半導体基板、半導体装置及びその製造方法
【課題】異種材料の基板上に形成した平坦かつ薄い半導体基板であって、異種材料の基板からの剥離が容易な半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板と、前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板が提供される。また、前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比は１以上である。
【解決手段】本発明によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板と、前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板が提供される。また、前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比は１以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法に関する。特に、サファイア基板からの窒化ガリウム層のリフトオフ方法に関し、そのリフトオフ方法を適用する半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を用いた発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は、信号機や液晶パネルのバックライト等の様々な機器に利用されている。
【０００３】
窒化ガリウム（ＧａＮ）基板の製造は非常に困難でありコストも高いため、ＬＥＤやレーザダイオード等の半導体デバイスは、サファイア等の異種基板上でＧａＮ層を成長させて製造される場合が多い。非特許文献１では、石英基板上、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＮｂの高融点金属基板上、及びＳｉ基板上のそれぞれに、プラズマ分子線エピタキシ（plasma assisted molecular beam epitaxy）を用いてＧａＮを結晶成長させる例を示している。
【０００４】
しかし、ＧａＮ層と基板との間の格子不整合及び熱膨張係数のミスマッチが発生し、高転位密度や欠陥の増大をもたらし、ＬＥＤの発光性能の向上を妨げている。ＧａＮ基板用に成長させたＧａＮバルク結晶をＧａＮ基板として剥離するため、機械研磨やレーザ剥離等が用いられているが、実用的なサイズのＧａＮ基板を再現良く得ることは非常に困難であった。さらに、サファイア基板は、ＧａＮ基板に比べて熱伝導率が低く、デバイスの熱放熱性を低下させる。さらに、サファイア基板に薄いＧａＮ層を形成した場合、サファイア基板からＧａＮ層を剥離するのは極めて困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Polycrystalline GaN for light emitter and field electron emitter applications” S. Hasegawa, S. Nishida, T. Yamashita, H. Asahi, Thin Solid Films 487 (2005) 260-267.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の問題を解決するもので、異種材料の基板上に形成した平坦かつ薄い半導体基板であって、異種材料の基板からの剥離が容易な半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板と、前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板が提供される。
【０００８】
前記半導体基板において、前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比が１以上であってもよい。
【０００９】
前記半導体基板において、前記半球状の凸部の底面の幅が５μｍ以下であってもよい。
【００１０】
前記半導体基板において、前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。
【００１１】
前記半導体基板において、前記第１の半導体層の前記第１の面とは反対側の第２の面に形成した第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の一部に形成された所定形状のパターンを有する空洞部と、を有してもよい。
【００１２】
前記半導体基板において、前記所定形状のパターンは前記所定の間隔の幅を有し、前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第１の半導体層の第２の面の位置に前記空洞部が配置されてもよい。
【００１３】
前記半導体基板において、前記所定形状のパターンは第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成してもよい。
【００１４】
【００１５】
また、本発明の一実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板と、前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板が提供される。
【００１６】
前記半導体基板において、前記曲面形状の凹部の底面の幅が５μｍ以下であってもよい。
【００１７】
前記半導体基板において、前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。
【００１８】
また、本発明の一実施形態によると、基板の第１の面に所定の間隔で複数の半球状の凸部を形成し、前記基板の第１の面に第１の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法が提供される。
【００１９】
前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部を形成することは、前記基板の第１の面をエッチングすることにより行ってもよい。
【００２０】
前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比が１以上となるように、前記基板の第１の面に前記半球状の凸部を形成してもよい。
【００２１】
前記半導体基板の製造方法において、前記半球状の凸部の底面の幅が５μｍ以下となるように、前記基板の第１の面に前記半球状の凸部を形成してもよい。
【００２２】
前記半導体基板の製造方法において、前記第１の半導体層は、有機金属気相成長法を用いて形成してもよい。
【００２３】
前記半導体基板の製造方法において、前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。
【００２４】
前記半導体基板の製造方法において、形成した前記第１の半導体層を前記基板から剥離してもよい。
【００２５】
前記半導体基板の製造方法において、前記第１の半導体層の前記第１の面とは反対側の第２の面に、所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、有機金属気相成長法を用いて前記第２の面に第２の半導体層を形成して、前記金属材料層と接する前記第１の半導体層に空洞部を形成してもよい。
【００２６】
前記半導体基板の製造方法において、前記金属材料層は、タンタル、チタンまたはクロムで形成されてもよい。
【００２７】
前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第１の半導体層の第２の面の位置に、前記所定の間隔の幅を有する前記所定形状のパターンで前記金属材料層を形成してもよい。
【００２８】
前記半導体基板の製造方法において、前記所定形状のパターンは第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成してもよい。
【００２９】
【００３０】
前記半導体基板の製造方法において、前記第１の半導体層に形成された前記空洞部を利用して前記基板を剥離して、前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層から形成された半導体基板を製造してもよい。
【００３１】
また、本発明の一実施形態によると、基板の第１の面に所定の間隔で複数の曲面形状の凹部を形成し、前記基板の第１の面に第１の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法が提供される。
【００３２】
前記半導体基板の製造方法において、前記曲面形状の凹部の底面の幅が５μｍ以下となるように、前記基板の第１の面に前記曲面形状の凹部を形成してもよい。
【００３３】
前記半導体基板の製造方法において、前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。
【００３４】
前記半導体基板の製造方法において、形成した前記第１の半導体層を前記基板から剥離してもよい。
【００３５】
前記半導体基板の製造方法において、レーザ・リフトオフ法を用いて、前記第１の半導体層を前記基板から剥離してもよい。
【００３６】
前記半導体基板の製造方法において、機械剥離法を用いて、前記第１の半導体層を前記基板から剥離してもよい。
【００３７】
また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板から剥離した前記第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層上に形成された活性層と、前記第活性層上に形成された第２の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【００３８】
また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板から剥離した前記第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に形成された第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層上に形成された活性層と、前記第活性層上に形成された第２の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【００３９】
また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板の前記第１の半導体層から前記基板を剥離し、前記第１の半導体層上に第１の化合物半導体層を形成し、前記第１の化合物半導体層上に活性層を形成し、前記第活性層上に第２の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００４０】
また、本発明の一実施形態によると、半導体基板の前記第２の半導体層から前記基板を剥離し、前記第２の半導体層上に第１の化合物半導体層を形成し、前記第１の化合物半導体層上に活性層を形成し、前記第活性層上に第２の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によると、異種材料の基板上に形成した平坦かつ薄い半導体基板であって、異種材料の基板からの剥離が容易な半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層基板１００を示す模式図であり、（ａ）は積層基板１００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の丸で囲んだ一部分の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半球状の凸部１１の配置パターンを説明する模式図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板１００の製造工程を示す模式図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板１００の製造工程を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体基板２００の模式図であり、（ａ）は半導体基板２００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線部における半導体基板２００の断面図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板２００の製造工程を示す模式図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板２００の製造工程を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体基板３００の模式図であり、（ａ）は半導体基板３００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線部における半導体基板３００の断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板３００の製造工程を示す模式図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板３００の製造工程を示す模式図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る半導体基板４００の模式図であり、（ａ）は半導体基板４００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線部における半導体基板４００の断面図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板４００の製造工程を示す模式図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板４００の製造工程を示す模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る半導体基板半導体基板５００の模式図であり、（ａ）は半導体基板５００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線部における半導体基板５００の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板５００の製造工程を示す模式図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板５００の製造工程を示す模式図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る半導体装置１０００の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に本発明の半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法について、添付の図面を参照して詳細に説明する。本発明の半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法は、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び後述する実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００４４】
上述したように、従来は異種材料の基板上に形成した薄い半導体基板を基板上から剥離するのは困難であった。例えば、１０μｍ程度のＧａＮ層をサファイア基板上に形成した場合、応力のみでＧａＮ層をサファイア基板から剥離するのは困難であり、従来は１００μｍ程度のＧａＮ層を形成する必要があった。本発明者らは、特定のパターンを有するサファイア基板であるＰＳＳ（Processed Sapphire Substrate）基板を用いて、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤという）によりＧａＮ層を形成することにより、１０μｍ程度のＧａＮ層を形成した場合にも基板からの隔離が可能となることを見出した。
【００４５】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体基板１００の模式図である。図１（ａ）は半導体基板１００の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の破線部における半導体基板１００の断面図である。半導体基板１００は、ＰＳＳ基板１１０（以下、基板１１０という）と第１の半導体層２０とを有する。本実施形態において基板１１０と第１の半導体層２０とは組成が異なり、第１の半導体層２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第１の半導体層２０を形成するための基板１１０の第１の面１０ａであるｃ面には、底面の幅ｗを有する複数の半球状の凸部１１が所定の間隔ｉで配置される。ここで、間隔ｉは、２つの半球状の凸部１１の間の最短距離を意味する。
【００４６】
図２は、本実施形態に係る半球状の凸部１１の配置パターンを説明する模式図である。半球状の凸部１１の底面を半径がｗ／２の円形状としたときに、１辺の長さがｗ＋ｉの正三角形の頂点に、半球状の凸部１１の中心が配置される。すなわち、本実施形態に係る半球状の凸部１１の配置パターンは、この３つの半球状の凸部１１の配置を基板１１０の第１の面１０ａの第１の方向と、第１の方向と直交する第２の方向とに繰り返すことのより構成される。
【００４７】
基板１１０のｃ面では基板１１０と第１の半導体層２０とは結合力が大きく、剥離しにくい。一方、半球状の凸部１１の曲面では、第１の半導体層２０は基板１１０にただ載っている程度であり、基板１１０と第１の半導体層２０との結合力は極めて小さく、剥離しやすい。したがって、本実施形態は、基板１１０のｃ面１０ａに、半球状の凸部１１を所定の間隔ｉで配置することにより、基板１１０から第１の半導体層２０を剥離しやすくするものである。ここで、半球状の凸部１１の表面積と基板１１０のｃ面の面積について着目すると、本実施形態に係る基板１１０は、基板１１０のｃ面の面積に対する半球状の凸部１１の表面積の合計の比が、１以上であることが好ましい。このような半球状の凸部１１の表面積の合計と基板１１０のｃ面との比を有する基板１１０は、形成した第１の半導体層２０を容易に剥離することができる。
【００４８】
本実施形態においては、上述の比となるように、基板１１０のｃ面の面積、半球状の凸部１１の底面の幅ｗ、間隔ｉを任意に設定することができる。ここで、本実施形態に係る半球状の凸部１１の底面の幅は、５μｍ以下が好ましい。半球状の凸部１１の底面の幅を５μｍ以下にすると、基板１１０から第１の半導体層２０が剥離しやすくなる。このような半球状の凸部１１のパターンは、基材をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に１μｍであるとされている。したがって、本実施形態に係る半球状の凸部１１のパターンを基板１１０に形成する場合、間隔ｉは１μｍ以上とすることが好ましい。例えば、図１に示した基板１１０において、２つの半球状の凸部１１の間の間隔ｉを１μｍとすると、半球状の凸部１１の底面の幅ｗを３μｍにすることにより、上述の比のパターンを形成することができる。
【００４９】
以下に、本実施形態に係る半導体基板１００の製造方法について説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、半導体基板１００の製造工程を示す模式図である。基材１０を準備し（図３Ａ（ａ））、基材１０をエッチングして、上述した半球状の凸部１１のパターンを基板１１０のｃ面に形成する（図Ａ３（ｂ））。上述したように、本実施形態に係る基板１１０のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板１１０は、基板１１０のｃ面の面積に対する半球状の凸部１１の表面積の合計の比が、１以上となるように、基板１１０のｃ面１０ａに、半球状の凸部１１を所定の間隔ｉで配置する。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板１１０から第１の半導体層２０を剥離しやすくすることができる。
【００５０】
エッチングして半球状の凸部１１のパターンを形成した基板１１０の上面（ｃ面）に第１の半導体層２０を形成する（図３Ａ（ｃ））。第１の半導体層２０の形成には、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤという）を適用することができる。第１の半導体層２０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第１の半導体層２０の形成は、第１の半導体層２０の上面（第１の面である基板１１０のｃ面とは反対側の第２の面）が平坦になるまで行う。例えば、先に例示したような間隔ｉを１μｍ、半球状の凸部１１の底面の幅ｗを３μｍとして半球状の凸部１１のパターンを基板１１０に形成する場合、第１の半導体層２０は１０μｍ程度の厚みにすると平坦化することができる。このようにして、本実施形態に係る半導体基板１００を製造することができる。
【００５１】
得られた半導体基板１００は、基板１１０を容易に剥離することができる。半導体基板１００の第１の半導体層２０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図３Ｂ（ｄ））。第２の基板１７０としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板や炭化シリコン（ＳｉＣ）基板及び金属等が挙げられる。また、接着層１８０としては、例えば、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）及び金と錫（Ｓｎ）の合金、及び半導体製造分野で公知の接着剤等が挙げられる。
【００５２】
第２の基板１７０を貼り合わせた半導体基板１００から、基板１１０を剥離する（図３Ｂ（ｅ））。基板１１０から第１の半導体層２０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板１０１は、半球状の凸部１１と接した部位で、第１の半導体層２０が凹部を有する。このような凹部を第１の半導体層２０に有する半導体基板１０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００５３】
また、半導体基板１０１は、研磨法を用いて第１の半導体層２０を平坦化することもできる（図３Ｂ（ｆ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板１１０から第１の半導体層２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板１０５を得ることもできる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板に、第１の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。
【００５５】
（実施形態２）
実施形態１においては、半球状の凸部を有する基板に第１の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第１の半導体層の上面（第１の面である基板１１０のｃ面とは反対側の第２の面）に所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、ＭＯＣＶＤを用いて第２の半導体層を形成することにより、第１の半導体層に空洞部を形成する例について説明する。本実施形態において説明する半導体基板は、第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成した場合に、基板から第１の半導体層を容易に剥離することができる。
【００５６】
図４は、本発明の一実施形態に係る半導体基板２００の模式図である。図４（ａ）は半導体基板２００の上面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の破線部における半導体基板２００の断面図である。半導体基板２００は、基板２１０、第１の半導体層２２０、第２の半導体層２４０及び空洞部２５０を有する。本実施形態において基板２１０と第１の半導体層２２０とは組成が異なり、第１の半導体層２２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。また、第２の半導体層２４０は第１の半導体層２２０と同じ組成であるが、異なる組成であってもよい。半導体基板１００において説明したように、半導体基板２００においても、第１の半導体層２２０を形成するための基板２１０の第１の面であるｃ面には、底面の幅ｗを有する複数の半球状の凸部２１が所定の間隔ｉで配置される。
【００５７】
第１の半導体層２２０と第２の半導体層２４０との半球状の凸部２１を取り囲む位置に空洞部２５０が形成される。本実施形態において、空洞部２５０は、２つの半球状の凸部２１の間隔ｉに相当する位置に形成される。図４（ａ）に示したように、本実施形態に係る空洞部２５０は、中心が半球状の凸部２１の中心と一致し、ハニカム構造の断面と同様に、基板２１０の第１の面であるｃ面を充填するように配置される六角形のパターンの頂点に配置したパターンを有する。その他の構成は、半導体基板１００と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
以下に、本実施形態に係る半導体基板２００の製造方法について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、半導体基板２００の製造工程を示す模式図である。図５Ａ（ａ）〜図５Ａ（ｃ）の工程は半導体基板１００と同様であるため、詳細な説明は省略する。形成した第１の半導体層２２０の上面に所定形状のパターンを有する金属材料層２３０を形成する（図５Ａ（ｄ））。金属材料層２３０において、円柱状の金属材料は所定の間隔ｉと等しい幅（底面の幅）を有する。金属材料層２３０には、第１の半導体層２２０を構成する元素と反応する金属を用いる。例えば、第１の半導体層２２０がＧａＮである場合は、タンタル、チタンまたはクロムを金属材料層２３０として好適に用いることができる。金属材料層２３０の形成には、電子ビーム蒸着（以下、ＥＢ蒸着という）及びリフトオフ法を好適に用いることができる。本実施形態において、間隔ｉと等しい幅（底面の幅）を有する円柱状の金属材料層２３０を、半球状の凸部２１を取り囲むように、半球状の凸部２１の間隔に相当する位置に配置する。また、金属材料層２３０において、底面の円の中心が六角形の頂点に配置するパターンを形成するように金属材料を配置する。
【００５９】
次に、第２の半導体層２４０を形成する。第２の半導体層２４０の形成にはＭＯＣＶＤを用いる。第２の半導体層２４０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第２の半導体層２４０を形成するときに、第１の半導体層２２０を構成する元素と金属材料層２３０とが反応し、金属材料層２３０の底面と接する第１の半導体層２２０の一部が分解して、空洞部２５０が形成される（図５Ａ（ｅ））。例えば、第１の半導体層２２０がＧａＮで、金属材料層２３０がタンタルである場合、第１の半導体層２２０を構成する窒素がタンタルと反応して窒化タンタル（ＴａＮ）となることによりＧａＮが分解して、金属材料層２３０の底面と接する第１の半導体層２２０の一部に空洞部２５０が形成される。このとき、第１の半導体層２２０の上面及び金属材料層２３０の側面には、第２の半導体層２４０が形成される。
【００６０】
空洞部２５０が形成された後に金属材料層２３０を除去する。金属材料層２３０は、例えば、Ｔａで形成された場合は、フッ化水素（以下、ＨＦという）を用いたエッチングにより除去することができる。ＨＦによるエッチングは、例えば、５０％のＨＦ水溶液に空洞部２５０が形成された半導体基板を浸漬することにより行うことができる。半導体基板を浸漬する時間は、例えば、２４時間程度である。本実施形態においては、一例としてＨＦを用いたエッチングについて説明したが、金属材料層２３０がエッチングされ、且つ第１の半導体層２２０及び第２の半導体層２４０が溶けない溶液を用いることができる。金属材料層２３０を除去した後に第２の半導体層２４０を更に成長させて、本実施形態に係る半導体基板２００を製造することができる（図５Ｂ（ｆ））。
【００６１】
得られた半導体基板２００は、基板２１０を容易に剥離することができる。半導体基板２００の第１の半導体層２２０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図５Ｂ（ｇ））。第２の基板１７０及び接着層１８０は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板２００は、半球状の凸部２１からは容易に外れ、空洞部２５０の底部付近で断裂して、基板２１０を容易に剥離することができる（図５Ｂ（ｈ））。基板２１０から第１の半導体層２２０及び第２の半導体層２４０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板２０１は、半球状の凸部２１と接した部位で、第１の半導体層２２０が凹部を有する。このような凹部を第１の半導体層２２０に有する半導体基板２０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００６２】
また、半導体基板２０１は、研磨法を用いて第１の半導体層２２０を平坦化することもできる（図５Ｂ（ｉ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板２１０から第１の半導体層２２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板２０５を得ることもできる。
【００６３】
本実施形態において、第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成する場合には、例えば、図４に示した基板２１０において、底面の幅が１μｍの半球状の凸部２１を基板２１０に形成すればよい。第１の半導体層２２０を２μｍ成長させた後に、１μｍの幅を有する金属材料を配置した金属材料層２３０を形成し、合計で第２の半導体層２４０を３μｍ成長させることにより、表面が平坦な半導体基板２００を形成することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板に第１の半導体層を形成し、第１の半導体層の第２の面に配置された所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、第２の面に第２の半導体層を形成することにより、金属材料層と接する第１の半導体層に空洞部が形成される。基板に形成した半球状の凸部と、第１の半導体層に形成された空洞部とを利用して、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成した場合にも、基板から第１の半導体層を容易に剥離することができる。
【００６５】
（実施形態３）
実施形態２においては、円柱状の金属材料を半球状の凸部を取り囲むように、半球状の凸部の間隔に相当する位置に配置することにより空洞部を形成した例を説明したが、本実施形態においては、所定形状のパターンが第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて金属材料層を形成する例について説明する。本実施形態において説明する半導体基板は、第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成した場合に、基板から第１の半導体層を容易に剥離することができる。
【００６６】
図６は、本発明の一実施形態に係る半導体基板３００の模式図である。図６（ａ）は半導体基板３００の上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の破線部における半導体基板３００の断面図である。半導体基板３００は、基板２１０、第１の半導体層３２０、第２の半導体層３４０及び空洞部３５０を有する。本実施形態において基板２１０と第１の半導体層３２０とは組成が異なり、第１の半導体層３２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。また、第２の半導体層３４０は第１の半導体層３２０と同じ組成であるが、異なる組成であってもよい。半導体基板１００において説明したように、半導体基板３００においても、第１の半導体層３２０を形成するための基板２１０の第１の面であるｃ面には、底面の幅ｗを有する複数の半球状の凸部２１が所定の間隔ｉで配置される。
【００６７】
第１の半導体層３２０と第２の半導体層３４０とには、第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、第１の方向と直交する第２の方向に複数配置された空洞部３５０が形成される。半導体基板３００において、その他の構成は、半導体基板１００又は半導体基板２００と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６８】
【００６９】
次に、ＭＯＣＶＤを用いて、第２の半導体層３４０を形成する。第２の半導体層３４０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第２の半導体層３４０を形成するときに、第１の半導体層３２０を構成する元素と金属材料層３３０とが反応し、金属材料層３３０の底面と接する第１の半導体層３２０の一部が分解して、空洞部３５０が形成される（図７Ａ（ｅ））。
【００７０】
【００７１】
空洞部３５０が形成された後に金属材料層３３０を除去する。金属材料層３３０は、実施形態２で説明した金属材料層２３０と同様に除去することができるため、詳細な説明は省略する。金属材料層３３０を除去した後に第２の半導体層３４０を更に成長させて、本実施形態に係る半導体基板３００を製造することができる（図７Ｂ（ｆ））。
【００７２】
得られた半導体基板３００は、基板２１０を容易に剥離することができる。半導体基板３００の第２の半導体層３４０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図７Ｂ（ｇ））。第２の基板１７０及び接着層１８０は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板３００は、半球状の凸部２１からは容易に外れ、空洞部３５０の底部付近で断裂して、基板２１０を容易に剥離することができる（図７Ｂ（ｈ））。基板２１０から第１の半導体層３２０及び第２の半導体層３４０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板３０１は、半球状の凸部２１と接した部位で、第１の半導体層３２０が凹部を有する。このような凹部を第１の半導体層３２０に有する半導体基板３０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００７３】
また、半導体基板３０１は、機械剥離法を用いて第１の半導体層３２０を平坦化することもできる（図７Ｂ（ｉ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、研磨法を用いて基板２１０から第１の半導体層３２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板３０５を得ることもできる。
【００７４】
本実施形態において、第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成する場合には、例えば、図６に示した基板２１０において、底面の幅が１μｍの半球状の凸部２１を基板２１０に形成すればよい。第１の半導体層３２０を２μｍ成長させた後に、１μｍの幅を有する金属材料を配置した金属材料層３３０を形成し、第２の半導体層３４０を３μｍ成長させることにより、表面が平坦な半導体基板３００を形成することができる。
【００７５】
【００７６】
（実施形態４）
上述の実施形態１〜３においては、半球状の凸部を有する基板に第１の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第１の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板に第１の半導体層を形成する例について説明する。
【００７７】
図８は、本発明の一実施形態に係る半導体基板４００の模式図である。図８（ａ）は半導体基板４００の上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の破線部における半導体基板４００の断面図である。半導体基板４００は、ＰＳＳ基板４１０（以下、基板４１０という）と第１の半導体層４２０とを有する。本実施形態において基板４１０と第１の半導体層４２０とは組成が異なり、第１の半導体層４２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第１の半導体層４２０を形成するための基板４１０の第１の面１０ａであるｃ面には、複数の曲面形状の凹部４６０が所定の間隔ｉで配置される。ここで、間隔ｉは、２つの曲面形状の凹部４６０の間の最短距離を意味する。本実施形態においては、基板４１０のｃ面に曲面形状の凹部４６０の配置パターンを基板の第１の面に所定の間隔で形成することにより、基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離しやすくする。
【００７８】
基板４１０のｃ面では基板４１０と第１の半導体層４２０とは結合力が大きく、剥離しにくい。一方、曲面形状の凹部４６０の曲面では、第１の半導体層４２０は基板４１０にただ載っている程度であり、基板４１０と第１の半導体層４２０との結合力は極めて小さく、剥離しやすい。したがって、本実施形態においては、基板４１０のｃ面１０ａに、曲面形状の凹部４６０を所定の間隔ｉで配置することにより、基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離しやすくなる。図８においては、曲面形状の凹部４６０を半球形状の凹部として示したが、本実施形態に係る曲面形状の凹部４６０は平坦な底面を有しなければよく、任意の形状を適用可能である。例えば、すり鉢状の形状や円錐形状であってもよい。
【００７９】
例えば、図８のように、曲面形状の凹部４６０を半球形状の凹部とした場合には、本実施形態に係る基板４１０は、基板４１０のｃ面の面積に対する曲面形状の凹部４６０の表面積の合計の比が、１以上であることが好ましい。このような曲面形状の凹部４６０の表面積の合計と基板４１０のｃ面との比を有する基板４１０は、形成した第１の半導体層４２０を容易に剥離することができる。曲面形状の凹部４６０の底面を半径がｗ／２のとしたときに、１辺の長さがｗ＋ｉの正三角形の頂点に、曲面形状の凹部４６０の中心が配置される。すなわち、本実施形態に係る曲面形状の凹部４６０の配置パターンは、この３つの曲面形状の凹部４６０の配置を基板４１０の第１の面１０ａの第１の方向と、第１の方向と直交する第２の方向とに繰り返すことのより構成される。本実施形態においては、上述の比となるように、基板４１０のｃ面の面積、曲面形状の凹部４６０の底面の幅ｗ、間隔ｉを任意に設定することができる。
【００８０】
ここで、本実施形態に係る曲面形状の凹部４６０の底面の幅は、５μｍ以下が好ましい。曲面形状の凹部４６０の底面の幅を５μｍ以下にすると、基板４１０から第１の半導体層４２０が剥離しやすくなる。このような曲面形状の凹部４６０のパターンは、基材１０をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に１μｍであるとされている。したがって、本実施形態に係る曲面形状の凹部４６０のパターンを基板４１０に形成する場合、間隔ｉは１μｍ以上とすることが好ましい。例えば、図８に示した基板４１０において、間隔ｉを１μｍとすると、曲面形状の凹部４６０の底面の幅ｗを３μｍにすることにより、上述の比のパターンを形成することができる。
【００８１】
以下に、本実施形態に係る半導体基板４００の製造方法について説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、半導体基板４００の製造工程を示す模式図である。基材１０を準備し（図９Ａ（ａ））、基材１０をエッチングして、上述した曲面形状の凹部４６０のパターンを基板４１０のｃ面に形成する（図９Ａ（ｂ））。上述したように、本実施形態に係る基板４１０のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板４１０は、基板４１０のｃ面の面積に対する曲面形状の凹部４６０の表面積の合計の比が、１以上となるように、基板４１０のｃ面１０ａに、曲面形状の凹部４６０を所定の間隔ｉで配置する。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離しやすくすることができる。
【００８２】
エッチングして曲面形状の凹部４６０のパターンを形成した基板４１０の上面（ｃ面）に第１の半導体層４２０を形成する（図９Ａ（ｃ））。第１の半導体層４２０の形成には、ＭＯＣＶＤを適用することができる。第１の半導体層４２０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第１の半導体層４２０の形成は、第１の半導体層４２０の上面（第１の面である基板４１０のｃ面とは反対側の第２の面）が平坦になるまで行う。例えば、先に例示したような間隔ｉを１μｍ、曲面形状の凹部４６０の底面の幅ｗを３μｍとして曲面形状の凹部４６０のパターンを基板４１０に形成する場合、第１の半導体層４２０は１０μｍ程度の厚みにすると平坦化することができる。このようにして、本実施形態に係る半導体基板４００を製造することができる。
【００８３】
得られた半導体基板４００は、基板４１０を容易に剥離することができる。半導体基板４００の第１の半導体層４２０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図９Ｂ（ｄ））。第２の基板１７０及び接着層１８０は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。このように準備した半導体基板４００は、基板４１０を容易に剥離することができる（図９Ｂ（ｅ））。基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板４０１は、曲面形状の凹部４６０と接した部位で、第１の半導体層４２０が凸部を有する。このような凸部を第１の半導体層４２０に有する半導体基板４０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００８４】
また、半導体基板４０１は、研磨法を用いて平坦化することもできる（図９Ｂ（ｆ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板４０５を得ることもできる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板に、第１の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。
【００８６】
（実施形態５）
上述の実施形態４においては、曲面形状の凹部を有する基板に第１の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第１の面に所定の間隔で配置した複数の溝部を有する基板に第１の半導体層を形成する例について説明する。
【００８７】
図１０は、本発明の一実施形態に係る半導体基板５００の模式図である。図１０（ａ）は半導体基板５００の上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の破線部における半導体基板５００の断面図である。半導体基板５００は、ＰＳＳ基板５１０（以下、基板５１０という）と第１の半導体層５２０とを有する。本実施形態において基板５１０と第１の半導体層５２０とは組成が異なり、第１の半導体層５２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第１の半導体層５２０を形成するための基板５１０の第１の面１０ａであるｃ面には、所定の幅ｗの溝部５６０が所定の間隔ｉで複数配置される。本実施形態においては、基板５１０のｃ面に溝部５６０の配置パターンを基板の第１の面に所定の間隔で形成することにより、基板５１０から第１の半導体層５２０を剥離しやすくする。
【００８８】
本実施形態に係る溝部５６０は、幅ｗを十分に狭くすることにより、溝部５６０の底面（ｃ面）に第１の半導体層５２０が成長しないようにする。また、図１０に示したように、本実施形態に係る溝部５６０の上部において、空洞部５５５は、基板５１０のｃ面と接する第１の半導体層５２０の第１の面とは反対側の第２の面方向に凹む。この空洞部５５５の凹みは、基板５１０のｃ面上に成長した第１の半導体層が徐々にｃ面と平行な方向へ成長することにより生じる。
【００８９】
ここで、本実施形態に係る溝部５６０の幅ｗは、５μｍ以下が好ましい。溝部５６０の幅ｗを５μｍ以下にすると、溝部５６０の底面に第１の半導体層５２０が成長することなく空洞部５５５が形成され、基板５１０から第１の半導体層５２０が剥離しやすくなる。溝部５６０の幅ｗが５μｍ以上であると、溝部５６０の底面に第１の半導体層５２０が成長し、基板５１０から第１の半導体層５２０が剥離しにくくなる。また、このような溝部５６０のパターンは、基材１０をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に１μｍであるとされている。したがって、本実施形態に係る溝部５６０のパターンを基板５１０に形成する場合、幅ｗは１μｍ以上とすることが好ましい。
【００９０】
以下に、本実施形態に係る半導体基板５００の製造方法について説明する。図１１Ａ及び図１１Ｂは、半導体基板５００の製造工程を示す模式図である。基材１０を準備し（図１１Ａ（ａ））、基材１０をエッチングして、上述した溝部５６０のパターンを基板５１０のｃ面に形成する（図１１Ａ（ｂ））。上述したように、本実施形態に係る基板５１０のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板５１０は、幅ｗの溝部５６０を所定の間隔ｉで配置する。上述したように、本実施形態に係る溝部５６０の幅ｗは、５μｍ以下が好ましい。次の工程のＭＯＣＶＤを５００ＴＯＲＲ以上で実施する場合には、幅ｗを２mｍ以下にすることが好ましい。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板５１０から第１の半導体層５２０を剥離しやすくすることができる。
【００９１】
エッチングして溝部５６０のパターンを形成した基板５１０の上面（ｃ面）に第１の半導体層５２０を形成する（図１１Ａ（ｃ））。第１の半導体層４２０の形成には、ＭＯＣＶＤを適用することができる。第１の半導体層５２０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第１の半導体層５２０の形成は、第１の半導体層５２０の上面（第１の面である基板５１０のｃ面とは反対側の第２の面）が平坦になるまで行う。このようにして、本実施形態に係る半導体基板５００を製造することができる。
【００９２】
得られた半導体基板５００は、基板５１０を容易に剥離することができる。半導体基板５００の第１の半導体層５２０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図５Ｂ（ｄ））。第２の基板１７０及び接着層１８０は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板５００は、基板５１０を容易に剥離することができる（図１１Ｂ（ｄ））。基板５１０から第１の半導体層５２０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板５０１は、溝部５６０と接した部位で、第１の半導体層５２０が凹部を有する。このような凹部を第１の半導体層５２０に有する半導体基板５０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００９３】
また、半導体基板５０１は、研磨法を用いて平坦化することもできる（図１１Ｂ（ｆ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板５１０から第１の半導体層５２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板５０５を得ることもできる。
【００９４】
以上説明したように、本実施形態によると、所定の幅を有する溝部５６０を第１の面に所定の間隔で配置した基板に、第１の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。
【００９５】
（半導体装置）
上述した実施形態に係る半導体基板１００〜５００を用いて半導体装置、特にＬＥＤを製造することができる。以下では、一例として、半導体基板１０５を用いた半導体装置１０００について説明する。図１２は、本実施形態に係る半導体装置１０００の断面図である。半導体装置１０００は、半導体基板１０５の第１の半導体層２０の面にオーミックコンタクト層１１１０を配置、第２の基板の面にオーミックコンタクト層１１３０を配置する。
【００９６】
オーミックコンタクト層１１１０は、例えば、１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層、１０ｎｍのＡｌ層、１０μｍのＡｌ層を積層することにより形成することができる。また、オーミックコンタクト層１１３０は、例えば、第２の基板１７０がＳｉ基板であるとき、５０ｎｍのＡｕ層と５０ｎｍのアンチモン（Ｓｂ）層で形成することができる。接着層１８０は、例えば、３μｍのＡｕ層で形成する。ここで、第１の半導体層２０と接着層１８０の間には、図示しないが、１０ｎｍのＡｕ層と１０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）層によりオーミックコンタクト層が形成される。第１の半導体層２０のオーミックコンタクト層１１１０はＮ型半導体であり、第１の半導体層２０の接着層１８０側はＰ型半導体である。
【００９７】
以上のように、半導体基板１０５を利用して半導体装置１０００を製造することにより、ＬＥＤの製造コストを低減することが可能になる。なお、本実施形態においては、半導体基板１００から形成した半導体基板１０５に半導体装置１０００を製造する例を説明したが、半導体装置１０００は、半導体基板２００〜５００及びそれらから隔離した基板、平坦化した基板の何れも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０：基材、１０ａ：ｃ面、１１：半球状の凸部、２０：第１の半導体層、２１：半球状の凸部、１００：半導体基板、１０１：半導体基板、１０５：半導体基板、１１０：基板、１７０：第２の基板、１８０：接着層、２００：半導体基板、２０１：半導体基板、２０５：半導体基板、２１０：基板、２２０：第１の半導体層、２３０：金属材料層、２４０：第２の半導体層、２５０：空洞部、３００：半導体基板、３０１：半導体基板、３０５：半導体基板、３２０：第１の半導体層、３３０：金属材料層、３４０：第２の半導体層、３５０：空洞部、４００：半導体基板、４０１：半導体基板、４０５：半導体基板、４１０：基板、４２０：第１の半導体層、４６０：曲面形状の凹部、５００：半導体基板、５０１：半導体基板、５０５：半導体基板、５１０：基板、５２０：第１の半導体層、５５５：空洞部、５６０：溝部、１０００：半導体装置、１１１０：、１１３０：オーミックコンタクト層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法に関する。特に、サファイア基板からの窒化ガリウム層のリフトオフ方法に関し、そのリフトオフ方法を適用する半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を用いた発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は、信号機や液晶パネルのバックライト等の様々な機器に利用されている。
【０００３】
窒化ガリウム（ＧａＮ）基板の製造は非常に困難でありコストも高いため、ＬＥＤやレーザダイオード等の半導体デバイスは、サファイア等の異種基板上でＧａＮ層を成長させて製造される場合が多い。非特許文献１では、石英基板上、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＮｂの高融点金属基板上、及びＳｉ基板上のそれぞれに、プラズマ分子線エピタキシ（plasma assisted molecular beam epitaxy）を用いてＧａＮを結晶成長させる例を示している。
【０００４】
しかし、ＧａＮ層と基板との間の格子不整合及び熱膨張係数のミスマッチが発生し、高転位密度や欠陥の増大をもたらし、ＬＥＤの発光性能の向上を妨げている。ＧａＮ基板用に成長させたＧａＮバルク結晶をＧａＮ基板として剥離するため、機械研磨やレーザ剥離等が用いられているが、実用的なサイズのＧａＮ基板を再現良く得ることは非常に困難であった。さらに、サファイア基板は、ＧａＮ基板に比べて熱伝導率が低く、デバイスの熱放熱性を低下させる。さらに、サファイア基板に薄いＧａＮ層を形成した場合、サファイア基板からＧａＮ層を剥離するのは極めて困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Polycrystalline GaN for light emitter and field electron emitter applications” S. Hasegawa, S. Nishida, T. Yamashita, H. Asahi, Thin Solid Films 487 (2005) 260-267.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の問題を解決するもので、異種材料の基板上に形成した平坦かつ薄い半導体基板であって、異種材料の基板からの剥離が容易な半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板と、前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板が提供される。
【０００８】
前記半導体基板において、前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比が１以上であってもよい。
【０００９】
前記半導体基板において、前記半球状の凸部の底面の幅が５μｍ以下であってもよい。
【００１０】
前記半導体基板において、前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。
【００１１】
前記半導体基板において、前記第１の半導体層の前記第１の面とは反対側の第２の面に形成した第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の一部に形成された所定形状のパターンを有する空洞部と、を有してもよい。
【００１２】
前記半導体基板において、前記所定形状のパターンは前記所定の間隔の幅を有し、前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第１の半導体層の第２の面の位置に前記空洞部が配置されてもよい。
【００１３】
前記半導体基板において、前記所定形状のパターンは第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成してもよい。
【００１４】
【００１５】
また、本発明の一実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板と、前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板が提供される。
【００１６】
前記半導体基板において、前記曲面形状の凹部の底面の幅が５μｍ以下であってもよい。
【００１７】
前記半導体基板において、前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。
【００１８】
また、本発明の一実施形態によると、基板の第１の面に所定の間隔で複数の半球状の凸部を形成し、前記基板の第１の面に第１の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法が提供される。
【００１９】
前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部を形成することは、前記基板の第１の面をエッチングすることにより行ってもよい。
【００２０】
前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比が１以上となるように、前記基板の第１の面に前記半球状の凸部を形成してもよい。
【００２１】
前記半導体基板の製造方法において、前記半球状の凸部の底面の幅が５μｍ以下となるように、前記基板の第１の面に前記半球状の凸部を形成してもよい。
【００２２】
前記半導体基板の製造方法において、前記第１の半導体層は、有機金属気相成長法を用いて形成してもよい。
【００２３】
前記半導体基板の製造方法において、前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。
【００２４】
前記半導体基板の製造方法において、形成した前記第１の半導体層を前記基板から剥離してもよい。
【００２５】
前記半導体基板の製造方法において、前記第１の半導体層の前記第１の面とは反対側の第２の面に、所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、有機金属気相成長法を用いて前記第２の面に第２の半導体層を形成して、前記金属材料層と接する前記第１の半導体層に空洞部を形成してもよい。
【００２６】
前記半導体基板の製造方法において、前記金属材料層は、タンタル、チタンまたはクロムで形成されてもよい。
【００２７】
前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第１の半導体層の第２の面の位置に、前記所定の間隔の幅を有する前記所定形状のパターンで前記金属材料層を形成してもよい。
【００２８】
前記半導体基板の製造方法において、前記所定形状のパターンは第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成してもよい。
【００２９】
【００３０】
前記半導体基板の製造方法において、前記第１の半導体層に形成された前記空洞部を利用して前記基板を剥離して、前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層から形成された半導体基板を製造してもよい。
【００３１】
また、本発明の一実施形態によると、基板の第１の面に所定の間隔で複数の曲面形状の凹部を形成し、前記基板の第１の面に第１の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法が提供される。
【００３２】
前記半導体基板の製造方法において、前記曲面形状の凹部の底面の幅が５μｍ以下となるように、前記基板の第１の面に前記曲面形状の凹部を形成してもよい。
【００３３】
前記半導体基板の製造方法において、前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。
【００３４】
前記半導体基板の製造方法において、形成した前記第１の半導体層を前記基板から剥離してもよい。
【００３５】
前記半導体基板の製造方法において、レーザ・リフトオフ法を用いて、前記第１の半導体層を前記基板から剥離してもよい。
【００３６】
前記半導体基板の製造方法において、機械剥離法を用いて、前記第１の半導体層を前記基板から剥離してもよい。
【００３７】
また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板から剥離した前記第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層上に形成された活性層と、前記第活性層上に形成された第２の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【００３８】
また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板から剥離した前記第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に形成された第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層上に形成された活性層と、前記第活性層上に形成された第２の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【００３９】
また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板の前記第１の半導体層から前記基板を剥離し、前記第１の半導体層上に第１の化合物半導体層を形成し、前記第１の化合物半導体層上に活性層を形成し、前記第活性層上に第２の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００４０】
また、本発明の一実施形態によると、半導体基板の前記第２の半導体層から前記基板を剥離し、前記第２の半導体層上に第１の化合物半導体層を形成し、前記第１の化合物半導体層上に活性層を形成し、前記第活性層上に第２の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によると、異種材料の基板上に形成した平坦かつ薄い半導体基板であって、異種材料の基板からの剥離が容易な半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層基板１００を示す模式図であり、（ａ）は積層基板１００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の丸で囲んだ一部分の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半球状の凸部１１の配置パターンを説明する模式図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板１００の製造工程を示す模式図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板１００の製造工程を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体基板２００の模式図であり、（ａ）は半導体基板２００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線部における半導体基板２００の断面図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板２００の製造工程を示す模式図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板２００の製造工程を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体基板３００の模式図であり、（ａ）は半導体基板３００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線部における半導体基板３００の断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板３００の製造工程を示す模式図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板３００の製造工程を示す模式図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る半導体基板４００の模式図であり、（ａ）は半導体基板４００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線部における半導体基板４００の断面図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板４００の製造工程を示す模式図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板４００の製造工程を示す模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る半導体基板半導体基板５００の模式図であり、（ａ）は半導体基板５００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線部における半導体基板５００の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体基板５００の製造工程を示す模式図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体基板５００の製造工程を示す模式図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る半導体装置１０００の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に本発明の半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法について、添付の図面を参照して詳細に説明する。本発明の半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法は、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び後述する実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００４４】
上述したように、従来は異種材料の基板上に形成した薄い半導体基板を基板上から剥離するのは困難であった。例えば、１０μｍ程度のＧａＮ層をサファイア基板上に形成した場合、応力のみでＧａＮ層をサファイア基板から剥離するのは困難であり、従来は１００μｍ程度のＧａＮ層を形成する必要があった。本発明者らは、特定のパターンを有するサファイア基板であるＰＳＳ（Processed Sapphire Substrate）基板を用いて、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤという）によりＧａＮ層を形成することにより、１０μｍ程度のＧａＮ層を形成した場合にも基板からの隔離が可能となることを見出した。
【００４５】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体基板１００の模式図である。図１（ａ）は半導体基板１００の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の破線部における半導体基板１００の断面図である。半導体基板１００は、ＰＳＳ基板１１０（以下、基板１１０という）と第１の半導体層２０とを有する。本実施形態において基板１１０と第１の半導体層２０とは組成が異なり、第１の半導体層２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第１の半導体層２０を形成するための基板１１０の第１の面１０ａであるｃ面には、底面の幅ｗを有する複数の半球状の凸部１１が所定の間隔ｉで配置される。ここで、間隔ｉは、２つの半球状の凸部１１の間の最短距離を意味する。
【００４６】
図２は、本実施形態に係る半球状の凸部１１の配置パターンを説明する模式図である。半球状の凸部１１の底面を半径がｗ／２の円形状としたときに、１辺の長さがｗ＋ｉの正三角形の頂点に、半球状の凸部１１の中心が配置される。すなわち、本実施形態に係る半球状の凸部１１の配置パターンは、この３つの半球状の凸部１１の配置を基板１１０の第１の面１０ａの第１の方向と、第１の方向と直交する第２の方向とに繰り返すことのより構成される。
【００４７】
基板１１０のｃ面では基板１１０と第１の半導体層２０とは結合力が大きく、剥離しにくい。一方、半球状の凸部１１の曲面では、第１の半導体層２０は基板１１０にただ載っている程度であり、基板１１０と第１の半導体層２０との結合力は極めて小さく、剥離しやすい。したがって、本実施形態は、基板１１０のｃ面１０ａに、半球状の凸部１１を所定の間隔ｉで配置することにより、基板１１０から第１の半導体層２０を剥離しやすくするものである。ここで、半球状の凸部１１の表面積と基板１１０のｃ面の面積について着目すると、本実施形態に係る基板１１０は、基板１１０のｃ面の面積に対する半球状の凸部１１の表面積の合計の比が、１以上であることが好ましい。このような半球状の凸部１１の表面積の合計と基板１１０のｃ面との比を有する基板１１０は、形成した第１の半導体層２０を容易に剥離することができる。
【００４８】
本実施形態においては、上述の比となるように、基板１１０のｃ面の面積、半球状の凸部１１の底面の幅ｗ、間隔ｉを任意に設定することができる。ここで、本実施形態に係る半球状の凸部１１の底面の幅は、５μｍ以下が好ましい。半球状の凸部１１の底面の幅を５μｍ以下にすると、基板１１０から第１の半導体層２０が剥離しやすくなる。このような半球状の凸部１１のパターンは、基材をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に１μｍであるとされている。したがって、本実施形態に係る半球状の凸部１１のパターンを基板１１０に形成する場合、間隔ｉは１μｍ以上とすることが好ましい。例えば、図１に示した基板１１０において、２つの半球状の凸部１１の間の間隔ｉを１μｍとすると、半球状の凸部１１の底面の幅ｗを３μｍにすることにより、上述の比のパターンを形成することができる。
【００４９】
以下に、本実施形態に係る半導体基板１００の製造方法について説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、半導体基板１００の製造工程を示す模式図である。基材１０を準備し（図３Ａ（ａ））、基材１０をエッチングして、上述した半球状の凸部１１のパターンを基板１１０のｃ面に形成する（図Ａ３（ｂ））。上述したように、本実施形態に係る基板１１０のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板１１０は、基板１１０のｃ面の面積に対する半球状の凸部１１の表面積の合計の比が、１以上となるように、基板１１０のｃ面１０ａに、半球状の凸部１１を所定の間隔ｉで配置する。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板１１０から第１の半導体層２０を剥離しやすくすることができる。
【００５０】
エッチングして半球状の凸部１１のパターンを形成した基板１１０の上面（ｃ面）に第１の半導体層２０を形成する（図３Ａ（ｃ））。第１の半導体層２０の形成には、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤという）を適用することができる。第１の半導体層２０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第１の半導体層２０の形成は、第１の半導体層２０の上面（第１の面である基板１１０のｃ面とは反対側の第２の面）が平坦になるまで行う。例えば、先に例示したような間隔ｉを１μｍ、半球状の凸部１１の底面の幅ｗを３μｍとして半球状の凸部１１のパターンを基板１１０に形成する場合、第１の半導体層２０は１０μｍ程度の厚みにすると平坦化することができる。このようにして、本実施形態に係る半導体基板１００を製造することができる。
【００５１】
得られた半導体基板１００は、基板１１０を容易に剥離することができる。半導体基板１００の第１の半導体層２０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図３Ｂ（ｄ））。第２の基板１７０としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板や炭化シリコン（ＳｉＣ）基板及び金属等が挙げられる。また、接着層１８０としては、例えば、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）及び金と錫（Ｓｎ）の合金、及び半導体製造分野で公知の接着剤等が挙げられる。
【００５２】
第２の基板１７０を貼り合わせた半導体基板１００から、基板１１０を剥離する（図３Ｂ（ｅ））。基板１１０から第１の半導体層２０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板１０１は、半球状の凸部１１と接した部位で、第１の半導体層２０が凹部を有する。このような凹部を第１の半導体層２０に有する半導体基板１０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００５３】
また、半導体基板１０１は、研磨法を用いて第１の半導体層２０を平坦化することもできる（図３Ｂ（ｆ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板１１０から第１の半導体層２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板１０５を得ることもできる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板に、第１の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。
【００５５】
（実施形態２）
実施形態１においては、半球状の凸部を有する基板に第１の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第１の半導体層の上面（第１の面である基板１１０のｃ面とは反対側の第２の面）に所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、ＭＯＣＶＤを用いて第２の半導体層を形成することにより、第１の半導体層に空洞部を形成する例について説明する。本実施形態において説明する半導体基板は、第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成した場合に、基板から第１の半導体層を容易に剥離することができる。
【００５６】
図４は、本発明の一実施形態に係る半導体基板２００の模式図である。図４（ａ）は半導体基板２００の上面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の破線部における半導体基板２００の断面図である。半導体基板２００は、基板２１０、第１の半導体層２２０、第２の半導体層２４０及び空洞部２５０を有する。本実施形態において基板２１０と第１の半導体層２２０とは組成が異なり、第１の半導体層２２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。また、第２の半導体層２４０は第１の半導体層２２０と同じ組成であるが、異なる組成であってもよい。半導体基板１００において説明したように、半導体基板２００においても、第１の半導体層２２０を形成するための基板２１０の第１の面であるｃ面には、底面の幅ｗを有する複数の半球状の凸部２１が所定の間隔ｉで配置される。
【００５７】
第１の半導体層２２０と第２の半導体層２４０との半球状の凸部２１を取り囲む位置に空洞部２５０が形成される。本実施形態において、空洞部２５０は、２つの半球状の凸部２１の間隔ｉに相当する位置に形成される。図４（ａ）に示したように、本実施形態に係る空洞部２５０は、中心が半球状の凸部２１の中心と一致し、ハニカム構造の断面と同様に、基板２１０の第１の面であるｃ面を充填するように配置される六角形のパターンの頂点に配置したパターンを有する。その他の構成は、半導体基板１００と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
以下に、本実施形態に係る半導体基板２００の製造方法について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、半導体基板２００の製造工程を示す模式図である。図５Ａ（ａ）〜図５Ａ（ｃ）の工程は半導体基板１００と同様であるため、詳細な説明は省略する。形成した第１の半導体層２２０の上面に所定形状のパターンを有する金属材料層２３０を形成する（図５Ａ（ｄ））。金属材料層２３０において、円柱状の金属材料は所定の間隔ｉと等しい幅（底面の幅）を有する。金属材料層２３０には、第１の半導体層２２０を構成する元素と反応する金属を用いる。例えば、第１の半導体層２２０がＧａＮである場合は、タンタル、チタンまたはクロムを金属材料層２３０として好適に用いることができる。金属材料層２３０の形成には、電子ビーム蒸着（以下、ＥＢ蒸着という）及びリフトオフ法を好適に用いることができる。本実施形態において、間隔ｉと等しい幅（底面の幅）を有する円柱状の金属材料層２３０を、半球状の凸部２１を取り囲むように、半球状の凸部２１の間隔に相当する位置に配置する。また、金属材料層２３０において、底面の円の中心が六角形の頂点に配置するパターンを形成するように金属材料を配置する。
【００５９】
次に、第２の半導体層２４０を形成する。第２の半導体層２４０の形成にはＭＯＣＶＤを用いる。第２の半導体層２４０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第２の半導体層２４０を形成するときに、第１の半導体層２２０を構成する元素と金属材料層２３０とが反応し、金属材料層２３０の底面と接する第１の半導体層２２０の一部が分解して、空洞部２５０が形成される（図５Ａ（ｅ））。例えば、第１の半導体層２２０がＧａＮで、金属材料層２３０がタンタルである場合、第１の半導体層２２０を構成する窒素がタンタルと反応して窒化タンタル（ＴａＮ）となることによりＧａＮが分解して、金属材料層２３０の底面と接する第１の半導体層２２０の一部に空洞部２５０が形成される。このとき、第１の半導体層２２０の上面及び金属材料層２３０の側面には、第２の半導体層２４０が形成される。
【００６０】
空洞部２５０が形成された後に金属材料層２３０を除去する。金属材料層２３０は、例えば、Ｔａで形成された場合は、フッ化水素（以下、ＨＦという）を用いたエッチングにより除去することができる。ＨＦによるエッチングは、例えば、５０％のＨＦ水溶液に空洞部２５０が形成された半導体基板を浸漬することにより行うことができる。半導体基板を浸漬する時間は、例えば、２４時間程度である。本実施形態においては、一例としてＨＦを用いたエッチングについて説明したが、金属材料層２３０がエッチングされ、且つ第１の半導体層２２０及び第２の半導体層２４０が溶けない溶液を用いることができる。金属材料層２３０を除去した後に第２の半導体層２４０を更に成長させて、本実施形態に係る半導体基板２００を製造することができる（図５Ｂ（ｆ））。
【００６１】
得られた半導体基板２００は、基板２１０を容易に剥離することができる。半導体基板２００の第１の半導体層２２０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図５Ｂ（ｇ））。第２の基板１７０及び接着層１８０は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板２００は、半球状の凸部２１からは容易に外れ、空洞部２５０の底部付近で断裂して、基板２１０を容易に剥離することができる（図５Ｂ（ｈ））。基板２１０から第１の半導体層２２０及び第２の半導体層２４０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板２０１は、半球状の凸部２１と接した部位で、第１の半導体層２２０が凹部を有する。このような凹部を第１の半導体層２２０に有する半導体基板２０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００６２】
また、半導体基板２０１は、研磨法を用いて第１の半導体層２２０を平坦化することもできる（図５Ｂ（ｉ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板２１０から第１の半導体層２２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板２０５を得ることもできる。
【００６３】
本実施形態において、第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成する場合には、例えば、図４に示した基板２１０において、底面の幅が１μｍの半球状の凸部２１を基板２１０に形成すればよい。第１の半導体層２２０を２μｍ成長させた後に、１μｍの幅を有する金属材料を配置した金属材料層２３０を形成し、合計で第２の半導体層２４０を３μｍ成長させることにより、表面が平坦な半導体基板２００を形成することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板に第１の半導体層を形成し、第１の半導体層の第２の面に配置された所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、第２の面に第２の半導体層を形成することにより、金属材料層と接する第１の半導体層に空洞部が形成される。基板に形成した半球状の凸部と、第１の半導体層に形成された空洞部とを利用して、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成した場合にも、基板から第１の半導体層を容易に剥離することができる。
【００６５】
（実施形態３）
実施形態２においては、円柱状の金属材料を半球状の凸部を取り囲むように、半球状の凸部の間隔に相当する位置に配置することにより空洞部を形成した例を説明したが、本実施形態においては、所定形状のパターンが第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて金属材料層を形成する例について説明する。本実施形態において説明する半導体基板は、第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成した場合に、基板から第１の半導体層を容易に剥離することができる。
【００６６】
図６は、本発明の一実施形態に係る半導体基板３００の模式図である。図６（ａ）は半導体基板３００の上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の破線部における半導体基板３００の断面図である。半導体基板３００は、基板２１０、第１の半導体層３２０、第２の半導体層３４０及び空洞部３５０を有する。本実施形態において基板２１０と第１の半導体層３２０とは組成が異なり、第１の半導体層３２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。また、第２の半導体層３４０は第１の半導体層３２０と同じ組成であるが、異なる組成であってもよい。半導体基板１００において説明したように、半導体基板３００においても、第１の半導体層３２０を形成するための基板２１０の第１の面であるｃ面には、底面の幅ｗを有する複数の半球状の凸部２１が所定の間隔ｉで配置される。
【００６７】
第１の半導体層３２０と第２の半導体層３４０とには、第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、第１の方向と直交する第２の方向に複数配置された空洞部３５０が形成される。半導体基板３００において、その他の構成は、半導体基板１００又は半導体基板２００と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６８】
【００６９】
次に、ＭＯＣＶＤを用いて、第２の半導体層３４０を形成する。第２の半導体層３４０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第２の半導体層３４０を形成するときに、第１の半導体層３２０を構成する元素と金属材料層３３０とが反応し、金属材料層３３０の底面と接する第１の半導体層３２０の一部が分解して、空洞部３５０が形成される（図７Ａ（ｅ））。
【００７０】
【００７１】
空洞部３５０が形成された後に金属材料層３３０を除去する。金属材料層３３０は、実施形態２で説明した金属材料層２３０と同様に除去することができるため、詳細な説明は省略する。金属材料層３３０を除去した後に第２の半導体層３４０を更に成長させて、本実施形態に係る半導体基板３００を製造することができる（図７Ｂ（ｆ））。
【００７２】
得られた半導体基板３００は、基板２１０を容易に剥離することができる。半導体基板３００の第２の半導体層３４０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図７Ｂ（ｇ））。第２の基板１７０及び接着層１８０は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板３００は、半球状の凸部２１からは容易に外れ、空洞部３５０の底部付近で断裂して、基板２１０を容易に剥離することができる（図７Ｂ（ｈ））。基板２１０から第１の半導体層３２０及び第２の半導体層３４０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板３０１は、半球状の凸部２１と接した部位で、第１の半導体層３２０が凹部を有する。このような凹部を第１の半導体層３２０に有する半導体基板３０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００７３】
また、半導体基板３０１は、機械剥離法を用いて第１の半導体層３２０を平坦化することもできる（図７Ｂ（ｉ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、研磨法を用いて基板２１０から第１の半導体層３２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板３０５を得ることもできる。
【００７４】
本実施形態において、第１の半導体層を１０μｍよりも薄く形成する場合には、例えば、図６に示した基板２１０において、底面の幅が１μｍの半球状の凸部２１を基板２１０に形成すればよい。第１の半導体層３２０を２μｍ成長させた後に、１μｍの幅を有する金属材料を配置した金属材料層３３０を形成し、第２の半導体層３４０を３μｍ成長させることにより、表面が平坦な半導体基板３００を形成することができる。
【００７５】
【００７６】
（実施形態４）
上述の実施形態１〜３においては、半球状の凸部を有する基板に第１の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第１の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板に第１の半導体層を形成する例について説明する。
【００７７】
図８は、本発明の一実施形態に係る半導体基板４００の模式図である。図８（ａ）は半導体基板４００の上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の破線部における半導体基板４００の断面図である。半導体基板４００は、ＰＳＳ基板４１０（以下、基板４１０という）と第１の半導体層４２０とを有する。本実施形態において基板４１０と第１の半導体層４２０とは組成が異なり、第１の半導体層４２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第１の半導体層４２０を形成するための基板４１０の第１の面１０ａであるｃ面には、複数の曲面形状の凹部４６０が所定の間隔ｉで配置される。ここで、間隔ｉは、２つの曲面形状の凹部４６０の間の最短距離を意味する。本実施形態においては、基板４１０のｃ面に曲面形状の凹部４６０の配置パターンを基板の第１の面に所定の間隔で形成することにより、基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離しやすくする。
【００７８】
基板４１０のｃ面では基板４１０と第１の半導体層４２０とは結合力が大きく、剥離しにくい。一方、曲面形状の凹部４６０の曲面では、第１の半導体層４２０は基板４１０にただ載っている程度であり、基板４１０と第１の半導体層４２０との結合力は極めて小さく、剥離しやすい。したがって、本実施形態においては、基板４１０のｃ面１０ａに、曲面形状の凹部４６０を所定の間隔ｉで配置することにより、基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離しやすくなる。図８においては、曲面形状の凹部４６０を半球形状の凹部として示したが、本実施形態に係る曲面形状の凹部４６０は平坦な底面を有しなければよく、任意の形状を適用可能である。例えば、すり鉢状の形状や円錐形状であってもよい。
【００７９】
例えば、図８のように、曲面形状の凹部４６０を半球形状の凹部とした場合には、本実施形態に係る基板４１０は、基板４１０のｃ面の面積に対する曲面形状の凹部４６０の表面積の合計の比が、１以上であることが好ましい。このような曲面形状の凹部４６０の表面積の合計と基板４１０のｃ面との比を有する基板４１０は、形成した第１の半導体層４２０を容易に剥離することができる。曲面形状の凹部４６０の底面を半径がｗ／２のとしたときに、１辺の長さがｗ＋ｉの正三角形の頂点に、曲面形状の凹部４６０の中心が配置される。すなわち、本実施形態に係る曲面形状の凹部４６０の配置パターンは、この３つの曲面形状の凹部４６０の配置を基板４１０の第１の面１０ａの第１の方向と、第１の方向と直交する第２の方向とに繰り返すことのより構成される。本実施形態においては、上述の比となるように、基板４１０のｃ面の面積、曲面形状の凹部４６０の底面の幅ｗ、間隔ｉを任意に設定することができる。
【００８０】
ここで、本実施形態に係る曲面形状の凹部４６０の底面の幅は、５μｍ以下が好ましい。曲面形状の凹部４６０の底面の幅を５μｍ以下にすると、基板４１０から第１の半導体層４２０が剥離しやすくなる。このような曲面形状の凹部４６０のパターンは、基材１０をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に１μｍであるとされている。したがって、本実施形態に係る曲面形状の凹部４６０のパターンを基板４１０に形成する場合、間隔ｉは１μｍ以上とすることが好ましい。例えば、図８に示した基板４１０において、間隔ｉを１μｍとすると、曲面形状の凹部４６０の底面の幅ｗを３μｍにすることにより、上述の比のパターンを形成することができる。
【００８１】
以下に、本実施形態に係る半導体基板４００の製造方法について説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、半導体基板４００の製造工程を示す模式図である。基材１０を準備し（図９Ａ（ａ））、基材１０をエッチングして、上述した曲面形状の凹部４６０のパターンを基板４１０のｃ面に形成する（図９Ａ（ｂ））。上述したように、本実施形態に係る基板４１０のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板４１０は、基板４１０のｃ面の面積に対する曲面形状の凹部４６０の表面積の合計の比が、１以上となるように、基板４１０のｃ面１０ａに、曲面形状の凹部４６０を所定の間隔ｉで配置する。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離しやすくすることができる。
【００８２】
エッチングして曲面形状の凹部４６０のパターンを形成した基板４１０の上面（ｃ面）に第１の半導体層４２０を形成する（図９Ａ（ｃ））。第１の半導体層４２０の形成には、ＭＯＣＶＤを適用することができる。第１の半導体層４２０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第１の半導体層４２０の形成は、第１の半導体層４２０の上面（第１の面である基板４１０のｃ面とは反対側の第２の面）が平坦になるまで行う。例えば、先に例示したような間隔ｉを１μｍ、曲面形状の凹部４６０の底面の幅ｗを３μｍとして曲面形状の凹部４６０のパターンを基板４１０に形成する場合、第１の半導体層４２０は１０μｍ程度の厚みにすると平坦化することができる。このようにして、本実施形態に係る半導体基板４００を製造することができる。
【００８３】
得られた半導体基板４００は、基板４１０を容易に剥離することができる。半導体基板４００の第１の半導体層４２０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図９Ｂ（ｄ））。第２の基板１７０及び接着層１８０は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。このように準備した半導体基板４００は、基板４１０を容易に剥離することができる（図９Ｂ（ｅ））。基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板４０１は、曲面形状の凹部４６０と接した部位で、第１の半導体層４２０が凸部を有する。このような凸部を第１の半導体層４２０に有する半導体基板４０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００８４】
また、半導体基板４０１は、研磨法を用いて平坦化することもできる（図９Ｂ（ｆ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板４１０から第１の半導体層４２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板４０５を得ることもできる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態によると、第１の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板に、第１の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。
【００８６】
（実施形態５）
上述の実施形態４においては、曲面形状の凹部を有する基板に第１の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第１の面に所定の間隔で配置した複数の溝部を有する基板に第１の半導体層を形成する例について説明する。
【００８７】
図１０は、本発明の一実施形態に係る半導体基板５００の模式図である。図１０（ａ）は半導体基板５００の上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の破線部における半導体基板５００の断面図である。半導体基板５００は、ＰＳＳ基板５１０（以下、基板５１０という）と第１の半導体層５２０とを有する。本実施形態において基板５１０と第１の半導体層５２０とは組成が異なり、第１の半導体層５２０としてはＧａＮを用いるが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第１の半導体層５２０を形成するための基板５１０の第１の面１０ａであるｃ面には、所定の幅ｗの溝部５６０が所定の間隔ｉで複数配置される。本実施形態においては、基板５１０のｃ面に溝部５６０の配置パターンを基板の第１の面に所定の間隔で形成することにより、基板５１０から第１の半導体層５２０を剥離しやすくする。
【００８８】
本実施形態に係る溝部５６０は、幅ｗを十分に狭くすることにより、溝部５６０の底面（ｃ面）に第１の半導体層５２０が成長しないようにする。また、図１０に示したように、本実施形態に係る溝部５６０の上部において、空洞部５５５は、基板５１０のｃ面と接する第１の半導体層５２０の第１の面とは反対側の第２の面方向に凹む。この空洞部５５５の凹みは、基板５１０のｃ面上に成長した第１の半導体層が徐々にｃ面と平行な方向へ成長することにより生じる。
【００８９】
ここで、本実施形態に係る溝部５６０の幅ｗは、５μｍ以下が好ましい。溝部５６０の幅ｗを５μｍ以下にすると、溝部５６０の底面に第１の半導体層５２０が成長することなく空洞部５５５が形成され、基板５１０から第１の半導体層５２０が剥離しやすくなる。溝部５６０の幅ｗが５μｍ以上であると、溝部５６０の底面に第１の半導体層５２０が成長し、基板５１０から第１の半導体層５２０が剥離しにくくなる。また、このような溝部５６０のパターンは、基材１０をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に１μｍであるとされている。したがって、本実施形態に係る溝部５６０のパターンを基板５１０に形成する場合、幅ｗは１μｍ以上とすることが好ましい。
【００９０】
以下に、本実施形態に係る半導体基板５００の製造方法について説明する。図１１Ａ及び図１１Ｂは、半導体基板５００の製造工程を示す模式図である。基材１０を準備し（図１１Ａ（ａ））、基材１０をエッチングして、上述した溝部５６０のパターンを基板５１０のｃ面に形成する（図１１Ａ（ｂ））。上述したように、本実施形態に係る基板５１０のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板５１０は、幅ｗの溝部５６０を所定の間隔ｉで配置する。上述したように、本実施形態に係る溝部５６０の幅ｗは、５μｍ以下が好ましい。次の工程のＭＯＣＶＤを５００ＴＯＲＲ以上で実施する場合には、幅ｗを２mｍ以下にすることが好ましい。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板５１０から第１の半導体層５２０を剥離しやすくすることができる。
【００９１】
エッチングして溝部５６０のパターンを形成した基板５１０の上面（ｃ面）に第１の半導体層５２０を形成する（図１１Ａ（ｃ））。第１の半導体層４２０の形成には、ＭＯＣＶＤを適用することができる。第１の半導体層５２０を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第１の半導体層５２０の形成は、第１の半導体層５２０の上面（第１の面である基板５１０のｃ面とは反対側の第２の面）が平坦になるまで行う。このようにして、本実施形態に係る半導体基板５００を製造することができる。
【００９２】
得られた半導体基板５００は、基板５１０を容易に剥離することができる。半導体基板５００の第１の半導体層５２０の上面に接着層１８０を介して、第２の基板１７０を貼り合わせる（図５Ｂ（ｄ））。第２の基板１７０及び接着層１８０は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板５００は、基板５１０を容易に剥離することができる（図１１Ｂ（ｄ））。基板５１０から第１の半導体層５２０を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板５０１は、溝部５６０と接した部位で、第１の半導体層５２０が凹部を有する。このような凹部を第１の半導体層５２０に有する半導体基板５０１を用いて、ＬＥＤのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が２倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。
【００９３】
また、半導体基板５０１は、研磨法を用いて平坦化することもできる（図１１Ｂ（ｆ））。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板５１０から第１の半導体層５２０を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板５０５を得ることもできる。
【００９４】
以上説明したように、本実施形態によると、所定の幅を有する溝部５６０を第１の面に所定の間隔で配置した基板に、第１の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。
【００９５】
（半導体装置）
上述した実施形態に係る半導体基板１００〜５００を用いて半導体装置、特にＬＥＤを製造することができる。以下では、一例として、半導体基板１０５を用いた半導体装置１０００について説明する。図１２は、本実施形態に係る半導体装置１０００の断面図である。半導体装置１０００は、半導体基板１０５の第１の半導体層２０の面にオーミックコンタクト層１１１０を配置、第２の基板の面にオーミックコンタクト層１１３０を配置する。
【００９６】
オーミックコンタクト層１１１０は、例えば、１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層、１０ｎｍのＡｌ層、１０μｍのＡｌ層を積層することにより形成することができる。また、オーミックコンタクト層１１３０は、例えば、第２の基板１７０がＳｉ基板であるとき、５０ｎｍのＡｕ層と５０ｎｍのアンチモン（Ｓｂ）層で形成することができる。接着層１８０は、例えば、３μｍのＡｕ層で形成する。ここで、第１の半導体層２０と接着層１８０の間には、図示しないが、１０ｎｍのＡｕ層と１０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）層によりオーミックコンタクト層が形成される。第１の半導体層２０のオーミックコンタクト層１１１０はＮ型半導体であり、第１の半導体層２０の接着層１８０側はＰ型半導体である。
【００９７】
以上のように、半導体基板１０５を利用して半導体装置１０００を製造することにより、ＬＥＤの製造コストを低減することが可能になる。なお、本実施形態においては、半導体基板１００から形成した半導体基板１０５に半導体装置１０００を製造する例を説明したが、半導体装置１０００は、半導体基板２００〜５００及びそれらから隔離した基板、平坦化した基板の何れも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０：基材、１０ａ：ｃ面、１１：半球状の凸部、２０：第１の半導体層、２１：半球状の凸部、１００：半導体基板、１０１：半導体基板、１０５：半導体基板、１１０：基板、１７０：第２の基板、１８０：接着層、２００：半導体基板、２０１：半導体基板、２０５：半導体基板、２１０：基板、２２０：第１の半導体層、２３０：金属材料層、２４０：第２の半導体層、２５０：空洞部、３００：半導体基板、３０１：半導体基板、３０５：半導体基板、３２０：第１の半導体層、３３０：金属材料層、３４０：第２の半導体層、３５０：空洞部、４００：半導体基板、４０１：半導体基板、４０５：半導体基板、４１０：基板、４２０：第１の半導体層、４６０：曲面形状の凹部、５００：半導体基板、５０１：半導体基板、５０５：半導体基板、５１０：基板、５２０：第１の半導体層、５５５：空洞部、５６０：溝部、１０００：半導体装置、１１１０：、１１３０：オーミックコンタクト層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板と、
前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比が１以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記半球状の凸部の底面の幅が５μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の半導体基板。
【請求項５】
前記第１の半導体層の前記第１の面とは反対側の第２の面に形成した第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の一部に形成された所定形状のパターンを有する空洞部と、
を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体基板。
【請求項６】
前記所定形状のパターンは前記所定の間隔の幅を有し、
前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第１の半導体層の第２の面の位置に前記空洞部が配置されることを特徴とする請求項５に記載の半導体基板。
【請求項７】
前記所定形状のパターンは第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体基板。
【請求項８】
【請求項９】
第１の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板と、
前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板。
【請求項１０】
前記曲面形状の凹部の底面の幅が５μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体基板。
【請求項１１】
前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体基板。
【請求項１２】
基板の第１の面に所定の間隔で複数の半球状の凸部を形成し、
前記基板の第１の面に第１の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
前記複数の半球状の凸部を形成することは、前記基板の第１の面をエッチングすることにより行うことを特徴とする請求項１２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１４】
前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比が１以上となるように、前記基板の第１の面に前記半球状の凸部を形成することを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１５】
前記半球状の凸部の底面の幅が５μｍ以下となるように、前記基板の第１の面に前記半球状の凸部を形成することを特徴とする請求項１４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の半導体層は、有機金属気相成長法を用いて形成することを特徴とする請求項１５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１７】
前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１８】
形成した前記第１の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項１２乃至１７の何れか一に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の半導体層の前記第１の面とは反対側の第２の面に、所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、
有機金属気相成長法を用いて前記第２の面に第２の半導体層を形成して、前記金属材料層と接する前記第１の半導体層に空洞部を形成することを特徴とする請求項１７に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２０】
前記金属材料層は、タンタル、チタンまたはクロムで形成されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２１】
前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第１の半導体層の第２の面の位置に、前記所定の間隔の幅を有する前記所定形状のパターンで前記金属材料層を形成することを特徴とする請求項２０に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２２】
前記所定形状のパターンは第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成することを特徴とする請求項２０に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２３】
【請求項２４】
前記第１の半導体層に形成された前記空洞部を利用して前記基板を剥離して、前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層から形成された半導体基板を製造することを特徴とする請求項１９乃至２３の何れか一に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２５】
基板の第１の面に所定の間隔で複数の曲面形状の凹部を形成し、
前記基板の第１の面に第１の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２６】
前記曲面形状の凹部の底面の幅が５μｍ以下となるように、前記基板の第１の面に前記曲面形状の凹部を形成することを特徴とする請求項２５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２７】
前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項２５又は２６記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２８】
形成した前記第１の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項２５乃至２７の何れか一に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２９】
レーザ・リフトオフ法を用いて、前記第１の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項１８、２４又は２８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３０】
機械剥離法を用いて、前記第１の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項１８、２４又は２８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３１】
請求項１乃至４又は請求項９乃至１１の何れか一に記載の半導体基板から剥離した前記第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上に形成された活性層と、
前記第活性層上に形成された第２の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３２】
請求項５乃至８の何れか一に記載の半導体基板から剥離した前記第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成された第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上に形成された活性層と、
前記第活性層上に形成された第２の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３３】
請求項１乃至４又は請求項９乃至１１の何れか一に記載の半導体基板の前記第１の半導体層から前記基板を剥離し、
前記第１の半導体層上に第１の化合物半導体層を形成し、
前記第１の化合物半導体層上に活性層を形成し、
前記第活性層上に第２の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３４】
請求項５乃至８の何れか一に記載の半導体基板の前記第２の半導体層から前記基板を剥離し、
前記第２の半導体層上に第１の化合物半導体層を形成し、
前記第１の化合物半導体層上に活性層を形成し、
前記第活性層上に第２の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
第１の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板と、
前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比が１以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記半球状の凸部の底面の幅が５μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の半導体基板。
【請求項５】
前記第１の半導体層の前記第１の面とは反対側の第２の面に形成した第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の一部に形成された所定形状のパターンを有する空洞部と、
を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体基板。
【請求項６】
前記所定形状のパターンは前記所定の間隔の幅を有し、
前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第１の半導体層の第２の面の位置に前記空洞部が配置されることを特徴とする請求項５に記載の半導体基板。
【請求項７】
前記所定形状のパターンは第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体基板。
【請求項８】
【請求項９】
第１の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板と、
前記基板の第１の面に形成した第１の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板。
【請求項１０】
前記曲面形状の凹部の底面の幅が５μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体基板。
【請求項１１】
前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体基板。
【請求項１２】
基板の第１の面に所定の間隔で複数の半球状の凸部を形成し、
前記基板の第１の面に第１の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
前記複数の半球状の凸部を形成することは、前記基板の第１の面をエッチングすることにより行うことを特徴とする請求項１２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１４】
前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第１の面との比が１以上となるように、前記基板の第１の面に前記半球状の凸部を形成することを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１５】
前記半球状の凸部の底面の幅が５μｍ以下となるように、前記基板の第１の面に前記半球状の凸部を形成することを特徴とする請求項１４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の半導体層は、有機金属気相成長法を用いて形成することを特徴とする請求項１５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１７】
前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１８】
形成した前記第１の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項１２乃至１７の何れか一に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の半導体層の前記第１の面とは反対側の第２の面に、所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、
有機金属気相成長法を用いて前記第２の面に第２の半導体層を形成して、前記金属材料層と接する前記第１の半導体層に空洞部を形成することを特徴とする請求項１７に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２０】
前記金属材料層は、タンタル、チタンまたはクロムで形成されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２１】
前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第１の半導体層の第２の面の位置に、前記所定の間隔の幅を有する前記所定形状のパターンで前記金属材料層を形成することを特徴とする請求項２０に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２２】
前記所定形状のパターンは第１の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成することを特徴とする請求項２０に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２３】
【請求項２４】
前記第１の半導体層に形成された前記空洞部を利用して前記基板を剥離して、前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層から形成された半導体基板を製造することを特徴とする請求項１９乃至２３の何れか一に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２５】
基板の第１の面に所定の間隔で複数の曲面形状の凹部を形成し、
前記基板の第１の面に第１の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２６】
前記曲面形状の凹部の底面の幅が５μｍ以下となるように、前記基板の第１の面に前記曲面形状の凹部を形成することを特徴とする請求項２５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２７】
前記基板がサファイア基板であり、前記第１の半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項２５又は２６記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２８】
形成した前記第１の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項２５乃至２７の何れか一に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２９】
レーザ・リフトオフ法を用いて、前記第１の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項１８、２４又は２８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３０】
機械剥離法を用いて、前記第１の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項１８、２４又は２８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３１】
請求項１乃至４又は請求項９乃至１１の何れか一に記載の半導体基板から剥離した前記第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上に形成された活性層と、
前記第活性層上に形成された第２の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３２】
請求項５乃至８の何れか一に記載の半導体基板から剥離した前記第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成された第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上に形成された活性層と、
前記第活性層上に形成された第２の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３３】
請求項１乃至４又は請求項９乃至１１の何れか一に記載の半導体基板の前記第１の半導体層から前記基板を剥離し、
前記第１の半導体層上に第１の化合物半導体層を形成し、
前記第１の化合物半導体層上に活性層を形成し、
前記第活性層上に第２の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３４】
請求項５乃至８の何れか一に記載の半導体基板の前記第２の半導体層から前記基板を剥離し、
前記第２の半導体層上に第１の化合物半導体層を形成し、
前記第１の化合物半導体層上に活性層を形成し、
前記第活性層上に第２の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２３４８５３（Ｐ２０１２−２３４８５３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００３２１（Ｐ２０１１−１００３２１）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（５０６０２９００４）ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（５０６０２９００４）ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド (101)
【Ｆターム（参考）】
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