ＧａＮ系層積層基板およびＧａＮ系デバイス
【課題】支持基板にＧａＮ系層を形成する際の反りが小さく熱伝導率が高い支持基板を有するＧａＮ系層積層基板およびかかるＧａＮ系層積層基板を含むＧａＮ系デバイスを提供する。
【解決手段】本ＧａＮ系層積層基板１は、少なくとも１層の厚さＡのＧａＮ系層１０と、厚さＢの第１の金属製支持基板２０としてＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかと、厚さＣの第２の金属製支持基板３０としてＭｏ製支持基板とがこの順に積層され、第１の金属製支持基板がＡｇ製支持基板である場合には、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であり、第１の金属製支持基板がＣｕ製支持基板である場合には、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。
【解決手段】本ＧａＮ系層積層基板１は、少なくとも１層の厚さＡのＧａＮ系層１０と、厚さＢの第１の金属製支持基板２０としてＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかと、厚さＣの第２の金属製支持基板３０としてＭｏ製支持基板とがこの順に積層され、第１の金属製支持基板がＡｇ製支持基板である場合には、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であり、第１の金属製支持基板がＣｕ製支持基板である場合には、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導率が高く反りが小さいＧａＮ系層積層基板およびそれを含むＧａＮ系デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体デバイスには、半導体層としてＧａＮ系層を用いたＧａＮ系デバイスが好適に用いられる。かかるＧａＮ系デバイスにおいては、ＧａＮ系層を支持するための支持基板が含まれる。かかる支持基板としては、ＧａＮ系層に電流を流すために導電性の基板が好ましく用いられ、また、ＧａＮ系層に流入した電流により発生する熱を外部に逃がすために熱伝導率の高い基板が好ましく用いられる。
【０００３】
特開平１１−６８１５７号公報（特許文献１）は、支持基板としてＦｅ−Ｎｉ合金基板またはＣｕ−Ｗ合金基板を含む半導体発光素子を開示する。特開２００４−２６６２４０号公報（特許文献２）は、支持基板としてＣｕ−Ｗ合金基板またはＣｕ−Ｍｏ合金基板を含む窒化物半導体素子を開示する。特開２００８−３００５６２号公報（特許文献３）は、支持基板としてのＷおよびＭｏのいずれかを含む基板とＩＩＩ族窒化物半導体層との貼り合わせ基板およびそれを含む半導体デバイスを開示する。特開２０１０−７４１２２号公報（特許文献４）は、支持基板として、ＣｕおよびＡｌの少なくとも一方からなる高熱伝導率層と、ＷおよびＭｏの少なくとも一方からなる低膨張率層とを含む積層構造体である放熱基板を開示し、また、かかる放熱基板を用いたＬＥＤ素子を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６８１５７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６２４０号公報
【特許文献３】特開２００８−３００５６２号公報
【特許文献４】特開２０１０−７４１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、支持基板としてＦｅ−Ｎｉ合金基板、Ｗ基板、Ｍｏ基板、Ｃｕ−Ｗ合金基板、Ｃｕ−Ｍｏ合金基板などを用いた場合は、これらの基板は、熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数と近似しているため支持基板上にＧａＮ系層を形成する際に反りおよび／または剥離は発生しにくいが、支持基板の熱伝導率が非常に低い問題がある。
【０００６】
また、支持基板として、Ａｇ基板、Ｃｕ基板、Ａｌ基板などを用いた場合は、これらの基板は、熱伝導率は高いが、熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数と差異が大きいため支持基板上にＧａＮ系層を形成する際に反りおよび／または剥離は発生するという問題がある。
【０００７】
すなわち、ＧａＮ系層の熱膨張係数との差異が小さい熱膨張係数を有する基板は熱伝導率が低く、高い熱伝導率を有する基板はその熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数との差異が大きいため、支持基板にＧａＮ系層を形成する際の反りが小さく熱伝導率の高い支持基板を有するＧａＮ系デバイスを提供することが困難である。
【０００８】
そこで、上記の問題点を解決して、支持基板にＧａＮ系層を形成する際の反りが小さく熱伝導率が高い支持基板を有するＧａＮ系層積層基板およびかかるＧａＮ系層積層基板を含むＧａＮ系デバイス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】
【０００９】
本発明にかかるＧａＮ系層積層基板は、少なくとも１層のＧａＮ系層と、第１の金属製支持基板としてＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかと、第２の金属製支持基板としてＭｏ製支持基板とがこの順に積層されている。ここで、第１の金属製支持基板がＡｇ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層の厚さＡ、第１の金属製支持基板の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。また、第１の金属製支持基板がＣｕ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層の厚さＡ、第１の金属製支持基板の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。
【００１０】
本発明にかかるＧａＮ系層積層基板において、第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の全体における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であり、かつ、半導体ウエハの全体の反りが±４μｍ／ｍｍ以内とすることができる。さらに、ＧａＮ系層の厚さＡは、３μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
【００１１】
本発明にかかるＧａＮ系デバイスは、上記のＧａＮ系層積層基板と、ＧａＮ系層積層基板のＧａＮ系層上の少なくとも一部に形成された電極と、を含む。
【００１２】
本発明にかかるＧａＮ系デバイスにおいて、半導体ウエハにおけるＧａＮ系層の厚さＡは、３μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、支持基板にＧａＮ系層を形成する際の反りが小さく熱伝導率が高い支持基板を有するＧａＮ系層積層基板およびかかるＧａＮ系層積層基板を含むＧａＮ系デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかるＧａＮ系層積層基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＧａＮ系デバイスの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるＧａＮ系層積層基板およびＧａＮ系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）は下地基板上にＧａＮ系層を成長させる工程を示し、（Ｂ）はＧａＮ系層に第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板を貼り合わせる工程を示し、（Ｃ）はＧａＮ系層から下地基板を除去することによりＧａＮ系層積層基板を得る工程を示し、（Ｄ）はＧａＮ系層に電極を形成することによりＧａＮ系デバイスを得る工程を示す。
【図４】本発明にかかるＧａＮ系積層基板における積層金属製支持基板の平均熱伝導率の測定に用いられるサンプルを示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は厚さＴのＣｕ板である第１のサンプルを示し、（Ｂ）は厚さＴSの第３のＣｕ板を第１および第２のＣｕ板で挟んだ全体の厚さＴの第２のサンプルを示し、（Ｃ）は厚さＴSの積層金属製支持基板を第１および第２のＣｕ板で挟んだ全体の厚さＴの第３のサンプルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施形態１］
（ＧａＮ系層積層基板）
図１を参照して、本発明にかかるＧａＮ系層積層基板の一実施形態は、少なくとも１層のＧａＮ系層１０と、第１の金属製支持基板２０としてＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかと、第２の金属製支持基板３０としてＭｏ製支持基板とがこの順に積層されている。ここで、第１の金属製支持基板２０がＡｇ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層１０の厚さＡ、第１の金属製支持基板２０の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板３０の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。また、第１の金属製支持基板２０がＣｕ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層１０の厚さＡ、第１の金属製支持基板２０の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板３０の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。
【００１６】
本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、ＧａＮ系層１０と、Ａｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかである第１の金属製支持基板２０と、Ｍｏ製支持基板である第２の金属製支持基板３０と、がこの順に積層された基板である。
【００１７】
ＧａＮ系層１０とは、ＩＩＩ族元素としてＧａを含有するＩＩＩ族窒化物層をいい、たとえば、ＧａxＡｌyＩｎ1-x-yＮ層（０＜ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などが挙げられる。ここで、ＧａＮ層の熱膨張係数は５．６×１０-6Ｋ-1であり、ＡｌＮ層の熱膨張係数は５．６×１０-6Ｋ-1であり、ＩｎＮ層の熱膨張係は５．７×１０-6Ｋ-1である。
【００１８】
第１の金属製支持基板２０は、Ａｇ製支持基板（熱伝導率４２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1、熱膨張係数１９．０×１０6Ｋ-1）およびＣｕ製支持基板（熱伝導率３９３Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1、熱膨張係数１７．０×１０6Ｋ-1）のいずれかであり、その熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数との差異が大きいが、その熱伝導率が極めて高いため、ＧａＮ系層に流入する電流により発生する熱がＧａＮ系層から基板を通して容易に外部に発散される。
【００１９】
第２の金属製支持基板３０は、Ｍｏ製支持基板（熱伝導率１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1、熱膨張係数５．３×１０6Ｋ-1）であり、その熱伝導率は第１の金属製支持基板の熱伝導率に比べて低いが、その熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数に近似しているため、ＧａＮ系層積層基板１を形成する際の反りを低減することができる。特に、本実施形態のＧａＮ系層積層基板１は、ＧａＮ系層の熱膨張係数との差異が大きな熱膨張係数を有する第１の金属製支持基板２０を、互いに近似する熱膨張係数を有するＧａＮ系層１０と第２の金属製支持基板３０で挟むサンドイッチ構造を有するため、ＧａＮ系層積層基板１を形成する際の反りが大きく低減される。
【００２０】
また、本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板２０がＡｇ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層１０の厚さＡ、第１の金属製支持基板２０の厚さＢおよび第２の金属製支持基板３０の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比を０．６５以上とすることにより、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（すなわち金属製支持基板全体）における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と極めて高くなる。Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．９１を超えるとＧａ系層積層基板１の形成および取扱の際にＧａＮ系層が割れるおそれがある。また、Ｃ／Ａ比を０．８０以上１．１５以下とすることにより、ＧａＮ系層積層基板１の反りを±４μｍ／ｍｍ以内と極めて小さくすることができる。
【００２１】
すなわち、本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板２０がＡｇ製支持基板である場合に、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比を０．６５以上０．９１以下とし、かつ、Ｃ／Ａ比を０．８０以上１．１５以下とすることにより、従来では得られなかった、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（すなわち金属製支持基板全体）における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上かつＧａＮ系層積層基板１の反りが±４μｍ／ｍｍ以内のＧａＮ系層積層基板１が得られる。
【００２２】
また、本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板２０がＣｕ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層１０の厚さＡ、第１の金属製支持基板２０の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板３０の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比を０．７０以上とすることにより、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（すなわち金属製支持基板全体）における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と極めて高くなる。Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．９１を超えるとＧａ系層積層基板１の形成および取扱の際にＧａＮ系層が割れるおそれがある。また、Ｃ／Ａ比を０．８０以上１．１５以下とすることにより、ＧａＮ系層積層基板１の反りを±４μｍ／ｍｍ以内と極めて小さくすることができる。
【００２３】
すなわち、本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板２０がＣｕ製支持基板である場合に、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比を０．７０以上０．９１以下とし、かつ、Ｃ／Ａ比を０．８０以上１．１５以下とすることにより、従来では得られなかった、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（すなわち金属製支持基板全体）における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上かつＧａＮ系層積層基板１の反りが±４μｍ／ｍｍ以内のＧａＮ系層積層基板１が得られる。
【００２４】
ここで、ＧａＮ系層積層基板１の第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（金属製支持基板全体）における平均熱伝導率は、第１の金属製支持基板２０と第２の金属製支持基板３０の積層金属製支持基板について、レーザフラッシュ法により測定する。ここで、レーザフラッフュ法とは、レーザ光をサンプルの前面に当てたときにサンプルの後面の温度の経時変化および熱量を測定することにより、比熱Ｃpおよび熱拡散率αを算出し、さらにサンプルの密度ρを用いて、熱伝導率λをλ＝Ｃp・α・ρから算出する方法をいう。また、ＧａＮ系層積層基板の反りは、ＧａＮ系層積層基板の凸面を上に向けて、かかる凸面の反りを表面粗さ計で測定する。ここで、反りの符号は、ＧａＮ系層積層基板のＧａＮ系層側に凸となる場合を＋（正）、ＧａＮ系層積層基板の第２の金属製支持基板側に凸となる場合を−（負）とする。
【００２５】
また、本実施形態のＧａＮ系層積層基板において、ＧａＮ系層１０の厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。ＧａＮ系層の厚さが３μｍより小さいとＧａＮ系層に割れが発生しやすくなり、ＧａＮ系層の厚さが３０μｍより大きいとＧａＮ系層の成長に時間がかかり生産性が低くなる。
【００２６】
（ＧａＮ系層積層基板の製造方法）
図３を参照して、本実施形態のＧａＮ系層積層基板の製造方法は、特に制限はないが、上記の特性を有するＧａＮ系層積層基板１を効率よく製造する観点から、下地基板６０上に少なくとも１層のＧａＮ系層１０を成長させる工程（図３（Ａ））と、ＧａＮ系層１０に第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０を貼り合わせる工程（図３（Ｂ））と、ＧａＮ系層１０から下地基板６０を除去することによりＧａＮ系層積層基板１を得る工程（図３（Ｃ））と、含むことが好ましい。
【００２７】
図３（Ａ）を参照して、本実施形態のＧａＮ系層積層基板の製造方法は、下地基板６０上に少なくとも１層のＧａＮ系層１０を成長させる工程を含む。下地基板６０は、結晶性の高いＧａＮ系層１０を成長させる観点から、ＧａＮ系層１０と格子定数の整合性が高いサファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などが好ましい。少なくとも１層のＧａＮ系層１０を成長させる方法は、結晶性の高いＧａＮ系層１０を成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが好ましい。少なくとも１層のＧａＮ系層１０には、発光層などの機能層が含まれる。ＧａＮ系層１０が複数の層を有する場合、少なくとも１つのＧａＮ系層のＧａを含むＩＩＩ族元素の種類および組成比が、その他のＧａＮ系層のＧａを含むＩＩＩ族元素の種類および組成比と異なっていてもよい。
【００２８】
図３（Ｂ）を参照して、本実施形態のＧａＮ系層積層基板の製造方法は、ＧａＮ系層１０に第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０を貼り合わせる工程を含む。ＧａＮ系層１０に第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０を貼り合わせる方法は、特に制限はなく、接着剤を用いて貼り合わせる方法、接着剤を用いることなく直接貼り合わせる方法がある。ＧａＮ系層１０に第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０間の接合強度が高い観点から、接着剤を用いて貼り合わせる方法が好ましく、たとえば、Ａｕ−Ｓｎはんだなどを用いて貼り合わせることが好ましい。ここで、Ａｕ−Ｓｎはんだを用いて貼り合わせる場合に、はんだの濡れ性を高めるために、ＧａＮ系層１０および第１の金属製支持基板２０の貼り合わせ面に、Ａｕ層などの金属層を形成してもよい。
【００２９】
なお、直接貼り合わせる方法としては、貼り合わせる面の表面を洗浄して５ＭＰａ〜２０ＭＰａの圧力で直接貼り合わせ、その後２００℃〜３００℃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、などが挙げられる。ここで、下地基板６０上に順に配置されたＧａＮ系層１０、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０は、ＧａＮ系層積層基板１を構成する。
【００３０】
図３（Ｃ）を参照して、本実施形態のＧａＮ系層積層基板の製造方法は、ＧａＮ系層１０から下地基板６０を除去することによりＧａＮ系層積層基板１を得る工程を含む。下地基板６０を除去する方法は、特に制限はなく、研磨、レーザリフトオフ、ケミカルリフトオフおよびそれらの併用のいずれかにより行なうことができる。このようにして、ＧａＮ系層１０、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０がこの順に積層されたＧａＮ系層積層基板１が得られる。
【００３１】
［実施形態２］
（ＧａＮ系デバイス）
図２を参照して、本発明にかかるＧａＮ系デバイスの一実施形態は、実施形態１のＧａＮ系層積層基板１と、ＧａＮ系層積層基板１のＧａＮ系層１０上の少なくとも一部に形成された電極４０と、を含む。本実施形態のＧａＮ系デバイス２は、電極４０が配置され、場合によりチップ化されているため、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の平均熱伝導率ならびにＧａＮ系デバイス２の反りを直接測定することが困難な場合が多いが、基本構造として実施形態１のＧａＮ系層積層基板１を含んでいるため、ＧａＮ系層積層基板１の第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の平均熱伝導率ならびにＧａＮ系層積層基板１の反りと同等の特性を有する。
【００３２】
ＧａＮ系層１０上の少なくとも一部に形成される電極４０は、特に制限はないが、発光効率を高める観点から、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）電極、ＺｎＯ電極などの透明電極４１と、Ａｕ電極、Ａｇ電極、Ａｌ電極などのパッド電極４２を含むことが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態のＧａＮ系デバイスにおいて、ＧａＮ系層１０の厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。ＧａＮ系層の厚さが３μｍより小さいとＧａＮ系層に割れが発生しやすくなり、ＧａＮ系層の厚さが３０μｍより大きいとＧａＮ系層の成長に時間がかかり生産性が低くなる。
【００３４】
（ＧａＮ系デバイスの製造方法）
図３（Ｄ）を参照して、本実施形態のＧａＮ系デバイスの製造方法は、特に制限はないが、上記の物性を有するＧａＮ系デバイスを効率よく製造する観点から、実施形態１のＧａＮ系層積層基板１のＧａＮ系層１０の少なくとも一部に電極４０を形成することにより、ＧａＮ系デバイスを得る工程を含むことが好ましい。
【００３５】
電極４０を形成する方法は、特に制限はなく、たとえば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）電極、ＺｎＯ電極などの透明電極４１は、スパッタ法、蒸着法などにより形成することができ、Ａｕ電極、Ａｇ電極、Ａｌ電極などのパッド電極４２は、スパッタ法、蒸着法、メッキ法などにより形成することができる。
【００３６】
また、ＧａＮ系デバイスを得る工程においては、ＧａＮ系層積層基板１のＧａＮ系層１０の少なくとも一部に電極４０を形成した後、必要に応じて、必要な大きさにチップ化することができる。
【００３７】
このようにして、ＧａＮ系層１０、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０がこの順に積層されたＧａＮ系層積層基板１のＧａＮ系層１０上の少なくとも一部に電極４０が形成されたＧａＮ系デバイス２が得られる。
【００３８】
上記のように、本発明は、厚さＡのＧａＮ系層、第１の金属製基板がＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板いずれかである厚さＢの第１の金属製支持基板、Ｍｏ製支持基板である第２の金属支持製基板がこの順に積層され、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５および０．７０のいずれか以上０．９１以下、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下でであるＧａＮ系層積層基板およびそれを含むＧａＮ系デバイスに向けられている。しかしながら、本発明の特徴の１つは、ＧａＮ系デバイス２のＧａＮ系層積層基板１が、第１の金属製支持基板２０を、互いに近似する熱膨張係数を有するＧａＮ系層１０と第２の金属製支持基板３０で挟むサンドイッチ構造を有することにある。このため、第１の金属製支持基板が、Ａｇ層、Ｃｕ層およびＡｕ層などの積層金属支持基板の場合、第２の金属製支持基板が、Ｗ製支持基板またはＭｏ−Ｗ製支持基板などの場合にも応用することができる。
【実施例】
【００３９】
（実施例Ｉ）
（例Ｉ−１〜例Ｉ−１４、例Ｉ−Ｒ１〜例Ｉ−Ｒ１２）
１．下地基板上におけるＧａＮ系層の成長
図３（Ａ）および表１を参照して、下地基板６０として直径１０ｍｍのサファイア基板の（０００１）主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮ系層１０として厚さがＡμｍのＧａＮ層を成長させた。
【００４０】
２．ＧａＮ系層への第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の貼り合わせ
表１を参照して、第１の金属製支持基板２０としての厚さＢμｍのＡｇ製支持基板と第２の金属製支持基板３０としての厚さＣμｍのＭｏ製支持基板とを融点２８０℃のＡｕ−Ｓｎはんだで貼り合わせた積層金属製支持基板の平均熱伝導率を、レーザフラッフュ法により測定した。
【００４１】
図４を参照して、具体的には、以下の要領で、積層金属製支持基板（第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０）の熱伝導率を測定した。まず、図４（Ａ）に示すような直径が１０ｍｍで厚さＴが２ｍｍのＣｕ板１１０の第１のサンプル１００の熱伝導率λIを測定した。次に、図４（Ｂ）に示すような直径が１０ｍｍで厚さＴSが（Ｂ＋Ｃ）μｍである第３のＣｕ板１１３を第１のＣｕ板１１１および第２のＣｕ板１１２で挟んだ全体の厚さＴが２ｍｍの第２のサンプル２００の熱伝導率λIIを測定した。さらに、図４（Ｃ）に示すような直径が１０ｍｍで厚さＴSが（Ｂ＋Ｃ）μｍである積層金属製支持基板（第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０）を第１のＣｕ板１１１および第２のＣｕ板１１２で挟んだ全体の厚さＴが２ｍｍの第３のサンプル３００の熱伝導率λIIIを測定した。ここで、熱伝導率（λII−λI）は、各板の接合部における熱伝導率を示し、熱伝導率（λIII−λI）は積層金属製支持基板および各板の接合部における熱伝導率を示すことから、（λIII−λI）−（λII−λI）＝λIII−λIIにより、積層金属製支持基板の平均熱伝導率として熱伝導率（λIII−λI）を算出した。
【００４２】
次いで、図３（Ｂ）を参照して、ＧａＮ層（ＧａＮ系層１０）の主面に、Ａｇ製支持基板（第１の金属製支持基板２０）とＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板）との積層体の第１の金属製支持基板２０側の主面を、融点２８０℃のＡｕ−Ｓｎはんだで貼り合わせた。
【００４３】
３．下地基板の除去
図３（Ｃ）を参照して、ＧａＮ層（ＧａＮ系層１０）からサファイア基板（下地基板６０）を、研磨により除去した。こうして、ＧａＮ層（ＧａＮ系層１０）、Ａｇ製支持基板（第１の金属製支持基板２０）およびＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板３０）がこの順に積層されたＧａＮ系層積層基板が得られた。
【００４４】
得られたＧａＮ系層積層基板の反りを、表面粗さ計を用いて測定した。具体的には、ＧａＮ系層積層基板の凸面を上に向けて、かかる凸面の任意の３方向の直径における反りを表面粗さ計で測定して、１ｍｍ当りの反りの最大値を求めた。結果を表１にまとめた。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１を参照して、厚さがＡμｍのＧａＮ層（ＧａＮ系層）と、厚さがＢμｍのＡｇ製支持基板（第１の金属製支持基板）と、厚さがＣμｍのＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板）とがこの順に積層され、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であるＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の全体の平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と極めて高く、かつ、ＧａＮ系層積層基板の反りが±４μｍ／ｍｍ以内と極めて小さくなった。
【００４７】
（実施例ＩＩ）
（例ＩＩ−１〜例ＩＩ−９、例ＩＩ−Ｒ１〜例ＩＩ−Ｒ４）
ＧａＮ系層積層基板の積層構造を、厚さＡμｍのＧａＮ層（ＧａＮ系層）と、厚さがＢμｍのＣｕ製支持基板（第１の金属製支持基板）と、厚さＣμｍのＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板）とがこの順に積層された積層構造としたこと以外は、実施例Ｉと同様にして、第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の全体の平均熱伝導率を測定し、ＧａＮ系層積層基板を作製し、ＧａＮ系層積層基板の反りを測定した。結果を表２にまとめた。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表２を参照して、厚さがＡμｍのＧａＮ層（ＧａＮ系層）と、厚さがＢμｍのＣｕ製支持基板（第１の金属製支持基板）と、厚さがＣμｍのＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板）とがこの順に積層され、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であるＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の全体の平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と極めて高く、かつ、ＧａＮ系層積層基板の反りが±４μｍ／ｍｍ以内と極めて小さくなった。
【００５０】
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は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で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】
【００５１】
１ ＧａＮ系層積層基板、２ ＧａＮ系デバイス、１０ ＧａＮ系層、２０ 第１の金属製支持基板、３０ 第２の金属製支持基板、４０ 電極、４１ 透明電極、４２ パッド電極、６０ 下地基板、１００ 第１のサンプル、１１０ Ｃｕ板、１１１ 第１のＣｕ板、１１２ 第２のＣｕ板、１１３ 第３のＣｕ板、２００ 第２のサンプル、３００ 第３のサンプル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導率が高く反りが小さいＧａＮ系層積層基板およびそれを含むＧａＮ系デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体デバイスには、半導体層としてＧａＮ系層を用いたＧａＮ系デバイスが好適に用いられる。かかるＧａＮ系デバイスにおいては、ＧａＮ系層を支持するための支持基板が含まれる。かかる支持基板としては、ＧａＮ系層に電流を流すために導電性の基板が好ましく用いられ、また、ＧａＮ系層に流入した電流により発生する熱を外部に逃がすために熱伝導率の高い基板が好ましく用いられる。
【０００３】
特開平１１−６８１５７号公報（特許文献１）は、支持基板としてＦｅ−Ｎｉ合金基板またはＣｕ−Ｗ合金基板を含む半導体発光素子を開示する。特開２００４−２６６２４０号公報（特許文献２）は、支持基板としてＣｕ−Ｗ合金基板またはＣｕ−Ｍｏ合金基板を含む窒化物半導体素子を開示する。特開２００８−３００５６２号公報（特許文献３）は、支持基板としてのＷおよびＭｏのいずれかを含む基板とＩＩＩ族窒化物半導体層との貼り合わせ基板およびそれを含む半導体デバイスを開示する。特開２０１０−７４１２２号公報（特許文献４）は、支持基板として、ＣｕおよびＡｌの少なくとも一方からなる高熱伝導率層と、ＷおよびＭｏの少なくとも一方からなる低膨張率層とを含む積層構造体である放熱基板を開示し、また、かかる放熱基板を用いたＬＥＤ素子を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６８１５７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６２４０号公報
【特許文献３】特開２００８−３００５６２号公報
【特許文献４】特開２０１０−７４１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、支持基板としてＦｅ−Ｎｉ合金基板、Ｗ基板、Ｍｏ基板、Ｃｕ−Ｗ合金基板、Ｃｕ−Ｍｏ合金基板などを用いた場合は、これらの基板は、熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数と近似しているため支持基板上にＧａＮ系層を形成する際に反りおよび／または剥離は発生しにくいが、支持基板の熱伝導率が非常に低い問題がある。
【０００６】
また、支持基板として、Ａｇ基板、Ｃｕ基板、Ａｌ基板などを用いた場合は、これらの基板は、熱伝導率は高いが、熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数と差異が大きいため支持基板上にＧａＮ系層を形成する際に反りおよび／または剥離は発生するという問題がある。
【０００７】
すなわち、ＧａＮ系層の熱膨張係数との差異が小さい熱膨張係数を有する基板は熱伝導率が低く、高い熱伝導率を有する基板はその熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数との差異が大きいため、支持基板にＧａＮ系層を形成する際の反りが小さく熱伝導率の高い支持基板を有するＧａＮ系デバイスを提供することが困難である。
【０００８】
そこで、上記の問題点を解決して、支持基板にＧａＮ系層を形成する際の反りが小さく熱伝導率が高い支持基板を有するＧａＮ系層積層基板およびかかるＧａＮ系層積層基板を含むＧａＮ系デバイス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】
【０００９】
本発明にかかるＧａＮ系層積層基板は、少なくとも１層のＧａＮ系層と、第１の金属製支持基板としてＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかと、第２の金属製支持基板としてＭｏ製支持基板とがこの順に積層されている。ここで、第１の金属製支持基板がＡｇ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層の厚さＡ、第１の金属製支持基板の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。また、第１の金属製支持基板がＣｕ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層の厚さＡ、第１の金属製支持基板の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。
【００１０】
本発明にかかるＧａＮ系層積層基板において、第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の全体における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であり、かつ、半導体ウエハの全体の反りが±４μｍ／ｍｍ以内とすることができる。さらに、ＧａＮ系層の厚さＡは、３μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
【００１１】
本発明にかかるＧａＮ系デバイスは、上記のＧａＮ系層積層基板と、ＧａＮ系層積層基板のＧａＮ系層上の少なくとも一部に形成された電極と、を含む。
【００１２】
本発明にかかるＧａＮ系デバイスにおいて、半導体ウエハにおけるＧａＮ系層の厚さＡは、３μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、支持基板にＧａＮ系層を形成する際の反りが小さく熱伝導率が高い支持基板を有するＧａＮ系層積層基板およびかかるＧａＮ系層積層基板を含むＧａＮ系デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかるＧａＮ系層積層基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＧａＮ系デバイスの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるＧａＮ系層積層基板およびＧａＮ系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）は下地基板上にＧａＮ系層を成長させる工程を示し、（Ｂ）はＧａＮ系層に第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板を貼り合わせる工程を示し、（Ｃ）はＧａＮ系層から下地基板を除去することによりＧａＮ系層積層基板を得る工程を示し、（Ｄ）はＧａＮ系層に電極を形成することによりＧａＮ系デバイスを得る工程を示す。
【図４】本発明にかかるＧａＮ系積層基板における積層金属製支持基板の平均熱伝導率の測定に用いられるサンプルを示す概略断面図である。ここで、（Ａ）は厚さＴのＣｕ板である第１のサンプルを示し、（Ｂ）は厚さＴSの第３のＣｕ板を第１および第２のＣｕ板で挟んだ全体の厚さＴの第２のサンプルを示し、（Ｃ）は厚さＴSの積層金属製支持基板を第１および第２のＣｕ板で挟んだ全体の厚さＴの第３のサンプルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施形態１］
（ＧａＮ系層積層基板）
図１を参照して、本発明にかかるＧａＮ系層積層基板の一実施形態は、少なくとも１層のＧａＮ系層１０と、第１の金属製支持基板２０としてＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかと、第２の金属製支持基板３０としてＭｏ製支持基板とがこの順に積層されている。ここで、第１の金属製支持基板２０がＡｇ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層１０の厚さＡ、第１の金属製支持基板２０の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板３０の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。また、第１の金属製支持基板２０がＣｕ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層１０の厚さＡ、第１の金属製支持基板２０の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板３０の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。
【００１６】
本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、ＧａＮ系層１０と、Ａｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかである第１の金属製支持基板２０と、Ｍｏ製支持基板である第２の金属製支持基板３０と、がこの順に積層された基板である。
【００１７】
ＧａＮ系層１０とは、ＩＩＩ族元素としてＧａを含有するＩＩＩ族窒化物層をいい、たとえば、ＧａxＡｌyＩｎ1-x-yＮ層（０＜ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などが挙げられる。ここで、ＧａＮ層の熱膨張係数は５．６×１０-6Ｋ-1であり、ＡｌＮ層の熱膨張係数は５．６×１０-6Ｋ-1であり、ＩｎＮ層の熱膨張係は５．７×１０-6Ｋ-1である。
【００１８】
第１の金属製支持基板２０は、Ａｇ製支持基板（熱伝導率４２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1、熱膨張係数１９．０×１０6Ｋ-1）およびＣｕ製支持基板（熱伝導率３９３Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1、熱膨張係数１７．０×１０6Ｋ-1）のいずれかであり、その熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数との差異が大きいが、その熱伝導率が極めて高いため、ＧａＮ系層に流入する電流により発生する熱がＧａＮ系層から基板を通して容易に外部に発散される。
【００１９】
第２の金属製支持基板３０は、Ｍｏ製支持基板（熱伝導率１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1、熱膨張係数５．３×１０6Ｋ-1）であり、その熱伝導率は第１の金属製支持基板の熱伝導率に比べて低いが、その熱膨張係数がＧａＮ系層の熱膨張係数に近似しているため、ＧａＮ系層積層基板１を形成する際の反りを低減することができる。特に、本実施形態のＧａＮ系層積層基板１は、ＧａＮ系層の熱膨張係数との差異が大きな熱膨張係数を有する第１の金属製支持基板２０を、互いに近似する熱膨張係数を有するＧａＮ系層１０と第２の金属製支持基板３０で挟むサンドイッチ構造を有するため、ＧａＮ系層積層基板１を形成する際の反りが大きく低減される。
【００２０】
また、本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板２０がＡｇ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層１０の厚さＡ、第１の金属製支持基板２０の厚さＢおよび第２の金属製支持基板３０の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比を０．６５以上とすることにより、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（すなわち金属製支持基板全体）における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と極めて高くなる。Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．９１を超えるとＧａ系層積層基板１の形成および取扱の際にＧａＮ系層が割れるおそれがある。また、Ｃ／Ａ比を０．８０以上１．１５以下とすることにより、ＧａＮ系層積層基板１の反りを±４μｍ／ｍｍ以内と極めて小さくすることができる。
【００２１】
すなわち、本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板２０がＡｇ製支持基板である場合に、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比を０．６５以上０．９１以下とし、かつ、Ｃ／Ａ比を０．８０以上１．１５以下とすることにより、従来では得られなかった、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（すなわち金属製支持基板全体）における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上かつＧａＮ系層積層基板１の反りが±４μｍ／ｍｍ以内のＧａＮ系層積層基板１が得られる。
【００２２】
また、本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板２０がＣｕ製支持基板である場合には、ＧａＮ系層１０の厚さＡ、第１の金属製支持基板２０の厚さをＢおよび第２の金属製支持基板３０の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下である。Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比を０．７０以上とすることにより、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（すなわち金属製支持基板全体）における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と極めて高くなる。Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．９１を超えるとＧａ系層積層基板１の形成および取扱の際にＧａＮ系層が割れるおそれがある。また、Ｃ／Ａ比を０．８０以上１．１５以下とすることにより、ＧａＮ系層積層基板１の反りを±４μｍ／ｍｍ以内と極めて小さくすることができる。
【００２３】
すなわち、本実施形態のＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板２０がＣｕ製支持基板である場合に、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比を０．７０以上０．９１以下とし、かつ、Ｃ／Ａ比を０．８０以上１．１５以下とすることにより、従来では得られなかった、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（すなわち金属製支持基板全体）における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上かつＧａＮ系層積層基板１の反りが±４μｍ／ｍｍ以内のＧａＮ系層積層基板１が得られる。
【００２４】
ここで、ＧａＮ系層積層基板１の第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の全体（金属製支持基板全体）における平均熱伝導率は、第１の金属製支持基板２０と第２の金属製支持基板３０の積層金属製支持基板について、レーザフラッシュ法により測定する。ここで、レーザフラッフュ法とは、レーザ光をサンプルの前面に当てたときにサンプルの後面の温度の経時変化および熱量を測定することにより、比熱Ｃpおよび熱拡散率αを算出し、さらにサンプルの密度ρを用いて、熱伝導率λをλ＝Ｃp・α・ρから算出する方法をいう。また、ＧａＮ系層積層基板の反りは、ＧａＮ系層積層基板の凸面を上に向けて、かかる凸面の反りを表面粗さ計で測定する。ここで、反りの符号は、ＧａＮ系層積層基板のＧａＮ系層側に凸となる場合を＋（正）、ＧａＮ系層積層基板の第２の金属製支持基板側に凸となる場合を−（負）とする。
【００２５】
また、本実施形態のＧａＮ系層積層基板において、ＧａＮ系層１０の厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。ＧａＮ系層の厚さが３μｍより小さいとＧａＮ系層に割れが発生しやすくなり、ＧａＮ系層の厚さが３０μｍより大きいとＧａＮ系層の成長に時間がかかり生産性が低くなる。
【００２６】
（ＧａＮ系層積層基板の製造方法）
図３を参照して、本実施形態のＧａＮ系層積層基板の製造方法は、特に制限はないが、上記の特性を有するＧａＮ系層積層基板１を効率よく製造する観点から、下地基板６０上に少なくとも１層のＧａＮ系層１０を成長させる工程（図３（Ａ））と、ＧａＮ系層１０に第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０を貼り合わせる工程（図３（Ｂ））と、ＧａＮ系層１０から下地基板６０を除去することによりＧａＮ系層積層基板１を得る工程（図３（Ｃ））と、含むことが好ましい。
【００２７】
図３（Ａ）を参照して、本実施形態のＧａＮ系層積層基板の製造方法は、下地基板６０上に少なくとも１層のＧａＮ系層１０を成長させる工程を含む。下地基板６０は、結晶性の高いＧａＮ系層１０を成長させる観点から、ＧａＮ系層１０と格子定数の整合性が高いサファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などが好ましい。少なくとも１層のＧａＮ系層１０を成長させる方法は、結晶性の高いＧａＮ系層１０を成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが好ましい。少なくとも１層のＧａＮ系層１０には、発光層などの機能層が含まれる。ＧａＮ系層１０が複数の層を有する場合、少なくとも１つのＧａＮ系層のＧａを含むＩＩＩ族元素の種類および組成比が、その他のＧａＮ系層のＧａを含むＩＩＩ族元素の種類および組成比と異なっていてもよい。
【００２８】
図３（Ｂ）を参照して、本実施形態のＧａＮ系層積層基板の製造方法は、ＧａＮ系層１０に第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０を貼り合わせる工程を含む。ＧａＮ系層１０に第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０を貼り合わせる方法は、特に制限はなく、接着剤を用いて貼り合わせる方法、接着剤を用いることなく直接貼り合わせる方法がある。ＧａＮ系層１０に第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０間の接合強度が高い観点から、接着剤を用いて貼り合わせる方法が好ましく、たとえば、Ａｕ−Ｓｎはんだなどを用いて貼り合わせることが好ましい。ここで、Ａｕ−Ｓｎはんだを用いて貼り合わせる場合に、はんだの濡れ性を高めるために、ＧａＮ系層１０および第１の金属製支持基板２０の貼り合わせ面に、Ａｕ層などの金属層を形成してもよい。
【００２９】
なお、直接貼り合わせる方法としては、貼り合わせる面の表面を洗浄して５ＭＰａ〜２０ＭＰａの圧力で直接貼り合わせ、その後２００℃〜３００℃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、などが挙げられる。ここで、下地基板６０上に順に配置されたＧａＮ系層１０、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０は、ＧａＮ系層積層基板１を構成する。
【００３０】
図３（Ｃ）を参照して、本実施形態のＧａＮ系層積層基板の製造方法は、ＧａＮ系層１０から下地基板６０を除去することによりＧａＮ系層積層基板１を得る工程を含む。下地基板６０を除去する方法は、特に制限はなく、研磨、レーザリフトオフ、ケミカルリフトオフおよびそれらの併用のいずれかにより行なうことができる。このようにして、ＧａＮ系層１０、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０がこの順に積層されたＧａＮ系層積層基板１が得られる。
【００３１】
［実施形態２］
（ＧａＮ系デバイス）
図２を参照して、本発明にかかるＧａＮ系デバイスの一実施形態は、実施形態１のＧａＮ系層積層基板１と、ＧａＮ系層積層基板１のＧａＮ系層１０上の少なくとも一部に形成された電極４０と、を含む。本実施形態のＧａＮ系デバイス２は、電極４０が配置され、場合によりチップ化されているため、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の平均熱伝導率ならびにＧａＮ系デバイス２の反りを直接測定することが困難な場合が多いが、基本構造として実施形態１のＧａＮ系層積層基板１を含んでいるため、ＧａＮ系層積層基板１の第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０の平均熱伝導率ならびにＧａＮ系層積層基板１の反りと同等の特性を有する。
【００３２】
ＧａＮ系層１０上の少なくとも一部に形成される電極４０は、特に制限はないが、発光効率を高める観点から、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）電極、ＺｎＯ電極などの透明電極４１と、Ａｕ電極、Ａｇ電極、Ａｌ電極などのパッド電極４２を含むことが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態のＧａＮ系デバイスにおいて、ＧａＮ系層１０の厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。ＧａＮ系層の厚さが３μｍより小さいとＧａＮ系層に割れが発生しやすくなり、ＧａＮ系層の厚さが３０μｍより大きいとＧａＮ系層の成長に時間がかかり生産性が低くなる。
【００３４】
（ＧａＮ系デバイスの製造方法）
図３（Ｄ）を参照して、本実施形態のＧａＮ系デバイスの製造方法は、特に制限はないが、上記の物性を有するＧａＮ系デバイスを効率よく製造する観点から、実施形態１のＧａＮ系層積層基板１のＧａＮ系層１０の少なくとも一部に電極４０を形成することにより、ＧａＮ系デバイスを得る工程を含むことが好ましい。
【００３５】
電極４０を形成する方法は、特に制限はなく、たとえば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）電極、ＺｎＯ電極などの透明電極４１は、スパッタ法、蒸着法などにより形成することができ、Ａｕ電極、Ａｇ電極、Ａｌ電極などのパッド電極４２は、スパッタ法、蒸着法、メッキ法などにより形成することができる。
【００３６】
また、ＧａＮ系デバイスを得る工程においては、ＧａＮ系層積層基板１のＧａＮ系層１０の少なくとも一部に電極４０を形成した後、必要に応じて、必要な大きさにチップ化することができる。
【００３７】
このようにして、ＧａＮ系層１０、第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０がこの順に積層されたＧａＮ系層積層基板１のＧａＮ系層１０上の少なくとも一部に電極４０が形成されたＧａＮ系デバイス２が得られる。
【００３８】
上記のように、本発明は、厚さＡのＧａＮ系層、第１の金属製基板がＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板いずれかである厚さＢの第１の金属製支持基板、Ｍｏ製支持基板である第２の金属支持製基板がこの順に積層され、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５および０．７０のいずれか以上０．９１以下、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下でであるＧａＮ系層積層基板およびそれを含むＧａＮ系デバイスに向けられている。しかしながら、本発明の特徴の１つは、ＧａＮ系デバイス２のＧａＮ系層積層基板１が、第１の金属製支持基板２０を、互いに近似する熱膨張係数を有するＧａＮ系層１０と第２の金属製支持基板３０で挟むサンドイッチ構造を有することにある。このため、第１の金属製支持基板が、Ａｇ層、Ｃｕ層およびＡｕ層などの積層金属支持基板の場合、第２の金属製支持基板が、Ｗ製支持基板またはＭｏ−Ｗ製支持基板などの場合にも応用することができる。
【実施例】
【００３９】
（実施例Ｉ）
（例Ｉ−１〜例Ｉ−１４、例Ｉ−Ｒ１〜例Ｉ−Ｒ１２）
１．下地基板上におけるＧａＮ系層の成長
図３（Ａ）および表１を参照して、下地基板６０として直径１０ｍｍのサファイア基板の（０００１）主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮ系層１０として厚さがＡμｍのＧａＮ層を成長させた。
【００４０】
２．ＧａＮ系層への第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の貼り合わせ
表１を参照して、第１の金属製支持基板２０としての厚さＢμｍのＡｇ製支持基板と第２の金属製支持基板３０としての厚さＣμｍのＭｏ製支持基板とを融点２８０℃のＡｕ−Ｓｎはんだで貼り合わせた積層金属製支持基板の平均熱伝導率を、レーザフラッフュ法により測定した。
【００４１】
図４を参照して、具体的には、以下の要領で、積層金属製支持基板（第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０）の熱伝導率を測定した。まず、図４（Ａ）に示すような直径が１０ｍｍで厚さＴが２ｍｍのＣｕ板１１０の第１のサンプル１００の熱伝導率λIを測定した。次に、図４（Ｂ）に示すような直径が１０ｍｍで厚さＴSが（Ｂ＋Ｃ）μｍである第３のＣｕ板１１３を第１のＣｕ板１１１および第２のＣｕ板１１２で挟んだ全体の厚さＴが２ｍｍの第２のサンプル２００の熱伝導率λIIを測定した。さらに、図４（Ｃ）に示すような直径が１０ｍｍで厚さＴSが（Ｂ＋Ｃ）μｍである積層金属製支持基板（第１の金属製支持基板２０および第２の金属製支持基板３０）を第１のＣｕ板１１１および第２のＣｕ板１１２で挟んだ全体の厚さＴが２ｍｍの第３のサンプル３００の熱伝導率λIIIを測定した。ここで、熱伝導率（λII−λI）は、各板の接合部における熱伝導率を示し、熱伝導率（λIII−λI）は積層金属製支持基板および各板の接合部における熱伝導率を示すことから、（λIII−λI）−（λII−λI）＝λIII−λIIにより、積層金属製支持基板の平均熱伝導率として熱伝導率（λIII−λI）を算出した。
【００４２】
次いで、図３（Ｂ）を参照して、ＧａＮ層（ＧａＮ系層１０）の主面に、Ａｇ製支持基板（第１の金属製支持基板２０）とＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板）との積層体の第１の金属製支持基板２０側の主面を、融点２８０℃のＡｕ−Ｓｎはんだで貼り合わせた。
【００４３】
３．下地基板の除去
図３（Ｃ）を参照して、ＧａＮ層（ＧａＮ系層１０）からサファイア基板（下地基板６０）を、研磨により除去した。こうして、ＧａＮ層（ＧａＮ系層１０）、Ａｇ製支持基板（第１の金属製支持基板２０）およびＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板３０）がこの順に積層されたＧａＮ系層積層基板が得られた。
【００４４】
得られたＧａＮ系層積層基板の反りを、表面粗さ計を用いて測定した。具体的には、ＧａＮ系層積層基板の凸面を上に向けて、かかる凸面の任意の３方向の直径における反りを表面粗さ計で測定して、１ｍｍ当りの反りの最大値を求めた。結果を表１にまとめた。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１を参照して、厚さがＡμｍのＧａＮ層（ＧａＮ系層）と、厚さがＢμｍのＡｇ製支持基板（第１の金属製支持基板）と、厚さがＣμｍのＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板）とがこの順に積層され、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であるＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の全体の平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と極めて高く、かつ、ＧａＮ系層積層基板の反りが±４μｍ／ｍｍ以内と極めて小さくなった。
【００４７】
（実施例ＩＩ）
（例ＩＩ−１〜例ＩＩ−９、例ＩＩ−Ｒ１〜例ＩＩ−Ｒ４）
ＧａＮ系層積層基板の積層構造を、厚さＡμｍのＧａＮ層（ＧａＮ系層）と、厚さがＢμｍのＣｕ製支持基板（第１の金属製支持基板）と、厚さＣμｍのＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板）とがこの順に積層された積層構造としたこと以外は、実施例Ｉと同様にして、第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の全体の平均熱伝導率を測定し、ＧａＮ系層積層基板を作製し、ＧａＮ系層積層基板の反りを測定した。結果を表２にまとめた。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表２を参照して、厚さがＡμｍのＧａＮ層（ＧａＮ系層）と、厚さがＢμｍのＣｕ製支持基板（第１の金属製支持基板）と、厚さがＣμｍのＭｏ製支持基板（第２の金属製支持基板）とがこの順に積層され、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であるＧａＮ系層積層基板は、第１の金属製支持基板および第２の金属製支持基板の全体の平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と極めて高く、かつ、ＧａＮ系層積層基板の反りが±４μｍ／ｍｍ以内と極めて小さくなった。
【００５０】
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は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で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】
【００５１】
１ ＧａＮ系層積層基板、２ ＧａＮ系デバイス、１０ ＧａＮ系層、２０ 第１の金属製支持基板、３０ 第２の金属製支持基板、４０ 電極、４１ 透明電極、４２ パッド電極、６０ 下地基板、１００ 第１のサンプル、１１０ Ｃｕ板、１１１ 第１のＣｕ板、１１２ 第２のＣｕ板、１１３ 第３のＣｕ板、２００ 第２のサンプル、３００ 第３のサンプル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層のＧａＮ系層と、第１の金属製支持基板としてＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかと、第２の金属製支持基板としてＭｏ製支持基板とがこの順に積層され、
前記第１の金属製支持基板が前記Ａｇ製支持基板である場合には、前記ＧａＮ系層の厚さＡ、前記第１の金属製支持基板の厚さＢ、および前記第２の金属製支持基板の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であり、
前記第１の金属製支持基板が前記Ｃｕ製支持基板である場合には、前記ＧａＮ系層の厚さＡ、前記第１の金属製支持基板の厚さＢ、および前記第２の金属製支持基板の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であるＧａＮ系層積層基板。
【請求項２】
前記第１の金属製支持基板および前記第２の金属製支持基板の全体における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であり、かつ、前記ＧａＮ系層積層基板の全体の反りが±４μｍ／ｍｍ以内である請求項１に記載のＧａＮ系層積層基板。
【請求項３】
前記ＧａＮ系層の厚さＡは、３μｍ以上３０μｍ以下である請求項１または請求項２に記載のＧａＮ系層積層基板。
【請求項４】
請求項１のＧａＮ系層積層基板と、前記ＧａＮ系層積層基板の前記ＧａＮ系層上の少なくとも一部に形成された電極と、を含むＧａＮ系デバイス。
【請求項５】
前記ＧａＮ系層積層基板における前記ＧａＮ系層の厚さＡは、３μｍ以上３０μｍ以下である請求項４に記載のＧａＮ系デバイス。
【請求項１】
少なくとも１層のＧａＮ系層と、第１の金属製支持基板としてＡｇ製支持基板およびＣｕ製支持基板のいずれかと、第２の金属製支持基板としてＭｏ製支持基板とがこの順に積層され、
前記第１の金属製支持基板が前記Ａｇ製支持基板である場合には、前記ＧａＮ系層の厚さＡ、前記第１の金属製支持基板の厚さＢ、および前記第２の金属製支持基板の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．６５以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であり、
前記第１の金属製支持基板が前記Ｃｕ製支持基板である場合には、前記ＧａＮ系層の厚さＡ、前記第１の金属製支持基板の厚さＢ、および前記第２の金属製支持基板の厚さＣに関して、Ｂ／（Ｂ＋Ｃ）比が０．７０以上０．９１以下であり、かつ、Ｃ／Ａ比が０．８０以上１．１５以下であるＧａＮ系層積層基板。
【請求項２】
前記第１の金属製支持基板および前記第２の金属製支持基板の全体における平均熱伝導率が３００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であり、かつ、前記ＧａＮ系層積層基板の全体の反りが±４μｍ／ｍｍ以内である請求項１に記載のＧａＮ系層積層基板。
【請求項３】
前記ＧａＮ系層の厚さＡは、３μｍ以上３０μｍ以下である請求項１または請求項２に記載のＧａＮ系層積層基板。
【請求項４】
請求項１のＧａＮ系層積層基板と、前記ＧａＮ系層積層基板の前記ＧａＮ系層上の少なくとも一部に形成された電極と、を含むＧａＮ系デバイス。
【請求項５】
前記ＧａＮ系層積層基板における前記ＧａＮ系層の厚さＡは、３μｍ以上３０μｍ以下である請求項４に記載のＧａＮ系デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１９３５５（Ｐ２０１２−１１９３５５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４９１３（Ｐ２０１０−２６４９１３）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００２２０１０３）株式会社アライドマテリアル (192)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００２２０１０３）株式会社アライドマテリアル (192)
【Ｆターム（参考）】
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