた後にＧａＮ層から支持基板を分離して上記の半導体デバイスを効率的に製造するのに有用な方法として、特表２００１−５０１７７８号公報（以下、引用文献２という）において、ＩＩＩ族窒化物材料からなる一方の材料層とＩＩＩ族窒化物材料以外の材料からなる他方の材料層との界面またはその界面付近の領域に露光させた電磁放射線（たとえば光）を吸収させ、その吸収によりその界面でいずれかの材料層の一部を分解させて、一方の材料層と他方の材料層とを分離する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１０６６０号公報
【特許文献２】特表２００１−５０１７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の特開２００６−２１０６６０号公報（引用文献１）で提案された上記貼り合わせ基板を用いても、ＧａＮ以外の支持基板とＧａＮ層とは、熱膨張係数が異なるため、その貼り合わせ基板のＧａＮ層上に良質のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることは困難であった。
【０００７】
上記の特表２００１−５０１７７８号公報（引用文献２）で提案された方法では、一方の材料層と他方の材料層は必ず異なる必要があり，熱膨張係数の違いによる上記の困難は解決されない。また、露光させた電磁放射線（光）が、後にデバイスとなる半導体層の界面を分解するため、デバイス性能の劣化を引き起こすおそれがある。
【０００８】
そこで、下地基板と半導体層（ＧａＮ層およびその上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物半導体層）との界面に中間層を導入し、中間層内部に支持基板および半導体層においては吸収されない波長の光を吸収しうる材料を配置した基板を考える。このとき、特に下地基板として半導体層と熱膨張係数の一致した基板(たとえばＧａＮ基板)を用いることで、良質のＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させられる。また、中間層内部でのみ吸収され支持基板および半導体層には吸収されない波長の光を用いて、中間層に隣接する支持基板および半導体層のいずれかの少なくとも一部を分解することで、半導体層から支持基板を分離することができる。
【０００９】
上記のような場合、照射した光が上記中間層内で完全に吸収されずに、支持基板と半導体層との界面以外の領域においても吸収されて不要な熱に変換され、デバイス性能に悪影響を与えるおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されずに中間層外に透過する率を低減する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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法は、以下の工程を備える。すなわち、Ｇａ含有透明支持基板上に光熱変換層と光熱変換層のＧａ含有透明支持基板と反対側に接触して配置されている第１の透明層とを含む中間層を形成して積層支持基板を作製する工程を備える。また、積層支持基板の中間層にＧａＮ基板を貼り合わせて積層貼り合わせ基板を作製する工程を備える。また、積層貼り合わせ基板のＧａＮ基板を、中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離することにより、積層支持基板の中間層上にＧａＮ層が形成されたエピ成長用積層支持基板を作製する工程を備える。また、エピ成長用積層支持基板のＧａＮ層上に少なくとも１層の透明半導体層をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板を作製する工程を備える。また、デバイス用積層支持基板に、Ｇａ含有透明支持基板およびＧａＮ層および透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光を、第１の透明層で全反射するように照射して、Ｇａ含有透明支持基板と中間層とを分離することにより、透明半導体層とＧａＮ層と中間層とを含むデバイス用積層ウエハを作製する工程を備える。また、デバイス用積層ウエハから中間層を除去して透明半導体層とＧａＮ層とを含む透明半導体層積層ウエハを含む半導体デバイスを作製する工程を備える。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層の第１の透明層で全反射させることにより、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層などに透過するのを防止して、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスを製造することができる。
【００１２】
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、第1の透明層は、Ｇａ含有透明支持基板よりも屈折率の低い材料で形成され、かつ、デバイス用積層支持基板に照射される光の真空中における波長λ0、第１の透明層の屈折率ｎ1を用いて、第１の透明層の厚さｄ1が、ｄ1＞０．５×λ0／ｎ1の関係を満たすことができる。これにより、デバイス用積層支持基板に照射される光において中間層の光熱変換層で吸収されない光は、中間層の第１の透明層で確実に全反射され、ＧａＮ層側に全反射光のエバネッセント成分が到達するのを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、第１の透明層で全反射するように、デバイス用積層支持基板に光を照射するための手段として、光伝播角変換装置を用いることができる。これにより、中間層の第1の透明層よりも低い屈折率をもつ媒質（たとえば空気）から、デバイス用積層支持基板のような平板積層構造に光を入射しても，中間層の第１の透明層で全反射させられるように光を照射することができる。透明半導体層上などにはしばしば電極などの光吸収性をもつ層が形成されており、これらの層へ光が照射されることで不要な発熱を生じ，半導体層の品質が劣化してしまうことを防ぐことができる。
【００１４】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、光伝播角変換装置は、第１の透明層よりも屈折率が高い材料で形成されているプリズムとすることができる。これにより、第１の透明層よりも高い屈折率を有するプリズムから自由な角度で光を入射させられるので，光学原理的に全反射可能な条件で光を照射できる。
【００１５】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に照射される光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSが、Ｇａ含有透明支持基板の屈折率ｎS、第１の透明層の屈折率ｎ1およびプリズムの屈折率ｎPを用いて、ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎS）＜θS＜ｓｉｎ-1（ｎP／ｎS）の関係を満たすことができる。かかる関係を満たすようにプリズムの形状を設計することにより、デバイス用積層支持基板に照射される光において中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層の第１の透明層で確実に全反射させることができる。
【００１６】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層は、中間層の光熱変換層とＧａ含有透明支持基板との間でかつ光熱変換層に接触して配置される第２の透明層をさらに含み、デバイス用積層支持基板に照射される光の真空中における波長λ0、第２の透明層の屈折率ｎ2を用いて、第２の透明層の厚さｄ2が、ｄ2＜０．２５λ0×ｎ2の関係を満たすことができる。これにより、たとえ第２の透明層の屈折率ｎ2がＧａ含有支持基板の屈折率ｎsより小さく、デバイス用積層支持基板に照射される光についての第２の透明層とＧａ含有支持基板との界面への入射が全反射条件を満たすとしても、光熱変換層へはデバイス用積層支持基板に照射される光のエバネッセント成分が十分な強度を保った状態で到達することができる。その結果、光熱変換層は光を吸収して基板分離に必要な熱を発することができる。
【００１７】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に電極を形成する工程をさらに備え、電極は、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第１の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、電極に吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびＧａＮ層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。
【００１８】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に接着剤および接着層のいずれかを形成する工程をさらに備え、接着剤および接着層のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第１の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、接着剤および接着層のいずれかに吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびＧａＮ層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。
【００１９】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかを配置する工程をさらに備え、仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第１の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかに吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびＧａＮ層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。
【００２０】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、光を吸収するとは、デバイス用積層支持基板に照射される光の波長における光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上であることを意味する。これにより、光熱変換層で光エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、デバイス用支持基板をＧａ含有透明支持基板と中間層との間で分離することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に照射される光を、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光とすることができる。これにより、Ｇａ含有透明支持基板、ＧａＮ層および透明半導体層にダメージを与えることなく、Ｇａ含有透明支持基板と中間層とを分離できる。
【００２２】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に光を照射してＧａ含有透明支持基板と中間層とを分離する際に、Ｇａ含有透明支持基板からＧａ含有透明支持基板と中間層との界面に金属Ｇａが析出する。この析出した金属Ｇａ層を利用することで、容易にＧａ含有透明支持基板と中間層とを分離することができる。
【００２３】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層の光熱変換層は、アモルファスシリコン層とすることができる。アモルファスシリコン層は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上でかつ融点が１２００℃以上であるため、光熱変換層として好適である。
【００２４】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層の第１の透明層および第２の透明層は、それぞれ独立に酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層とすることができる。酸化シリコン層および窒化シリコン層は、屈折率がそれぞれ約１．４８、約２．０と低いため、低屈折率層として好適である。また、酸化シリコン層および窒化シリコン層は、いずれも波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満でかつ融点が１２００℃以上であるため、第１および第２の透明層として好適である。
【００２５】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、透明半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体層とすることができる。ＩＩＩ族窒化物半導体層は波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満であるため、照射光によるダメージを受けることなく、高品質の半導体デバイスが得られる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層で全反射することにより、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのを防止する半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は積層支持基板の作製工程を示し、（Ｂ）は積層貼り合わせ基板の作製工程を示し、（Ｃ）はエピ成長用積層支持基板の作製工程を示し、（Ｄ）はデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、（Ｅ）および（Ｆ）はデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、（Ｇ）およびは（Ｈ）は半導体デバイスの作製工程を示す。
【図２】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は二電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、（Ｂ）および（Ｃ）は二電極付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、（Ｄ）は二電極付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、（Ｅ）および（Ｆ）は半導体デバイスの作製工程を示す。
【図３】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法のさらに他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は一電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、（Ｂ）は一電極付のデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程を示し、（Ｃ）および（Ｄ）は一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、（Ｅ）は一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、（Ｆ）は半導体デバイスの作製工程を示す。
【図４】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法のさらに他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）はデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程を示し、（Ｂ）および（Ｃ）は支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、（Ｄ）は支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、（Ｅ）は半導体デバイスの作製工程を示す。
【図５】本発明の参考とされる半導体デバイスの製造方法におけるデバイス用積層支持基板への光照射の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法におけるデバイス用積層支持基板への光照射の一例を示す概略断面図である。
【図７】図６に示すデバイス用積層支持基板への光照射において、照射光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSと、中間層における透過率Ｔ、反射率Ｒおよび吸収率Ａとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板への光照射方法の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１〜図４を参照して、本発明のある実施形態である半導体デバイスの製造方法は、Ｇａ含有透明支持基板１０上に、光熱変換層２１と光熱変換層２１のＧａ含有透明支持基板１０と反対側に接触して配置されている第１の透明層２３ａとを含む中間層２０ａを形成して、積層支持基板１を作製する工程を備える（図１（Ａ））。また、積層支持基板１の中間層２０ａにＧａＮ基板３０を貼り合わせて、積層貼り合わせ基板２を作製する工程を備える（図１（Ｂ））。また、積層貼り合わせ基板２のＧａＮ基板３０を、中間層２０との貼り合わせ面から所定の深さの面Ｐにおいて分離することにより、積層支持基板１の中間層２０上にＧａＮ層３０ａが形成されたエピ成長用積層支持基板３を作製する工程を備える（図１（Ｃ））。また、エピ成長用積層支持基板３のＧａＮ層３０ａ上に少なくとも１層の透明半導体層４０をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板４を作製する工程を備える（図１（Ｄ）、図２（Ａ）、図３（Ａ）および（Ｂ）、ならびに図４（Ａ））。また、デバイス用積層支持基板４に、Ｇａ含有透明支持基板１０およびＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層２１が吸収しうる波長の光Ｌを、第１の透明層２３で全反射するように照射して、Ｇａ含有透明支持基板１０と中間層２０とを分離することにより、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａと中間層２０とを含むデバイス用積層ウエハ５を作製する工程を備える（図１（Ｅ）および（Ｆ）、図２（Ｂ）および（Ｃ）、図３（Ｃ）および（Ｄ）、ならびに図４（Ｂ）および（Ｃ））。また、デバイス用積層ウエハ５から中間層２０を除去して透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａとを含む透明半導体層積層ウエハ６を含む半導体デバイス７を作製する工程を備える（図１（Ｇ）および（Ｈ）、図２（Ｄ）〜（Ｆ）、図３（Ｅ）および（Ｆ）、ならびに図４（Ｄ）および（Ｅ））。
【００２９】
本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、上記の工程を備えることにより、デバイス用積層支持基板４に照射される光について、Ｇａ含有透明支持基板１０とＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０との間に形成される中間層２０の光熱変換層２１で吸収されない光を中間層２０の第１の透明層２３で全反射させることにより、中間層２０の光熱変換層２１で吸収されない光がＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０に透過するのを防止して、高品質のＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０を有する高品質の半導体デバイス７を製造することができる。
【００３０】
（積層支持基板の作製工程）
図１（Ａ）を参照して、積層支持基板１の作製工程は、Ｇａ含有透明支持基板１０上に、光熱変換層２１と光熱変換層２１のＧａ含有透明支持基板１０と反対側に接触して配置されている第１の透明層２３ａとを含む中間層２０ａを形成することにより行われる。
【００３１】
Ｇａ含有透明支持基板１０上に中間層２０ａを形成する方法は、特に制限はなく、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法、スパッタ法、真空蒸着法などが用いられる。
【００３２】
本工程により得られる積層支持基板１は、本基板に照射される光が光熱変換層２１に吸収されることにより、光熱変換層２１を含む中間層２０ａは熱が蓄えられて高温となり、この熱によりＧａ含有透明支持基板１０の中間層２０ａに接する面が分解されて、中間層２０ａとＧａ含有透明支持基板１０とに分離することができる。
【００３３】
中間層２０ａは、上記光熱変換層２１を含むため、上記のように高温となる。また、透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる際に、８００℃以上、場合によっては１１００℃付近の高温に曝される。これらの理由から、光熱変換層２１を含む中間層２０ａは高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。
【００３４】
また、中間層２０ａは、上記の光熱変換層２１に加えて、上記光熱変換層２１のＧａ含有透明支持基板１０と反対側に接触して配置されている第１の透明層２３と含む。本実施形態の半導体デバイスの製造方法においては、本基板に照射される光を光熱変換層２１に吸収させて光熱変換層２１を含む中間層２０ａに熱を蓄えて高温とすることにより、Ｇａ含有透明支持基板１０の中間層２０ａに接する面を分解させて、中間層２０ａとＧａ含有透明支持基板１０とに分離するとともに、本基板に照射される光のうち光熱変換層２１に吸収されない光を中間層の第１の透明層で全反射させることを特徴とする。
【００３５】
さらに、中間層は、上記の光熱変換層２１および第１の透明層２３ａに加えて、第２の透明層２５を含むことができる。
【００３６】
たとえば、中間層２０ａは、Ｇａ含有透明支持基板１０側から順に、第２の透明層２５、光熱変換層２１、および第１の透明層２３ａを含む。なお、第１の透明層２３ａは、後工程（図１（Ｂ））においてＧａＮ基板３０と貼り合わされて、第１の透明層２３としてＧａＮ基板３０と光熱変換層２１との間にかつ光熱変換層２１に接触して位置することになる。
【００３７】
ここで、第１の透明層２３ａ，２３および第２の透明層２５は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上未満であることが好ましく、たとえば、酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層のいずれかであることが好ましい。光熱変換層２１は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上であることが好ましく、たとえば、アモルファスシリコン層であることが好ましい。
【００３８】
Ｇａ含有透明支持基板１０は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上未満であることが好ましく、たとえば、ＧａＮ支持基板であることが好ましい。
【００３９】
（積層貼り合わせ基板の作製工程）
図１（Ｂ）を参照して、積層貼り合わせ基板２の作製工程は、積層支持基板１の中間層２０ａにＧａＮ基板３０を貼り合わせることにより行われる。ここで、積層支持基板１の中間層２０ａにＧａＮ基板３０を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせ、その後７００℃〜１０００℃に昇温して接合する直接接合法、金属膜を形成し、接触させつつ昇温することで金属膜の金属を合金化させることにより接合する合金接合法、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表面活性化法、などが好ましく用いられる。
【００４０】
また、ＧａＮ基板３０の貼り合わせ面には、光Ｌの照射時に光熱変換層からＧａＮ基板３０に伝わる熱を低減するとともに接合強度を高める観点から、積層支持基板１の中間層２０ａの最外層と化学的に同じ材質の層が形成されていることが好ましい。たとえば、積層支持基板１の中間層２０ａの最外層が第１の透明層２３ａである場合には、かかる第１の透明層２３ａと化学的に同一の材質の層である第１の透明層２３ｂがＧａＮ基板３０の貼り合わせ面に形成されていることが好ましい。ＧａＮ基板３０の第１の透明層２３ｂを、積層支持基板１の中間層２０ａの第１の透明層２３ａに貼り合わせることにより、光熱変換層２１とＧａＮ基板３０との間にかつ光熱変換層２１に接触して第１の透明層２３が形成される。こうして、光熱変換層２１と、光熱変換層２１とＧａＮ基板３０との間にかつ光熱変換層２１に接触して配置される第１の透明層２３と、光熱変換層２１とＧａ含有透明支持基板１０との間にかつ光熱変換層２１に接触して配置される第２の透明層２５と、を含む中間層２０が形成される。
【００４１】
（エピ成長用積層支持基板の作製工程）
図１（Ｃ）を参照して、エピ成長用積層支持基板３の作製工程は、積層貼り合わせ基板２のＧａＮ基板３０を、中間層２０との貼り合わせ面から所定の深さの面Ｐにおいて分離することにより行われる。かかる工程により、積層支持基板１の中間層２０上にＧａＮ層３０ａが形成されたエピ成長用積層支持基板３が得られる。
【００４２】
ＧａＮ基板３０を中間層２０との貼り合わせ面から所定の深さの面Ｐにおいて分離する方法には、特に制限はなく、ＧａＮ基板３０を上記の面Ｐにおいて切断する方法や、積層支持基板１に脆弱領域を形成させるため、積層支持基板１に貼り合わせる前に上記面Ｐにイオンを注入したＧａＮ基板３０を積層支持基板１に貼り合わせた後、熱および／または応力を加えることにより、イオン注入により脆化された面Ｐにおいて分離する方法、などが用いられる。かかる方法により、積層支持基板１の中間層２０上に厚さ０．０５μｍ〜１００μｍのＧａＮ層３０ａを形成することができる。
【００４３】
ここで、Ｇａ含有透明支持基板１０は、エピタキシャル成長やアニール処理時においてＧａＮ層３０ａにクラックなどを発生させない観点から、その熱膨張係数がＧａＮ層３０ａの熱膨張係数と同一または近似していることが好ましく、ＧａＮ層３０ａの主表面の面方位と同一の面方位の主表面を有するＧａＮ支持基板であることが特に好ましい。
【００４４】
（デバイス用積層支持基板の作製工程）
図１（Ｄ）を参照して、デバイス用積層支持基板４の作製工程は、エピ成長用積層支持基板３のＧａＮ層３０ａ上に少なくとも１層の透明半導体層４０をエピタキシャル成長させることにより行われる。
【００４５】
ここで、熱膨張係数がＧａＮ層３０ａの熱膨張係数と同一または近似するＧａＮ含有透明支持基板１０を用いることにより、エピタキシャル成長やアニール処理時においてクラックなどを発生させることなく、高品質の少なくとも１層の透明半導体層４０を形成することができる。かかる観点から、Ｇａ含有透明支持基板１０は、たとえばＧａＮ層３０ａの主表面の面方位と同一の面方位の主表面を有するＧａＮ支持基板であることが好ましい。
【００４６】
エピ成長用積層支持基板３のＧａＮ層３０ａ上に少なくとも１層の透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる方法には、特に制限はないが、高品質の透明半導体層を成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法などの気相法などが好ましく用いられる。
【００４７】
エピ成長用積層支持基板３上にエピタキシャル成長させる少なくとも１層の透明半導体層４０は、クラックなどを発生させることなく高品質の透明半導体層４０を成長させる観点から、ＧａＮ層３０ａと格子定数が同一または近似しており、また、ＧａＮ層３０ａおよびＧａ含有透明支持基板１０と熱膨張係数が同一または近似していることが好ましい。また、透明半導体層４０は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満であることが好ましい。また、中間層を透過した照射光を吸収しないという観点から、透明半導体層４０は、デバイス用積層支持基板４に照射される光よりも短波長でかつ波長３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下のピーク波長を有する光を放出する発光層４５を含むことが好ましい。これらの観点から、透明半導体層４０は、たとえば、ＩＩＩ族窒化物半導体層であることが好ましい。
【００４８】
（デバイス用積層ウエハの作製工程）
図１（Ｅ）および（Ｆ）、図２（Ｂ）および（Ｃ）、図３（Ｃ）および（Ｄ）、ならびに図４（Ｂ）および（Ｃ）を参照して、デバイス用積層ウエハ５の作製工程は、デバイス用積層支持基板４に、Ｇａ含有透明支持基板１０およびＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光Ｌを、第１の透明層２３で全反射するように照射して、Ｇａ含有透明支持基板１０と中間層２０とを分離することにより行われる。かかる工程により、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａと中間層２０とを含むデバイス用積層ウエハ５が得られる。ここで、図１（Ｅ）、図２（Ｂ）、図３（Ｃ）、および図４（Ｂ）に示すように、光Ｌは、デバイス用積層支持基板４のＧａ含有透明支持基板１０側から照射される。
【００４９】
本工程において、デバイス用積層支持基板４に照射された光は、中間層２０の光熱変換層２１で吸収され熱に変換される。この熱により、Ｇａ含有透明支持基板１０の中間層２０に接する面が分解されて、デバイス用積層支持基板４はＧａ含有透明支持基板１０と中間層２０との間で分離される。こうして、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａと中間層２０とを含むデバイス用積層ウエハ５が得られる。
【００５０】
ここで、図５を参照して、本工程において、Ｇａ含有透明支持基板１０、第２の透明層２５、光熱変換層２１および第１の透明層２３を含む中間層２０、ならびにＧａＮ層３０ａがこの順に形成されたデバイス用積層支持基板４に、Ｇａ含有透明支持基板１０側から光Ｌを照射すると、光Ｌの大部分は光熱変換層２１で吸収されるが、光熱変換層２１で吸収されなかった光は、第１の透明層２３で反射されない限り、透明半導体層４０に透過する。このとき、透明半導体層４０に電極（ｐ−電極８０）、接着剤５１および接着層のいずれか、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどが形成され、これらが光Ｌを吸収する材料で形成されている場合には、電極（ｐ−電極８０）、接着剤５１および接着層のいずれか、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどの光吸収により発生する熱により、透明半導体層４０およびＧａＮ層３０ａがダメージを受けて、半導体デバイス７の品質および特性が低下するおそれがある。
【００５１】
これに対して、図６を参照して、本工程においては、上記波長の光を、Ｇａ含有透明支持基板１０側から中間層２０の光熱変換層２１を通過して第１の透明層２３で全反射するように、すなわち、デバイス用積層支持基板４に照射された光Ｌのうち光熱変換層２１に吸収されなかった光が第１の透明層２３で全反射するように、デバイス用積層支持基板４に照射する。このため、中間層の光熱変換層で吸収されない光が透明半導体層４０、電極（ｐ−電極８０）、接着剤５１および接着層のいずれか、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどに透過するのを防止して、高品質の透明半導体層４０およびＧａＮ層３０ａを有する高品質で高特性の半導体デバイス７を製造することができる。
【００５２】
ここで、第１の透明層２３で全反射するように光を照射するための照射光のＧａ含有透明支持基板１０内における伝播角θSは、中間層２０の構造によって異なるが、たとえば、以下のようにして算出される。なお、照射光の各基板内または各層内における伝播角は、各層の主面の法線方向と各層における照射光の進行方向とのなす角と定義される。
【００５３】
図６を参照して、Ｇａ含有透明支持基板１０である厚さ４００μｍのＧａＮ支持基板に接して、中間層２０としての厚さ１０ｎｍのＳｉＯ2層（第２の透明層２５）、厚さ６０ｎｍのアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）および厚さ３２５ｎｍのＳｉＯ2層（第１の透明層２３）がこの順に配置され、さらにＧａＮ層３０ａとしての厚さ２００ｎｍのＧａＮ層、および透明半導体層４０として厚さ３０００ｎｍのＧａＮ層が配置されているデバイス用積層支持基板４を考える。
【００５４】
上記デバイス用積層支持基板４において、上記のＧａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０を形成するＧａＮの屈折率は２．５で消衰係数は０である。上記の第１の透明層２３および第２の透明層２５を形成するＳｉＯ2の屈折率は１．４８であり消衰係数は０である。上記の光熱変換層２１を形成するアモルファスシリコンの屈折率は４．０で消衰係数は０．２５である。ここで、消衰係数κと光吸収係数αとの間には、その光の真空中における波長λ0を用いて以下の式（ｉ）
α＝４πκ／λ0 （ｉ）
の関係がある。上記のデバイス用積層支持基板の層構造ならびに各層の材質、厚さ、屈折率および光吸収係数を表１にまとめる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
図７に、上記デバイス用積層支持基板４のＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）側から光Ｌを照射するときの照射光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSと、照射光の中間層２０における吸収率Ａ（主に光熱変換層２１における吸収率）、反射率Ｒ（主に第１の透明層２３の反射率）および透過率Ｔとの関係を示す。ここで、吸収率Ａ、反射率Ｒおよび透過率Ｔとの間には、以下の式（ｉｉ）
Ａ＋Ｒ＋Ｔ＝１ （ｉｉ）
の関係がある。
【００５７】
図７を参照して、上記の構造を有するデバイス用積層支持基板４については、照射光のＧａ含有透明支持基板基板内における伝播角θSが４０°以上になると、照射光の中間層における透過率Ｔが０であり、このＴ＝０を上記の式（ｉｉ）に代入するとＲ＝１−Ａとなり、このことは、照射光のうち中間層２０（特に光熱変換層２１）で吸収されない光が全反射されていることを意味する。ここで、デバイス用積層支持基板４の中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０とを効率的に分離する観点から、照射光の中間層２０（特に光熱変換層２１）における吸収率Ａは大きいことが好ましい。したがって、上記の構造を有するデバイス用積層支持基板４においては、照射光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSが４０°または４０°より大きな近傍の角であることが好ましい。
【００５８】
さらに、本工程において、デバイス用積層支持基板４に照射された光Ｌのうち光熱変換層２１に吸収されない光を第１の透明層２３で確実に全反射させるために、以下の条件を満たすことが好ましい。
【００５９】
（Ｉ）光伝播角変換装置の使用
図１（Ｅ）、図２（Ｂ）、図３（Ｃ）、図４（Ｂ）、および図６を参照して、照射光が中間層の第１の透明層で全反射するのに適した照射光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSになるように、デバイス用積層支持基板のＧａ含有透明支持基板側に光Ｌを照射するために、光伝播角変換装置１５０を用いることが好ましい。かかる光伝播角変換装置１５０は、特に制限はないが、光伝播角を容易に変換する観点から、プリズム、グレーティングが好ましい。
【００６０】
光伝播角変換装置１５０がプリズムである場合は、そのプリズムは、第１の透明層２３より屈折率が高い材料で形成されていることが好ましい。ここで、プリズム（光伝播角変換装置１５０）の屈折率ｎP、照射光のプリズム内における伝播角θP、第１の透明層２３の屈折率ｎ1、照射光の第１の透明層２３内における伝播角θ1とは、スネルの法則により、以下の式（ｉｉｉ）
ｎPｓｉｎθP＝ｎ1ｓｉｎθ1 （ｉｉｉ）
の関係がある。ここで、照射光は第１の透明層２３で全反射することから、その臨界値はθ1＝９０°からｓｉｎθ1＝１であり、これを上記の式（ｉｉｉ）に代入して、
ｎPｓｉｎθP＝ｎ1 （ｉｖ）
さらに、０＜ｓｉｎθP＜１を上記の式（ｉｖ）に代入すると、
ｎP＞ｎ1 （ｖ）
上記の式（ｖ）は、プリズム（光伝播角変換装置１５０）の屈折率ｎPは第１の透明層の屈折率ｎ1より高いことを示す。
【００６１】
また、中間層に入射する光を第１の透明層で確実に全反射させる観点から、上記の照射光のＧａ含有透明支持基板１０内における伝播角θSは、Ｇａ含有透明支持基板の屈折率ｎS、第１の透明層の屈折率ｎ1およびプリズムの屈折率ｎPを用いて、以下の式（ｖｉ）
ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎS）＜θS＜ｓｉｎ-1（ｎP／ｎS） （ｖｉ）
の関係を満たすことが好ましい。式（ｖｉ）の左辺の不等式は、中間層に入射した光が第１の透明層で全反射されるための条件である。式（ｖｉ）の右辺の不等式は、プリズム中を伝播した光がＧａ含有透明支持基板に入射する状態であれば自動的に満たされる条件である。
【００６２】
したがって、上記の式（ｖｉ）によって、照射光のＧａ含有透明支持基板１０内における伝播角θSが決まれば、照射光のプリズム（光伝播角変換装置１５０）内における伝播角θPは、Ｇａ含有透明支持基板１０の屈折率ｎSおよびプリズム（光伝播角変換装置１５０）の屈折率ｎPを用いて、スネルの法則である以下の式（ｖｉｉ）
θP＝ｓｉｎ-1（ｎSｓｉｎθS／ｎP） （ｖｉｉ）
により算出できる。
【００６３】
たとえば、Ｇａ含有透明支持基板１０をＧａＮ支持基板（ｎS＝２．５）とし、第１の透明層をＳｉＯ2層（ｎ1＝１．４８）とし、プリズム（光伝播角変換装置１５０）をｎP＝２．０の高屈折率ガラスとすると、上記の式（ｖｉ）から、３６．９°＜θS＜５３．１°が得られる。ここで、上記の式（ｖｉｉ）において、θS＝４０．０°とすると、θP＝５３．５°と決定することができる。
【００６４】
（ＩＩ）第１の透明層の最適化
第１の透明層２３は、Ｇａ含有透明支持基板１０よりも屈折率の低い材料で形成されていることが好ましい。ここで、Ｇａ含有透明支持基板１０の屈折率ｎS、照射光のＧａ含有透明支持基板１０内における伝播角θS、第１の透明層２３の屈折率ｎ1、照射光の第１の透明層２３内における伝播角θ1とは、スネルの法則により、以下の式（ｖｉｉｉ）
ｎSｓｉｎθS＝ｎ1ｓｉｎθ1 （ｖｉｉｉ）
の関係がある。ここで、照射光は第１の透明層２３で全反射することから、その臨界値はθ1＝９０°からｓｉｎθ1＝１であり、これを上記の式（ｖｉｉｉ）に代入して、
ｎSｓｉｎθS＝ｎ1 （ｉｘ）
さらに、０＜ｓｉｎθS＜１を上記の式（ｉｘ）に代入すると、
ｎS＞ｎ1 （ｘ）
上記の式（ｘ）は、第１の透明層の屈折率ｎ1はＧａ含有透明支持基板の屈折率ｎSより低いことを示す。
【００６５】
また、照射光のエバネッセント波が中間層２０を越えて透明半導体層４０に結合しないようにする観点から、第１の透明層２３の厚さｄ1は、照射光の真空中における波長λ0、第１の透明層の屈折率ｎ1を用いて、以下の式（ｘｉ）
ｄ1＞０．５×λ0／ｎ1 （ｘｉ）
の関係を満たすことが好ましい。
【００６６】
（ＩＩＩ）第２の透明層の最適化
照射光が第２の透明層２５を透過して光熱変換層２１で十分吸収させる観点から、第２の透明層２５の厚さｄ2は、照射光の真空中における波長λ0、第２の透明層の屈折率ｎ2を用いて、以下の式（ｘｉｉ）
ｄ2＜０．２５×λ0／ｎ2 （ｘｉｉ）
の関係を満たすことが好ましい。
【００６７】
上記のように、本工程においては、中間層の光熱変換層で吸収されない光は第１の透明層２３で全反射されて透明半導体層４０に透過するのが防止される。しかし、仮に、中間層の光熱変換層で吸収されない光が透明半導体層４０に透過しても、デバイス用積層支持基板４に照射される光の光子１個あたりのエネルギーは、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーよりも低いため、中間層の光熱変換層で吸収されない光が、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０では光が吸収されずに透過する。これにより、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０では不要な光吸収に伴い発生する熱を起因とするダメージを回避できる。
【００６８】
デバイス用積層支持基板４に照射される光は、その波長がＧａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長ければ特に制限はないが、比較的低い投入エネルギーで効率よくＧａ含有透明支持基板１０と中間層２０とを分離するためには、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光であることが好ましく、たとえば波長８０８ｎｍの半導体レーザで励起された波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光（ここで、Ｎｄ：ＹＡＧとは、Ｎｄ（ネオジム）を添加したＹ（イットリウム）・Ａ（アルミニウム）・Ｇ（ガーネット）により形成される結晶をいう）またはＮｄ：ＹＶＯ4レーザ光（ここで、Ｎｄ：ＹＶＯ4とは、Ｎｄ（ネオジム）を添加したＹ（イットリウム）・Ｖ（バナジウム）・Ｏ4（オキサイド）またはＹ（イットリウム）・ＶＯ4（バナデート））により形成される結晶をいう）をＬｉＢ3Ｏ5のなどのいわゆるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；第２高調波）結晶で変換した波長５３２ｎｍのレーザ光が好ましく用いられる。この波長の光は、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０を構成し得る、たとえば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物や、第１の透明層２３および第２の透明層２５を構成し得るたとえば酸化シリコンまたは窒化シリコンには吸収されないが、光熱変換層２１を構成し得るたとえばアモルファスシリコンには好適に吸収される。
【００６９】
ここで、Ｇａ含有透明支持基板１０としてＧａＮ支持基板を用いる場合は、上記光Ｌの照射により、ＧａＮ支持基板において中間層に接する面が金属Ｇａと窒素（Ｎ2）ガスに分解され、ＧａＮ支持基板と中間層との間に金属Ｇａが析出する。金属Ｇａは２９．８℃で融解するため、この温度以上に加熱されることにより、ＧａＮ支持基板と中間層とが分離される。
【００７０】
デバイス用積層支持基板４においては、ＧａＮ層３０ａ上に高品質の透明半導体層４０を形成させる観点から、Ｇａ含有透明支持基板１０はＧａＮ支持基板であり、透明半導体層４０はＩＩＩ族窒化物半導体層であることが好ましい。かかる場合においては、ＧａＮ層３０ａ、ＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）およびＩＩＩ族窒化物半導体層（透明半導体層４０）は、通常波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満である。したがって、ＧａＮ支持基板と中間層との分離のために、デバイス用積層支持基板４に照射される光は、ＧａＮ層３０ａ、ＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）およびＩＩＩ族窒化物半導体層（透明半導体層４０）に与えるダメージを低減する観点から、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光であることが好ましい。
【００７１】
中間層２０は、Ｇａ含有透明支持基板１０と中間層２０との間の分離に際して高温となる。また、透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる際に、８００℃以上、場合によっては１１００℃付近の高温に曝される。これらの理由から、中間層２０は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。すなわち、光熱変換層２１は、高い耐熱性を有していることが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。また、デバイス用積層支持基板４に照射される光が波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満のレーザ光である場合は、光熱変換層２１は、その波長域の光を効率よく吸収することが好ましいため、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上であることが好ましい。以上の要件を満たす材料からなる層として、光熱変換層２１は、たとえばアモルファスシリコン層であることが好ましい。
【００７２】
デバイス用積層支持基板４において、光熱変換層２１を含む中間層２０は、Ｇａ含有透明支持基板１０およびＧａＮ層３０ａに接している。このため、上記の光Ｌの照射により、光熱変換層２１が加熱されて高温になると、その熱がＧａ含有透明支持基板１０だけでなく、ＧａＮ層３０ａおよびＧａＮ層３０ａに接している透明半導体層４０にも伝わり、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０にもダメージを与えるおそれがある。このようなＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０に与えるダメージを低減し、また中間層２０とＧａＮ層３０ａとの接合は保持しつつ中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との間で確実に分離するため、中間層２０は、中間層２０の光熱変換層２１とＧａＮ層３０ａとの間に配置される第１の透明層２３をさらに含むことが好ましい。また、第１の透明層２３は、光熱変換層２１中の原子（たとえばアモルファスシリコン層中のＳｉ原子）のマイグレーションによるＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０への原子拡散および、光照射時のＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０へ与えられるダメージを低減するとともに中間層２０とＧａＮ層３０ａとの接合強度も高める。
【００７３】
かかる第１の透明層２３は、特に制限はないが、不要な光吸収に伴う発熱によるＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０への熱ダメージおよび／または熱に伴う膨張による応力ダメージを生じさせないために、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０と同様の透明性、すなわち波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満であることが好ましい。また、第１の透明層２３は、上記のように高温となる光熱変換層２１に接する。また、透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる際に、８００℃以上、場合によっては１１００℃付近の高温に曝される。これらの理由から、第１の透明層２３は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。上記の要件を満たす材料として 、第１の透明層は、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかであることが特に好ましい。
【００７４】
また、光熱変換層２１中の原子（たとえばアモルファスシリコン層中のＳｉ原子）のマイグレーションによる原子拡散を抑制するとともに中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との接合強度を高める観点から、中間層２０は、中間層２０の光熱変換層２１とＧａ含有透明支持基板１０との間に配置される第２の透明層２５をさらに含むことが好ましい。
【００７５】
かかる第２の透明層２５は、特に制限はないが、不要な光吸収に伴う発熱によるＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０への熱ダメージおよび／または熱に伴う膨張による応力ダメージを生じさせないために、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０と同様の透明性、すなわち波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満であることが好ましい。また、第２の透明層２５は、上記のように高温となる光熱変換層２１に接する。また、透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる際に、８００℃以上、場合によっては１１００℃付近の高温に曝される。これらの理由から、第２の透明層２５は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。上記の要件を満たす材料として 、第２の透明層は、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかであることが特に好ましい。
【００７６】
第１の透明層２３および第２の透明層２５の両方が存在する場合、第１の透明層２３の厚さは第２の透明層２５の厚さに比べて大きいことが好ましい。これにより、中間層２０とＧａ含有Ｇａ含有透明支持基板１０との貼り合わせ面の温度を、中間層２０とＧａＮ層３０ａとの貼り合わせ面の温度より高くできる。これを利用して、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との貼り合わせ面の温度を金属Ｇａが形成可能な温度以上に、中間層２０とＧａＮ層３０ａとの貼り合わせ面の温度を金属Ｇａが形成可能な温度未満にすることで、中間層２０とＧａＮ層３０ａの貼り合わせ面には金属Ｇａを形成させずに、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との貼り合わせ面にのみ金属Ｇａ６０を形成することができる。このようにして、デバイス用積層支持基板４の中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との貼り合わせ面を選択的に分離することにより、デバイス用積層ウエハ５を形成できる。
【００７７】
こうして、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａとを含むデバイス用積層ウエハ５が得られる。ここで、デバイス用積層ウエハ５は、Ｇａ含有透明支持基板１０の分離の際に、Ｇａ含有透明支持基板１０と中間層２０と界面に形成される金属Ｇａ６０を中間層２０の表面に有する。
【００７８】
ここで、本工程で得られるデバイス用積層ウエハ５および次工程で得られる透明半導体層積層ウエハ６（ＧａＮ層３０ａと透明半導体層４０との積層ウエハをいう。以下同じ。）は機械強度が極めて低い。
【００７９】
そこで、図１（Ｅ）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）および（Ｃ）、ならびに図４（Ａ）および（Ｂ）を参照して、得られるデバイス用積層ウエハ５および透明半導体層積層ウエハ６の機械強度を補強するため、本工程の前に、仮支持基板５０または透明半導体層積層ウエハ支持基板７０をデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に貼り合わせることが好ましい。このような仮支持基板５０または透明半導体層積層ウエハ支持基板７０の貼り合わせにおいては、接着剤５１または導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５が用いられる。また、作製する半導体デバイスの構造によっては、デバイス用積層支持基板４からデバイス用積層ウエハ５を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０上に電極（たとえばｐ−電極８０など）が形成される。
【００８０】
上記のように、上記光が照射される前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に、電極（ｐ−電極８０など）、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれか、ならびに仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかのうち少なくともいずれかが配置される場合において、デバイス用積層支持基板４のＧａ含有透明支持基板１０側から上記光を照射すると、照射された上記光のうち中間層２０の光熱変換層２１で吸収されなかった光は、もし第１の透明層２３で全反射されないとき、透明半導体層４０を透過して、電極（ｐ−電極８０など）、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれか、ならびに仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかに達する。
【００８１】
このとき、透明半導体層４０を透過して、電極（ｐ−電極８０など）、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれか、ならびに仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかの少なくともいずれかが上記光を吸収する材料で形成されていると、これらの光吸収によって発生した熱により、透明半導体層４０の品質を低下させるおそれがある。
【００８２】
たとえば、図２（Ａ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に電極（ｐ−電極８０、ｎ−電極９０）が形成され、図３（Ａ）においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に電極（ｐ−電極８０）が形成される。ここで、電極を形成する材料が、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、酸化スズ（ＳｎＯ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を電極が吸収して熱を発生するため、上記のおそれがある。
【００８３】
すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層２０の光熱変換層２１に吸収されかつ中間層２０の第１の透明層２３で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板４に照射することにより、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層２０を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板４を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ５を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に電極を形成する工程をさらに備え、電極がデバイス用積層支持基板４に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
【００８４】
また、図１（Ｅ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に仮支持基板５０を貼り合わせるための接着剤５１が配置され、図２（Ｂ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０およびその上に形成された電極（ｐ−電極８０、ｎ−電極９０）に仮支持基板５０を貼り合わせるための接着剤５１が配置され、図３（Ｂ）および（Ｃ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に形成された電極（ｐ−電極８０）に透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせるための接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）が形成され、図４（Ａ）および（Ｂ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせるための接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）が形成される。ここで、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれかが、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、インジウム（Ｉｎ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。
【００８５】
すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層２０の光熱変換層２１に吸収されかつ中間層２０の第１の透明層２３で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板４に照射することにより、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層２０を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板４を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ５を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれかを形成する工程をさらに備え、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれかがデバイス用積層支持基板４に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
【００８６】
また、図１（Ｅ）および図２（Ｂ）においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に接着剤５１を介在させて仮支持基板５０が配置され、図３（Ｃ）および図４（Ｂ）においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）を介在させて透明半導体層積層ウエハ支持基板７０が配置される。ここで、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかが、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ダイヤモンドおよび窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。
【００８７】
すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層２０の光熱変換層２１に吸収されかつ中間層２０の第１の透明層２３で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板４に照射することにより、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層２０を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板４を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ５を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかを配置する工程をさらに備え、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
【００８８】
上記の仮支持基板５０は、後の工程において、デバイス用積層支持基板４からＧａ含有透明支持基板１０が分離されてデバイス用積層ウエハ５が形成され（図１（Ｅ）および（Ｆ）ならびに図２（Ｂ）および（Ｃ））、次いでデバイス用積層ウエハ５から金属Ｇａ６０および中間層２０が分離除去されて透明半導体層積層ウエハ６が形成され（図１（Ｇ）および図２（Ｄ））、次いで透明半導体層積層ウエハ６のＧａＮ層３０ａに透明半導体層積層ウエハ支持基板７０が貼り合わされて透明半導体層４０が機械強度的に支持された後に、除去される（図１（Ｈ）ならびに図２（Ｅ）および（Ｆ））。
【００８９】
また、図３（Ｂ）および図４（Ａ）を参照して、本工程の前に、上記仮支持基板に替えて、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０をデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に貼り合わせることができる。かかる場合には、後の工程において、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０が貼り合わされたデバイス用積層支持基板４からＧａ含有透明支持基板１０が分離されて支持基板が貼り合わされたデバイス用積層ウエハ５が形成され（図３（Ｃ）および（Ｄ）ならびに図４（Ｂ）および（Ｃ））、次いで支持基板付が貼り合わされたデバイス用積層ウエハ５から金属Ｇａ６０および中間層２０が分離除去されて支持基板が貼り合わされた透明半導体層積層ウエハ６が形成され（図３（Ｅ）および図４（Ｄ））、次いで支持基板が貼り合わされた透明半導体層積層ウエハ６に電極などが形成されて半導体デバイス７（図３（Ｆ）および図４（Ｅ））が得られる。すなわち、仮支持基板に替えて、透明半導体層積層ウエハ支持基板をデバイス用積層支持基板の透明半導体層に貼り合わせる場合は、仮支持基板を貼り合わせる工程およびそれを除去する工程を必要としない。
【００９０】
（透明半導体層積層ウエハの作製工程）
図１（Ｇ）、図２（Ｄ）、図３（Ｅ）および図４（Ｄ）を参照して、透明半導体層積層ウエハ６の作製工程は、デバイス用積層ウエハ５から中間層２０を除去することにより行われる。かかる工程により、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａとを含む透明半導体層積層ウエハ６が得られる。デバイス用積層ウエハ５から中間層２０を除去する方法は、特に制限はなく、半導体プロセスで一般的に用いられるウェットエッチング、ドライエッチングなどの方法を利用できる。
【００９１】
（半導体デバイスの作製工程）
図１（Ｈ）ならびに図２（Ｅ）および（Ｆ）を参照して、半導体デバイス７の作製工程は、透明半導体層積層ウエハ６に透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせることにより行われる。
【００９２】
また、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、半導体デバイス７の作製工程は、透明半導体層積層ウエハ６に電極（ｎ−電極９０）を形成することにより行われる。
【００９３】
透明半導体層積層ウエハ６に透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせ、その後７００℃〜１０００℃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。
【００９４】
ここで、図１（Ｈ）、図２（Ｆ）、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、本半導体デバイス７においては、透明半導体層４０が波長３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下のピーク波長を有する光を放出する発光層４５を含む場合は、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０は、波長が３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光に対する光吸収係数が１×１０4ｃｍ-1未満であることが好ましい。これにより内部吸収を低減し、光取り出し効率の高い半導体光デバイスを作製できる。かかる観点から、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０は、たとえば、サファイア、スピネル、石英、窒化アルミニウム、ダイヤモンドおよびガラスからなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００９５】
また、図１（Ｈ）、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、本半導体デバイス７においては、デバイスに積層方向の導電性を具備させる目的で、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０は、比抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性を有することが好ましい。デバイスに積層方向の導電性を具備させることができれば、半導体デバイス７はたとえば図３（Ｆ）および図４（Ｅ）に示すようにその両主面にそれぞれｐ−電極８０とｎ−電極９０を形成できる。これにより、両電極を一主面に形成しなければならない場合（たとえば、図２（Ｆ）参照）に比べて、透明半導体層４０の一部を除去する必要がなくなるため、より広い面積をデバイスの動作（すなわち発光）に利用できるので、より輝度の高いデバイスが実現できる。透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を構成する材料としては、たとえば、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）および第１の金属からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。ここで、第１の金属とは、比抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性を有するものであれば特に制限はなく、たとえば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などが好ましく用いられる。
【００９６】
また、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、本半導体デバイス７においては、デバイスの導電性を高くするとともに透明半導体層積層ウエハ支持基板７０と電極（ｐ−電極８０）または透明半導体層４０との間の接着性を高くする観点から、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０と透明半導体層４０との間に配置され、第２の金属および導電性酸化物のいずれかを含む比抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５をさらに含むことが好ましい。ここで、第２の金属は、特に制限はないが、上記観点からたとえば、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびこれらの合金からなる群から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。また、導電性酸化物は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯ、ＳｎＯ2）、インジウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）およびアンチモンスズ酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。
【００９７】
また、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、本半導体デバイス７においては、透明半導体層４０が波長３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下のピーク波長を有する光を放出する発光層４５を含む場合は、透明半導体層積層ウエハ支持基板は、波長が３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光に対する光吸収係数が１×１０4ｃｍ-1未満であることが好ましい。これにより内部吸収を低減し、光取り出し効率の高い半導体光デバイスを作製できる。また、デバイスに積層方向の導電性を具備させる目的で、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０は、比抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性を有することが好ましい。デバイスに積層方向の導電性を具備させることができれば、半導体デバイス７は、たとえば図３（Ｆ）および図４（Ｅ）に示すように、それらの両主面にそれぞれｐ−電極８０とｎ−電極９０を形成できる。これにより、両電極を一主面に形成しなければならない場合（たとえば、図２（Ｆ）参照）に比べて、透明半導体層４０の一部を除去する必要がなくなるため、より広い面積をデバイスの動作（すなわち発光）に利用できるので、より輝度の高いデバイスが実現できる。透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を構成する材料としては、たとえば、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およびダイヤモンドからなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。
【実施例】
【００９８】
（実施例１）
１．積層支持基板の作製
図１（Ａ）を参照して、Ｇａ含有透明支持基板１０として、ＨＶＰＥ法により形成した直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さ５００μｍのＧａＮ支持基板を準備した。かかるＧａＮ支持基板は、一主表面が（０００１）面であるＧａ原子表面であり、他主表面が（０００−１）面であるＮ原子表面であり、両主表面が鏡面加工されていた。
【００９９】
このＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）のＧａ原子表面に、中間層２０として、プラズマＣＶＤ法により、厚さ１０ｎｍのＳｉＯ2層（第２の透明層２５）、厚さ６０ｎｍのアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）、および厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2層（第１の透明層２３ａ）を順に堆積させて、積層支持基板１を得た。プラズマＣＶＤの条件は、第１および第２のＳｉＯ2層の堆積においては、ＲＦが５０Ｗ、Ａｒガスにより８体積％に希釈されたＳｉＨ4ガスの流量が５０ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍは、標準状態に換算して１分間に１ｃｍ3のガスが流れる量をいう）、Ｎ2Ｏガス流量が４６０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が８０Ｐａ、ステージ温度が２５０℃であり、アモルファスシリコン層の堆積においては、ＲＦが５０Ｗ、Ａｒガスにより８体積％に希釈されたＳｉＨ4ガスの流量が２００ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が８０Ｐａ、ステージ温度が２５０℃であった。
【０１００】
また、ＧａＮ層３０ａを形成するためのＧａＮ基板３０として、ＨＶＰＥ法により形成した直径２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが５００μｍのＧａＮ基板を準備した。かかるＧａＮ基板３０は、一主表面が（０００１）面であるＧａ原子表面であり、他主表面が（０００−１）面であるＮ原子表面であり、両主表面が鏡面加工されていた。まず、ＧａＮ基板３０のＮ原子表面に、プラズマＣＶＤ法により、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2層（第１の透明層２３ｂ）を堆積させた。この二酸化シリコン層の堆積におけるプラズマＣＶＤの条件は、ＲＦが５０Ｗ、Ａｒガスにより８体積％に希釈されたＳｉＨ4ガスの流量が５０ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏガス流量が４６０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が８０Ｐａ、ステージ温度が２５０℃であった。次いで、ＧａＮ基板３０のＳｉＯ2層（第１の透明層２３ｂ）側から、水素イオンを注入した。水素イオンの注入条件は、加速電圧が５０ｋｅＶ、ドーズ量が７×１０17ｃｍ-2であった。こうして、水素イオンが注入されたＧａＮ基板３０は、そのＮ原子表面から約２００ｎｍの深さの面Ｐにドーズ量のピークがあった。このドーズ量はリファレンスとして同一バッチでイオン注入したＧａＮ基板のイオン注入側から、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）分析を深さ方向に対して実施することで測定した。
【０１０１】
上記で得られた積層支持基板１のＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）とＳｉＯ2層（第２の透明層２５）との密着性およびＧａＮ基板３０におけるＧａＮ基板３０とＳｉＯ2層（第１の透明層２３ｂ）との密着性を高めるために、窒素雰囲気中で７００℃〜１０００℃で１０分間アニールした後、両基板のＳｉＯ2層の主表面を洗浄した。具体的には、それぞれの主表面が数十ｎｍの深さまで研磨されて鏡面加工された両基板をドライエッチング装置に入れて、酸素（Ｏ2）ガスを原料としたプラズマに曝すことにより、ＳｉＯ2層の主表面を清浄にした。このときのプラズマ条件は、ＲＦが１００Ｗ、Ｏ2ガス流量が５０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が６．７Ｐａであった。
【０１０２】
２．積層貼り合わせ基板の作製工程
次に、図１（Ｂ）を参照して、上記の積層支持基板１の中間層２０のＳｉＯ2層（第１の透明層２３ａ）とＧａＮ基板３０に堆積させたＳｉＯ2層（第１の透明層２３ｂ）とを、積層支持基板１のＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）の一主表面（（０００１）面）の結晶方位とＧａＮ基板３０の一主表面（（０００１）面）の結晶方位が一致するように重ね合わせて、プレス装置(ウエハボンダ)で７ＭＰａ（２インチ基板当たり１４００ｋｇｆ）の荷重で押しつけることで、ＳｉＯ2層同士を接合させることにより、積層支持基板１とＧａＮ基板３０とを貼り合わせた。こうして得られた積層貼り合わせ基板２は、大気中で室温（２５℃）から３００℃まで３時間かけてゆっくりと昇温することにより、接合界面の接合強度が増した。ここで、積層貼り合わせ基板２において、中間層２０のアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）とＧａＮ基板との間に配置されるＳｉＯ2層（第１の透明層２３）の厚さは３２５ｎｍであった。
【０１０３】
３．エピ成長用積層支持基板の作製工程
次に、図１（Ｃ）を参照して、積層貼り合わせ基板２を５００℃に加熱して基板の主表面に対して斜めに応力をかけた。積層貼り合わせ基板２のＧａＮ基板３０において水素イオンが多く注入され脆化したＮ原子表面からの深さが約２００ｎｍの面Ｐにおいて熱応力がかかり、ＧａＮ基板３０は、上記の面Ｐにおいて、積層支持基板１の中間層２０に接合している厚さ２００ｎｍのＧａＮ層３０ａと残部ＧａＮ基板３０ｂとに分離した。こうして、積層支持基板１の中間層２０上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層３０ａが形成されたエピ成長用積層支持基板３が得られた。ここで、ＧａＮ層３０ａから分離した残部ＧａＮ基板３０ｂは、分離面の表面状態(平坦性など)を研磨などの手法で整えた後、何度も再利用できる。これにより最終的に半導体デバイス１枚あたりのコストを低減できる。
【０１０４】
４．デバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図１（Ｄ）を参照して、エピ成長用積層支持基板３のＧａＮ層３０ａ上に、ＭＯＣＶＤ法により、透明半導体層４０として、厚さ２μｍのＧａＮバッファ層４１、厚さ０．５μｍのｎ−ＧａＮ層４３、厚さ７０ｎｍの発光層４５である３対のＩｎＧａＮ層およびＧａＮ層からなる多重量子井戸層、厚さ８０ｎｍのｐ−ＧａＮ層４７をこの順に堆積させた。こうして、デバイス用積層支持基板４が得られた。
【０１０５】
ここで、上記のＭＯＣＶＤ法による透明半導体層４０のエピタキシャル成長においては、エピ成長用積層支持基板３の温度が１０００℃程度になった。また、エピ成長用積層支持基板３には、ＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）とＧａＮ層３０ａとの間に、中間層２０としてＳｉＯ2層（第１の透明層２３と第２の透明層２５）およびアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）が含まれ、かかるＳｉＯ2層およびアモルファスシリコン層は、ＧａＮ支持基板およびＧａＮ層３０ａと熱膨張係数が異なった。しかし、本実施例における中間層２０の総厚さは約４００ｎｍであり、エピタキシャル成長された透明半導体層４０は、Ｘ線回折法により分析したところ、ＧａＮ層３０ａとほぼ同じ格子定数が得られており高い品質を有していると言える。中間層２０の総厚さが１μｍ以下であれば、発生する応力が小さいため、エピタキシャル成長された透明半導体層４０の品質は高く維持される。次いで、得られたデバイス用積層支持基板４を、ＣＶＤ装置から取り出した後、全圧が１気圧で酸素が１６体積％の窒素／酸素雰囲気中７００℃でアニールした。
【０１０６】
５．二電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図２（Ａ）を参照して、以下のようにして、デバイス用積層支持基板４に二電極を形成した。デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０のｐ−ＧａＮ層４７上に、フォトリソグラフィ法によりｐ−電極用レジストマスク（図示せず）を形成し、真空蒸着法により厚さ５ｎｍのＮｉ層および厚さ１１ｎｍのＡｕ層をこの順に形成した後、ｐ−電極用レジストマスクを除去することにより不要部分の電極材料を除去することにより、ｐ−電極８０を形成した。
【０１０７】
次いで、ｐ−電極８０およびその周辺領域にフォトリソグラフィ法によりｐ−電極保護用レジストマスク（図示せず）を形成し、塩素ガスを用いて透明半導体層４０のｐ−ＧａＮ層４７側の主表面から２５０ｎｍの深さまでメサエッチングをして、主表面の一部領域において、ｐ−ＧａＮ層４７、発光層４５およびｎ−ＧａＮ層４３を除去し、ＧａＮバッファ層４１を露出させた。その後、上記のｐ−電極保護用レジストマスクを除去した。露出されたＧａＮバッファ層４１上に、上記ｐ−電極の形成と同様の方法により、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｌ層で構成されるｎ−電極９０を形成した。ｐ−電極およびｎ−電極と半導体層とのオーミック接合を取るために、得られた基板を全圧が１気圧で酸素が０．４体積％の窒素／酸素雰囲気中５００℃でアニールした。こうして、二電極付のデバイス用積層支持基板４Ａが得られた。この後、図示しないが、ｐ−電極およびｎ−電極のそれぞれの上に、リフトオフ法により、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層で構成されるパッド電極層を形成してもよい。
【０１０８】
また、ＧａＮの基板は非常に高価であるため、最終製品としての半導体デバイスの単価を下げるためには、以下に説明するように、デバイス用積層支持基板からＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）を分離する必要がある。以下に説明する方法により、分離されたＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）は、その主表面の処理を行うことにより、再びＧａＮ支持基板として利用できる。このように、１枚のＧａＮ基板を繰り返し使用することにより、最終製品としての半導体デバイスの単価を下げることが可能になる。
【０１０９】
６．二電極付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図２（Ｂ）を参照して、二電極付のデバイス用積層支持基板４Ａのｐ−電極８０およびｎ−電極９０の形成面に接着剤５１をスピン塗布し、真空中で２００℃に加熱された雰囲気下で、ウエハボンダを用いて、仮支持用サファイア板（仮支持基板５０）を貼り付けた。かかる接着剤５１には、後工程において、ウエハから仮支持用サファイア板を分離することを考慮して、２００℃に加熱することで再度軟化させられるもの、たとえばＢｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製ＷａｆｅｒＢｏｎｄ ＨＴ−１０，１０などを選んだ。
【０１１０】
次いで、上記の仮支持用サファイア板（仮支持基板５０）が貼り付けられた二電極付のデバイス用積層支持基板４Ａをレーザアニール装置にセットした。
【０１１１】
図８を参照して、上記のレーザアニール装置１００は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザとＬｉＢ3Ｏ5 ＳＨＧ結晶を用いて波長５３２ｎｍの緑色レーザパルス光を発生するＹＡＧ−ＳＨＧパルスレーザ１１０と、発生したレーザパルス光をｙ軸方向にスキャンできるガルバノミラー１２０と、スキャンされたレーザパルスによる加工点における焦点ズレを補正するためのｆ−θレンズ１３０と、焦点ズレが補正されたレーザパルス光をデバイス用積層支持基板４に照射する角度を変更するための固定ミラー１４０と、デバイス用積層支持基板４に照射されたレーザパルス光が中間層の第１の透明層で全反射するのに適したＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSになるようにするための屈折率が２．０の高屈折率ガラスで形成されているプリズム（光伝播角変換装置１５０）と、デバイス用積層支持基板４を支持するとともにｘ軸方向にスキャンできるステージ１６０と、を備えていた。
【０１１２】
本レーザアニール装置１００は、デバイス用積層支持基板４に照射されたレーザパルス光が中間層の第１の透明層で全反射するのに適したＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSになるようにするためのプリズム（光伝播角変換装置１５０）と、このプリズムの光照射面にレーザパルス光を垂直に照射させるための固定ミラー１４０を備える部分Ｎにおいて、従来のレーザアニール装置にはない特徴を有していた。
【０１１３】
ここで、プリズム（光伝播角変換装置１５０）の位置は固定されており、ステージ１６０およびステージに支持されたデバイス用積層支持基板４が移動することにより、加工点（照射位置）の変更が可能である。必要に応じて、デバイス用積層支持基板４とプリズム（光伝播角変換装置１５０）の間にマッチングオイルなどを充填した。プリズム（光伝播角変換装置１５０）の光照射面とデバイス用積層支持基板４の主表面がなす角φPは５３．５°とした。
【０１１４】
また、プリズムの光照射面に対して，レーザパルス光が垂直に照射するように固定ミラーを調整した。このとき、照射レーザパルス光のプリズム内における伝播角θPは、プリズム（光伝播角変換装置１５０）の光照射面とデバイス用積層支持基板４の主表面がなす角φPに等しく、５３．５°であった。ここで、照射光のプリズム（光伝播角変換装置１５０）内における伝播角θP＝５３．５、プリズムを形成する高屈折率ガラスの屈折率ｎP＝２．０、Ｇａ含有透明支持基板１０であるＧａＮ支持基板の屈折率ｎS＝２．５を、上記の式（ｖｉｉ）に代入すると、照射光のＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）内における伝播角θSは４０．０°となった。したがって、図７の結果を参照すると、光熱変換層２１で吸収されなかったレーザパルス光は第１の透明層２３で全反射されると考えられた。
【０１１５】
すなわち、照射されたレーザパルス光は中間層２０の光熱変換層２１で吸収されるか、光熱変換層で吸収されなかったレーザパルス光は中間層２０の第１の透明層２３で全反射されたため、照射光が透明半導体層４０を透過して電極（ｐ−電極８０、ｎ−電極９０）、接着剤５１、仮支持基板５０などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層４０のダメージの発生が抑制された。
【０１１６】
また、レーザパルス光は、中間層２０のアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）でのみ効率よく吸収された。これにより、アモルファスシリコン層（光熱変換層２１）の温度は急激に上昇した。
【０１１７】
その結果、アモルファスシリコン層（光熱変換層２１）の近距離に位置するＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）における中間層２０との貼り合わせ面は、その面の温度が９００℃を超え、金属Ｇａと窒素（Ｎ2）ガスに熱分解された。一方、ＧａＮ層３０ａにおける中間層２０との貼り合わせ面においては、熱分解温度には至らなかった。これは、ＧａＮ層３０ａとアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）との間には、ＧａＮ（熱伝導率が約１００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）に比べて熱伝導率の低いＳｉＯ2(熱伝導率が約１０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1)で形成された厚さ３２５ｎｍのＳｉＯ2層（第１の透明層２３）が介在しているため、アモルファスシリコン層（光熱変換層２１）で発生した熱量の大半がＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）側に拡散するため、ＧａＮ層３０ａは熱分解温度には至らなかったものと考えられる。また、同様の理由から、接着剤５１部分の温度は１００℃以下に抑えられ、接着剤５１の軟化ないし炭化などの変質は生じなかった。このようにして、ＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）における中間層２０との貼り合わせ面にのみ金属Ｇａ６０を析出させることができた。
【０１１８】
次いで、図２（Ｃ）を参照して、上記の金属Ｇａ６０が析出した二電極付のデバイス用積層支持基板４Ａを、６０℃のホットプレート（図示せず）に置いて、金属Ｇａ（融点が２９．８℃）を融解させた状態でＧａＮ支持基板を滑らせる（スライドオフする）ことにより、中間層２０からＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）を分離した。こうして、透明半導体層４０、ＧａＮ層３０ａおよび中間層２０を含む二電極付のデバイス用積層ウエハ５Ａが得られた。なお、分離されたＧａＮ支持基板は、主表面を研磨およびエッチングなどの処理をすることにより、再度利用できる。
【０１１９】
７．二電極付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図２（Ｄ）を参照して、二電極付のデバイス用積層ウエハ５Ａの中間層２０上の金属Ｇａ６０を塩酸により洗浄し、中間層２０（ＳｉＯ2層および一部がポリシリコン化したアモルファスシリコン層）を、フッ酸硝酸混合溶液を用いたウェットエッチングにより、除去した。こうして、透明半導体層４０およびＧａＮ層３０ａを含む二電極付の透明半導体層積層ウエハ６Ａが得られた。
【０１２０】
８．半導体デバイスの作製工程
次に、図２（Ｅ）を参照して、以下のようにして、二電極付の透明半導体層積層ウエハ６ＡのＧａＮ層３０ａに、別途準備した透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせた。
【０１２１】
ここで、準備された透明半導体層積層ウエハ支持基板７０としては、厚さ１５０μｍのサファイア基板であった。貼り合わせは、二電極付の透明半導体層積層ウエハ６ＡのＧａＮ層３０ａの主表面を洗浄した後に、プラズマエッチング装置にいれて、窒素プラズマ（プラズマ条件は、ＲＦが１００Ｗ、Ｎ2ガス流量が５０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力１３．３Ｐａであった)に曝して主表面を清浄にした。サファイア基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板７０）も、その主表面を洗浄した後に、酸素プラズマ（プラズマ条件は、ＲＦが１００Ｗ、Ｏ2ガス流量が５０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が６．７Ｐａであった）で主表面を清浄にした。二電極付の透明半導体層積層ウエハ６Ａとサファイア基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板７０）とを貼り合わせた後に、大気中でウエハボンダを用いて７ＭＰａの荷重で押しつけて、接合させて貼り合わせた。
【０１２２】
次いで、図２（Ｆ）を参照して、上記の貼り合わせ基板をホットプレートで接着剤の軟化温度である２００℃まで加熱して、上記の貼り合わせ基板から仮支持用サファイア基板（仮支持基板５０）をスライドオフさせて取り除いた。透明半導体層４０上のｐ−電極８０およびｎ−電極９０側に残った接着剤は専用のリムーバで除去した。
【０１２３】
上記の工程により、ＬＥＤ（発光ダイオード）である半導体デバイス７が得られた。かかる半導体デバイスにおいて、以降は一般的な素子化工程（スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程）が適用できる。
【０１２４】
（実施例２）
１．デバイス用積層支持基板までの作製工程
図１（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例１と同様にして、デバイス用積層支持基板４を得た。
【０１２５】
２．一電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図３（Ａ）を参照して、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０のｐ−ＧａＮ層４７上の全面に、真空蒸着法により、ｐ−電極８０として、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ電極（具体的には、ｐ−ＧａＮ層４７側から、厚さ５ｎｍのＮｉ層／厚さ１１ｎｍのＡｕ層／厚さ１００ｎｍのＰｔ層／厚さ３００ｎｍのＡｕ層で構成される電極）を形成した。こうして、一電極付のデバイス用積層支持基板４Ｂが得られた。
【０１２６】
３．一電極付のデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程
次に、図３（Ｂ）を参照して、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０としてｐ型導電性Ｓｉ基板（（１００）主表面における比抵抗が１Ω・ｃｍ未満）を準備した。このｐ型導電性Ｓｉ基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板７０）の鏡面研磨された一方の主表面上に、真空蒸着法により、導電性接着層８５として厚さ２０ｎｍのＣｒ層／厚さ３００ｎｍのＡｕ層／厚さ１．５μｍのＡｕＳｎ層（質量比でＡｕ：Ｓｕ＝８０：２０）を形成した。
【０１２７】
次いで、図３（Ｂ）〜（Ｃ）を参照して、一電極付のデバイス用積層支持基板４Ｂのｐ−電極８０の厚さ３００ｎｍのＡｕ層側の主表面と、ｐ型導電性Ｓｉ基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板７０）に形成された導電性接着層８５の厚さ１．５μｍのＡｕＳｎ層側の主表面と、を重ね合わせて、真空雰囲気中で、１ＭＰａ（２インチ基板当り約２００ｋｇｆ）の荷重で押しつけながら、３００℃で１０分間加熱接合することにより、貼り合わせた。こうして、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＢＣが得られた。
【０１２８】
４．一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図３（Ｃ）〜（Ｄ）を参照して、レーザパルス光を、上記の一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＢＣのＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）側から、中間層２０の光熱変換層２１で吸収され第１の透明層２３で全反射されるように照射することにより、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＢＣからＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）を除去して、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハ５ＢＣが得られた。
【０１２９】
ここで、光熱変換層２１で吸収されなかったレーザパルス光が第１の透明層２３で全反射されたため、照射光が透明半導体層４０を透過して電極（ｐ−電極８０）、接着層（導電性接着層８５）、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層４０のダメージの発生が抑制された。
【０１３０】
５．一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図３（Ｅ）を参照して、実施例１と同様にして、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハ５ＢＣから金属Ｇａ６０および中間層２０を除去した。こうして、一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６ＢＣが得られた。
【０１３１】
６．半導体デバイスの作製方法
次に、図３（Ｆ）を参照して、一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６ＢＣのＧａ層３０ａの主表面（Ｎ原子表面）に、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法により、ｎ−電極９０としてパターン化されたＴｉ／Ａｌ電極（具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｌ層で構成される電極）を形成した。次いで、Ｔｉ／Ａｌ電極（ｎ−電極９０）を、大気圧窒素雰囲気下において５００℃でアニールして、オーミック電極とした。次いで、このＴｉ／Ａｌ電極（ｎ−電極９０）の上に、再びフォトリソグラフィ法と真空蒸着法により、Ｔｉ／Ａｕ層（具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層）で構成されるパターン化されたパッド電極層を形成した。
【０１３２】
上記の工程により、ＬＥＤ（発光ダイオード）である半導体デバイス７が得られた。かかる半導体デバイスにおいて、以降は一般的な素子化工程（スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程）が適用できる。
【０１３３】
（実施例３）
１．デバイス用積層支持基板までの作製工程
図１（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例１と同様にして、デバイス用積層支持基板４を得た。
【０１３４】
２．デバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程
次に、図４（Ａ）を参照して、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０のｐ−ＧａＮ層４７上の全面に、スパッタ法により、導電性接着層８５ａとして、厚さ２００ｎｍのＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）層、厚さ５０ｎｍのＡｇ層、厚さ１００ｎｍのＰｔ層、および厚さ３００ｎｍのＡｕ層をこの順に積層された貼り合わせ用ＩＴＯ／Ａｇ／Ｐｔ／Ａｕパッド電極層を形成した。
【０１３５】
また、主表面に貼り合わせ用Ｃｒ／Ａｕ／Ｉｎパッド電極層（導電性接着層８５ｂ）を形成した透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を準備した。透明半導体層積層ウエハ支持基板７０としては、導電性支持基板であるＢ（ホウ素）をドープした比抵抗が１Ω・ｃｍ未満のｐ型導電性Ｓｉ基板を用いた。
【０１３６】
次いで、図４（Ａ）〜（Ｂ）を参照して、デバイス用積層支持基板４に形成された貼り合わせ用パッド電極層（導電性接着層８５ａ）のＡｕ層と、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０に形成された貼り合わせ用パッド電極層（導電性接着層８５ｂ）のＩｎ層と、を重ね合わせてウエハボンダを用いて２００℃で１ＭＰａ（２インチウエハ当り約２００ｋｇｆ）の条件で加熱加圧して接合して貼り合わせた。こうして支持基板付のデバイス用積層支持基板４Ｃが得られた。
【０１３７】
３．支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図４（Ｂ）〜（Ｃ）を参照して、実施例１と同様にして、レーザパルス光を、支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＣのＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）側から、中間層２０の光熱変換層２１で吸収され第１の透明層２３で全反射されるように照射することにより、支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＣからＧａ含有透明支持基板１０を分離した。こうして、支持基板付のデバイス用積層ウエハ５Ｃが得られた。
【０１３８】
ここで、光熱変換層２１で吸収されなかったレーザパルス光が第１の透明層２３で全反射されたため、照射光が透明半導体層４０を透過して接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層４０のダメージの発生が抑制された。
【０１３９】
４．支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図４（Ｄ）を参照して、支持基板付のデバイス用積層ウエハ５Ｃから、実施例１と同様にして、金属Ｇａ６０および中間層２０が分離除去した。こうして、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６Ｃが得られた。
【０１４０】
５．半導体デバイスの作製工程
次に、図４（Ｅ）を参照して、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６Ｃのｐ型導電性Ｓｉ基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板）上に、真空蒸着法により、ｐ−電極８０としてＴｉ／Ａｕ電極（具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層で構成されるパッド電極）を形成した。また、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６のＧａＮ層３０ａ上に、真空蒸着法およびリフトオフ法により、ｎ−電極９０としてＴｉ／Ａｌ電極（具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｌ層で構成される電極）を形成した。ｐ−電極８０およびｐ−電極９０と半導体層とのオーミック接合を取るために、これらの電極が形成された支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６Ｃを、窒素雰囲気中５００℃でアニールした。こうして、ＬＥＤである半導体デバイス７が得られた。以降は一般的な素子化工程（スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程）が適用できる。
【０１４１】
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。
【符号の説明】
【０１４２】
１ 積層支持基板、２ 積層貼り合わせ基板、３ エピ成長用積層支持基板、４，４Ａ，４Ｂ，４ＢＣ，４Ｃ デバイス用積層支持基板、５，５Ａ，５ＢＣ，５Ｃ デバイス用積層ウエハ、６，６Ａ，６ＢＣ，６Ｃ 透明半導体層積層ウエハ、７ 半導体デバイス、１０ Ｇａ含有透明支持基板、２０，２０ａ 中間層、２１ 光熱変換層、２３，２３ａ，２３ｂ 第１の透明層、２５ 第２の透明層、３０ ＧａＮ基板、３０ａ ＧａＮ層、３０ｂ 残部ＧａＮ基板、４０ 透明半導体層、４１ ＧａＮバッファ層、４３ ｎ−ＧａＮ層、４５ 発光層、４７ ｐ−ＧａＮ層、５０ 仮支持基板、５１ 接着剤、６０ 金属Ｇａ、７０ 透明半導体層積層ウエハ支持基板、８０ ｐ−電極、８５ａ，８５ｂ，８５ 導電性接着層、９０ ｎ−電極、１００ レーザアニール装置、１１０ ＹＡＧ−ＳＨＧパルスレーザ、１２０ ガルバノミラー、１３０ ｆ−θレンズ、１４０ 固定ミラー、１５０ 光伝播角変換装置、１６０ ステージ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質の半導体デバイスを効率的に製造する半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物系半導体層が形成されたＩＩＩ族窒化物系半導体デバイスは、青色発光デバイス、電子デバイスなどとして重要な半導体デバイスである。かかる半導体デバイスを製造するための基板としては、発光層となる良質のＩＩＩ族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、格子定数および熱膨張係数がＩＩＩ族窒化物系半導体層に近似しているＧａＮ基板が好適に用いられる。
【０００３】
かかるＧａＮ基板は非常に高価であるため、特開２００６−２１０６６０号公報（以下、引用文献１という）において、シリコン（Ｓｉ）基板などのＧａＮ以外の支持基板上に膜厚の小さいＧａＮ層を貼り合わせた基板をおよびその貼り合わせ基板を用いた製造方法が提案されている。
【０００４】
また、上記の貼り合わせ基板のＧａＮ層上にＩＩＩ族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させた後にＧａＮ層から支持基板を分離して上記の半導体デバイスを効率的に製造するのに有用な方法として、特表２００１−５０１７７８号公報（以下、引用文献２という）において、ＩＩＩ族窒化物材料からなる一方の材料層とＩＩＩ族窒化物材料以外の材料からなる他方の材料層との界面またはその界面付近の領域に露光させた電磁放射線（たとえば光）を吸収させ、その吸収によりその界面でいずれかの材料層の一部を分解させて、一方の材料層と他方の材料層とを分離する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１０６６０号公報
【特許文献２】特表２００１−５０１７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の特開２００６−２１０６６０号公報（引用文献１）で提案された上記貼り合わせ基板を用いても、ＧａＮ以外の支持基板とＧａＮ層とは、熱膨張係数が異なるため、その貼り合わせ基板のＧａＮ層上に良質のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることは困難であった。
【０００７】
上記の特表２００１−５０１７７８号公報（引用文献２）で提案された方法では、一方の材料層と他方の材料層は必ず異なる必要があり，熱膨張係数の違いによる上記の困難は解決されない。また、露光させた電磁放射線（光）が、後にデバイスとなる半導体層の界面を分解するため、デバイス性能の劣化を引き起こすおそれがある。
【０００８】
そこで、下地基板と半導体層（ＧａＮ層およびその上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物半導体層）との界面に中間層を導入し、中間層内部に支持基板および半導体層においては吸収されない波長の光を吸収しうる材料を配置した基板を考える。このとき、特に下地基板として半導体層と熱膨張係数の一致した基板(たとえばＧａＮ基板)を用いることで、良質のＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させられる。また、中間層内部でのみ吸収され支持基板および半導体層には吸収されない波長の光を用いて、中間層に隣接する支持基板および半導体層のいずれかの少なくとも一部を分解することで、半導体層から支持基板を分離することができる。
【０００９】
上記のような場合、照射した光が上記中間層内で完全に吸収されずに、支持基板と半導体層との界面以外の領域においても吸収されて不要な熱に変換され、デバイス性能に悪影響を与えるおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されずに中間層外に透過する率を低減する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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法は、以下の工程を備える。すなわち、Ｇａ含有透明支持基板上に光熱変換層と光熱変換層のＧａ含有透明支持基板と反対側に接触して配置されている第１の透明層とを含む中間層を形成して積層支持基板を作製する工程を備える。また、積層支持基板の中間層にＧａＮ基板を貼り合わせて積層貼り合わせ基板を作製する工程を備える。また、積層貼り合わせ基板のＧａＮ基板を、中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離することにより、積層支持基板の中間層上にＧａＮ層が形成されたエピ成長用積層支持基板を作製する工程を備える。また、エピ成長用積層支持基板のＧａＮ層上に少なくとも１層の透明半導体層をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板を作製する工程を備える。また、デバイス用積層支持基板に、Ｇａ含有透明支持基板およびＧａＮ層および透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光を、第１の透明層で全反射するように照射して、Ｇａ含有透明支持基板と中間層とを分離することにより、透明半導体層とＧａＮ層と中間層とを含むデバイス用積層ウエハを作製する工程を備える。また、デバイス用積層ウエハから中間層を除去して透明半導体層とＧａＮ層とを含む透明半導体層積層ウエハを含む半導体デバイスを作製する工程を備える。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層の第１の透明層で全反射させることにより、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層などに透過するのを防止して、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスを製造することができる。
【００１２】
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、第1の透明層は、Ｇａ含有透明支持基板よりも屈折率の低い材料で形成され、かつ、デバイス用積層支持基板に照射される光の真空中における波長λ0、第１の透明層の屈折率ｎ1を用いて、第１の透明層の厚さｄ1が、ｄ1＞０．５×λ0／ｎ1の関係を満たすことができる。これにより、デバイス用積層支持基板に照射される光において中間層の光熱変換層で吸収されない光は、中間層の第１の透明層で確実に全反射され、ＧａＮ層側に全反射光のエバネッセント成分が到達するのを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、第１の透明層で全反射するように、デバイス用積層支持基板に光を照射するための手段として、光伝播角変換装置を用いることができる。これにより、中間層の第1の透明層よりも低い屈折率をもつ媒質（たとえば空気）から、デバイス用積層支持基板のような平板積層構造に光を入射しても，中間層の第１の透明層で全反射させられるように光を照射することができる。透明半導体層上などにはしばしば電極などの光吸収性をもつ層が形成されており、これらの層へ光が照射されることで不要な発熱を生じ，半導体層の品質が劣化してしまうことを防ぐことができる。
【００１４】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、光伝播角変換装置は、第１の透明層よりも屈折率が高い材料で形成されているプリズムとすることができる。これにより、第１の透明層よりも高い屈折率を有するプリズムから自由な角度で光を入射させられるので，光学原理的に全反射可能な条件で光を照射できる。
【００１５】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に照射される光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSが、Ｇａ含有透明支持基板の屈折率ｎS、第１の透明層の屈折率ｎ1およびプリズムの屈折率ｎPを用いて、ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎS）＜θS＜ｓｉｎ-1（ｎP／ｎS）の関係を満たすことができる。かかる関係を満たすようにプリズムの形状を設計することにより、デバイス用積層支持基板に照射される光において中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層の第１の透明層で確実に全反射させることができる。
【００１６】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層は、中間層の光熱変換層とＧａ含有透明支持基板との間でかつ光熱変換層に接触して配置される第２の透明層をさらに含み、デバイス用積層支持基板に照射される光の真空中における波長λ0、第２の透明層の屈折率ｎ2を用いて、第２の透明層の厚さｄ2が、ｄ2＜０．２５λ0×ｎ2の関係を満たすことができる。これにより、たとえ第２の透明層の屈折率ｎ2がＧａ含有支持基板の屈折率ｎsより小さく、デバイス用積層支持基板に照射される光についての第２の透明層とＧａ含有支持基板との界面への入射が全反射条件を満たすとしても、光熱変換層へはデバイス用積層支持基板に照射される光のエバネッセント成分が十分な強度を保った状態で到達することができる。その結果、光熱変換層は光を吸収して基板分離に必要な熱を発することができる。
【００１７】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に電極を形成する工程をさらに備え、電極は、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第１の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、電極に吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびＧａＮ層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。
【００１８】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に接着剤および接着層のいずれかを形成する工程をさらに備え、接着剤および接着層のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第１の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、接着剤および接着層のいずれかに吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびＧａＮ層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。
【００１９】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかを配置する工程をさらに備え、仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第１の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかに吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびＧａＮ層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。
【００２０】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、光を吸収するとは、デバイス用積層支持基板に照射される光の波長における光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上であることを意味する。これにより、光熱変換層で光エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、デバイス用支持基板をＧａ含有透明支持基板と中間層との間で分離することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に照射される光を、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光とすることができる。これにより、Ｇａ含有透明支持基板、ＧａＮ層および透明半導体層にダメージを与えることなく、Ｇａ含有透明支持基板と中間層とを分離できる。
【００２２】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に光を照射してＧａ含有透明支持基板と中間層とを分離する際に、Ｇａ含有透明支持基板からＧａ含有透明支持基板と中間層との界面に金属Ｇａが析出する。この析出した金属Ｇａ層を利用することで、容易にＧａ含有透明支持基板と中間層とを分離することができる。
【００２３】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層の光熱変換層は、アモルファスシリコン層とすることができる。アモルファスシリコン層は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上でかつ融点が１２００℃以上であるため、光熱変換層として好適である。
【００２４】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層の第１の透明層および第２の透明層は、それぞれ独立に酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層とすることができる。酸化シリコン層および窒化シリコン層は、屈折率がそれぞれ約１．４８、約２．０と低いため、低屈折率層として好適である。また、酸化シリコン層および窒化シリコン層は、いずれも波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満でかつ融点が１２００℃以上であるため、第１および第２の透明層として好適である。
【００２５】
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、透明半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体層とすることができる。ＩＩＩ族窒化物半導体層は波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満であるため、照射光によるダメージを受けることなく、高品質の半導体デバイスが得られる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層で全反射することにより、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのを防止する半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は積層支持基板の作製工程を示し、（Ｂ）は積層貼り合わせ基板の作製工程を示し、（Ｃ）はエピ成長用積層支持基板の作製工程を示し、（Ｄ）はデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、（Ｅ）および（Ｆ）はデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、（Ｇ）およびは（Ｈ）は半導体デバイスの作製工程を示す。
【図２】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は二電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、（Ｂ）および（Ｃ）は二電極付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、（Ｄ）は二電極付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、（Ｅ）および（Ｆ）は半導体デバイスの作製工程を示す。
【図３】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法のさらに他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は一電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、（Ｂ）は一電極付のデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程を示し、（Ｃ）および（Ｄ）は一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、（Ｅ）は一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、（Ｆ）は半導体デバイスの作製工程を示す。
【図４】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法のさらに他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）はデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程を示し、（Ｂ）および（Ｃ）は支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、（Ｄ）は支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、（Ｅ）は半導体デバイスの作製工程を示す。
【図５】本発明の参考とされる半導体デバイスの製造方法におけるデバイス用積層支持基板への光照射の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法におけるデバイス用積層支持基板への光照射の一例を示す概略断面図である。
【図７】図６に示すデバイス用積層支持基板への光照射において、照射光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSと、中間層における透過率Ｔ、反射率Ｒおよび吸収率Ａとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板への光照射方法の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１〜図４を参照して、本発明のある実施形態である半導体デバイスの製造方法は、Ｇａ含有透明支持基板１０上に、光熱変換層２１と光熱変換層２１のＧａ含有透明支持基板１０と反対側に接触して配置されている第１の透明層２３ａとを含む中間層２０ａを形成して、積層支持基板１を作製する工程を備える（図１（Ａ））。また、積層支持基板１の中間層２０ａにＧａＮ基板３０を貼り合わせて、積層貼り合わせ基板２を作製する工程を備える（図１（Ｂ））。また、積層貼り合わせ基板２のＧａＮ基板３０を、中間層２０との貼り合わせ面から所定の深さの面Ｐにおいて分離することにより、積層支持基板１の中間層２０上にＧａＮ層３０ａが形成されたエピ成長用積層支持基板３を作製する工程を備える（図１（Ｃ））。また、エピ成長用積層支持基板３のＧａＮ層３０ａ上に少なくとも１層の透明半導体層４０をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板４を作製する工程を備える（図１（Ｄ）、図２（Ａ）、図３（Ａ）および（Ｂ）、ならびに図４（Ａ））。また、デバイス用積層支持基板４に、Ｇａ含有透明支持基板１０およびＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層２１が吸収しうる波長の光Ｌを、第１の透明層２３で全反射するように照射して、Ｇａ含有透明支持基板１０と中間層２０とを分離することにより、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａと中間層２０とを含むデバイス用積層ウエハ５を作製する工程を備える（図１（Ｅ）および（Ｆ）、図２（Ｂ）および（Ｃ）、図３（Ｃ）および（Ｄ）、ならびに図４（Ｂ）および（Ｃ））。また、デバイス用積層ウエハ５から中間層２０を除去して透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａとを含む透明半導体層積層ウエハ６を含む半導体デバイス７を作製する工程を備える（図１（Ｇ）および（Ｈ）、図２（Ｄ）〜（Ｆ）、図３（Ｅ）および（Ｆ）、ならびに図４（Ｄ）および（Ｅ））。
【００２９】
本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、上記の工程を備えることにより、デバイス用積層支持基板４に照射される光について、Ｇａ含有透明支持基板１０とＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０との間に形成される中間層２０の光熱変換層２１で吸収されない光を中間層２０の第１の透明層２３で全反射させることにより、中間層２０の光熱変換層２１で吸収されない光がＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０に透過するのを防止して、高品質のＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０を有する高品質の半導体デバイス７を製造することができる。
【００３０】
（積層支持基板の作製工程）
図１（Ａ）を参照して、積層支持基板１の作製工程は、Ｇａ含有透明支持基板１０上に、光熱変換層２１と光熱変換層２１のＧａ含有透明支持基板１０と反対側に接触して配置されている第１の透明層２３ａとを含む中間層２０ａを形成することにより行われる。
【００３１】
Ｇａ含有透明支持基板１０上に中間層２０ａを形成する方法は、特に制限はなく、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法、スパッタ法、真空蒸着法などが用いられる。
【００３２】
本工程により得られる積層支持基板１は、本基板に照射される光が光熱変換層２１に吸収されることにより、光熱変換層２１を含む中間層２０ａは熱が蓄えられて高温となり、この熱によりＧａ含有透明支持基板１０の中間層２０ａに接する面が分解されて、中間層２０ａとＧａ含有透明支持基板１０とに分離することができる。
【００３３】
中間層２０ａは、上記光熱変換層２１を含むため、上記のように高温となる。また、透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる際に、８００℃以上、場合によっては１１００℃付近の高温に曝される。これらの理由から、光熱変換層２１を含む中間層２０ａは高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。
【００３４】
また、中間層２０ａは、上記の光熱変換層２１に加えて、上記光熱変換層２１のＧａ含有透明支持基板１０と反対側に接触して配置されている第１の透明層２３と含む。本実施形態の半導体デバイスの製造方法においては、本基板に照射される光を光熱変換層２１に吸収させて光熱変換層２１を含む中間層２０ａに熱を蓄えて高温とすることにより、Ｇａ含有透明支持基板１０の中間層２０ａに接する面を分解させて、中間層２０ａとＧａ含有透明支持基板１０とに分離するとともに、本基板に照射される光のうち光熱変換層２１に吸収されない光を中間層の第１の透明層で全反射させることを特徴とする。
【００３５】
さらに、中間層は、上記の光熱変換層２１および第１の透明層２３ａに加えて、第２の透明層２５を含むことができる。
【００３６】
たとえば、中間層２０ａは、Ｇａ含有透明支持基板１０側から順に、第２の透明層２５、光熱変換層２１、および第１の透明層２３ａを含む。なお、第１の透明層２３ａは、後工程（図１（Ｂ））においてＧａＮ基板３０と貼り合わされて、第１の透明層２３としてＧａＮ基板３０と光熱変換層２１との間にかつ光熱変換層２１に接触して位置することになる。
【００３７】
ここで、第１の透明層２３ａ，２３および第２の透明層２５は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上未満であることが好ましく、たとえば、酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層のいずれかであることが好ましい。光熱変換層２１は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上であることが好ましく、たとえば、アモルファスシリコン層であることが好ましい。
【００３８】
Ｇａ含有透明支持基板１０は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上未満であることが好ましく、たとえば、ＧａＮ支持基板であることが好ましい。
【００３９】
（積層貼り合わせ基板の作製工程）
図１（Ｂ）を参照して、積層貼り合わせ基板２の作製工程は、積層支持基板１の中間層２０ａにＧａＮ基板３０を貼り合わせることにより行われる。ここで、積層支持基板１の中間層２０ａにＧａＮ基板３０を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせ、その後７００℃〜１０００℃に昇温して接合する直接接合法、金属膜を形成し、接触させつつ昇温することで金属膜の金属を合金化させることにより接合する合金接合法、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表面活性化法、などが好ましく用いられる。
【００４０】
また、ＧａＮ基板３０の貼り合わせ面には、光Ｌの照射時に光熱変換層からＧａＮ基板３０に伝わる熱を低減するとともに接合強度を高める観点から、積層支持基板１の中間層２０ａの最外層と化学的に同じ材質の層が形成されていることが好ましい。たとえば、積層支持基板１の中間層２０ａの最外層が第１の透明層２３ａである場合には、かかる第１の透明層２３ａと化学的に同一の材質の層である第１の透明層２３ｂがＧａＮ基板３０の貼り合わせ面に形成されていることが好ましい。ＧａＮ基板３０の第１の透明層２３ｂを、積層支持基板１の中間層２０ａの第１の透明層２３ａに貼り合わせることにより、光熱変換層２１とＧａＮ基板３０との間にかつ光熱変換層２１に接触して第１の透明層２３が形成される。こうして、光熱変換層２１と、光熱変換層２１とＧａＮ基板３０との間にかつ光熱変換層２１に接触して配置される第１の透明層２３と、光熱変換層２１とＧａ含有透明支持基板１０との間にかつ光熱変換層２１に接触して配置される第２の透明層２５と、を含む中間層２０が形成される。
【００４１】
（エピ成長用積層支持基板の作製工程）
図１（Ｃ）を参照して、エピ成長用積層支持基板３の作製工程は、積層貼り合わせ基板２のＧａＮ基板３０を、中間層２０との貼り合わせ面から所定の深さの面Ｐにおいて分離することにより行われる。かかる工程により、積層支持基板１の中間層２０上にＧａＮ層３０ａが形成されたエピ成長用積層支持基板３が得られる。
【００４２】
ＧａＮ基板３０を中間層２０との貼り合わせ面から所定の深さの面Ｐにおいて分離する方法には、特に制限はなく、ＧａＮ基板３０を上記の面Ｐにおいて切断する方法や、積層支持基板１に脆弱領域を形成させるため、積層支持基板１に貼り合わせる前に上記面Ｐにイオンを注入したＧａＮ基板３０を積層支持基板１に貼り合わせた後、熱および／または応力を加えることにより、イオン注入により脆化された面Ｐにおいて分離する方法、などが用いられる。かかる方法により、積層支持基板１の中間層２０上に厚さ０．０５μｍ〜１００μｍのＧａＮ層３０ａを形成することができる。
【００４３】
ここで、Ｇａ含有透明支持基板１０は、エピタキシャル成長やアニール処理時においてＧａＮ層３０ａにクラックなどを発生させない観点から、その熱膨張係数がＧａＮ層３０ａの熱膨張係数と同一または近似していることが好ましく、ＧａＮ層３０ａの主表面の面方位と同一の面方位の主表面を有するＧａＮ支持基板であることが特に好ましい。
【００４４】
（デバイス用積層支持基板の作製工程）
図１（Ｄ）を参照して、デバイス用積層支持基板４の作製工程は、エピ成長用積層支持基板３のＧａＮ層３０ａ上に少なくとも１層の透明半導体層４０をエピタキシャル成長させることにより行われる。
【００４５】
ここで、熱膨張係数がＧａＮ層３０ａの熱膨張係数と同一または近似するＧａＮ含有透明支持基板１０を用いることにより、エピタキシャル成長やアニール処理時においてクラックなどを発生させることなく、高品質の少なくとも１層の透明半導体層４０を形成することができる。かかる観点から、Ｇａ含有透明支持基板１０は、たとえばＧａＮ層３０ａの主表面の面方位と同一の面方位の主表面を有するＧａＮ支持基板であることが好ましい。
【００４６】
エピ成長用積層支持基板３のＧａＮ層３０ａ上に少なくとも１層の透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる方法には、特に制限はないが、高品質の透明半導体層を成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法などの気相法などが好ましく用いられる。
【００４７】
エピ成長用積層支持基板３上にエピタキシャル成長させる少なくとも１層の透明半導体層４０は、クラックなどを発生させることなく高品質の透明半導体層４０を成長させる観点から、ＧａＮ層３０ａと格子定数が同一または近似しており、また、ＧａＮ層３０ａおよびＧａ含有透明支持基板１０と熱膨張係数が同一または近似していることが好ましい。また、透明半導体層４０は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満であることが好ましい。また、中間層を透過した照射光を吸収しないという観点から、透明半導体層４０は、デバイス用積層支持基板４に照射される光よりも短波長でかつ波長３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下のピーク波長を有する光を放出する発光層４５を含むことが好ましい。これらの観点から、透明半導体層４０は、たとえば、ＩＩＩ族窒化物半導体層であることが好ましい。
【００４８】
（デバイス用積層ウエハの作製工程）
図１（Ｅ）および（Ｆ）、図２（Ｂ）および（Ｃ）、図３（Ｃ）および（Ｄ）、ならびに図４（Ｂ）および（Ｃ）を参照して、デバイス用積層ウエハ５の作製工程は、デバイス用積層支持基板４に、Ｇａ含有透明支持基板１０およびＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光Ｌを、第１の透明層２３で全反射するように照射して、Ｇａ含有透明支持基板１０と中間層２０とを分離することにより行われる。かかる工程により、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａと中間層２０とを含むデバイス用積層ウエハ５が得られる。ここで、図１（Ｅ）、図２（Ｂ）、図３（Ｃ）、および図４（Ｂ）に示すように、光Ｌは、デバイス用積層支持基板４のＧａ含有透明支持基板１０側から照射される。
【００４９】
本工程において、デバイス用積層支持基板４に照射された光は、中間層２０の光熱変換層２１で吸収され熱に変換される。この熱により、Ｇａ含有透明支持基板１０の中間層２０に接する面が分解されて、デバイス用積層支持基板４はＧａ含有透明支持基板１０と中間層２０との間で分離される。こうして、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａと中間層２０とを含むデバイス用積層ウエハ５が得られる。
【００５０】
ここで、図５を参照して、本工程において、Ｇａ含有透明支持基板１０、第２の透明層２５、光熱変換層２１および第１の透明層２３を含む中間層２０、ならびにＧａＮ層３０ａがこの順に形成されたデバイス用積層支持基板４に、Ｇａ含有透明支持基板１０側から光Ｌを照射すると、光Ｌの大部分は光熱変換層２１で吸収されるが、光熱変換層２１で吸収されなかった光は、第１の透明層２３で反射されない限り、透明半導体層４０に透過する。このとき、透明半導体層４０に電極（ｐ−電極８０）、接着剤５１および接着層のいずれか、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどが形成され、これらが光Ｌを吸収する材料で形成されている場合には、電極（ｐ−電極８０）、接着剤５１および接着層のいずれか、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどの光吸収により発生する熱により、透明半導体層４０およびＧａＮ層３０ａがダメージを受けて、半導体デバイス７の品質および特性が低下するおそれがある。
【００５１】
これに対して、図６を参照して、本工程においては、上記波長の光を、Ｇａ含有透明支持基板１０側から中間層２０の光熱変換層２１を通過して第１の透明層２３で全反射するように、すなわち、デバイス用積層支持基板４に照射された光Ｌのうち光熱変換層２１に吸収されなかった光が第１の透明層２３で全反射するように、デバイス用積層支持基板４に照射する。このため、中間層の光熱変換層で吸収されない光が透明半導体層４０、電極（ｐ−電極８０）、接着剤５１および接着層のいずれか、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどに透過するのを防止して、高品質の透明半導体層４０およびＧａＮ層３０ａを有する高品質で高特性の半導体デバイス７を製造することができる。
【００５２】
ここで、第１の透明層２３で全反射するように光を照射するための照射光のＧａ含有透明支持基板１０内における伝播角θSは、中間層２０の構造によって異なるが、たとえば、以下のようにして算出される。なお、照射光の各基板内または各層内における伝播角は、各層の主面の法線方向と各層における照射光の進行方向とのなす角と定義される。
【００５３】
図６を参照して、Ｇａ含有透明支持基板１０である厚さ４００μｍのＧａＮ支持基板に接して、中間層２０としての厚さ１０ｎｍのＳｉＯ2層（第２の透明層２５）、厚さ６０ｎｍのアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）および厚さ３２５ｎｍのＳｉＯ2層（第１の透明層２３）がこの順に配置され、さらにＧａＮ層３０ａとしての厚さ２００ｎｍのＧａＮ層、および透明半導体層４０として厚さ３０００ｎｍのＧａＮ層が配置されているデバイス用積層支持基板４を考える。
【００５４】
上記デバイス用積層支持基板４において、上記のＧａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０を形成するＧａＮの屈折率は２．５で消衰係数は０である。上記の第１の透明層２３および第２の透明層２５を形成するＳｉＯ2の屈折率は１．４８であり消衰係数は０である。上記の光熱変換層２１を形成するアモルファスシリコンの屈折率は４．０で消衰係数は０．２５である。ここで、消衰係数κと光吸収係数αとの間には、その光の真空中における波長λ0を用いて以下の式（ｉ）
α＝４πκ／λ0 （ｉ）
の関係がある。上記のデバイス用積層支持基板の層構造ならびに各層の材質、厚さ、屈折率および光吸収係数を表１にまとめる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
図７に、上記デバイス用積層支持基板４のＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）側から光Ｌを照射するときの照射光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSと、照射光の中間層２０における吸収率Ａ（主に光熱変換層２１における吸収率）、反射率Ｒ（主に第１の透明層２３の反射率）および透過率Ｔとの関係を示す。ここで、吸収率Ａ、反射率Ｒおよび透過率Ｔとの間には、以下の式（ｉｉ）
Ａ＋Ｒ＋Ｔ＝１ （ｉｉ）
の関係がある。
【００５７】
図７を参照して、上記の構造を有するデバイス用積層支持基板４については、照射光のＧａ含有透明支持基板基板内における伝播角θSが４０°以上になると、照射光の中間層における透過率Ｔが０であり、このＴ＝０を上記の式（ｉｉ）に代入するとＲ＝１−Ａとなり、このことは、照射光のうち中間層２０（特に光熱変換層２１）で吸収されない光が全反射されていることを意味する。ここで、デバイス用積層支持基板４の中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０とを効率的に分離する観点から、照射光の中間層２０（特に光熱変換層２１）における吸収率Ａは大きいことが好ましい。したがって、上記の構造を有するデバイス用積層支持基板４においては、照射光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSが４０°または４０°より大きな近傍の角であることが好ましい。
【００５８】
さらに、本工程において、デバイス用積層支持基板４に照射された光Ｌのうち光熱変換層２１に吸収されない光を第１の透明層２３で確実に全反射させるために、以下の条件を満たすことが好ましい。
【００５９】
（Ｉ）光伝播角変換装置の使用
図１（Ｅ）、図２（Ｂ）、図３（Ｃ）、図４（Ｂ）、および図６を参照して、照射光が中間層の第１の透明層で全反射するのに適した照射光のＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSになるように、デバイス用積層支持基板のＧａ含有透明支持基板側に光Ｌを照射するために、光伝播角変換装置１５０を用いることが好ましい。かかる光伝播角変換装置１５０は、特に制限はないが、光伝播角を容易に変換する観点から、プリズム、グレーティングが好ましい。
【００６０】
光伝播角変換装置１５０がプリズムである場合は、そのプリズムは、第１の透明層２３より屈折率が高い材料で形成されていることが好ましい。ここで、プリズム（光伝播角変換装置１５０）の屈折率ｎP、照射光のプリズム内における伝播角θP、第１の透明層２３の屈折率ｎ1、照射光の第１の透明層２３内における伝播角θ1とは、スネルの法則により、以下の式（ｉｉｉ）
ｎPｓｉｎθP＝ｎ1ｓｉｎθ1 （ｉｉｉ）
の関係がある。ここで、照射光は第１の透明層２３で全反射することから、その臨界値はθ1＝９０°からｓｉｎθ1＝１であり、これを上記の式（ｉｉｉ）に代入して、
ｎPｓｉｎθP＝ｎ1 （ｉｖ）
さらに、０＜ｓｉｎθP＜１を上記の式（ｉｖ）に代入すると、
ｎP＞ｎ1 （ｖ）
上記の式（ｖ）は、プリズム（光伝播角変換装置１５０）の屈折率ｎPは第１の透明層の屈折率ｎ1より高いことを示す。
【００６１】
また、中間層に入射する光を第１の透明層で確実に全反射させる観点から、上記の照射光のＧａ含有透明支持基板１０内における伝播角θSは、Ｇａ含有透明支持基板の屈折率ｎS、第１の透明層の屈折率ｎ1およびプリズムの屈折率ｎPを用いて、以下の式（ｖｉ）
ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎS）＜θS＜ｓｉｎ-1（ｎP／ｎS） （ｖｉ）
の関係を満たすことが好ましい。式（ｖｉ）の左辺の不等式は、中間層に入射した光が第１の透明層で全反射されるための条件である。式（ｖｉ）の右辺の不等式は、プリズム中を伝播した光がＧａ含有透明支持基板に入射する状態であれば自動的に満たされる条件である。
【００６２】
したがって、上記の式（ｖｉ）によって、照射光のＧａ含有透明支持基板１０内における伝播角θSが決まれば、照射光のプリズム（光伝播角変換装置１５０）内における伝播角θPは、Ｇａ含有透明支持基板１０の屈折率ｎSおよびプリズム（光伝播角変換装置１５０）の屈折率ｎPを用いて、スネルの法則である以下の式（ｖｉｉ）
θP＝ｓｉｎ-1（ｎSｓｉｎθS／ｎP） （ｖｉｉ）
により算出できる。
【００６３】
たとえば、Ｇａ含有透明支持基板１０をＧａＮ支持基板（ｎS＝２．５）とし、第１の透明層をＳｉＯ2層（ｎ1＝１．４８）とし、プリズム（光伝播角変換装置１５０）をｎP＝２．０の高屈折率ガラスとすると、上記の式（ｖｉ）から、３６．９°＜θS＜５３．１°が得られる。ここで、上記の式（ｖｉｉ）において、θS＝４０．０°とすると、θP＝５３．５°と決定することができる。
【００６４】
（ＩＩ）第１の透明層の最適化
第１の透明層２３は、Ｇａ含有透明支持基板１０よりも屈折率の低い材料で形成されていることが好ましい。ここで、Ｇａ含有透明支持基板１０の屈折率ｎS、照射光のＧａ含有透明支持基板１０内における伝播角θS、第１の透明層２３の屈折率ｎ1、照射光の第１の透明層２３内における伝播角θ1とは、スネルの法則により、以下の式（ｖｉｉｉ）
ｎSｓｉｎθS＝ｎ1ｓｉｎθ1 （ｖｉｉｉ）
の関係がある。ここで、照射光は第１の透明層２３で全反射することから、その臨界値はθ1＝９０°からｓｉｎθ1＝１であり、これを上記の式（ｖｉｉｉ）に代入して、
ｎSｓｉｎθS＝ｎ1 （ｉｘ）
さらに、０＜ｓｉｎθS＜１を上記の式（ｉｘ）に代入すると、
ｎS＞ｎ1 （ｘ）
上記の式（ｘ）は、第１の透明層の屈折率ｎ1はＧａ含有透明支持基板の屈折率ｎSより低いことを示す。
【００６５】
また、照射光のエバネッセント波が中間層２０を越えて透明半導体層４０に結合しないようにする観点から、第１の透明層２３の厚さｄ1は、照射光の真空中における波長λ0、第１の透明層の屈折率ｎ1を用いて、以下の式（ｘｉ）
ｄ1＞０．５×λ0／ｎ1 （ｘｉ）
の関係を満たすことが好ましい。
【００６６】
（ＩＩＩ）第２の透明層の最適化
照射光が第２の透明層２５を透過して光熱変換層２１で十分吸収させる観点から、第２の透明層２５の厚さｄ2は、照射光の真空中における波長λ0、第２の透明層の屈折率ｎ2を用いて、以下の式（ｘｉｉ）
ｄ2＜０．２５×λ0／ｎ2 （ｘｉｉ）
の関係を満たすことが好ましい。
【００６７】
上記のように、本工程においては、中間層の光熱変換層で吸収されない光は第１の透明層２３で全反射されて透明半導体層４０に透過するのが防止される。しかし、仮に、中間層の光熱変換層で吸収されない光が透明半導体層４０に透過しても、デバイス用積層支持基板４に照射される光の光子１個あたりのエネルギーは、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーよりも低いため、中間層の光熱変換層で吸収されない光が、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０では光が吸収されずに透過する。これにより、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０では不要な光吸収に伴い発生する熱を起因とするダメージを回避できる。
【００６８】
デバイス用積層支持基板４に照射される光は、その波長がＧａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長ければ特に制限はないが、比較的低い投入エネルギーで効率よくＧａ含有透明支持基板１０と中間層２０とを分離するためには、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光であることが好ましく、たとえば波長８０８ｎｍの半導体レーザで励起された波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光（ここで、Ｎｄ：ＹＡＧとは、Ｎｄ（ネオジム）を添加したＹ（イットリウム）・Ａ（アルミニウム）・Ｇ（ガーネット）により形成される結晶をいう）またはＮｄ：ＹＶＯ4レーザ光（ここで、Ｎｄ：ＹＶＯ4とは、Ｎｄ（ネオジム）を添加したＹ（イットリウム）・Ｖ（バナジウム）・Ｏ4（オキサイド）またはＹ（イットリウム）・ＶＯ4（バナデート））により形成される結晶をいう）をＬｉＢ3Ｏ5のなどのいわゆるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；第２高調波）結晶で変換した波長５３２ｎｍのレーザ光が好ましく用いられる。この波長の光は、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０を構成し得る、たとえば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物や、第１の透明層２３および第２の透明層２５を構成し得るたとえば酸化シリコンまたは窒化シリコンには吸収されないが、光熱変換層２１を構成し得るたとえばアモルファスシリコンには好適に吸収される。
【００６９】
ここで、Ｇａ含有透明支持基板１０としてＧａＮ支持基板を用いる場合は、上記光Ｌの照射により、ＧａＮ支持基板において中間層に接する面が金属Ｇａと窒素（Ｎ2）ガスに分解され、ＧａＮ支持基板と中間層との間に金属Ｇａが析出する。金属Ｇａは２９．８℃で融解するため、この温度以上に加熱されることにより、ＧａＮ支持基板と中間層とが分離される。
【００７０】
デバイス用積層支持基板４においては、ＧａＮ層３０ａ上に高品質の透明半導体層４０を形成させる観点から、Ｇａ含有透明支持基板１０はＧａＮ支持基板であり、透明半導体層４０はＩＩＩ族窒化物半導体層であることが好ましい。かかる場合においては、ＧａＮ層３０ａ、ＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）およびＩＩＩ族窒化物半導体層（透明半導体層４０）は、通常波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満である。したがって、ＧａＮ支持基板と中間層との分離のために、デバイス用積層支持基板４に照射される光は、ＧａＮ層３０ａ、ＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）およびＩＩＩ族窒化物半導体層（透明半導体層４０）に与えるダメージを低減する観点から、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光であることが好ましい。
【００７１】
中間層２０は、Ｇａ含有透明支持基板１０と中間層２０との間の分離に際して高温となる。また、透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる際に、８００℃以上、場合によっては１１００℃付近の高温に曝される。これらの理由から、中間層２０は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。すなわち、光熱変換層２１は、高い耐熱性を有していることが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。また、デバイス用積層支持基板４に照射される光が波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満のレーザ光である場合は、光熱変換層２１は、その波長域の光を効率よく吸収することが好ましいため、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上であることが好ましい。以上の要件を満たす材料からなる層として、光熱変換層２１は、たとえばアモルファスシリコン層であることが好ましい。
【００７２】
デバイス用積層支持基板４において、光熱変換層２１を含む中間層２０は、Ｇａ含有透明支持基板１０およびＧａＮ層３０ａに接している。このため、上記の光Ｌの照射により、光熱変換層２１が加熱されて高温になると、その熱がＧａ含有透明支持基板１０だけでなく、ＧａＮ層３０ａおよびＧａＮ層３０ａに接している透明半導体層４０にも伝わり、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０にもダメージを与えるおそれがある。このようなＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０に与えるダメージを低減し、また中間層２０とＧａＮ層３０ａとの接合は保持しつつ中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との間で確実に分離するため、中間層２０は、中間層２０の光熱変換層２１とＧａＮ層３０ａとの間に配置される第１の透明層２３をさらに含むことが好ましい。また、第１の透明層２３は、光熱変換層２１中の原子（たとえばアモルファスシリコン層中のＳｉ原子）のマイグレーションによるＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０への原子拡散および、光照射時のＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０へ与えられるダメージを低減するとともに中間層２０とＧａＮ層３０ａとの接合強度も高める。
【００７３】
かかる第１の透明層２３は、特に制限はないが、不要な光吸収に伴う発熱によるＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０への熱ダメージおよび／または熱に伴う膨張による応力ダメージを生じさせないために、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０と同様の透明性、すなわち波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満であることが好ましい。また、第１の透明層２３は、上記のように高温となる光熱変換層２１に接する。また、透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる際に、８００℃以上、場合によっては１１００℃付近の高温に曝される。これらの理由から、第１の透明層２３は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。上記の要件を満たす材料として 、第１の透明層は、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかであることが特に好ましい。
【００７４】
また、光熱変換層２１中の原子（たとえばアモルファスシリコン層中のＳｉ原子）のマイグレーションによる原子拡散を抑制するとともに中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との接合強度を高める観点から、中間層２０は、中間層２０の光熱変換層２１とＧａ含有透明支持基板１０との間に配置される第２の透明層２５をさらに含むことが好ましい。
【００７５】
かかる第２の透明層２５は、特に制限はないが、不要な光吸収に伴う発熱によるＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０への熱ダメージおよび／または熱に伴う膨張による応力ダメージを生じさせないために、Ｇａ含有透明支持基板１０、ＧａＮ層３０ａおよび透明半導体層４０と同様の透明性、すなわち波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光に対する光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1未満であることが好ましい。また、第２の透明層２５は、上記のように高温となる光熱変換層２１に接する。また、透明半導体層４０をエピタキシャル成長させる際に、８００℃以上、場合によっては１１００℃付近の高温に曝される。これらの理由から、第２の透明層２５は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば１２００℃以上の融点を有することが好ましい。上記の要件を満たす材料として 、第２の透明層は、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかであることが特に好ましい。
【００７６】
第１の透明層２３および第２の透明層２５の両方が存在する場合、第１の透明層２３の厚さは第２の透明層２５の厚さに比べて大きいことが好ましい。これにより、中間層２０とＧａ含有Ｇａ含有透明支持基板１０との貼り合わせ面の温度を、中間層２０とＧａＮ層３０ａとの貼り合わせ面の温度より高くできる。これを利用して、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との貼り合わせ面の温度を金属Ｇａが形成可能な温度以上に、中間層２０とＧａＮ層３０ａとの貼り合わせ面の温度を金属Ｇａが形成可能な温度未満にすることで、中間層２０とＧａＮ層３０ａの貼り合わせ面には金属Ｇａを形成させずに、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との貼り合わせ面にのみ金属Ｇａ６０を形成することができる。このようにして、デバイス用積層支持基板４の中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０との貼り合わせ面を選択的に分離することにより、デバイス用積層ウエハ５を形成できる。
【００７７】
こうして、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａとを含むデバイス用積層ウエハ５が得られる。ここで、デバイス用積層ウエハ５は、Ｇａ含有透明支持基板１０の分離の際に、Ｇａ含有透明支持基板１０と中間層２０と界面に形成される金属Ｇａ６０を中間層２０の表面に有する。
【００７８】
ここで、本工程で得られるデバイス用積層ウエハ５および次工程で得られる透明半導体層積層ウエハ６（ＧａＮ層３０ａと透明半導体層４０との積層ウエハをいう。以下同じ。）は機械強度が極めて低い。
【００７９】
そこで、図１（Ｅ）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）および（Ｃ）、ならびに図４（Ａ）および（Ｂ）を参照して、得られるデバイス用積層ウエハ５および透明半導体層積層ウエハ６の機械強度を補強するため、本工程の前に、仮支持基板５０または透明半導体層積層ウエハ支持基板７０をデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に貼り合わせることが好ましい。このような仮支持基板５０または透明半導体層積層ウエハ支持基板７０の貼り合わせにおいては、接着剤５１または導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５が用いられる。また、作製する半導体デバイスの構造によっては、デバイス用積層支持基板４からデバイス用積層ウエハ５を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０上に電極（たとえばｐ−電極８０など）が形成される。
【００８０】
上記のように、上記光が照射される前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に、電極（ｐ−電極８０など）、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれか、ならびに仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかのうち少なくともいずれかが配置される場合において、デバイス用積層支持基板４のＧａ含有透明支持基板１０側から上記光を照射すると、照射された上記光のうち中間層２０の光熱変換層２１で吸収されなかった光は、もし第１の透明層２３で全反射されないとき、透明半導体層４０を透過して、電極（ｐ−電極８０など）、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれか、ならびに仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかに達する。
【００８１】
このとき、透明半導体層４０を透過して、電極（ｐ−電極８０など）、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれか、ならびに仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかの少なくともいずれかが上記光を吸収する材料で形成されていると、これらの光吸収によって発生した熱により、透明半導体層４０の品質を低下させるおそれがある。
【００８２】
たとえば、図２（Ａ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に電極（ｐ−電極８０、ｎ−電極９０）が形成され、図３（Ａ）においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に電極（ｐ−電極８０）が形成される。ここで、電極を形成する材料が、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、酸化スズ（ＳｎＯ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を電極が吸収して熱を発生するため、上記のおそれがある。
【００８３】
すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層２０の光熱変換層２１に吸収されかつ中間層２０の第１の透明層２３で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板４に照射することにより、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層２０を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板４を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ５を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に電極を形成する工程をさらに備え、電極がデバイス用積層支持基板４に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
【００８４】
また、図１（Ｅ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に仮支持基板５０を貼り合わせるための接着剤５１が配置され、図２（Ｂ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０およびその上に形成された電極（ｐ−電極８０、ｎ−電極９０）に仮支持基板５０を貼り合わせるための接着剤５１が配置され、図３（Ｂ）および（Ｃ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に形成された電極（ｐ−電極８０）に透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせるための接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）が形成され、図４（Ａ）および（Ｂ）においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０に透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせるための接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）が形成される。ここで、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれかが、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、インジウム（Ｉｎ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。
【００８５】
すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層２０の光熱変換層２１に吸収されかつ中間層２０の第１の透明層２３で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板４に照射することにより、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層２０を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板４を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ５を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれかを形成する工程をさらに備え、接着剤５１および接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）のいずれかがデバイス用積層支持基板４に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
【００８６】
また、図１（Ｅ）および図２（Ｂ）においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に接着剤５１を介在させて仮支持基板５０が配置され、図３（Ｃ）および図４（Ｂ）においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）を介在させて透明半導体層積層ウエハ支持基板７０が配置される。ここで、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかが、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ダイヤモンドおよび窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。
【００８７】
すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層２０の光熱変換層２１に吸収されかつ中間層２０の第１の透明層２３で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板４に照射することにより、中間層２０とＧａ含有透明支持基板１０とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層２０を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板４を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ５を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかを配置する工程をさらに備え、仮支持基板５０および透明半導体層積層ウエハ支持基板７０のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
【００８８】
上記の仮支持基板５０は、後の工程において、デバイス用積層支持基板４からＧａ含有透明支持基板１０が分離されてデバイス用積層ウエハ５が形成され（図１（Ｅ）および（Ｆ）ならびに図２（Ｂ）および（Ｃ））、次いでデバイス用積層ウエハ５から金属Ｇａ６０および中間層２０が分離除去されて透明半導体層積層ウエハ６が形成され（図１（Ｇ）および図２（Ｄ））、次いで透明半導体層積層ウエハ６のＧａＮ層３０ａに透明半導体層積層ウエハ支持基板７０が貼り合わされて透明半導体層４０が機械強度的に支持された後に、除去される（図１（Ｈ）ならびに図２（Ｅ）および（Ｆ））。
【００８９】
また、図３（Ｂ）および図４（Ａ）を参照して、本工程の前に、上記仮支持基板に替えて、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０をデバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０側に貼り合わせることができる。かかる場合には、後の工程において、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０が貼り合わされたデバイス用積層支持基板４からＧａ含有透明支持基板１０が分離されて支持基板が貼り合わされたデバイス用積層ウエハ５が形成され（図３（Ｃ）および（Ｄ）ならびに図４（Ｂ）および（Ｃ））、次いで支持基板付が貼り合わされたデバイス用積層ウエハ５から金属Ｇａ６０および中間層２０が分離除去されて支持基板が貼り合わされた透明半導体層積層ウエハ６が形成され（図３（Ｅ）および図４（Ｄ））、次いで支持基板が貼り合わされた透明半導体層積層ウエハ６に電極などが形成されて半導体デバイス７（図３（Ｆ）および図４（Ｅ））が得られる。すなわち、仮支持基板に替えて、透明半導体層積層ウエハ支持基板をデバイス用積層支持基板の透明半導体層に貼り合わせる場合は、仮支持基板を貼り合わせる工程およびそれを除去する工程を必要としない。
【００９０】
（透明半導体層積層ウエハの作製工程）
図１（Ｇ）、図２（Ｄ）、図３（Ｅ）および図４（Ｄ）を参照して、透明半導体層積層ウエハ６の作製工程は、デバイス用積層ウエハ５から中間層２０を除去することにより行われる。かかる工程により、透明半導体層４０とＧａＮ層３０ａとを含む透明半導体層積層ウエハ６が得られる。デバイス用積層ウエハ５から中間層２０を除去する方法は、特に制限はなく、半導体プロセスで一般的に用いられるウェットエッチング、ドライエッチングなどの方法を利用できる。
【００９１】
（半導体デバイスの作製工程）
図１（Ｈ）ならびに図２（Ｅ）および（Ｆ）を参照して、半導体デバイス７の作製工程は、透明半導体層積層ウエハ６に透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせることにより行われる。
【００９２】
また、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、半導体デバイス７の作製工程は、透明半導体層積層ウエハ６に電極（ｎ−電極９０）を形成することにより行われる。
【００９３】
透明半導体層積層ウエハ６に透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせ、その後７００℃〜１０００℃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。
【００９４】
ここで、図１（Ｈ）、図２（Ｆ）、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、本半導体デバイス７においては、透明半導体層４０が波長３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下のピーク波長を有する光を放出する発光層４５を含む場合は、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０は、波長が３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光に対する光吸収係数が１×１０4ｃｍ-1未満であることが好ましい。これにより内部吸収を低減し、光取り出し効率の高い半導体光デバイスを作製できる。かかる観点から、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０は、たとえば、サファイア、スピネル、石英、窒化アルミニウム、ダイヤモンドおよびガラスからなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００９５】
また、図１（Ｈ）、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、本半導体デバイス７においては、デバイスに積層方向の導電性を具備させる目的で、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０は、比抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性を有することが好ましい。デバイスに積層方向の導電性を具備させることができれば、半導体デバイス７はたとえば図３（Ｆ）および図４（Ｅ）に示すようにその両主面にそれぞれｐ−電極８０とｎ−電極９０を形成できる。これにより、両電極を一主面に形成しなければならない場合（たとえば、図２（Ｆ）参照）に比べて、透明半導体層４０の一部を除去する必要がなくなるため、より広い面積をデバイスの動作（すなわち発光）に利用できるので、より輝度の高いデバイスが実現できる。透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を構成する材料としては、たとえば、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）および第１の金属からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。ここで、第１の金属とは、比抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性を有するものであれば特に制限はなく、たとえば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などが好ましく用いられる。
【００９６】
また、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、本半導体デバイス７においては、デバイスの導電性を高くするとともに透明半導体層積層ウエハ支持基板７０と電極（ｐ−電極８０）または透明半導体層４０との間の接着性を高くする観点から、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０と透明半導体層４０との間に配置され、第２の金属および導電性酸化物のいずれかを含む比抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５をさらに含むことが好ましい。ここで、第２の金属は、特に制限はないが、上記観点からたとえば、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびこれらの合金からなる群から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。また、導電性酸化物は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯ、ＳｎＯ2）、インジウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）およびアンチモンスズ酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。
【００９７】
また、図３（Ｆ）および図４（Ｅ）を参照して、本半導体デバイス７においては、透明半導体層４０が波長３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下のピーク波長を有する光を放出する発光層４５を含む場合は、透明半導体層積層ウエハ支持基板は、波長が３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光に対する光吸収係数が１×１０4ｃｍ-1未満であることが好ましい。これにより内部吸収を低減し、光取り出し効率の高い半導体光デバイスを作製できる。また、デバイスに積層方向の導電性を具備させる目的で、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０は、比抵抗が１０Ωｃｍ以下の導電性を有することが好ましい。デバイスに積層方向の導電性を具備させることができれば、半導体デバイス７は、たとえば図３（Ｆ）および図４（Ｅ）に示すように、それらの両主面にそれぞれｐ−電極８０とｎ−電極９０を形成できる。これにより、両電極を一主面に形成しなければならない場合（たとえば、図２（Ｆ）参照）に比べて、透明半導体層４０の一部を除去する必要がなくなるため、より広い面積をデバイスの動作（すなわち発光）に利用できるので、より輝度の高いデバイスが実現できる。透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を構成する材料としては、たとえば、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およびダイヤモンドからなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。
【実施例】
【００９８】
（実施例１）
１．積層支持基板の作製
図１（Ａ）を参照して、Ｇａ含有透明支持基板１０として、ＨＶＰＥ法により形成した直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さ５００μｍのＧａＮ支持基板を準備した。かかるＧａＮ支持基板は、一主表面が（０００１）面であるＧａ原子表面であり、他主表面が（０００−１）面であるＮ原子表面であり、両主表面が鏡面加工されていた。
【００９９】
このＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）のＧａ原子表面に、中間層２０として、プラズマＣＶＤ法により、厚さ１０ｎｍのＳｉＯ2層（第２の透明層２５）、厚さ６０ｎｍのアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）、および厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2層（第１の透明層２３ａ）を順に堆積させて、積層支持基板１を得た。プラズマＣＶＤの条件は、第１および第２のＳｉＯ2層の堆積においては、ＲＦが５０Ｗ、Ａｒガスにより８体積％に希釈されたＳｉＨ4ガスの流量が５０ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍは、標準状態に換算して１分間に１ｃｍ3のガスが流れる量をいう）、Ｎ2Ｏガス流量が４６０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が８０Ｐａ、ステージ温度が２５０℃であり、アモルファスシリコン層の堆積においては、ＲＦが５０Ｗ、Ａｒガスにより８体積％に希釈されたＳｉＨ4ガスの流量が２００ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が８０Ｐａ、ステージ温度が２５０℃であった。
【０１００】
また、ＧａＮ層３０ａを形成するためのＧａＮ基板３０として、ＨＶＰＥ法により形成した直径２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが５００μｍのＧａＮ基板を準備した。かかるＧａＮ基板３０は、一主表面が（０００１）面であるＧａ原子表面であり、他主表面が（０００−１）面であるＮ原子表面であり、両主表面が鏡面加工されていた。まず、ＧａＮ基板３０のＮ原子表面に、プラズマＣＶＤ法により、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2層（第１の透明層２３ｂ）を堆積させた。この二酸化シリコン層の堆積におけるプラズマＣＶＤの条件は、ＲＦが５０Ｗ、Ａｒガスにより８体積％に希釈されたＳｉＨ4ガスの流量が５０ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏガス流量が４６０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が８０Ｐａ、ステージ温度が２５０℃であった。次いで、ＧａＮ基板３０のＳｉＯ2層（第１の透明層２３ｂ）側から、水素イオンを注入した。水素イオンの注入条件は、加速電圧が５０ｋｅＶ、ドーズ量が７×１０17ｃｍ-2であった。こうして、水素イオンが注入されたＧａＮ基板３０は、そのＮ原子表面から約２００ｎｍの深さの面Ｐにドーズ量のピークがあった。このドーズ量はリファレンスとして同一バッチでイオン注入したＧａＮ基板のイオン注入側から、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）分析を深さ方向に対して実施することで測定した。
【０１０１】
上記で得られた積層支持基板１のＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）とＳｉＯ2層（第２の透明層２５）との密着性およびＧａＮ基板３０におけるＧａＮ基板３０とＳｉＯ2層（第１の透明層２３ｂ）との密着性を高めるために、窒素雰囲気中で７００℃〜１０００℃で１０分間アニールした後、両基板のＳｉＯ2層の主表面を洗浄した。具体的には、それぞれの主表面が数十ｎｍの深さまで研磨されて鏡面加工された両基板をドライエッチング装置に入れて、酸素（Ｏ2）ガスを原料としたプラズマに曝すことにより、ＳｉＯ2層の主表面を清浄にした。このときのプラズマ条件は、ＲＦが１００Ｗ、Ｏ2ガス流量が５０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が６．７Ｐａであった。
【０１０２】
２．積層貼り合わせ基板の作製工程
次に、図１（Ｂ）を参照して、上記の積層支持基板１の中間層２０のＳｉＯ2層（第１の透明層２３ａ）とＧａＮ基板３０に堆積させたＳｉＯ2層（第１の透明層２３ｂ）とを、積層支持基板１のＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）の一主表面（（０００１）面）の結晶方位とＧａＮ基板３０の一主表面（（０００１）面）の結晶方位が一致するように重ね合わせて、プレス装置(ウエハボンダ)で７ＭＰａ（２インチ基板当たり１４００ｋｇｆ）の荷重で押しつけることで、ＳｉＯ2層同士を接合させることにより、積層支持基板１とＧａＮ基板３０とを貼り合わせた。こうして得られた積層貼り合わせ基板２は、大気中で室温（２５℃）から３００℃まで３時間かけてゆっくりと昇温することにより、接合界面の接合強度が増した。ここで、積層貼り合わせ基板２において、中間層２０のアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）とＧａＮ基板との間に配置されるＳｉＯ2層（第１の透明層２３）の厚さは３２５ｎｍであった。
【０１０３】
３．エピ成長用積層支持基板の作製工程
次に、図１（Ｃ）を参照して、積層貼り合わせ基板２を５００℃に加熱して基板の主表面に対して斜めに応力をかけた。積層貼り合わせ基板２のＧａＮ基板３０において水素イオンが多く注入され脆化したＮ原子表面からの深さが約２００ｎｍの面Ｐにおいて熱応力がかかり、ＧａＮ基板３０は、上記の面Ｐにおいて、積層支持基板１の中間層２０に接合している厚さ２００ｎｍのＧａＮ層３０ａと残部ＧａＮ基板３０ｂとに分離した。こうして、積層支持基板１の中間層２０上に厚さ２００ｎｍのＧａＮ層３０ａが形成されたエピ成長用積層支持基板３が得られた。ここで、ＧａＮ層３０ａから分離した残部ＧａＮ基板３０ｂは、分離面の表面状態(平坦性など)を研磨などの手法で整えた後、何度も再利用できる。これにより最終的に半導体デバイス１枚あたりのコストを低減できる。
【０１０４】
４．デバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図１（Ｄ）を参照して、エピ成長用積層支持基板３のＧａＮ層３０ａ上に、ＭＯＣＶＤ法により、透明半導体層４０として、厚さ２μｍのＧａＮバッファ層４１、厚さ０．５μｍのｎ−ＧａＮ層４３、厚さ７０ｎｍの発光層４５である３対のＩｎＧａＮ層およびＧａＮ層からなる多重量子井戸層、厚さ８０ｎｍのｐ−ＧａＮ層４７をこの順に堆積させた。こうして、デバイス用積層支持基板４が得られた。
【０１０５】
ここで、上記のＭＯＣＶＤ法による透明半導体層４０のエピタキシャル成長においては、エピ成長用積層支持基板３の温度が１０００℃程度になった。また、エピ成長用積層支持基板３には、ＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）とＧａＮ層３０ａとの間に、中間層２０としてＳｉＯ2層（第１の透明層２３と第２の透明層２５）およびアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）が含まれ、かかるＳｉＯ2層およびアモルファスシリコン層は、ＧａＮ支持基板およびＧａＮ層３０ａと熱膨張係数が異なった。しかし、本実施例における中間層２０の総厚さは約４００ｎｍであり、エピタキシャル成長された透明半導体層４０は、Ｘ線回折法により分析したところ、ＧａＮ層３０ａとほぼ同じ格子定数が得られており高い品質を有していると言える。中間層２０の総厚さが１μｍ以下であれば、発生する応力が小さいため、エピタキシャル成長された透明半導体層４０の品質は高く維持される。次いで、得られたデバイス用積層支持基板４を、ＣＶＤ装置から取り出した後、全圧が１気圧で酸素が１６体積％の窒素／酸素雰囲気中７００℃でアニールした。
【０１０６】
５．二電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図２（Ａ）を参照して、以下のようにして、デバイス用積層支持基板４に二電極を形成した。デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０のｐ−ＧａＮ層４７上に、フォトリソグラフィ法によりｐ−電極用レジストマスク（図示せず）を形成し、真空蒸着法により厚さ５ｎｍのＮｉ層および厚さ１１ｎｍのＡｕ層をこの順に形成した後、ｐ−電極用レジストマスクを除去することにより不要部分の電極材料を除去することにより、ｐ−電極８０を形成した。
【０１０７】
次いで、ｐ−電極８０およびその周辺領域にフォトリソグラフィ法によりｐ−電極保護用レジストマスク（図示せず）を形成し、塩素ガスを用いて透明半導体層４０のｐ−ＧａＮ層４７側の主表面から２５０ｎｍの深さまでメサエッチングをして、主表面の一部領域において、ｐ−ＧａＮ層４７、発光層４５およびｎ−ＧａＮ層４３を除去し、ＧａＮバッファ層４１を露出させた。その後、上記のｐ−電極保護用レジストマスクを除去した。露出されたＧａＮバッファ層４１上に、上記ｐ−電極の形成と同様の方法により、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｌ層で構成されるｎ−電極９０を形成した。ｐ−電極およびｎ−電極と半導体層とのオーミック接合を取るために、得られた基板を全圧が１気圧で酸素が０．４体積％の窒素／酸素雰囲気中５００℃でアニールした。こうして、二電極付のデバイス用積層支持基板４Ａが得られた。この後、図示しないが、ｐ−電極およびｎ−電極のそれぞれの上に、リフトオフ法により、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層で構成されるパッド電極層を形成してもよい。
【０１０８】
また、ＧａＮの基板は非常に高価であるため、最終製品としての半導体デバイスの単価を下げるためには、以下に説明するように、デバイス用積層支持基板からＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）を分離する必要がある。以下に説明する方法により、分離されたＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）は、その主表面の処理を行うことにより、再びＧａＮ支持基板として利用できる。このように、１枚のＧａＮ基板を繰り返し使用することにより、最終製品としての半導体デバイスの単価を下げることが可能になる。
【０１０９】
６．二電極付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図２（Ｂ）を参照して、二電極付のデバイス用積層支持基板４Ａのｐ−電極８０およびｎ−電極９０の形成面に接着剤５１をスピン塗布し、真空中で２００℃に加熱された雰囲気下で、ウエハボンダを用いて、仮支持用サファイア板（仮支持基板５０）を貼り付けた。かかる接着剤５１には、後工程において、ウエハから仮支持用サファイア板を分離することを考慮して、２００℃に加熱することで再度軟化させられるもの、たとえばＢｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製ＷａｆｅｒＢｏｎｄ ＨＴ−１０，１０などを選んだ。
【０１１０】
次いで、上記の仮支持用サファイア板（仮支持基板５０）が貼り付けられた二電極付のデバイス用積層支持基板４Ａをレーザアニール装置にセットした。
【０１１１】
図８を参照して、上記のレーザアニール装置１００は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザとＬｉＢ3Ｏ5 ＳＨＧ結晶を用いて波長５３２ｎｍの緑色レーザパルス光を発生するＹＡＧ−ＳＨＧパルスレーザ１１０と、発生したレーザパルス光をｙ軸方向にスキャンできるガルバノミラー１２０と、スキャンされたレーザパルスによる加工点における焦点ズレを補正するためのｆ−θレンズ１３０と、焦点ズレが補正されたレーザパルス光をデバイス用積層支持基板４に照射する角度を変更するための固定ミラー１４０と、デバイス用積層支持基板４に照射されたレーザパルス光が中間層の第１の透明層で全反射するのに適したＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSになるようにするための屈折率が２．０の高屈折率ガラスで形成されているプリズム（光伝播角変換装置１５０）と、デバイス用積層支持基板４を支持するとともにｘ軸方向にスキャンできるステージ１６０と、を備えていた。
【０１１２】
本レーザアニール装置１００は、デバイス用積層支持基板４に照射されたレーザパルス光が中間層の第１の透明層で全反射するのに適したＧａ含有透明支持基板内における伝播角θSになるようにするためのプリズム（光伝播角変換装置１５０）と、このプリズムの光照射面にレーザパルス光を垂直に照射させるための固定ミラー１４０を備える部分Ｎにおいて、従来のレーザアニール装置にはない特徴を有していた。
【０１１３】
ここで、プリズム（光伝播角変換装置１５０）の位置は固定されており、ステージ１６０およびステージに支持されたデバイス用積層支持基板４が移動することにより、加工点（照射位置）の変更が可能である。必要に応じて、デバイス用積層支持基板４とプリズム（光伝播角変換装置１５０）の間にマッチングオイルなどを充填した。プリズム（光伝播角変換装置１５０）の光照射面とデバイス用積層支持基板４の主表面がなす角φPは５３．５°とした。
【０１１４】
また、プリズムの光照射面に対して，レーザパルス光が垂直に照射するように固定ミラーを調整した。このとき、照射レーザパルス光のプリズム内における伝播角θPは、プリズム（光伝播角変換装置１５０）の光照射面とデバイス用積層支持基板４の主表面がなす角φPに等しく、５３．５°であった。ここで、照射光のプリズム（光伝播角変換装置１５０）内における伝播角θP＝５３．５、プリズムを形成する高屈折率ガラスの屈折率ｎP＝２．０、Ｇａ含有透明支持基板１０であるＧａＮ支持基板の屈折率ｎS＝２．５を、上記の式（ｖｉｉ）に代入すると、照射光のＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）内における伝播角θSは４０．０°となった。したがって、図７の結果を参照すると、光熱変換層２１で吸収されなかったレーザパルス光は第１の透明層２３で全反射されると考えられた。
【０１１５】
すなわち、照射されたレーザパルス光は中間層２０の光熱変換層２１で吸収されるか、光熱変換層で吸収されなかったレーザパルス光は中間層２０の第１の透明層２３で全反射されたため、照射光が透明半導体層４０を透過して電極（ｐ−電極８０、ｎ−電極９０）、接着剤５１、仮支持基板５０などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層４０のダメージの発生が抑制された。
【０１１６】
また、レーザパルス光は、中間層２０のアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）でのみ効率よく吸収された。これにより、アモルファスシリコン層（光熱変換層２１）の温度は急激に上昇した。
【０１１７】
その結果、アモルファスシリコン層（光熱変換層２１）の近距離に位置するＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）における中間層２０との貼り合わせ面は、その面の温度が９００℃を超え、金属Ｇａと窒素（Ｎ2）ガスに熱分解された。一方、ＧａＮ層３０ａにおける中間層２０との貼り合わせ面においては、熱分解温度には至らなかった。これは、ＧａＮ層３０ａとアモルファスシリコン層（光熱変換層２１）との間には、ＧａＮ（熱伝導率が約１００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）に比べて熱伝導率の低いＳｉＯ2(熱伝導率が約１０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1)で形成された厚さ３２５ｎｍのＳｉＯ2層（第１の透明層２３）が介在しているため、アモルファスシリコン層（光熱変換層２１）で発生した熱量の大半がＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）側に拡散するため、ＧａＮ層３０ａは熱分解温度には至らなかったものと考えられる。また、同様の理由から、接着剤５１部分の温度は１００℃以下に抑えられ、接着剤５１の軟化ないし炭化などの変質は生じなかった。このようにして、ＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）における中間層２０との貼り合わせ面にのみ金属Ｇａ６０を析出させることができた。
【０１１８】
次いで、図２（Ｃ）を参照して、上記の金属Ｇａ６０が析出した二電極付のデバイス用積層支持基板４Ａを、６０℃のホットプレート（図示せず）に置いて、金属Ｇａ（融点が２９．８℃）を融解させた状態でＧａＮ支持基板を滑らせる（スライドオフする）ことにより、中間層２０からＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）を分離した。こうして、透明半導体層４０、ＧａＮ層３０ａおよび中間層２０を含む二電極付のデバイス用積層ウエハ５Ａが得られた。なお、分離されたＧａＮ支持基板は、主表面を研磨およびエッチングなどの処理をすることにより、再度利用できる。
【０１１９】
７．二電極付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図２（Ｄ）を参照して、二電極付のデバイス用積層ウエハ５Ａの中間層２０上の金属Ｇａ６０を塩酸により洗浄し、中間層２０（ＳｉＯ2層および一部がポリシリコン化したアモルファスシリコン層）を、フッ酸硝酸混合溶液を用いたウェットエッチングにより、除去した。こうして、透明半導体層４０およびＧａＮ層３０ａを含む二電極付の透明半導体層積層ウエハ６Ａが得られた。
【０１２０】
８．半導体デバイスの作製工程
次に、図２（Ｅ）を参照して、以下のようにして、二電極付の透明半導体層積層ウエハ６ＡのＧａＮ層３０ａに、別途準備した透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を貼り合わせた。
【０１２１】
ここで、準備された透明半導体層積層ウエハ支持基板７０としては、厚さ１５０μｍのサファイア基板であった。貼り合わせは、二電極付の透明半導体層積層ウエハ６ＡのＧａＮ層３０ａの主表面を洗浄した後に、プラズマエッチング装置にいれて、窒素プラズマ（プラズマ条件は、ＲＦが１００Ｗ、Ｎ2ガス流量が５０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力１３．３Ｐａであった)に曝して主表面を清浄にした。サファイア基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板７０）も、その主表面を洗浄した後に、酸素プラズマ（プラズマ条件は、ＲＦが１００Ｗ、Ｏ2ガス流量が５０ｓｃｃｍ、チャンバ圧力が６．７Ｐａであった）で主表面を清浄にした。二電極付の透明半導体層積層ウエハ６Ａとサファイア基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板７０）とを貼り合わせた後に、大気中でウエハボンダを用いて７ＭＰａの荷重で押しつけて、接合させて貼り合わせた。
【０１２２】
次いで、図２（Ｆ）を参照して、上記の貼り合わせ基板をホットプレートで接着剤の軟化温度である２００℃まで加熱して、上記の貼り合わせ基板から仮支持用サファイア基板（仮支持基板５０）をスライドオフさせて取り除いた。透明半導体層４０上のｐ−電極８０およびｎ−電極９０側に残った接着剤は専用のリムーバで除去した。
【０１２３】
上記の工程により、ＬＥＤ（発光ダイオード）である半導体デバイス７が得られた。かかる半導体デバイスにおいて、以降は一般的な素子化工程（スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程）が適用できる。
【０１２４】
（実施例２）
１．デバイス用積層支持基板までの作製工程
図１（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例１と同様にして、デバイス用積層支持基板４を得た。
【０１２５】
２．一電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図３（Ａ）を参照して、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０のｐ−ＧａＮ層４７上の全面に、真空蒸着法により、ｐ−電極８０として、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ電極（具体的には、ｐ−ＧａＮ層４７側から、厚さ５ｎｍのＮｉ層／厚さ１１ｎｍのＡｕ層／厚さ１００ｎｍのＰｔ層／厚さ３００ｎｍのＡｕ層で構成される電極）を形成した。こうして、一電極付のデバイス用積層支持基板４Ｂが得られた。
【０１２６】
３．一電極付のデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程
次に、図３（Ｂ）を参照して、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０としてｐ型導電性Ｓｉ基板（（１００）主表面における比抵抗が１Ω・ｃｍ未満）を準備した。このｐ型導電性Ｓｉ基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板７０）の鏡面研磨された一方の主表面上に、真空蒸着法により、導電性接着層８５として厚さ２０ｎｍのＣｒ層／厚さ３００ｎｍのＡｕ層／厚さ１．５μｍのＡｕＳｎ層（質量比でＡｕ：Ｓｕ＝８０：２０）を形成した。
【０１２７】
次いで、図３（Ｂ）〜（Ｃ）を参照して、一電極付のデバイス用積層支持基板４Ｂのｐ−電極８０の厚さ３００ｎｍのＡｕ層側の主表面と、ｐ型導電性Ｓｉ基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板７０）に形成された導電性接着層８５の厚さ１．５μｍのＡｕＳｎ層側の主表面と、を重ね合わせて、真空雰囲気中で、１ＭＰａ（２インチ基板当り約２００ｋｇｆ）の荷重で押しつけながら、３００℃で１０分間加熱接合することにより、貼り合わせた。こうして、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＢＣが得られた。
【０１２８】
４．一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図３（Ｃ）〜（Ｄ）を参照して、レーザパルス光を、上記の一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＢＣのＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）側から、中間層２０の光熱変換層２１で吸収され第１の透明層２３で全反射されるように照射することにより、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＢＣからＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）を除去して、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハ５ＢＣが得られた。
【０１２９】
ここで、光熱変換層２１で吸収されなかったレーザパルス光が第１の透明層２３で全反射されたため、照射光が透明半導体層４０を透過して電極（ｐ−電極８０）、接着層（導電性接着層８５）、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層４０のダメージの発生が抑制された。
【０１３０】
５．一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図３（Ｅ）を参照して、実施例１と同様にして、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハ５ＢＣから金属Ｇａ６０および中間層２０を除去した。こうして、一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６ＢＣが得られた。
【０１３１】
６．半導体デバイスの作製方法
次に、図３（Ｆ）を参照して、一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６ＢＣのＧａ層３０ａの主表面（Ｎ原子表面）に、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法により、ｎ−電極９０としてパターン化されたＴｉ／Ａｌ電極（具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｌ層で構成される電極）を形成した。次いで、Ｔｉ／Ａｌ電極（ｎ−電極９０）を、大気圧窒素雰囲気下において５００℃でアニールして、オーミック電極とした。次いで、このＴｉ／Ａｌ電極（ｎ−電極９０）の上に、再びフォトリソグラフィ法と真空蒸着法により、Ｔｉ／Ａｕ層（具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層）で構成されるパターン化されたパッド電極層を形成した。
【０１３２】
上記の工程により、ＬＥＤ（発光ダイオード）である半導体デバイス７が得られた。かかる半導体デバイスにおいて、以降は一般的な素子化工程（スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程）が適用できる。
【０１３３】
（実施例３）
１．デバイス用積層支持基板までの作製工程
図１（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例１と同様にして、デバイス用積層支持基板４を得た。
【０１３４】
２．デバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程
次に、図４（Ａ）を参照して、デバイス用積層支持基板４の透明半導体層４０のｐ−ＧａＮ層４７上の全面に、スパッタ法により、導電性接着層８５ａとして、厚さ２００ｎｍのＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）層、厚さ５０ｎｍのＡｇ層、厚さ１００ｎｍのＰｔ層、および厚さ３００ｎｍのＡｕ層をこの順に積層された貼り合わせ用ＩＴＯ／Ａｇ／Ｐｔ／Ａｕパッド電極層を形成した。
【０１３５】
また、主表面に貼り合わせ用Ｃｒ／Ａｕ／Ｉｎパッド電極層（導電性接着層８５ｂ）を形成した透明半導体層積層ウエハ支持基板７０を準備した。透明半導体層積層ウエハ支持基板７０としては、導電性支持基板であるＢ（ホウ素）をドープした比抵抗が１Ω・ｃｍ未満のｐ型導電性Ｓｉ基板を用いた。
【０１３６】
次いで、図４（Ａ）〜（Ｂ）を参照して、デバイス用積層支持基板４に形成された貼り合わせ用パッド電極層（導電性接着層８５ａ）のＡｕ層と、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０に形成された貼り合わせ用パッド電極層（導電性接着層８５ｂ）のＩｎ層と、を重ね合わせてウエハボンダを用いて２００℃で１ＭＰａ（２インチウエハ当り約２００ｋｇｆ）の条件で加熱加圧して接合して貼り合わせた。こうして支持基板付のデバイス用積層支持基板４Ｃが得られた。
【０１３７】
３．支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図４（Ｂ）〜（Ｃ）を参照して、実施例１と同様にして、レーザパルス光を、支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＣのＧａＮ支持基板（Ｇａ含有透明支持基板１０）側から、中間層２０の光熱変換層２１で吸収され第１の透明層２３で全反射されるように照射することにより、支持基板付のデバイス用積層支持基板４ＣからＧａ含有透明支持基板１０を分離した。こうして、支持基板付のデバイス用積層ウエハ５Ｃが得られた。
【０１３８】
ここで、光熱変換層２１で吸収されなかったレーザパルス光が第１の透明層２３で全反射されたため、照射光が透明半導体層４０を透過して接着層（導電性接着層８５ａ，８５ｂ，８５）、透明半導体層積層ウエハ支持基板７０などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層４０のダメージの発生が抑制された。
【０１３９】
４．支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図４（Ｄ）を参照して、支持基板付のデバイス用積層ウエハ５Ｃから、実施例１と同様にして、金属Ｇａ６０および中間層２０が分離除去した。こうして、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６Ｃが得られた。
【０１４０】
５．半導体デバイスの作製工程
次に、図４（Ｅ）を参照して、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６Ｃのｐ型導電性Ｓｉ基板（透明半導体層積層ウエハ支持基板）上に、真空蒸着法により、ｐ−電極８０としてＴｉ／Ａｕ電極（具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層で構成されるパッド電極）を形成した。また、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６のＧａＮ層３０ａ上に、真空蒸着法およびリフトオフ法により、ｎ−電極９０としてＴｉ／Ａｌ電極（具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層および厚さ３００ｎｍのＡｌ層で構成される電極）を形成した。ｐ−電極８０およびｐ−電極９０と半導体層とのオーミック接合を取るために、これらの電極が形成された支持基板付の透明半導体層積層ウエハ６Ｃを、窒素雰囲気中５００℃でアニールした。こうして、ＬＥＤである半導体デバイス７が得られた。以降は一般的な素子化工程（スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程）が適用できる。
【０１４１】
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。
【符号の説明】
【０１４２】
１ 積層支持基板、２ 積層貼り合わせ基板、３ エピ成長用積層支持基板、４，４Ａ，４Ｂ，４ＢＣ，４Ｃ デバイス用積層支持基板、５，５Ａ，５ＢＣ，５Ｃ デバイス用積層ウエハ、６，６Ａ，６ＢＣ，６Ｃ 透明半導体層積層ウエハ、７ 半導体デバイス、１０ Ｇａ含有透明支持基板、２０，２０ａ 中間層、２１ 光熱変換層、２３，２３ａ，２３ｂ 第１の透明層、２５ 第２の透明層、３０ ＧａＮ基板、３０ａ ＧａＮ層、３０ｂ 残部ＧａＮ基板、４０ 透明半導体層、４１ ＧａＮバッファ層、４３ ｎ−ＧａＮ層、４５ 発光層、４７ ｐ−ＧａＮ層、５０ 仮支持基板、５１ 接着剤、６０ 金属Ｇａ、７０ 透明半導体層積層ウエハ支持基板、８０ ｐ−電極、８５ａ，８５ｂ，８５ 導電性接着層、９０ ｎ−電極、１００ レーザアニール装置、１１０ ＹＡＧ−ＳＨＧパルスレーザ、１２０ ガルバノミラー、１３０ ｆ−θレンズ、１４０ 固定ミラー、１５０ 光伝播角変換装置、１６０ ステージ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇａ含有透明支持基板上に光熱変換層と前記光熱変換層の前記Ｇａ含有透明支持基板と反対側に接触して配置されている第１の透明層とを含む中間層を形成して積層支持基板を作製する工程と、
前記積層支持基板の前記中間層にＧａＮ基板を貼り合わせて積層貼り合わせ基板を作製する工程と、
前記積層貼り合わせ基板の前記ＧａＮ基板を、前記中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離することにより、前記積層支持基板の前記中間層上にＧａＮ層が形成されたエピ成長用積層支持基板を作製する工程と、
前記エピ成長用積層支持基板の前記ＧａＮ層上に少なくとも１層の透明半導体層をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板を作製する工程と、
前記デバイス用積層支持基板に、前記Ｇａ含有透明支持基板および前記ＧａＮ層および前記透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ前記光熱変換層が吸収しうる波長の光を、前記第１の透明層で全反射するように照射して、前記Ｇａ含有透明支持基板と前記中間層とを分離することにより、前記透明半導体層と前記ＧａＮ層と前記中間層とを含むデバイス用積層ウエハを作製する工程と、
前記デバイス用積層ウエハから前記中間層を除去して前記透明半導体層と前記ＧａＮ層とを含む透明半導体層積層ウエハを含む半導体デバイスを作製する工程と、を備える半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記第1の透明層は，前記Ｇａ含有透明支持基板よりも屈折率の低い材料で形成され、かつ、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の真空中における波長λ0、前記第１の透明層の屈折率ｎ1を用いて、
前記第１の透明層の厚さｄ1が、ｄ1＞０．５×λ0／ｎ1の関係を満たす請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記第１の透明層で全反射するように、前記デバイス用積層支持基板に前記光を照射するための手段として、光伝播角変換装置を用いる請求項１または請求項２に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記光伝播角変換装置は、前記第１の透明層よりも屈折率が高い材料で形成されているプリズムである請求項３に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の前記Ｇａ含有透明支持基板内における伝播角θSが、前記Ｇａ含有透明支持基板の屈折率ｎS、前記第１の透明層の屈折率ｎ1および前記プリズムの屈折率ｎPを用いて、
ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎS）＜θS＜ｓｉｎ-1（ｎP／ｎS）
の関係を満たす請求項４に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記中間層は、前記中間層の前記光熱変換層と前記Ｇａ含有透明支持基板との間でかつ前記光熱変換層に接触して配置される第２の透明層をさらに含み、
前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の真空中における波長λ0、前記第２の透明層の屈折率ｎ2を用いて、
前記第２の透明層の厚さｄ2が、ｄ2＜０．２５λ0×ｎ2の関係を満たす請求項５に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に電極を形成する工程をさらに備え、
前記電極は、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に接着剤および接着層のいずれかを形成する工程をさらに備え、
前記接着剤および前記接着層のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかを配置する工程をさらに備え、
前記仮支持基板および前記透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記光を吸収するとは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の波長における光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上であることを意味する請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光である請求項１から請求項１０のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記デバイス用積層支持基板に前記光を照射して前記Ｇａ含有透明支持基板と前記中間層とを分離する際に、前記Ｇａ含有透明支持基板から前記Ｇａ含有透明支持基板と前記中間層との界面に金属Ｇａが析出する請求項１から請求項１１のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記中間層の前記光熱変換層は、アモルファスシリコン層である請求項１から請求項１２のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記中間層の前記第１の透明層および前記第２の透明層は、それぞれ独立に酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層である請求項６に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記透明半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体層である請求項１から請求項１４のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
Ｇａ含有透明支持基板上に光熱変換層と前記光熱変換層の前記Ｇａ含有透明支持基板と反対側に接触して配置されている第１の透明層とを含む中間層を形成して積層支持基板を作製する工程と、
前記積層支持基板の前記中間層にＧａＮ基板を貼り合わせて積層貼り合わせ基板を作製する工程と、
前記積層貼り合わせ基板の前記ＧａＮ基板を、前記中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離することにより、前記積層支持基板の前記中間層上にＧａＮ層が形成されたエピ成長用積層支持基板を作製する工程と、
前記エピ成長用積層支持基板の前記ＧａＮ層上に少なくとも１層の透明半導体層をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板を作製する工程と、
前記デバイス用積層支持基板に、前記Ｇａ含有透明支持基板および前記ＧａＮ層および前記透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ前記光熱変換層が吸収しうる波長の光を、前記第１の透明層で全反射するように照射して、前記Ｇａ含有透明支持基板と前記中間層とを分離することにより、前記透明半導体層と前記ＧａＮ層と前記中間層とを含むデバイス用積層ウエハを作製する工程と、
前記デバイス用積層ウエハから前記中間層を除去して前記透明半導体層と前記ＧａＮ層とを含む透明半導体層積層ウエハを含む半導体デバイスを作製する工程と、を備える半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記第1の透明層は，前記Ｇａ含有透明支持基板よりも屈折率の低い材料で形成され、かつ、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の真空中における波長λ0、前記第１の透明層の屈折率ｎ1を用いて、
前記第１の透明層の厚さｄ1が、ｄ1＞０．５×λ0／ｎ1の関係を満たす請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記第１の透明層で全反射するように、前記デバイス用積層支持基板に前記光を照射するための手段として、光伝播角変換装置を用いる請求項１または請求項２に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記光伝播角変換装置は、前記第１の透明層よりも屈折率が高い材料で形成されているプリズムである請求項３に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の前記Ｇａ含有透明支持基板内における伝播角θSが、前記Ｇａ含有透明支持基板の屈折率ｎS、前記第１の透明層の屈折率ｎ1および前記プリズムの屈折率ｎPを用いて、
ｓｉｎ-1（ｎ1／ｎS）＜θS＜ｓｉｎ-1（ｎP／ｎS）
の関係を満たす請求項４に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記中間層は、前記中間層の前記光熱変換層と前記Ｇａ含有透明支持基板との間でかつ前記光熱変換層に接触して配置される第２の透明層をさらに含み、
前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の真空中における波長λ0、前記第２の透明層の屈折率ｎ2を用いて、
前記第２の透明層の厚さｄ2が、ｄ2＜０．２５λ0×ｎ2の関係を満たす請求項５に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に電極を形成する工程をさらに備え、
前記電極は、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に接着剤および接着層のいずれかを形成する工程をさらに備え、
前記接着剤および前記接着層のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかを配置する工程をさらに備え、
前記仮支持基板および前記透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記光を吸収するとは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の波長における光吸収係数が１×１０3ｃｍ-1以上であることを意味する請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光である請求項１から請求項１０のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記デバイス用積層支持基板に前記光を照射して前記Ｇａ含有透明支持基板と前記中間層とを分離する際に、前記Ｇａ含有透明支持基板から前記Ｇａ含有透明支持基板と前記中間層との界面に金属Ｇａが析出する請求項１から請求項１１のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記中間層の前記光熱変換層は、アモルファスシリコン層である請求項１から請求項１２のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記中間層の前記第１の透明層および前記第２の透明層は、それぞれ独立に酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層である請求項６に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記透明半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体層である請求項１から請求項１４のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４２３８５（Ｐ２０１２−１４２３８５Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３３６３（Ｐ２０１０−２９３３６３）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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