窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造する方法、及び半導体デバイスの製造方法
【課題】窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造するために、異種基板同士を貼り合わせる工程を含む方法において、所望の半導体デバイスに適した基板を選択可能な方法を提供する。
【解決手段】窒化物系化合物半導体から成る第１の基板１０の表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板２０の表面２０ａとを互いに接合させる。第１の基板１０のうち表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層３０を第２の基板２０上に形成する。窒化物系化合物半導体層３０の表面３０ａと、窒化物系化合物半導体層３０及び第２の基板２０の双方と異なる材料から成る支持基板４０の表面４０ａとを互いに接合させたのち、第２の基板２０を窒化物系化合物半導体層３０から剥離させる。
【解決手段】窒化物系化合物半導体から成る第１の基板１０の表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板２０の表面２０ａとを互いに接合させる。第１の基板１０のうち表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層３０を第２の基板２０上に形成する。窒化物系化合物半導体層３０の表面３０ａと、窒化物系化合物半導体層３０及び第２の基板２０の双方と異なる材料から成る支持基板４０の表面４０ａとを互いに接合させたのち、第２の基板２０を窒化物系化合物半導体層３０から剥離させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造する方法、及びこの方法を用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、窒化物半導体膜を異種基板上に有する半導体基板の作製方法が開示されている。この文献に記載された方法は、ＧａＮ基板の表面近傍に上方からイオンを注入してイオン注入層を形成し、そのＧａＮ基板の表面と単結晶シリコン基板とを重ね合わせた状態で熱処理を施すことによりそれらを貼り合わせ、イオン注入層を除くＧａＮ基板の主な部分を単結晶シリコン基板から引き剥がすことにより、ＧａＮ薄膜をシリコン基板上に有する半導体基板を作製している。そして、この半導体基板のＧａＮ薄膜上に種々の窒化物半導体層を成長させることで、ＬＥＤやトランジスタを作製している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１０６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二種類の基板同士を貼り合わせる際には、接合面となる基板表面の反りや厚み分布等が小さく平坦であることが好ましい。特許文献１では、ＧａＮ基板に貼り合わせられる基板として単結晶シリコン基板が例示されているが、単結晶シリコン基板は一般的に表面の平坦性が高く、反りや厚み分布も小さいのでこのような用途に適していると考えられる。
【０００５】
しかしながら、このような貼り合わせに適した基板が、半導体デバイスの基板としても好適であるとは限らない。貼り合わせに適した基板であっても、半導体デバイスの一部として利用可能な物性を有していない場合があるからである。例えば、シリコン基板上にＧａＮ薄膜を有する半導体基板を用いて半導体デバイスを作製した場合、プロセス中の処理温度によっては、ＧａＮとＳｉとが相互に反応してしまい所望の特性が得られないおそれがある。したがって、作製可能な半導体デバイスの種類が制限されてしまう。
【０００６】
また、半導体デバイスの基板として好適であっても、特許文献１に記載された方法に適していない場合もある。例えば、デバイスの表面側及び裏面側のそれぞれに電極を有する縦型デバイスには、導電率が高い金属製の基板が好適である。しかし、金属単体の表面は平坦性が比較的低いので、特許文献１に記載された方法において単結晶シリコン基板に代えて金属基板を用いると、ＧａＮ基板を引き剥がす際にイオン注入層ごと剥がれてしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造するために、異種基板同士を貼り合わせる工程を含む方法において、所望の半導体デバイスに適した基板を選択可能な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】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明による方法は、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造する方法であって、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板の表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板の表面とを互いに接合させる第１の工程と、第１の基板のうち表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層を第２の基板上に形成する第２の工程と、窒化物系化合物半導体層の表面と、窒化物系化合物半導体層及び第２の基板の双方と異なる材料から成る支持基板の表面とを互いに接合させたのち、第２の基板を窒化物系化合物半導体層から剥離させる第３の工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記方法においては、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板と異種基板（第２の基板）とを接合させた後にこれらを剥離させることにより、窒化物系化合物半導体層を異種基板上に形成している。そして、更に、第１及び第２の基板とは別の支持基板と窒化物系化合物半導体層とを互いに接合させたのち、第２の基板を剥離させている。こうして、支持基板上に窒化物系化合物半導体層を有する基板生産物が得られる。この方法によれば、第２の基板と支持基板とを任意に選択できるので、例えば、第２の基板として平坦性の高い材質から成る基板を使用し、支持基板として所望の半導体デバイスに適した材質から成る基板（例えば、結晶成長に適した基板、或いは半導体デバイスの一部として利用可能な物性を有する基板）を選択することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る方法では、第３の工程の後に、窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層を成長させる工程を更に備えることが好ましい。これにより、所望の半導体デバイスの成長に更に好適な基板生産物を提供できる。
【００１１】
また、本発明に係る方法では、第１の基板が窒化物系化合物半導体から成ることが好ましい。これにより、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板を容易に準備できる。
【００１２】
また、本発明に係る方法では、第２の基板が、表面平坦性の良い基板、例えばシリコン基板やサファイア基板等であることが望ましい。これにより、第１の工程において第１の基板の表層と第２の基板の表面とをより強固に接合することができる。なお、第２の基板上には、酸化物層や金属層等の膜が形成されていても良い。
【００１３】
また、本発明に係る半導体デバイスの製造方法は、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を用いて作製される半導体デバイスの製造方法であって、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板の表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板の表面とを互いに接合させる第１の工程と、第１の基板のうち表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層を第２の基板上に形成する第２の工程と、窒化物系化合物半導体層の表面と、窒化物系化合物半導体層及び第２の基板の双方と異なる材料から成る支持基板の表面とを互いに接合させたのち、第２の基板を除去する第３の工程と、窒化物系化合物半導体層上にデバイス層を形成する工程と、支持基板とは異なる材料から成る第３の基板をデバイス層に接合したのち、支持基板を除去する工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記製造方法によれば、前述した方法と同様、第２の基板と支持基板とを任意に選択できるので、第２の基板として平坦性の高い材質から成る基板を使用し、支持基板として所望の半導体デバイスに適した材質から成る基板を選択することが可能となる。なお、このような支持基板としては、デバイス層を形成するための結晶成長にとって好適な性質（耐熱性・耐腐食ガス性など）を有することが好ましい。また、デバイス層と熱膨張係数の近い基板が好ましい。また、上記製造方法においては、窒化物系化合物半導体層上にデバイス層を形成したのち、第３の基板をデバイス層に接合して支持基板を除去する。これにより、例えば支持基板としてデバイス層の成長に好適な基板を選択し、第３の基板として半導体デバイスの一部に利用可能な物性を有する基板を選択することが可能となる。なお、このような第３の基板としては、放熱性が高い材料、例えばセラミックス、ＳｉＣ、モリブデン、及びタングステンのうち少なくとも一つの材料を含むことが好適である。また、半導体デバイスが発光デバイスである場合には、第３の基板として、光を取り出すことができる透明な基板を採用しても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造するために、異種基板同士を貼り合わせる工程を含む方法において、所望の半導体デバイスに適した基板を選択可能な方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る基板生産物の製造方法において使用される第１の基板１０を示している。図１（ｂ）は、第１の基板１０にイオンを注入する工程を示している。図１（ｃ）は、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせる工程を示している。
【図２】図２（ａ）は、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせた基板を加熱する工程を示している。図２（ｂ）は、第１の基板１０が、窒化物系化合物半導体層３０を残して第２の基板２０から剥離した様子を示している。図２（ｃ）は、窒化物系化合物半導体層３０に支持基板４０を貼り合わせる工程を示している。
【図３】図３（ａ）は、窒化物系化合物半導体層３０を支持基板４０上に有する基板生産物１を示している。図３（ｂ）は、窒化物系化合物半導体層３０上にエピタキシャル層６０を形成する工程を示している。図３（ｃ）は、エピタキシャル層６０上に各半導体層７０〜７８を形成する工程を示している。
【図４】図４（ａ）は、各半導体層７０〜７８をメサエッチングする工程を示している。図４（ｂ）は、アノード電極８２及びカソード電極８４を形成する工程を示している。
【図５】図５（ａ）は、デバイス層３上に第３の基板９０を接合する工程を示している。図５（ｂ）は、支持基板４０を除去した後の半導体デバイス４を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１〜図５は、本実施形態に係る基板生産物の製造方法、およびこの基板生産物を使用した半導体デバイスの製造方法における各工程を示す図である。なお、本実施形態の方法により製造される基板生産物は、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有するものである。
【００１９】
＜第１の工程（第１の基板と第２の基板との貼り合わせ）＞
まず、図１（ａ）に示すように、窒化物系化合物半導体（例えばＧａＮ）から成る表層を含む第１の基板１０を準備する。この第１の基板１０は、好ましくは窒化物系化合物半導体から成る基板であり、典型的にはＧａＮ基板である。第１の基板１０は、例えばハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）により窒化物系化合物半導体を成長して作製されたものであり、酸素原子等の不純物がドープされていてもよい。
【００２０】
次に、この第１の基板１０の表面にイオンを注入する。まず、第１の基板１０の表面を研磨したのち、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１０をイオン注入装置１００に配置する。そして、第１の基板１０の表面１０ａに所定の原子（好ましくは、水素、ヘリウム、窒素等）のイオン１２を注入して、脆弱層１０ｂを形成する。
【００２１】
続いて、図１（ｃ）に示すように、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板２０を準備する。そして、この第２の基板２０の表面２０ａと、第１の基板１０の表層（脆弱層１０ｂ）とを互いに接合させる。第２の基板２０としては、表面２０ａの平坦性が高くて貼り合わせに適した基板、例えば表面２０ａに酸化層２０ｂを有するシリコン基板が好適である。また、これらを接合させる前に、第１の基板１０及び第２の基板２０の各接合面を、ドライエッチング装置におけるアルゴンガス中で放電させて得られるプラズマにより予め清浄しておくと尚良い。
【００２２】
＜第２の工程（第１の基板の剥離）＞
続いて、図２（ａ）に示すように、互いに接合された第１及び第２の基板１０，２０をアニール炉２００へ導入し、Ｎ２雰囲気、Ｏ２雰囲気、或いはＮ２＋Ｏ２雰囲気の下でアニール処理を施す。このときの温度は、例えば３００℃以上である。これにより、脆弱層１０ｂに亀裂が発生し、図２（ｂ）に示すように、脆弱層１０ｂの表面１０ａ側の部分のみ層状に残して第１の基板１０の他の部分が第２の基板２０から剥離する（第１の基板１０の薄板化）。こうして、第１の基板１０の他の部分が除去され、脆弱層１０ｂは、ＧａＮから成る窒化物系化合物半導体層３０として、第２の基板２０の表面２０ａ上に残る。
【００２３】
なお、本実施形態ではイオン注入後の加熱によって第１の基板１０の一部を第２の基板２０上に残存させているが、第１の基板１０を薄板化する方法は他の方法でも良く、例えば第１の基板１０のイオン注入部分に力を加えて上記脆弱層１０ｂを剥離させても良いし、第１の基板１０をスライスしても良いし、研磨等によって薄板化しても良い。スライスする方法は特に制限されないが、例えば、放電加工機、ワイヤーソー、外周刃、内周刃、レーザ照射等が好適である。
【００２４】
＜第３の工程（第２の基板と支持基板との貼り合わせ・剥離）＞
続いて、図２（ｃ）に示すように、窒化物系化合物半導体層３０及び第２の基板２０の双方と異なる材料から成る支持基板４０を準備する。この支持基板４０は、後の工程においてデバイス層を形成するための結晶成長にとって好適な性質（耐熱性・耐腐食ガス性など）を有することが好ましい。また、デバイス層と熱膨張係数の近い基板が好ましい。このような支持基板４０としては、例えばＧａＮから成る窒化物系化合物半導体層３０と熱膨張係数が近いＡｌＮ多結晶基板が好適である。そして、窒化物系化合物半導体層３０の表面３０ａと、支持基板４０の表面４０ａとを耐熱性無機接着剤層５０等を介して互いに接合させる。その後、酸洗浄等を行うことにより酸化層２０ｂを溶融させて第２の基板２０を分離・除去する。これにより、図３（ａ）に示すように、窒化物系化合物半導体層３０を支持基板４０上に有する基板生産物１が作製される。
【００２５】
＜エピタキシャル層形成工程＞
続いて、図３（ｂ）に示すように、窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層６０を窒化物系化合物半導体層３０上に成長させる。エピタキシャル層６０を構成する材料としては、その格子定数が窒化物系化合物半導体層３０に近いもの、例えばＧａＮが好適である。このエピタキシャル層形成工程を経ることにより、表面の平坦性が高くデバイスの作製に更に好適な基板生産物２が作製される。
【００２６】
＜デバイス層形成工程＞
続いて、基板生産物２を用いた半導体デバイスの作製に移る。まず、図３（ｃ）に示すように、基板生産物２のエピタキシャル層６０上に、ｎ型ＧａＮ層７０及びｎ型ＡｌＧａＮ層７２といった第１導電型の窒化物系化合物半導体層、発光層７４、並びにｐ型ＡｌＧａＮ層７６及びｐ型ＧａＮ層７８といった第２導電型の窒化物系化合物半導体層を成長させる。発光層７４は、電流（キャリア）が注入されることにより光を発生する層であり、多重量子井戸構造を有している。具体的には、発光層７４は、複数のバリア層及び井戸層が交互に積層されることにより構成されている。バリア層及び井戸層は、ＡｌＸ３ＩｎＹＧａ１−Ｘ３−ＹＮ（０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ＜１、０＜Ｘ３＋Ｙ＜１）といった窒化物系化合物半導体からなる。バリア層及び井戸層の組成は、バリア層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップよりも大きくなるように調整されている。この構成により、発光層７４に注入されたキャリアが井戸層に効率よく閉じ込められる。
【００２７】
続いて、図４（ａ）に示すように、各半導体層７０〜７８の一部をエッチング（メサエッチング）することにより、ｎ型ＧａＮ層７０の一部の表面を露出させる。そして、真空蒸着法や電子ビーム蒸着法によって、図４（ｂ）に示すようにアノード電極８２及びカソード電極８４を形成する。このとき、アノード電極８２は、ｐ型ＧａＮ層７８の発光層７４と対向する面とは反対側の面上に、ほぼ全面にわたって設けられる。アノード電極８２は例えばＮｉ／Ａｕ／Ａｌ／Ａｕといった金属を順次積層してなり、アノード電極８２とｐ型ＧａＮ層７８との間でオーミック接触が実現される。
【００２８】
また、カソード電極８４は、ｎ型ＧａＮ層７０のエピタキシャル層６０と対向する面とは反対側の面上において、ｎ型ＡｌＧａＮ層７２、発光層７４、ｐ型ＡｌＧａＮ層７６、及びｐ型ＧａＮ層７８が設けられた領域とは別の領域上に設けられる。カソード電極８４は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕといった金属を順次積層してなり、カソード電極８４とｎ型ＧａＮ層７０との間でオーミック接触が実現される。
【００２９】
以上の工程により、発光ダイオードといった機能を有するデバイス層３が、エピタキシャル層６０上に形成される。
【００３０】
＜第３の基板の接合工程＞
続いて、図５（ａ）に示すように、支持基板４０とは異なる材料から成る第３の基板９０を、デバイス層３の支持基板４０と対向する面とは反対側の面上に接合する。具体的には、デバイス層３のアノード電極８２と第３の基板９０の表面とを接合する。この第３の基板９０は、半導体デバイスの一部として利用可能な物性を有する基板であり、例えば放熱性が高いヒートシンク基板（セラミックス、ＳｉＣ、モリブデン、及びタングステンのうち少なくとも一つの材料を含むもの）が好適である。一実施例では、このヒートシンク基板を共晶接合によりアノード電極８２に接合する。なお、半導体デバイスが発光デバイスである場合には、第３の基板９０として、光を取り出すことができる透明な基板を採用しても良い。
【００３１】
その後、支持基板４０及び耐熱性無機接着剤層５０を研磨等によって除去することにより、図５（ｂ）に示すように、発光ダイオードといったデバイス層３を第３の基板９０上に有する半導体デバイス４が提供される。
【００３２】
以上に説明した本実施形態の方法によれば、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態の方法においては、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせて剥離することにより窒化物系化合物半導体層３０を異種基板（第２の基板２０）上に形成したのち、更に、第１及び第２の基板１０，２０とは別の支持基板４０と窒化物系化合物半導体層３０とを互いに接合させ、この後に第２の基板２０を剥離させている。この方法によれば、第２の基板２０と支持基板４０とを任意に選択できるので、例えば、第２の基板２０として平坦性の高い材質から成る基板を使用し、支持基板４０として所望の半導体デバイスに適した材質から成る基板（例えば、結晶成長に適した基板、或いは半導体デバイスの一部として利用可能な物性を有する基板）を選択することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態のように、第２の基板２０を除去した後、窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層６０を窒化物系化合物半導体層３０上に成長させることが好ましい。これにより、所望の半導体デバイスの成長に更に好適な基板生産物２を提供できる。
【００３４】
また、本実施形態のように、第１の基板１０は窒化物系化合物半導体から成ることが好ましい。これにより、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板１０を容易に準備できる。
【００３５】
また、本実施形態のように、第２の基板２０は、表面平坦性の良い基板、例えばシリコン基板やサファイア基板等であることが望ましい。これにより、第１の工程において第１の基板１０の表層と第２の基板２０の表面２０ａとをより強固に接合することができる。なお、第２の基板２０上には、本実施形態のように酸化層２０ｂや金属層等の膜が形成されていても良い。
【００３６】
本実施形態の方法において用いられる第２の基板２０としては、窒化物系化合物半導体層３０となる脆弱層１０ｂを保持できる程度の硬さか厚みを有し、更に第１の基板１０と接合される表面２０ａの平坦性が良く、反り・厚み分布が少ない基板が望ましい。第２の基板２０としてこのような基板を用いることで、品質の良い窒化物系化合物半導体層３０を作製できる。
【００３７】
デバイス層３を形成する際に使用される支持基板４０は、窒化物系化合物半導体層３０を保持できる程度の硬さか厚みを有すると共に、デバイス層３を形成するための結晶成長にとって好適な性質（耐熱性・耐腐食ガス性など）を有することが好ましい。例えば、図３（ｃ）に示した各半導体層７０〜７８を成長させるプロセスにおいて１０００℃以上でアンモニアや水素等を含む高温のガスに曝されることから、そのような環境に耐えられる材料系から成ることが好ましい。また、支持基板４０としては、窒化物系化合物半導体層３０と熱膨張係数の近い基板が好ましい。
【００３８】
基板同士を貼り合わせる方法としては様々な方法があるが、例えば互いの接合面を鏡面に仕上げて荷重を加えながら加熱する方法、基板をプラズマ中に曝すことにより接合させる方法、真空中のプラズマ、イオン、又は中性粒子等で接合面を叩くことにより接合面の反応を増加させて接合させる方法などが好適である。或いは、接着剤を接合面にコーティングしたり付着させることで接合させてもよい。また、金属を接合界面に介在させて加熱することで共晶接合させる方法や、イオンが移動しやすい材料を基板間に介在させて接合する方法なども好適である。異種基板同士が、接合面以外において当該基板の特性を保持できる接合方法であれば、特に限定されない。
【００３９】
第２の基板２０や支持基板４０を除去する方法としては、本実施形態で例示したもののほか、薬液等で基板を溶かす方法や、基板上に薄膜を形成し貼り合わせを行ったあと界面の薄膜を薬液によって溶かすなどの化学的な方法や、スライス・研磨等で力学的に削り除去する方法がある。
【００４０】
また、本実施形態に係る半導体デバイスの製造方法によれば、支持基板４０上にデバイス層３を形成したのち、第３の基板９０をデバイス層３に接合して支持基板４０を除去するので、例えば支持基板４０としてデバイス層３の成長に好適な基板を選択し、第３の基板９０として半導体デバイス４の一部に利用可能な物性を有する基板を選択することが可能となる。
【００４１】
第３の基板９０としては、窒化物系化合物半導体層３０を保持できる程度の硬さか厚みを有すると共に、上述したように半導体デバイス４の一部として利用可能な物性を持つ基板が好ましい。例えば、本実施形態において例示したように、半導体デバイス４から発生する熱を効率良く放出できる、ヒートシンク材料、セラミック材料、ＳｉＣ、モリブデン・タングステン等といった、放熱性の良い金属などによって第３の基板９０が構成されていると良い。また、本実施形態のように半導体デバイス４が発光デバイスであれば、第３の基板９０として、光を取り出すことができる透明な基板を採用しても良い。
【実施例１】
【００４２】
上記実施形態に係る基板生産物２、及び半導体デバイス４の一実施例について説明する。まず、第１の基板として、ＨＶＰＥ法によって成長させた直径２インチ（５０．８ミリメートル）の酸素ドープＧａＮ基板（厚さ３００μｍ）を準備する。このＧａＮ基板の表面（ウェハ面）は（０００１）面である。このＧａＮ基板の比抵抗は１オーム・ｃｍ以下、キャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３以上である。このＧａＮ基板は両面が鏡面研磨されている。このＧａＮ基板のＧａ面に水素イオンを注入する。このとき、加速電圧を９０ｋｅＶとし、ドーズ量を７×１０１７／ｃｍ２と設定する。
【００４３】
次に、第２の基板として、表面が熱酸化されて厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２層を有するＳｉウェハを準備する。そして、ＧａＮ基板及びＳｉウェハをドライエッチング装置にセットし、ＧａＮ基板の接合面（Ｇａ面）と、Ｓｉウェハの接合面（ＳｉＯ２層の表面）とを、アルゴン（Ａｒ）ガス中で放電させて得られるプラズマに曝して清浄面とする。その後、ＧａＮ基板及びＳｉウェハの接合面同士を接合させる。なお、Ａｒガスの条件の一例は、流量５０ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル）、圧力６．７Ｐａである。
【００４４】
続いて、互いに接合されたＧａＮ基板及びＳｉウェハをアニール炉に導入し、Ｎ２雰囲気、Ｎ２＋Ｏ２雰囲気、又はＯ２雰囲気で且つ３００℃以上の条件でもってアニール処理を施す。これにより、Ｓｉウェハ上に一部を層状に残してＧａＮ基板が剥離する。このようにして、表面モフォロジーの良い良質なＧａＮ層がＳｉウェハ上に形成される。
【００４５】
続いて、このＧａＮ層の上に、耐熱性無機接着剤を介在させてＡｌＮ多結晶基板を貼り合わせる。そして、この貼り合わせ基板に酸洗浄を施すことにより、Ｓｉウェハの表面（ＧａＮ層との界面）に存在するＳｉＯ２層が溶け、Ｓｉウェアが取り除かれてＧａＮ層のＮ面が露出する。
【００４６】
こうして露出したＧａＮ層のＮ面上に、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により成長させる。このとき、成長温度を１０００℃とする。こうして得られるｎ型ＧａＮエピタキシャル層の結晶性は高くなり、表面モフォロジーも良好となる。なお、実際に作製した例では、ｎ型ＧａＮエピタキシャル層の（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅が２１０ａｒｃｓｅｃとなった。
【００４７】
続いて、ｎ型ＧａＮエピタキシャル層上に、厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層、６対のＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層およびＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層から成るＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層、厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層を、ＭＯＣＶＤ法により順次成長させる。そして、メサエッチングによりｎ型ＧａＮ層の一部の表面を露出させたのち、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層上にｐ側電極を形成し、ｎ型ＧａＮ層の露出面上にｎ側電極を形成する。
【００４８】
なお、本実施例により実際に作製した半導体デバイスに対し、８０ｍＡの電流を注入し、ピーク波長４５０ｎｍにおける発光強度をＥＬ（エレクトロルミネッセンス）法により測定したところ、発光特性の高い半導体デバイスが得られることが確認された。
【００４９】
最後に、デバイス自身の発熱による劣化を抑えるために、放熱性の良い（例えばタングステン合金製の）ヒートシンク基板を、半導体デバイス上に共晶接合により貼り付ける。その後、ＡｌＮ多結晶基板を研磨によって取り除く。
【００５０】
本発明による方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態および実施例では、第１の基板として窒化物系化合物半導体基板を例示したが、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む基板であれば、該基板の主要部が他の材質から成る場合であっても第１の基板として利用可能である。また、上記実施形態及び実施例では、本発明に係る半導体デバイスの例として発光ダイオードを例示したが、本発明は、窒化物系化合物半導体によって構成される他の様々な半導体デバイスに適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２…基板生産物、３…デバイス層、４…半導体デバイス、１０…第１の基板、１０ｂ…脆弱層、１２…イオン、２０…第２の基板、２０ｂ…酸化層、３０…窒化物系化合物半導体層、４０…支持基板、５０…耐熱性無機接着剤層、６０…エピタキシャル層、７０…ｎ型ＧａＮ層、７２…ｎ型ＡｌＧａＮ層、７４…発光層、７６…ｐ型ＡｌＧａＮ層、７８…ｐ型ＧａＮ層、８２…アノード電極、８４…カソード電極、９０…第３の基板、１００…イオン注入装置、２００…アニール炉。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造する方法、及びこの方法を用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、窒化物半導体膜を異種基板上に有する半導体基板の作製方法が開示されている。この文献に記載された方法は、ＧａＮ基板の表面近傍に上方からイオンを注入してイオン注入層を形成し、そのＧａＮ基板の表面と単結晶シリコン基板とを重ね合わせた状態で熱処理を施すことによりそれらを貼り合わせ、イオン注入層を除くＧａＮ基板の主な部分を単結晶シリコン基板から引き剥がすことにより、ＧａＮ薄膜をシリコン基板上に有する半導体基板を作製している。そして、この半導体基板のＧａＮ薄膜上に種々の窒化物半導体層を成長させることで、ＬＥＤやトランジスタを作製している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１０６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二種類の基板同士を貼り合わせる際には、接合面となる基板表面の反りや厚み分布等が小さく平坦であることが好ましい。特許文献１では、ＧａＮ基板に貼り合わせられる基板として単結晶シリコン基板が例示されているが、単結晶シリコン基板は一般的に表面の平坦性が高く、反りや厚み分布も小さいのでこのような用途に適していると考えられる。
【０００５】
しかしながら、このような貼り合わせに適した基板が、半導体デバイスの基板としても好適であるとは限らない。貼り合わせに適した基板であっても、半導体デバイスの一部として利用可能な物性を有していない場合があるからである。例えば、シリコン基板上にＧａＮ薄膜を有する半導体基板を用いて半導体デバイスを作製した場合、プロセス中の処理温度によっては、ＧａＮとＳｉとが相互に反応してしまい所望の特性が得られないおそれがある。したがって、作製可能な半導体デバイスの種類が制限されてしまう。
【０００６】
また、半導体デバイスの基板として好適であっても、特許文献１に記載された方法に適していない場合もある。例えば、デバイスの表面側及び裏面側のそれぞれに電極を有する縦型デバイスには、導電率が高い金属製の基板が好適である。しかし、金属単体の表面は平坦性が比較的低いので、特許文献１に記載された方法において単結晶シリコン基板に代えて金属基板を用いると、ＧａＮ基板を引き剥がす際にイオン注入層ごと剥がれてしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造するために、異種基板同士を貼り合わせる工程を含む方法において、所望の半導体デバイスに適した基板を選択可能な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】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明による方法は、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造する方法であって、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板の表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板の表面とを互いに接合させる第１の工程と、第１の基板のうち表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層を第２の基板上に形成する第２の工程と、窒化物系化合物半導体層の表面と、窒化物系化合物半導体層及び第２の基板の双方と異なる材料から成る支持基板の表面とを互いに接合させたのち、第２の基板を窒化物系化合物半導体層から剥離させる第３の工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記方法においては、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板と異種基板（第２の基板）とを接合させた後にこれらを剥離させることにより、窒化物系化合物半導体層を異種基板上に形成している。そして、更に、第１及び第２の基板とは別の支持基板と窒化物系化合物半導体層とを互いに接合させたのち、第２の基板を剥離させている。こうして、支持基板上に窒化物系化合物半導体層を有する基板生産物が得られる。この方法によれば、第２の基板と支持基板とを任意に選択できるので、例えば、第２の基板として平坦性の高い材質から成る基板を使用し、支持基板として所望の半導体デバイスに適した材質から成る基板（例えば、結晶成長に適した基板、或いは半導体デバイスの一部として利用可能な物性を有する基板）を選択することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る方法では、第３の工程の後に、窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層を成長させる工程を更に備えることが好ましい。これにより、所望の半導体デバイスの成長に更に好適な基板生産物を提供できる。
【００１１】
また、本発明に係る方法では、第１の基板が窒化物系化合物半導体から成ることが好ましい。これにより、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板を容易に準備できる。
【００１２】
また、本発明に係る方法では、第２の基板が、表面平坦性の良い基板、例えばシリコン基板やサファイア基板等であることが望ましい。これにより、第１の工程において第１の基板の表層と第２の基板の表面とをより強固に接合することができる。なお、第２の基板上には、酸化物層や金属層等の膜が形成されていても良い。
【００１３】
また、本発明に係る半導体デバイスの製造方法は、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を用いて作製される半導体デバイスの製造方法であって、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板の表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板の表面とを互いに接合させる第１の工程と、第１の基板のうち表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層を第２の基板上に形成する第２の工程と、窒化物系化合物半導体層の表面と、窒化物系化合物半導体層及び第２の基板の双方と異なる材料から成る支持基板の表面とを互いに接合させたのち、第２の基板を除去する第３の工程と、窒化物系化合物半導体層上にデバイス層を形成する工程と、支持基板とは異なる材料から成る第３の基板をデバイス層に接合したのち、支持基板を除去する工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記製造方法によれば、前述した方法と同様、第２の基板と支持基板とを任意に選択できるので、第２の基板として平坦性の高い材質から成る基板を使用し、支持基板として所望の半導体デバイスに適した材質から成る基板を選択することが可能となる。なお、このような支持基板としては、デバイス層を形成するための結晶成長にとって好適な性質（耐熱性・耐腐食ガス性など）を有することが好ましい。また、デバイス層と熱膨張係数の近い基板が好ましい。また、上記製造方法においては、窒化物系化合物半導体層上にデバイス層を形成したのち、第３の基板をデバイス層に接合して支持基板を除去する。これにより、例えば支持基板としてデバイス層の成長に好適な基板を選択し、第３の基板として半導体デバイスの一部に利用可能な物性を有する基板を選択することが可能となる。なお、このような第３の基板としては、放熱性が高い材料、例えばセラミックス、ＳｉＣ、モリブデン、及びタングステンのうち少なくとも一つの材料を含むことが好適である。また、半導体デバイスが発光デバイスである場合には、第３の基板として、光を取り出すことができる透明な基板を採用しても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造するために、異種基板同士を貼り合わせる工程を含む方法において、所望の半導体デバイスに適した基板を選択可能な方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る基板生産物の製造方法において使用される第１の基板１０を示している。図１（ｂ）は、第１の基板１０にイオンを注入する工程を示している。図１（ｃ）は、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせる工程を示している。
【図２】図２（ａ）は、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせた基板を加熱する工程を示している。図２（ｂ）は、第１の基板１０が、窒化物系化合物半導体層３０を残して第２の基板２０から剥離した様子を示している。図２（ｃ）は、窒化物系化合物半導体層３０に支持基板４０を貼り合わせる工程を示している。
【図３】図３（ａ）は、窒化物系化合物半導体層３０を支持基板４０上に有する基板生産物１を示している。図３（ｂ）は、窒化物系化合物半導体層３０上にエピタキシャル層６０を形成する工程を示している。図３（ｃ）は、エピタキシャル層６０上に各半導体層７０〜７８を形成する工程を示している。
【図４】図４（ａ）は、各半導体層７０〜７８をメサエッチングする工程を示している。図４（ｂ）は、アノード電極８２及びカソード電極８４を形成する工程を示している。
【図５】図５（ａ）は、デバイス層３上に第３の基板９０を接合する工程を示している。図５（ｂ）は、支持基板４０を除去した後の半導体デバイス４を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１〜図５は、本実施形態に係る基板生産物の製造方法、およびこの基板生産物を使用した半導体デバイスの製造方法における各工程を示す図である。なお、本実施形態の方法により製造される基板生産物は、窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有するものである。
【００１９】
＜第１の工程（第１の基板と第２の基板との貼り合わせ）＞
まず、図１（ａ）に示すように、窒化物系化合物半導体（例えばＧａＮ）から成る表層を含む第１の基板１０を準備する。この第１の基板１０は、好ましくは窒化物系化合物半導体から成る基板であり、典型的にはＧａＮ基板である。第１の基板１０は、例えばハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）により窒化物系化合物半導体を成長して作製されたものであり、酸素原子等の不純物がドープされていてもよい。
【００２０】
次に、この第１の基板１０の表面にイオンを注入する。まず、第１の基板１０の表面を研磨したのち、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１０をイオン注入装置１００に配置する。そして、第１の基板１０の表面１０ａに所定の原子（好ましくは、水素、ヘリウム、窒素等）のイオン１２を注入して、脆弱層１０ｂを形成する。
【００２１】
続いて、図１（ｃ）に示すように、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板２０を準備する。そして、この第２の基板２０の表面２０ａと、第１の基板１０の表層（脆弱層１０ｂ）とを互いに接合させる。第２の基板２０としては、表面２０ａの平坦性が高くて貼り合わせに適した基板、例えば表面２０ａに酸化層２０ｂを有するシリコン基板が好適である。また、これらを接合させる前に、第１の基板１０及び第２の基板２０の各接合面を、ドライエッチング装置におけるアルゴンガス中で放電させて得られるプラズマにより予め清浄しておくと尚良い。
【００２２】
＜第２の工程（第１の基板の剥離）＞
続いて、図２（ａ）に示すように、互いに接合された第１及び第２の基板１０，２０をアニール炉２００へ導入し、Ｎ２雰囲気、Ｏ２雰囲気、或いはＮ２＋Ｏ２雰囲気の下でアニール処理を施す。このときの温度は、例えば３００℃以上である。これにより、脆弱層１０ｂに亀裂が発生し、図２（ｂ）に示すように、脆弱層１０ｂの表面１０ａ側の部分のみ層状に残して第１の基板１０の他の部分が第２の基板２０から剥離する（第１の基板１０の薄板化）。こうして、第１の基板１０の他の部分が除去され、脆弱層１０ｂは、ＧａＮから成る窒化物系化合物半導体層３０として、第２の基板２０の表面２０ａ上に残る。
【００２３】
なお、本実施形態ではイオン注入後の加熱によって第１の基板１０の一部を第２の基板２０上に残存させているが、第１の基板１０を薄板化する方法は他の方法でも良く、例えば第１の基板１０のイオン注入部分に力を加えて上記脆弱層１０ｂを剥離させても良いし、第１の基板１０をスライスしても良いし、研磨等によって薄板化しても良い。スライスする方法は特に制限されないが、例えば、放電加工機、ワイヤーソー、外周刃、内周刃、レーザ照射等が好適である。
【００２４】
＜第３の工程（第２の基板と支持基板との貼り合わせ・剥離）＞
続いて、図２（ｃ）に示すように、窒化物系化合物半導体層３０及び第２の基板２０の双方と異なる材料から成る支持基板４０を準備する。この支持基板４０は、後の工程においてデバイス層を形成するための結晶成長にとって好適な性質（耐熱性・耐腐食ガス性など）を有することが好ましい。また、デバイス層と熱膨張係数の近い基板が好ましい。このような支持基板４０としては、例えばＧａＮから成る窒化物系化合物半導体層３０と熱膨張係数が近いＡｌＮ多結晶基板が好適である。そして、窒化物系化合物半導体層３０の表面３０ａと、支持基板４０の表面４０ａとを耐熱性無機接着剤層５０等を介して互いに接合させる。その後、酸洗浄等を行うことにより酸化層２０ｂを溶融させて第２の基板２０を分離・除去する。これにより、図３（ａ）に示すように、窒化物系化合物半導体層３０を支持基板４０上に有する基板生産物１が作製される。
【００２５】
＜エピタキシャル層形成工程＞
続いて、図３（ｂ）に示すように、窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層６０を窒化物系化合物半導体層３０上に成長させる。エピタキシャル層６０を構成する材料としては、その格子定数が窒化物系化合物半導体層３０に近いもの、例えばＧａＮが好適である。このエピタキシャル層形成工程を経ることにより、表面の平坦性が高くデバイスの作製に更に好適な基板生産物２が作製される。
【００２６】
＜デバイス層形成工程＞
続いて、基板生産物２を用いた半導体デバイスの作製に移る。まず、図３（ｃ）に示すように、基板生産物２のエピタキシャル層６０上に、ｎ型ＧａＮ層７０及びｎ型ＡｌＧａＮ層７２といった第１導電型の窒化物系化合物半導体層、発光層７４、並びにｐ型ＡｌＧａＮ層７６及びｐ型ＧａＮ層７８といった第２導電型の窒化物系化合物半導体層を成長させる。発光層７４は、電流（キャリア）が注入されることにより光を発生する層であり、多重量子井戸構造を有している。具体的には、発光層７４は、複数のバリア層及び井戸層が交互に積層されることにより構成されている。バリア層及び井戸層は、ＡｌＸ３ＩｎＹＧａ１−Ｘ３−ＹＮ（０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ＜１、０＜Ｘ３＋Ｙ＜１）といった窒化物系化合物半導体からなる。バリア層及び井戸層の組成は、バリア層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップよりも大きくなるように調整されている。この構成により、発光層７４に注入されたキャリアが井戸層に効率よく閉じ込められる。
【００２７】
続いて、図４（ａ）に示すように、各半導体層７０〜７８の一部をエッチング（メサエッチング）することにより、ｎ型ＧａＮ層７０の一部の表面を露出させる。そして、真空蒸着法や電子ビーム蒸着法によって、図４（ｂ）に示すようにアノード電極８２及びカソード電極８４を形成する。このとき、アノード電極８２は、ｐ型ＧａＮ層７８の発光層７４と対向する面とは反対側の面上に、ほぼ全面にわたって設けられる。アノード電極８２は例えばＮｉ／Ａｕ／Ａｌ／Ａｕといった金属を順次積層してなり、アノード電極８２とｐ型ＧａＮ層７８との間でオーミック接触が実現される。
【００２８】
また、カソード電極８４は、ｎ型ＧａＮ層７０のエピタキシャル層６０と対向する面とは反対側の面上において、ｎ型ＡｌＧａＮ層７２、発光層７４、ｐ型ＡｌＧａＮ層７６、及びｐ型ＧａＮ層７８が設けられた領域とは別の領域上に設けられる。カソード電極８４は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕといった金属を順次積層してなり、カソード電極８４とｎ型ＧａＮ層７０との間でオーミック接触が実現される。
【００２９】
以上の工程により、発光ダイオードといった機能を有するデバイス層３が、エピタキシャル層６０上に形成される。
【００３０】
＜第３の基板の接合工程＞
続いて、図５（ａ）に示すように、支持基板４０とは異なる材料から成る第３の基板９０を、デバイス層３の支持基板４０と対向する面とは反対側の面上に接合する。具体的には、デバイス層３のアノード電極８２と第３の基板９０の表面とを接合する。この第３の基板９０は、半導体デバイスの一部として利用可能な物性を有する基板であり、例えば放熱性が高いヒートシンク基板（セラミックス、ＳｉＣ、モリブデン、及びタングステンのうち少なくとも一つの材料を含むもの）が好適である。一実施例では、このヒートシンク基板を共晶接合によりアノード電極８２に接合する。なお、半導体デバイスが発光デバイスである場合には、第３の基板９０として、光を取り出すことができる透明な基板を採用しても良い。
【００３１】
その後、支持基板４０及び耐熱性無機接着剤層５０を研磨等によって除去することにより、図５（ｂ）に示すように、発光ダイオードといったデバイス層３を第３の基板９０上に有する半導体デバイス４が提供される。
【００３２】
以上に説明した本実施形態の方法によれば、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態の方法においては、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせて剥離することにより窒化物系化合物半導体層３０を異種基板（第２の基板２０）上に形成したのち、更に、第１及び第２の基板１０，２０とは別の支持基板４０と窒化物系化合物半導体層３０とを互いに接合させ、この後に第２の基板２０を剥離させている。この方法によれば、第２の基板２０と支持基板４０とを任意に選択できるので、例えば、第２の基板２０として平坦性の高い材質から成る基板を使用し、支持基板４０として所望の半導体デバイスに適した材質から成る基板（例えば、結晶成長に適した基板、或いは半導体デバイスの一部として利用可能な物性を有する基板）を選択することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態のように、第２の基板２０を除去した後、窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層６０を窒化物系化合物半導体層３０上に成長させることが好ましい。これにより、所望の半導体デバイスの成長に更に好適な基板生産物２を提供できる。
【００３４】
また、本実施形態のように、第１の基板１０は窒化物系化合物半導体から成ることが好ましい。これにより、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板１０を容易に準備できる。
【００３５】
また、本実施形態のように、第２の基板２０は、表面平坦性の良い基板、例えばシリコン基板やサファイア基板等であることが望ましい。これにより、第１の工程において第１の基板１０の表層と第２の基板２０の表面２０ａとをより強固に接合することができる。なお、第２の基板２０上には、本実施形態のように酸化層２０ｂや金属層等の膜が形成されていても良い。
【００３６】
本実施形態の方法において用いられる第２の基板２０としては、窒化物系化合物半導体層３０となる脆弱層１０ｂを保持できる程度の硬さか厚みを有し、更に第１の基板１０と接合される表面２０ａの平坦性が良く、反り・厚み分布が少ない基板が望ましい。第２の基板２０としてこのような基板を用いることで、品質の良い窒化物系化合物半導体層３０を作製できる。
【００３７】
デバイス層３を形成する際に使用される支持基板４０は、窒化物系化合物半導体層３０を保持できる程度の硬さか厚みを有すると共に、デバイス層３を形成するための結晶成長にとって好適な性質（耐熱性・耐腐食ガス性など）を有することが好ましい。例えば、図３（ｃ）に示した各半導体層７０〜７８を成長させるプロセスにおいて１０００℃以上でアンモニアや水素等を含む高温のガスに曝されることから、そのような環境に耐えられる材料系から成ることが好ましい。また、支持基板４０としては、窒化物系化合物半導体層３０と熱膨張係数の近い基板が好ましい。
【００３８】
基板同士を貼り合わせる方法としては様々な方法があるが、例えば互いの接合面を鏡面に仕上げて荷重を加えながら加熱する方法、基板をプラズマ中に曝すことにより接合させる方法、真空中のプラズマ、イオン、又は中性粒子等で接合面を叩くことにより接合面の反応を増加させて接合させる方法などが好適である。或いは、接着剤を接合面にコーティングしたり付着させることで接合させてもよい。また、金属を接合界面に介在させて加熱することで共晶接合させる方法や、イオンが移動しやすい材料を基板間に介在させて接合する方法なども好適である。異種基板同士が、接合面以外において当該基板の特性を保持できる接合方法であれば、特に限定されない。
【００３９】
第２の基板２０や支持基板４０を除去する方法としては、本実施形態で例示したもののほか、薬液等で基板を溶かす方法や、基板上に薄膜を形成し貼り合わせを行ったあと界面の薄膜を薬液によって溶かすなどの化学的な方法や、スライス・研磨等で力学的に削り除去する方法がある。
【００４０】
また、本実施形態に係る半導体デバイスの製造方法によれば、支持基板４０上にデバイス層３を形成したのち、第３の基板９０をデバイス層３に接合して支持基板４０を除去するので、例えば支持基板４０としてデバイス層３の成長に好適な基板を選択し、第３の基板９０として半導体デバイス４の一部に利用可能な物性を有する基板を選択することが可能となる。
【００４１】
第３の基板９０としては、窒化物系化合物半導体層３０を保持できる程度の硬さか厚みを有すると共に、上述したように半導体デバイス４の一部として利用可能な物性を持つ基板が好ましい。例えば、本実施形態において例示したように、半導体デバイス４から発生する熱を効率良く放出できる、ヒートシンク材料、セラミック材料、ＳｉＣ、モリブデン・タングステン等といった、放熱性の良い金属などによって第３の基板９０が構成されていると良い。また、本実施形態のように半導体デバイス４が発光デバイスであれば、第３の基板９０として、光を取り出すことができる透明な基板を採用しても良い。
【実施例１】
【００４２】
上記実施形態に係る基板生産物２、及び半導体デバイス４の一実施例について説明する。まず、第１の基板として、ＨＶＰＥ法によって成長させた直径２インチ（５０．８ミリメートル）の酸素ドープＧａＮ基板（厚さ３００μｍ）を準備する。このＧａＮ基板の表面（ウェハ面）は（０００１）面である。このＧａＮ基板の比抵抗は１オーム・ｃｍ以下、キャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３以上である。このＧａＮ基板は両面が鏡面研磨されている。このＧａＮ基板のＧａ面に水素イオンを注入する。このとき、加速電圧を９０ｋｅＶとし、ドーズ量を７×１０１７／ｃｍ２と設定する。
【００４３】
次に、第２の基板として、表面が熱酸化されて厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２層を有するＳｉウェハを準備する。そして、ＧａＮ基板及びＳｉウェハをドライエッチング装置にセットし、ＧａＮ基板の接合面（Ｇａ面）と、Ｓｉウェハの接合面（ＳｉＯ２層の表面）とを、アルゴン（Ａｒ）ガス中で放電させて得られるプラズマに曝して清浄面とする。その後、ＧａＮ基板及びＳｉウェハの接合面同士を接合させる。なお、Ａｒガスの条件の一例は、流量５０ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル）、圧力６．７Ｐａである。
【００４４】
続いて、互いに接合されたＧａＮ基板及びＳｉウェハをアニール炉に導入し、Ｎ２雰囲気、Ｎ２＋Ｏ２雰囲気、又はＯ２雰囲気で且つ３００℃以上の条件でもってアニール処理を施す。これにより、Ｓｉウェハ上に一部を層状に残してＧａＮ基板が剥離する。このようにして、表面モフォロジーの良い良質なＧａＮ層がＳｉウェハ上に形成される。
【００４５】
続いて、このＧａＮ層の上に、耐熱性無機接着剤を介在させてＡｌＮ多結晶基板を貼り合わせる。そして、この貼り合わせ基板に酸洗浄を施すことにより、Ｓｉウェハの表面（ＧａＮ層との界面）に存在するＳｉＯ２層が溶け、Ｓｉウェアが取り除かれてＧａＮ層のＮ面が露出する。
【００４６】
こうして露出したＧａＮ層のＮ面上に、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により成長させる。このとき、成長温度を１０００℃とする。こうして得られるｎ型ＧａＮエピタキシャル層の結晶性は高くなり、表面モフォロジーも良好となる。なお、実際に作製した例では、ｎ型ＧａＮエピタキシャル層の（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅が２１０ａｒｃｓｅｃとなった。
【００４７】
続いて、ｎ型ＧａＮエピタキシャル層上に、厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層、厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層、６対のＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層およびＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層から成るＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する厚さ１００ｎｍの発光層、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層、厚さ０．１５μｍのｐ型ＧａＮ層を、ＭＯＣＶＤ法により順次成長させる。そして、メサエッチングによりｎ型ＧａＮ層の一部の表面を露出させたのち、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、ｐ型ＧａＮ層上にｐ側電極を形成し、ｎ型ＧａＮ層の露出面上にｎ側電極を形成する。
【００４８】
なお、本実施例により実際に作製した半導体デバイスに対し、８０ｍＡの電流を注入し、ピーク波長４５０ｎｍにおける発光強度をＥＬ（エレクトロルミネッセンス）法により測定したところ、発光特性の高い半導体デバイスが得られることが確認された。
【００４９】
最後に、デバイス自身の発熱による劣化を抑えるために、放熱性の良い（例えばタングステン合金製の）ヒートシンク基板を、半導体デバイス上に共晶接合により貼り付ける。その後、ＡｌＮ多結晶基板を研磨によって取り除く。
【００５０】
本発明による方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態および実施例では、第１の基板として窒化物系化合物半導体基板を例示したが、窒化物系化合物半導体から成る表層を含む基板であれば、該基板の主要部が他の材質から成る場合であっても第１の基板として利用可能である。また、上記実施形態及び実施例では、本発明に係る半導体デバイスの例として発光ダイオードを例示したが、本発明は、窒化物系化合物半導体によって構成される他の様々な半導体デバイスに適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２…基板生産物、３…デバイス層、４…半導体デバイス、１０…第１の基板、１０ｂ…脆弱層、１２…イオン、２０…第２の基板、２０ｂ…酸化層、３０…窒化物系化合物半導体層、４０…支持基板、５０…耐熱性無機接着剤層、６０…エピタキシャル層、７０…ｎ型ＧａＮ層、７２…ｎ型ＡｌＧａＮ層、７４…発光層、７６…ｐ型ＡｌＧａＮ層、７８…ｐ型ＧａＮ層、８２…アノード電極、８４…カソード電極、９０…第３の基板、１００…イオン注入装置、２００…アニール炉。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造する方法であって、
窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板の前記表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板の表面とを互いに接合させる第１の工程と、
前記第１の基板のうち前記表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層を前記第２の基板上に形成する第２の工程と、
前記窒化物系化合物半導体層の表面と、前記窒化物系化合物半導体層及び前記第２の基板の双方と異なる材料から成る前記支持基板の表面とを互いに接合させたのち、前記第２の基板を除去する第３の工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第３の工程の後に、前記窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層を成長させる工程を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の基板が窒化物系化合物半導体から成ることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の基板が、シリコン基板またはサファイア基板であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を用いて作製される半導体デバイスの製造方法であって、
窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板の前記表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板の表面とを互いに接合させる第１の工程と、
前記第１の基板のうち前記表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層を前記第２の基板上に形成する第２の工程と、
前記窒化物系化合物半導体層の表面と、前記窒化物系化合物半導体層及び前記第２の基板の双方と異なる材料から成る前記支持基板の表面とを互いに接合させたのち、前記第２の基板を除去する第３の工程と、
前記窒化物系化合物半導体層上にデバイス層を形成する工程と、
前記支持基板とは異なる材料から成る第３の基板を前記デバイス層に接合したのち、前記支持基板を除去する工程と
を備える、ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第３の基板が、セラミックス、ＳｉＣ、モリブデン、及びタングステンのうち少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする、請求項５に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を製造する方法であって、
窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板の前記表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板の表面とを互いに接合させる第１の工程と、
前記第１の基板のうち前記表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層を前記第２の基板上に形成する第２の工程と、
前記窒化物系化合物半導体層の表面と、前記窒化物系化合物半導体層及び前記第２の基板の双方と異なる材料から成る前記支持基板の表面とを互いに接合させたのち、前記第２の基板を除去する第３の工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第３の工程の後に、前記窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体から成るエピタキシャル層を成長させる工程を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の基板が窒化物系化合物半導体から成ることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の基板が、シリコン基板またはサファイア基板であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
窒化物系化合物半導体層を支持基板上に有する基板生産物を用いて作製される半導体デバイスの製造方法であって、
窒化物系化合物半導体から成る表層を含む第１の基板の前記表層と、窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る第２の基板の表面とを互いに接合させる第１の工程と、
前記第１の基板のうち前記表層を含む部分を層状に残して他の部分を除去することにより、窒化物系化合物半導体層を前記第２の基板上に形成する第２の工程と、
前記窒化物系化合物半導体層の表面と、前記窒化物系化合物半導体層及び前記第２の基板の双方と異なる材料から成る前記支持基板の表面とを互いに接合させたのち、前記第２の基板を除去する第３の工程と、
前記窒化物系化合物半導体層上にデバイス層を形成する工程と、
前記支持基板とは異なる材料から成る第３の基板を前記デバイス層に接合したのち、前記支持基板を除去する工程と
を備える、ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第３の基板が、セラミックス、ＳｉＣ、モリブデン、及びタングステンのうち少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする、請求項５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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２２６０２３（Ｐ２０１０−２２６０２３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７４２２０（Ｐ２００９−７４２２０）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【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２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]