JP2012142385A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Kuniaki Ishihara
邦亮 石原
Akihiro Yago
昭広 八郷
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秀樹 松原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method which prevents light not absorbed by a photothermal conversion layer of an intermediate layer formed between a support substrate and a semiconductor layer from being transmitted to the semiconductor layer concerning light irradiated for separating the support substrate and the semiconductor layer.SOLUTION: A present semiconductor device manufacturing method comprises: a manufacturing step of a laminated support substrate 1 having an intermediate layer 20 including a photothermal conversion layer 21 and a first transparent layer 23; a manufacturing step of a laminated substrate 2; a manufacturing step of a laminated support substrate 3 for an epitaxial growth; a manufacturing step of a laminated support substrate 4 for a device; a manufacturing step of a laminated wafer 5 for the device by light irradiated so as to be absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the laminated support substrate 4 for the device and totally reflected by the first transparent layer 23; and a manufacturing method of a semiconductor device 7 including a transparent semiconductor laminated wafer 6.

Description

本発明は、高品質の半導体デバイスを効率的に製造する半導体デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method for efficiently manufacturing a high-quality semiconductor device.

基板上に少なくとも1層のIII族窒化物系半導体層が形成されたIII族窒化物系半導体デバイスは、青色発光デバイス、電子デバイスなどとして重要な半導体デバイスである。かかる半導体デバイスを製造するための基板としては、発光層となる良質のIII族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、格子定数および熱膨張係数がIII族窒化物系半導体層に近似しているGaN基板が好適に用いられる。   A group III nitride semiconductor device in which at least one group III nitride semiconductor layer is formed on a substrate is an important semiconductor device as a blue light emitting device, an electronic device or the like. As a substrate for manufacturing such a semiconductor device, a lattice constant and a thermal expansion coefficient are close to those of a group III nitride semiconductor layer from the viewpoint of epitaxially growing a high-quality group III nitride semiconductor layer serving as a light emitting layer. A GaN substrate is preferably used.

かかるGaN基板は非常に高価であるため、特開2006−210660号公報(以下、引用文献1という)において、シリコン(Si)基板などのGaN以外の支持基板上に膜厚の小さいGaN層を貼り合わせた基板をおよびその貼り合わせ基板を用いた製造方法が提案されている。   Since such a GaN substrate is very expensive, a thin GaN layer is pasted on a support substrate other than GaN such as a silicon (Si) substrate in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-210660 (hereinafter referred to as Cited Document 1). A manufacturing method using the combined substrate and the bonded substrate has been proposed.

また、上記の貼り合わせ基板のGaN層上にIII族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させた後にGaN層から支持基板を分離して上記の半導体デバイスを効率的に製造するのに有用な方法として、特表2001−501778号公報(以下、引用文献2という)において、III族窒化物材料からなる一方の材料層とIII族窒化物材料以外の材料からなる他方の材料層との界面またはその界面付近の領域に露光させた電磁放射線(たとえば光)を吸収させ、その吸収によりその界面でいずれかの材料層の一部を分解させて、一方の材料層と他方の材料層とを分離する方法が提案されている。   In addition, as a useful method for efficiently manufacturing the semiconductor device by separating the support substrate from the GaN layer after epitaxially growing the group III nitride semiconductor layer on the GaN layer of the bonded substrate, In Japanese translations of PCT publication No. 2001-501778 (hereinafter referred to as cited reference 2), the interface between one material layer made of a group III nitride material and the other material layer made of a material other than the group III nitride material or the vicinity of the interface A method of separating one material layer and the other material layer by absorbing electromagnetic radiation (for example, light) exposed to a region of the substrate and decomposing a part of one of the material layers at the interface by the absorption. Proposed.

特開2006−210660号公報JP 2006-210660 A 特表2001−501778号公報JP-T-2001-501778

しかし、上記の特開2006−210660号公報(引用文献1)で提案された上記貼り合わせ基板を用いても、GaN以外の支持基板とGaN層とは、熱膨張係数が異なるため、その貼り合わせ基板のGaN層上に良質のIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることは困難であった。   However, even if the above-mentioned bonded substrate proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-210660 (cited document 1) is used, the support substrate other than GaN and the GaN layer have different coefficients of thermal expansion. It has been difficult to epitaxially grow a high-quality group III nitride semiconductor layer on the GaN layer of the substrate.

上記の特表2001−501778号公報(引用文献2)で提案された方法では、一方の材料層と他方の材料層は必ず異なる必要があり,熱膨張係数の違いによる上記の困難は解決されない。また、露光させた電磁放射線(光)が、後にデバイスとなる半導体層の界面を分解するため、デバイス性能の劣化を引き起こすおそれがある。   In the method proposed in the above Japanese translations of PCT publication No. 2001-501778 (Cited document 2), one material layer and the other material layer must be different from each other, and the above difficulty due to the difference in thermal expansion coefficient cannot be solved. Moreover, since the exposed electromagnetic radiation (light) decomposes | disassembles the interface of the semiconductor layer used as a device later, there exists a possibility of causing deterioration of device performance.

そこで、下地基板と半導体層(GaN層およびその上にエピタキシャル成長されたIII族窒化物半導体層)との界面に中間層を導入し、中間層内部に支持基板および半導体層においては吸収されない波長の光を吸収しうる材料を配置した基板を考える。このとき、特に下地基板として半導体層と熱膨張係数の一致した基板(たとえばGaN基板)を用いることで、良質のIII族窒化物半導体層を成長させられる。また、中間層内部でのみ吸収され支持基板および半導体層には吸収されない波長の光を用いて、中間層に隣接する支持基板および半導体層のいずれかの少なくとも一部を分解することで、半導体層から支持基板を分離することができる。   Therefore, an intermediate layer is introduced at the interface between the base substrate and the semiconductor layer (the GaN layer and the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown thereon), and light having a wavelength that is not absorbed by the support substrate and the semiconductor layer inside the intermediate layer. Consider a substrate on which a material capable of absorbing water is arranged. At this time, a high-quality group III nitride semiconductor layer can be grown by using a substrate (for example, a GaN substrate) having a thermal expansion coefficient identical to that of the semiconductor layer, particularly as the base substrate. Further, by using light of a wavelength that is absorbed only inside the intermediate layer and not absorbed by the support substrate and the semiconductor layer, the semiconductor layer is decomposed by disassembling at least a part of the support substrate and the semiconductor layer adjacent to the intermediate layer. The support substrate can be separated from the substrate.

上記のような場合、照射した光が上記中間層内で完全に吸収されずに、支持基板と半導体層との界面以外の領域においても吸収されて不要な熱に変換され、デバイス性能に悪影響を与えるおそれがある。   In such a case, the irradiated light is not completely absorbed in the intermediate layer, but is absorbed in a region other than the interface between the support substrate and the semiconductor layer and converted to unnecessary heat, which adversely affects device performance. There is a risk of giving.

そこで、本発明は、支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されずに中間層外に透過する率を低減する半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。   In view of this, the present invention eliminates the light irradiated to separate the support substrate and the semiconductor layer from the intermediate layer without being absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer formed between the support substrate and the semiconductor layer. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that reduces the transmission rate.

本発明にかかる半導体デバイスの製造方法は、以下の工程を備える。すなわち、Ga含有透明支持基板上に光熱変換層と光熱変換層のGa含有透明支持基板と反対側に接触して配置されている第1の透明層とを含む中間層を形成して積層支持基板を作製する工程を備える。また、積層支持基板の中間層にGaN基板を貼り合わせて積層貼り合わせ基板を作製する工程を備える。また、積層貼り合わせ基板のGaN基板を、中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離することにより、積層支持基板の中間層上にGaN層が形成されたエピ成長用積層支持基板を作製する工程を備える。また、エピ成長用積層支持基板のGaN層上に少なくとも1層の透明半導体層をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板を作製する工程を備える。また、デバイス用積層支持基板に、Ga含有透明支持基板およびGaN層および透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光を、第1の透明層で全反射するように照射して、Ga含有透明支持基板と中間層とを分離することにより、透明半導体層とGaN層と中間層とを含むデバイス用積層ウエハを作製する工程を備える。また、デバイス用積層ウエハから中間層を除去して透明半導体層とGaN層とを含む透明半導体層積層ウエハを含む半導体デバイスを作製する工程を備える。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層の第1の透明層で全反射させることにより、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層などに透過するのを防止して、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスを製造することができる。   A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes the following steps. That is, a laminated support substrate is formed by forming an intermediate layer including a light-to-heat conversion layer and a first transparent layer arranged in contact with the opposite side of the light-to-heat conversion layer on the Ga-containing transparent support substrate. The process of producing is provided. In addition, the method includes a step of manufacturing a laminated substrate by attaching a GaN substrate to an intermediate layer of the laminated supporting substrate. In addition, by separating the GaN substrate of the laminated substrate from the bonding surface with the intermediate layer at a predetermined depth, the laminated support for epitaxial growth in which the GaN layer is formed on the intermediate layer of the laminated support substrate A step of producing a substrate; In addition, the device includes a step of producing a device multilayer support substrate by epitaxially growing at least one transparent semiconductor layer on the GaN layer of the epitaxial growth support substrate. In addition, the laminated support substrate for devices can absorb the light-to-heat conversion layer at a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer. A device layer including a transparent semiconductor layer, a GaN layer, and an intermediate layer by irradiating light of a wavelength so as to be totally reflected by the first transparent layer and separating the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer A step of producing a wafer; Further, the method includes a step of removing the intermediate layer from the device laminated wafer to produce a semiconductor device including a transparent semiconductor layer laminated wafer including a transparent semiconductor layer and a GaN layer. According to this method, the light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer, which is an intermediate layer formed between the support substrate and the semiconductor layer, is emitted from the first transparent layer of the intermediate layer. By totally reflecting, light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer is prevented from being transmitted to the semiconductor layer or the like, and a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer can be manufactured.

本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、第1の透明層は、Ga含有透明支持基板よりも屈折率の低い材料で形成され、かつ、デバイス用積層支持基板に照射される光の真空中における波長λ0、第1の透明層の屈折率n1を用いて、第1の透明層の厚さd1が、d1>0.5×λ0/n1の関係を満たすことができる。これにより、デバイス用積層支持基板に照射される光において中間層の光熱変換層で吸収されない光は、中間層の第1の透明層で確実に全反射され、GaN層側に全反射光のエバネッセント成分が到達するのを防ぐことができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first transparent layer is formed of a material having a refractive index lower than that of the Ga-containing transparent support substrate, and in a vacuum of light applied to the laminated support substrate for devices. Using the wavelength λ 0 and the refractive index n 1 of the first transparent layer, the thickness d 1 of the first transparent layer can satisfy the relationship of d 1 > 0.5 × λ 0 / n 1 . As a result, the light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer in the light irradiated to the laminated support substrate for devices is surely totally reflected by the first transparent layer of the intermediate layer, and the evanescent light of the total reflected light is directed to the GaN layer side. Ingredients can be prevented from reaching.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、第1の透明層で全反射するように、デバイス用積層支持基板に光を照射するための手段として、光伝播角変換装置を用いることができる。これにより、中間層の第1の透明層よりも低い屈折率をもつ媒質(たとえば空気)から、デバイス用積層支持基板のような平板積層構造に光を入射しても,中間層の第1の透明層で全反射させられるように光を照射することができる。透明半導体層上などにはしばしば電極などの光吸収性をもつ層が形成されており、これらの層へ光が照射されることで不要な発熱を生じ,半導体層の品質が劣化してしまうことを防ぐことができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a light propagation angle conversion device can be used as a means for irradiating light to the laminated support substrate for the device so as to totally reflect the first transparent layer. . Thus, even if light is incident on a flat laminated structure such as a laminated support substrate for devices from a medium (for example, air) having a lower refractive index than the first transparent layer of the intermediate layer, the first of the intermediate layer Light can be irradiated so as to be totally reflected by the transparent layer. Light-absorbing layers such as electrodes are often formed on transparent semiconductor layers, etc., and when these layers are irradiated with light, unnecessary heat is generated and the quality of the semiconductor layers deteriorates. Can be prevented.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、光伝播角変換装置は、第1の透明層よりも屈折率が高い材料で形成されているプリズムとすることができる。これにより、第1の透明層よりも高い屈折率を有するプリズムから自由な角度で光を入射させられるので,光学原理的に全反射可能な条件で光を照射できる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the light propagation angle conversion device may be a prism formed of a material having a refractive index higher than that of the first transparent layer. Thereby, light can be incident at a free angle from a prism having a higher refractive index than that of the first transparent layer, so that light can be irradiated under conditions that allow total reflection in terms of optical principle.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に照射される光のGa含有透明支持基板内における伝播角θSが、Ga含有透明支持基板の屈折率nS、第1の透明層の屈折率n1およびプリズムの屈折率nPを用いて、sin-1(n1/nS)<θS<sin-1(nP/nS)の関係を満たすことができる。かかる関係を満たすようにプリズムの形状を設計することにより、デバイス用積層支持基板に照射される光において中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層の第1の透明層で確実に全反射させることができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the propagation angle θ S of the light irradiated to the device multilayer support substrate in the Ga-containing transparent support substrate is the refractive index n S of the Ga-containing transparent support substrate, the first The relationship of sin −1 (n 1 / n S ) <θ S <sin −1 (n P / n S ) can be satisfied using the refractive index n 1 of the transparent layer and the refractive index n P of the prism. . By designing the shape of the prism so as to satisfy this relationship, the light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer is reliably totally reflected by the first transparent layer of the intermediate layer in the light irradiated to the laminated support substrate for devices. Can be made.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層は、中間層の光熱変換層とGa含有透明支持基板との間でかつ光熱変換層に接触して配置される第2の透明層をさらに含み、デバイス用積層支持基板に照射される光の真空中における波長λ0、第2の透明層の屈折率n2を用いて、第2の透明層の厚さd2が、d2<0.25λ0×n2の関係を満たすことができる。これにより、たとえ第2の透明層の屈折率n2がGa含有支持基板の屈折率nsより小さく、デバイス用積層支持基板に照射される光についての第2の透明層とGa含有支持基板との界面への入射が全反射条件を満たすとしても、光熱変換層へはデバイス用積層支持基板に照射される光のエバネッセント成分が十分な強度を保った状態で到達することができる。その結果、光熱変換層は光を吸収して基板分離に必要な熱を発することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the intermediate layer includes a second transparent layer disposed between the photothermal conversion layer of the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate and in contact with the photothermal conversion layer. In addition, using the wavelength λ 0 of the light applied to the device multilayer support substrate in vacuum and the refractive index n 2 of the second transparent layer, the thickness d 2 of the second transparent layer is d 2 < The relationship of 0.25λ 0 × n 2 can be satisfied. Thus, even if the refractive index n 2 of the second transparent layer is smaller than the refractive index n s of the Ga-containing support substrate, the second transparent layer and the Ga-containing support substrate for the light irradiated to the laminated support substrate for devices Even if the incidence to the interface of the device satisfies the total reflection condition, the evanescent component of the light applied to the device multilayer support substrate can reach the photothermal conversion layer with sufficient intensity. As a result, the photothermal conversion layer can absorb light and emit heat necessary for substrate separation.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に電極を形成する工程をさらに備え、電極は、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第1の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、電極に吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびGaN層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。   Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the step of manufacturing the laminated support substrate for devices and before the step of manufacturing the laminated wafer for devices, the transparent support layer side of the multilayer support substrate for devices is provided. The method may further include a step of forming an electrode, and the electrode may be formed of a material that absorbs light irradiated to the laminated support substrate for devices. According to this method, the light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer formed between the support substrate and the semiconductor layer is emitted from the first transparent layer of the intermediate layer. Since the light that is totally reflected and is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer is prevented from being transmitted to the semiconductor layer, it is prevented from being absorbed by the electrode and generating heat, so that the transparent semiconductor layer and the GaN layer Is prevented from being damaged, and a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer is obtained.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に接着剤および接着層のいずれかを形成する工程をさらに備え、接着剤および接着層のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第1の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、接着剤および接着層のいずれかに吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびGaN層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。   Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the step of manufacturing the laminated support substrate for devices and before the step of manufacturing the laminated wafer for devices, the transparent support layer side of the multilayer support substrate for devices is provided. The method further includes a step of forming either an adhesive or an adhesive layer, and either the adhesive or the adhesive layer can be formed of a material that absorbs light applied to the laminated support substrate for a device. According to this method, the light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer formed between the support substrate and the semiconductor layer is emitted from the first transparent layer of the intermediate layer. By preventing light that is totally reflected and not absorbed by the light-to-heat conversion layer in the intermediate layer from being transmitted to the semiconductor layer, it is prevented from being absorbed by either the adhesive or the adhesive layer to generate heat. Damage to the transparent semiconductor layer and the GaN layer is prevented, and a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer is obtained.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかを配置する工程をさらに備え、仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光は中間層の第1の透明層で全反射され、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのが防止されるため、仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかに吸収されて熱を発生することが防止されることにより、透明半導体層およびGaN層にダメージが発生するのが防止され、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。   Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the step of manufacturing the laminated support substrate for devices and before the step of manufacturing the laminated wafer for devices, the transparent support layer side of the multilayer support substrate for devices is provided. The method further includes a step of arranging either the temporary support substrate or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate, and either the temporary support substrate or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate absorbs light irradiated to the device multilayer support substrate. It can be made of a material that According to this method, the light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer formed between the support substrate and the semiconductor layer is emitted from the first transparent layer of the intermediate layer. Since light that is totally reflected and not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer is prevented from being transmitted to the semiconductor layer, heat is generated by being absorbed by either the temporary support substrate or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate. By preventing the occurrence of damage, the transparent semiconductor layer and the GaN layer are prevented from being damaged, and a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer can be obtained.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、光を吸収するとは、デバイス用積層支持基板に照射される光の波長における光吸収係数が1×103cm-1以上であることを意味する。これにより、光熱変換層で光エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、デバイス用支持基板をGa含有透明支持基板と中間層との間で分離することができる。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the phrase “absorbing light” means that the light absorption coefficient at the wavelength of the light irradiated onto the laminated support substrate for devices is 1 × 10 3 cm −1 or more. . Thereby, the support substrate for devices can be isolate | separated between a Ga containing transparent support substrate and an intermediate | middle layer by converting a light energy into a heat energy in a photothermal conversion layer.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に照射される光を、波長500nm以上600nm未満の光とすることができる。これにより、Ga含有透明支持基板、GaN層および透明半導体層にダメージを与えることなく、Ga含有透明支持基板と中間層とを分離できる。   Moreover, in the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention, the light irradiated to the laminated support substrate for devices can be made into the light of wavelength 500nm or more and less than 600nm. Accordingly, the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer can be separated without damaging the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に光を照射してGa含有透明支持基板と中間層とを分離する際に、Ga含有透明支持基板からGa含有透明支持基板と中間層との界面に金属Gaが析出する。この析出した金属Ga層を利用することで、容易にGa含有透明支持基板と中間層とを分離することができる。   Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, when the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer are separated by irradiating the laminated support substrate for devices with light, the Ga-containing transparent support substrate is separated from the Ga-containing transparent support substrate. Metal Ga is deposited at the interface between the intermediate layer and the intermediate layer. By using the deposited metal Ga layer, the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer can be easily separated.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層の光熱変換層は、アモルファスシリコン層とすることができる。アモルファスシリコン層は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上でかつ融点が1200℃以上であるため、光熱変換層として好適である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the photothermal conversion layer of the intermediate layer can be an amorphous silicon layer. The amorphous silicon layer has a light absorption coefficient of 1 × 10 3 cm −1 or more for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm and a melting point of 1200 ° C. or more, and thus is suitable as a photothermal conversion layer.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層の第1の透明層および第2の透明層は、それぞれ独立に酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層とすることができる。酸化シリコン層および窒化シリコン層は、屈折率がそれぞれ約1.48、約2.0と低いため、低屈折率層として好適である。また、酸化シリコン層および窒化シリコン層は、いずれも波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満でかつ融点が1200℃以上であるため、第1および第2の透明層として好適である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first transparent layer and the second transparent layer of the intermediate layer can be independently formed of a silicon oxide layer or a silicon nitride layer. Since the silicon oxide layer and the silicon nitride layer have low refractive indexes of about 1.48 and about 2.0, respectively, they are suitable as a low refractive index layer. In addition, each of the silicon oxide layer and the silicon nitride layer has a light absorption coefficient of less than 1 × 10 3 cm −1 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm and a melting point of 1200 ° C. or more. Suitable as a transparent layer.

また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、透明半導体層は、III族窒化物半導体層とすることができる。III族窒化物半導体層は波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であるため、照射光によるダメージを受けることなく、高品質の半導体デバイスが得られる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the transparent semiconductor layer can be a group III nitride semiconductor layer. Since the group III nitride semiconductor layer has a light absorption coefficient of less than 1 × 10 3 cm −1 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm, a high-quality semiconductor device can be obtained without being damaged by irradiation light.

本発明によれば、支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されない光を中間層で全反射することにより、中間層の光熱変換層で吸収されない光が半導体層に透過するのを防止する半導体デバイスの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, with respect to the light irradiated to separate the support substrate and the semiconductor layer, all the light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer formed between the support substrate and the semiconductor layer is absorbed by the intermediate layer. By reflecting, the manufacturing method of the semiconductor device which prevents that the light which is not absorbed by the photothermal conversion layer of an intermediate | middle layer permeate | transmits a semiconductor layer can be provided.

本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。ここで、(A)は積層支持基板の作製工程を示し、(B)は積層貼り合わせ基板の作製工程を示し、(C)はエピ成長用積層支持基板の作製工程を示し、(D)はデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、(E)および(F)はデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、(G)およびは(H)は半導体デバイスの作製工程を示す。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention. Here, (A) shows the manufacturing process of the laminated support substrate, (B) shows the manufacturing process of the laminated substrate, (C) shows the manufacturing process of the epitaxial growth laminated support substrate, and (D) shows The manufacturing process of the laminated support substrate for devices is shown, (E) and (F) show the manufacturing process of the laminated wafer for devices, and (G) and (H) show the manufacturing process of the semiconductor device. 本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の他の例を示す概略断面図である。ここで、(A)は二電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、(B)および(C)は二電極付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、(D)は二電極付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、(E)および(F)は半導体デバイスの作製工程を示す。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention. Here, (A) shows a manufacturing process of a laminated support substrate for devices with two electrodes, (B) and (C) show a manufacturing process of a laminated wafer for devices with two electrodes, and (D) shows two electrodes. 2 shows a manufacturing process of the attached transparent semiconductor layer laminated wafer, and (E) and (F) show a manufacturing process of the semiconductor device. 本発明にかかる半導体デバイスの製造方法のさらに他の例を示す概略断面図である。ここで、(A)は一電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程を示し、(B)は一電極付のデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程を示し、(C)および(D)は一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、(E)は一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、(F)は半導体デバイスの作製工程を示す。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention. Here, (A) shows the manufacturing process of the laminated support substrate for devices with one electrode, and (B) shows the bonding process of the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate to the laminated support substrate for devices with one electrode. , (C) and (D) show the manufacturing process of a laminated wafer for devices with one electrode and a supporting substrate, and (E) shows the manufacturing process of a transparent semiconductor layer laminated wafer with one electrode and a supporting substrate, (F ) Shows a manufacturing process of a semiconductor device. 本発明にかかる半導体デバイスの製造方法のさらに他の例を示す概略断面図である。ここで、(A)はデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程を示し、(B)および(C)は支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程を示し、(D)は支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程を示し、(E)は半導体デバイスの作製工程を示す。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention. Here, (A) shows the bonding process of the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate to the laminated support substrate for devices, (B) and (C) show the production process of the laminated wafer for devices with the support substrate, (D) shows the manufacturing process of the transparent semiconductor layer laminated wafer with a support substrate, (E) shows the manufacturing process of a semiconductor device. 本発明の参考とされる半導体デバイスの製造方法におけるデバイス用積層支持基板への光照射の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the light irradiation to the laminated support substrate for devices in the manufacturing method of the semiconductor device used as the reference of this invention. 本発明にかかる半導体デバイスの製造方法におけるデバイス用積層支持基板への光照射の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the light irradiation to the laminated support substrate for devices in the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention. 図6に示すデバイス用積層支持基板への光照射において、照射光のGa含有透明支持基板内における伝播角θSと、中間層における透過率T、反射率Rおよび吸収率Aとの関係を示すグラフである。FIG. 6 shows the relationship between the propagation angle θ S of the irradiated light in the Ga-containing transparent support substrate and the transmittance T, reflectance R, and absorption rate A in the intermediate layer in the light irradiation to the device laminated support substrate shown in FIG. It is a graph. 本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板への光照射方法の一例を示す概略断面図である。In the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention, it is a schematic sectional drawing which shows an example of the light irradiation method to the lamination | stacking support substrate for devices.

図1〜図4を参照して、本発明のある実施形態である半導体デバイスの製造方法は、Ga含有透明支持基板10上に、光熱変換層21と光熱変換層21のGa含有透明支持基板10と反対側に接触して配置されている第1の透明層23aとを含む中間層20aを形成して、積層支持基板1を作製する工程を備える(図1(A))。また、積層支持基板1の中間層20aにGaN基板30を貼り合わせて、積層貼り合わせ基板2を作製する工程を備える(図1(B))。また、積層貼り合わせ基板2のGaN基板30を、中間層20との貼り合わせ面から所定の深さの面Pにおいて分離することにより、積層支持基板1の中間層20上にGaN層30aが形成されたエピ成長用積層支持基板3を作製する工程を備える(図1(C))。また、エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上に少なくとも1層の透明半導体層40をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板4を作製する工程を備える(図1(D)、図2(A)、図3(A)および(B)、ならびに図4(A))。また、デバイス用積層支持基板4に、Ga含有透明支持基板10およびGaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層21が吸収しうる波長の光Lを、第1の透明層23で全反射するように照射して、Ga含有透明支持基板10と中間層20とを分離することにより、透明半導体層40とGaN層30aと中間層20とを含むデバイス用積層ウエハ5を作製する工程を備える(図1(E)および(F)、図2(B)および(C)、図3(C)および(D)、ならびに図4(B)および(C))。また、デバイス用積層ウエハ5から中間層20を除去して透明半導体層40とGaN層30aとを含む透明半導体層積層ウエハ6を含む半導体デバイス7を作製する工程を備える(図1(G)および(H)、図2(D)〜(F)、図3(E)および(F)、ならびに図4(D)および(E))。   With reference to FIGS. 1 to 4, a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a Ga-containing transparent support substrate 10 on a Ga-containing transparent support substrate 10 and a photothermal conversion layer 21 and a Ga-containing transparent support substrate 10. The intermediate layer 20a including the first transparent layer 23a disposed in contact with the opposite side is formed to prepare the laminated support substrate 1 (FIG. 1A). In addition, the method includes a step of manufacturing the laminated substrate 2 by bonding the GaN substrate 30 to the intermediate layer 20a of the laminated support substrate 1 (FIG. 1B). Further, the GaN layer 30a is formed on the intermediate layer 20 of the laminated support substrate 1 by separating the GaN substrate 30 of the laminated substrate 2 on the surface P having a predetermined depth from the bonding surface with the intermediate layer 20. A step of producing the epitaxial growth support substrate 3 thus prepared (FIG. 1C). In addition, the device includes a step of fabricating the device multilayer support substrate 4 by epitaxially growing at least one transparent semiconductor layer 40 on the GaN layer 30a of the epitaxial growth support substrate 3 (FIGS. 1D and 2). (A), FIG. 3 (A) and (B), and FIG. 4 (A)). Further, the laminated support substrate 4 for devices has a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and the transparent semiconductor layer 40, and a photothermal conversion layer. The transparent semiconductor layer 40 and the GaN are separated from the Ga-containing transparent support substrate 10 and the intermediate layer 20 by irradiating the first transparent layer 23 with light L having a wavelength that can be absorbed by the first transparent layer 23. A step of producing a laminated wafer for devices 5 including a layer 30a and an intermediate layer 20 (FIGS. 1E and 2F, FIGS. 2B and 2C, and FIGS. 3C and 3D). , And FIGS. 4 (B) and (C)). In addition, the intermediate layer 20 is removed from the device laminated wafer 5 to prepare a semiconductor device 7 including the transparent semiconductor layer laminated wafer 6 including the transparent semiconductor layer 40 and the GaN layer 30a (FIG. 1 (G) and (H), FIG. 2 (D)-(F), FIG. 3 (E) and (F), and FIG. 4 (D) and (E)).

本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、上記の工程を備えることにより、デバイス用積層支持基板4に照射される光について、Ga含有透明支持基板10とGaN層30aおよび透明半導体層40との間に形成される中間層20の光熱変換層21で吸収されない光を中間層20の第1の透明層23で全反射させることにより、中間層20の光熱変換層21で吸収されない光がGaN層30aおよび透明半導体層40に透過するのを防止して、高品質のGaN層30aおよび透明半導体層40を有する高品質の半導体デバイス7を製造することができる。   The manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment includes the above-described steps, so that the light irradiated to the laminated support substrate 4 for devices is between the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and the transparent semiconductor layer 40. The light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer 21 of the intermediate layer 20 is totally reflected by the first transparent layer 23 of the intermediate layer 20, so that the light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer 21 of the intermediate layer 20 is GaN layer 30a. Further, it is possible to manufacture the high-quality semiconductor device 7 having the high-quality GaN layer 30a and the transparent semiconductor layer 40 by preventing the transparent semiconductor layer 40 from penetrating.

(積層支持基板の作製工程)
図1(A)を参照して、積層支持基板1の作製工程は、Ga含有透明支持基板10上に、光熱変換層21と光熱変換層21のGa含有透明支持基板10と反対側に接触して配置されている第1の透明層23aとを含む中間層20aを形成することにより行われる。
(Lamination support substrate manufacturing process)
With reference to FIG. 1 (A), the manufacturing process of the lamination | stacking support substrate 1 contacts the opposite side to the Ga containing transparent support substrate 10 of the photothermal conversion layer 21 and the photothermal conversion layer 21 on the Ga containing transparent support substrate 10. FIG. This is performed by forming an intermediate layer 20a including the first transparent layer 23a that is disposed.

Ga含有透明支持基板10上に中間層20aを形成する方法は、特に制限はなく、プラズマCVD(化学気相堆積)法、スパッタ法、真空蒸着法などが用いられる。   The method for forming the intermediate layer 20a on the Ga-containing transparent support substrate 10 is not particularly limited, and a plasma CVD (chemical vapor deposition) method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like is used.

本工程により得られる積層支持基板1は、本基板に照射される光が光熱変換層21に吸収されることにより、光熱変換層21を含む中間層20aは熱が蓄えられて高温となり、この熱によりGa含有透明支持基板10の中間層20aに接する面が分解されて、中間層20aとGa含有透明支持基板10とに分離することができる。   In the laminated support substrate 1 obtained by this process, the light applied to the substrate is absorbed by the photothermal conversion layer 21, so that the intermediate layer 20 a including the photothermal conversion layer 21 stores heat and becomes a high temperature. As a result, the surface of the Ga-containing transparent support substrate 10 in contact with the intermediate layer 20a can be decomposed and separated into the intermediate layer 20a and the Ga-containing transparent support substrate 10.

中間層20aは、上記光熱変換層21を含むため、上記のように高温となる。また、透明半導体層40をエピタキシャル成長させる際に、800℃以上、場合によっては1100℃付近の高温に曝される。これらの理由から、光熱変換層21を含む中間層20aは高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。   Since the intermediate layer 20a includes the photothermal conversion layer 21, the intermediate layer 20a has a high temperature as described above. Further, when the transparent semiconductor layer 40 is epitaxially grown, it is exposed to a high temperature of 800 ° C. or higher, and in some cases, near 1100 ° C. For these reasons, the intermediate layer 20a including the photothermal conversion layer 21 preferably has high heat resistance, and preferably has a melting point of, for example, 1200 ° C. or higher.

また、中間層20aは、上記の光熱変換層21に加えて、上記光熱変換層21のGa含有透明支持基板10と反対側に接触して配置されている第1の透明層23と含む。本実施形態の半導体デバイスの製造方法においては、本基板に照射される光を光熱変換層21に吸収させて光熱変換層21を含む中間層20aに熱を蓄えて高温とすることにより、Ga含有透明支持基板10の中間層20aに接する面を分解させて、中間層20aとGa含有透明支持基板10とに分離するとともに、本基板に照射される光のうち光熱変換層21に吸収されない光を中間層の第1の透明層で全反射させることを特徴とする。   Further, the intermediate layer 20 a includes, in addition to the light-to-heat conversion layer 21, a first transparent layer 23 disposed in contact with the opposite side of the light-to-heat conversion layer 21 from the Ga-containing transparent support substrate 10. In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the light irradiated to the substrate is absorbed by the photothermal conversion layer 21, and heat is stored in the intermediate layer 20a including the photothermal conversion layer 21 to obtain a high temperature. The surface of the transparent support substrate 10 in contact with the intermediate layer 20a is decomposed and separated into the intermediate layer 20a and the Ga-containing transparent support substrate 10, and light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer 21 is irradiated among the light irradiated on the substrate. Total reflection is performed by the first transparent layer of the intermediate layer.

さらに、中間層は、上記の光熱変換層21および第1の透明層23aに加えて、第2の透明層25を含むことができる。   Further, the intermediate layer can include a second transparent layer 25 in addition to the light-to-heat conversion layer 21 and the first transparent layer 23a.

たとえば、中間層20aは、Ga含有透明支持基板10側から順に、第2の透明層25、光熱変換層21、および第1の透明層23aを含む。なお、第1の透明層23aは、後工程(図1(B))においてGaN基板30と貼り合わされて、第1の透明層23としてGaN基板30と光熱変換層21との間にかつ光熱変換層21に接触して位置することになる。   For example, the intermediate layer 20a includes a second transparent layer 25, a photothermal conversion layer 21, and a first transparent layer 23a in this order from the Ga-containing transparent support substrate 10 side. The first transparent layer 23a is bonded to the GaN substrate 30 in a later step (FIG. 1B), and is formed between the GaN substrate 30 and the photothermal conversion layer 21 as the first transparent layer 23 and photothermal conversion. It will be in contact with the layer 21.

ここで、第1の透明層23a,23および第2の透明層25は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上未満であることが好ましく、たとえば、酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層のいずれかであることが好ましい。光熱変換層21は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上であることが好ましく、たとえば、アモルファスシリコン層であることが好ましい。 Here, the first transparent layers 23a, 23 and the second transparent layer 25 preferably have a light absorption coefficient of less than 1 × 10 3 cm −1 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm. It is preferably either a silicon layer or a silicon nitride layer. The photothermal conversion layer 21 preferably has a light absorption coefficient of 1 × 10 3 cm −1 or more for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm, and is preferably an amorphous silicon layer, for example.

Ga含有透明支持基板10は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上未満であることが好ましく、たとえば、GaN支持基板であることが好ましい。 The Ga-containing transparent support substrate 10 preferably has a light absorption coefficient for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm of less than 1 × 10 3 cm −1 or more, for example, a GaN support substrate.

(積層貼り合わせ基板の作製工程)
図1(B)を参照して、積層貼り合わせ基板2の作製工程は、積層支持基板1の中間層20aにGaN基板30を貼り合わせることにより行われる。ここで、積層支持基板1の中間層20aにGaN基板30を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせ、その後700℃〜1000℃に昇温して接合する直接接合法、金属膜を形成し、接触させつつ昇温することで金属膜の金属を合金化させることにより接合する合金接合法、プラズマやイオンなどで貼り合わせ面を活性化させ接合する表面活性化法、などが好ましく用いられる。
(Manufacturing process of laminated substrate)
With reference to FIG. 1B, the manufacturing process of the laminated laminated substrate 2 is performed by bonding a GaN substrate 30 to the intermediate layer 20 a of the laminated supporting substrate 1. Here, the method of bonding the GaN substrate 30 to the intermediate layer 20a of the laminated support substrate 1 is not particularly limited, and the surfaces of the bonding surfaces are cleaned and bonded directly, and then heated to 700 ° C to 1000 ° C. Direct bonding method that joins together, metal film is formed, alloy bonding method that joins the metal of the metal film by alloying by raising the temperature while making contact, activated the bonding surface with plasma or ions, etc. The surface activation method is preferably used.

また、GaN基板30の貼り合わせ面には、光Lの照射時に光熱変換層からGaN基板30に伝わる熱を低減するとともに接合強度を高める観点から、積層支持基板1の中間層20aの最外層と化学的に同じ材質の層が形成されていることが好ましい。たとえば、積層支持基板1の中間層20aの最外層が第1の透明層23aである場合には、かかる第1の透明層23aと化学的に同一の材質の層である第1の透明層23bがGaN基板30の貼り合わせ面に形成されていることが好ましい。GaN基板30の第1の透明層23bを、積層支持基板1の中間層20aの第1の透明層23aに貼り合わせることにより、光熱変換層21とGaN基板30との間にかつ光熱変換層21に接触して第1の透明層23が形成される。こうして、光熱変換層21と、光熱変換層21とGaN基板30との間にかつ光熱変換層21に接触して配置される第1の透明層23と、光熱変換層21とGa含有透明支持基板10との間にかつ光熱変換層21に接触して配置される第2の透明層25と、を含む中間層20が形成される。   In addition, the bonded surface of the GaN substrate 30 is formed with an outermost layer of the intermediate layer 20a of the laminated support substrate 1 from the viewpoint of reducing heat transmitted from the photothermal conversion layer to the GaN substrate 30 when the light L is irradiated and increasing bonding strength. It is preferable that layers of the same material are formed chemically. For example, when the outermost layer of the intermediate layer 20a of the laminated support substrate 1 is the first transparent layer 23a, the first transparent layer 23b that is a layer of the same material as the first transparent layer 23a is used. Is preferably formed on the bonding surface of the GaN substrate 30. By bonding the first transparent layer 23b of the GaN substrate 30 to the first transparent layer 23a of the intermediate layer 20a of the laminated support substrate 1, the photothermal conversion layer 21 is interposed between the photothermal conversion layer 21 and the GaN substrate 30. To form a first transparent layer 23. Thus, the photothermal conversion layer 21, the first transparent layer 23 disposed between the photothermal conversion layer 21 and the GaN substrate 30 and in contact with the photothermal conversion layer 21, the photothermal conversion layer 21, and the Ga-containing transparent support substrate. 10 and the second transparent layer 25 disposed in contact with the photothermal conversion layer 21 is formed.

(エピ成長用積層支持基板の作製工程)
図1(C)を参照して、エピ成長用積層支持基板3の作製工程は、積層貼り合わせ基板2のGaN基板30を、中間層20との貼り合わせ面から所定の深さの面Pにおいて分離することにより行われる。かかる工程により、積層支持基板1の中間層20上にGaN層30aが形成されたエピ成長用積層支持基板3が得られる。
(Manufacturing process of laminated support substrate for epi growth)
Referring to FIG. 1C, in the process of manufacturing the epitaxial growth laminated support substrate 3, the GaN substrate 30 of the laminated laminated substrate 2 is placed on the surface P having a predetermined depth from the bonded surface with the intermediate layer 20. This is done by separating. Through this step, the epitaxial growth laminated support substrate 3 in which the GaN layer 30a is formed on the intermediate layer 20 of the laminated support substrate 1 is obtained.

GaN基板30を中間層20との貼り合わせ面から所定の深さの面Pにおいて分離する方法には、特に制限はなく、GaN基板30を上記の面Pにおいて切断する方法や、積層支持基板1に脆弱領域を形成させるため、積層支持基板1に貼り合わせる前に上記面Pにイオンを注入したGaN基板30を積層支持基板1に貼り合わせた後、熱および/または応力を加えることにより、イオン注入により脆化された面Pにおいて分離する方法、などが用いられる。かかる方法により、積層支持基板1の中間層20上に厚さ0.05μm〜100μmのGaN層30aを形成することができる。   The method for separating the GaN substrate 30 from the bonding surface with the intermediate layer 20 on the surface P having a predetermined depth is not particularly limited, and a method for cutting the GaN substrate 30 on the surface P, the laminated support substrate 1 or the like. In order to form a fragile region, the GaN substrate 30 into which ions are implanted into the surface P before being bonded to the laminated support substrate 1 is bonded to the stacked support substrate 1 and then ionized by applying heat and / or stress. A method of separating on the surface P embrittled by implantation is used. By such a method, the GaN layer 30a having a thickness of 0.05 μm to 100 μm can be formed on the intermediate layer 20 of the laminated support substrate 1.

ここで、Ga含有透明支持基板10は、エピタキシャル成長やアニール処理時においてGaN層30aにクラックなどを発生させない観点から、その熱膨張係数がGaN層30aの熱膨張係数と同一または近似していることが好ましく、GaN層30aの主表面の面方位と同一の面方位の主表面を有するGaN支持基板であることが特に好ましい。   Here, the Ga-containing transparent support substrate 10 has a thermal expansion coefficient that is the same as or close to the thermal expansion coefficient of the GaN layer 30a from the viewpoint of not generating cracks in the GaN layer 30a during epitaxial growth or annealing. A GaN support substrate having a main surface having the same plane orientation as that of the main surface of the GaN layer 30a is particularly preferable.

(デバイス用積層支持基板の作製工程)
図1(D)を参照して、デバイス用積層支持基板4の作製工程は、エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上に少なくとも1層の透明半導体層40をエピタキシャル成長させることにより行われる。
(Manufacturing process of laminated support substrate for devices)
Referring to FIG. 1D, the process for manufacturing the device multilayer support substrate 4 is performed by epitaxially growing at least one transparent semiconductor layer 40 on the GaN layer 30 a of the epitaxial growth support substrate 3.

ここで、熱膨張係数がGaN層30aの熱膨張係数と同一または近似するGaN含有透明支持基板10を用いることにより、エピタキシャル成長やアニール処理時においてクラックなどを発生させることなく、高品質の少なくとも1層の透明半導体層40を形成することができる。かかる観点から、Ga含有透明支持基板10は、たとえばGaN層30aの主表面の面方位と同一の面方位の主表面を有するGaN支持基板であることが好ましい。   Here, by using the GaN-containing transparent support substrate 10 whose thermal expansion coefficient is the same as or close to the thermal expansion coefficient of the GaN layer 30a, at least one layer of high quality can be obtained without generating cracks during epitaxial growth or annealing. The transparent semiconductor layer 40 can be formed. From this point of view, the Ga-containing transparent support substrate 10 is preferably a GaN support substrate having a main surface with the same plane orientation as that of the main surface of the GaN layer 30a, for example.

エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上に少なくとも1層の透明半導体層40をエピタキシャル成長させる方法には、特に制限はないが、高品質の透明半導体層を成長させる観点から、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法、MBE(分子線エピタキシ)法、HVPE(ハイドライド気相成長)法などの気相法などが好ましく用いられる。   The method for epitaxially growing at least one transparent semiconductor layer 40 on the GaN layer 30a of the epitaxial growth laminated support substrate 3 is not particularly limited, but from the viewpoint of growing a high-quality transparent semiconductor layer, MOCVD (organometallic) A vapor phase method such as a chemical vapor deposition method, an MBE (molecular beam epitaxy) method or an HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method is preferably used.

エピ成長用積層支持基板3上にエピタキシャル成長させる少なくとも1層の透明半導体層40は、クラックなどを発生させることなく高品質の透明半導体層40を成長させる観点から、GaN層30aと格子定数が同一または近似しており、また、GaN層30aおよびGa含有透明支持基板10と熱膨張係数が同一または近似していることが好ましい。また、透明半導体層40は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であることが好ましい。また、中間層を透過した照射光を吸収しないという観点から、透明半導体層40は、デバイス用積層支持基板4に照射される光よりも短波長でかつ波長300nm以上550nm以下のピーク波長を有する光を放出する発光層45を含むことが好ましい。これらの観点から、透明半導体層40は、たとえば、III族窒化物半導体層であることが好ましい。 The at least one transparent semiconductor layer 40 epitaxially grown on the epitaxial growth laminated support substrate 3 has the same lattice constant as that of the GaN layer 30a from the viewpoint of growing the high-quality transparent semiconductor layer 40 without generating cracks or the like. It is preferable that the thermal expansion coefficients are the same as or similar to those of the GaN layer 30a and the Ga-containing transparent support substrate 10. The transparent semiconductor layer 40 preferably has a light absorption coefficient of less than 1 × 10 3 cm −1 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm. Further, from the viewpoint of not absorbing the irradiation light transmitted through the intermediate layer, the transparent semiconductor layer 40 is light having a shorter wavelength than the light irradiated to the laminated support substrate 4 for devices and a peak wavelength of not less than 300 nm and not more than 550 nm. It is preferable to include a light emitting layer 45 that emits. From these viewpoints, the transparent semiconductor layer 40 is preferably a group III nitride semiconductor layer, for example.

(デバイス用積層ウエハの作製工程)
図1(E)および(F)、図2(B)および(C)、図3(C)および(D)、ならびに図4(B)および(C)を参照して、デバイス用積層ウエハ5の作製工程は、デバイス用積層支持基板4に、Ga含有透明支持基板10およびGaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光Lを、第1の透明層23で全反射するように照射して、Ga含有透明支持基板10と中間層20とを分離することにより行われる。かかる工程により、透明半導体層40とGaN層30aと中間層20とを含むデバイス用積層ウエハ5が得られる。ここで、図1(E)、図2(B)、図3(C)、および図4(B)に示すように、光Lは、デバイス用積層支持基板4のGa含有透明支持基板10側から照射される。
(Process for producing laminated wafers for devices)
1 (E) and (F), FIGS. 2 (B) and (C), FIGS. 3 (C) and (D), and FIGS. 4 (B) and 4 (C), device laminated wafer 5 The manufacturing process of the device has a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30 a, and the transparent semiconductor layer 40. This is performed by irradiating light L having a wavelength that can be absorbed by the photothermal conversion layer so as to be totally reflected by the first transparent layer 23 and separating the Ga-containing transparent support substrate 10 and the intermediate layer 20. Through this process, the device laminated wafer 5 including the transparent semiconductor layer 40, the GaN layer 30a, and the intermediate layer 20 is obtained. Here, as shown in FIG. 1 (E), FIG. 2 (B), FIG. 3 (C), and FIG. 4 (B), the light L is on the Ga-containing transparent support substrate 10 side of the laminated support substrate 4 for devices. Irradiated from.

本工程において、デバイス用積層支持基板4に照射された光は、中間層20の光熱変換層21で吸収され熱に変換される。この熱により、Ga含有透明支持基板10の中間層20に接する面が分解されて、デバイス用積層支持基板4はGa含有透明支持基板10と中間層20との間で分離される。こうして、透明半導体層40とGaN層30aと中間層20とを含むデバイス用積層ウエハ5が得られる。   In this step, the light irradiated on the device multilayer support substrate 4 is absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 and converted into heat. With this heat, the surface of the Ga-containing transparent support substrate 10 that contacts the intermediate layer 20 is decomposed, and the laminated support substrate 4 for devices is separated between the Ga-containing transparent support substrate 10 and the intermediate layer 20. Thus, the device laminated wafer 5 including the transparent semiconductor layer 40, the GaN layer 30a, and the intermediate layer 20 is obtained.

ここで、図5を参照して、本工程において、Ga含有透明支持基板10、第2の透明層25、光熱変換層21および第1の透明層23を含む中間層20、ならびにGaN層30aがこの順に形成されたデバイス用積層支持基板4に、Ga含有透明支持基板10側から光Lを照射すると、光Lの大部分は光熱変換層21で吸収されるが、光熱変換層21で吸収されなかった光は、第1の透明層23で反射されない限り、透明半導体層40に透過する。このとき、透明半導体層40に電極(p−電極80)、接着剤51および接着層のいずれか、仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどが形成され、これらが光Lを吸収する材料で形成されている場合には、電極(p−電極80)、接着剤51および接着層のいずれか、仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどの光吸収により発生する熱により、透明半導体層40およびGaN層30aがダメージを受けて、半導体デバイス7の品質および特性が低下するおそれがある。   Here, referring to FIG. 5, in this step, Ga-containing transparent support substrate 10, second transparent layer 25, intermediate layer 20 including photothermal conversion layer 21 and first transparent layer 23, and GaN layer 30 a include When the laminated support substrate for devices 4 formed in this order is irradiated with light L from the Ga-containing transparent support substrate 10 side, most of the light L is absorbed by the photothermal conversion layer 21, but is absorbed by the photothermal conversion layer 21. The missing light is transmitted through the transparent semiconductor layer 40 unless it is reflected by the first transparent layer 23. At this time, any of the electrode (p-electrode 80), the adhesive 51, and the adhesive layer, the temporary support substrate 50, the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate, and the like are formed on the transparent semiconductor layer 40. In the case of being formed of a material that absorbs light, light absorption of any of the electrode (p-electrode 80), the adhesive 51 and the adhesive layer, the temporary support substrate 50 and the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate, etc. Due to the heat generated by the above, the transparent semiconductor layer 40 and the GaN layer 30a may be damaged, and the quality and characteristics of the semiconductor device 7 may be deteriorated.

これに対して、図6を参照して、本工程においては、上記波長の光を、Ga含有透明支持基板10側から中間層20の光熱変換層21を通過して第1の透明層23で全反射するように、すなわち、デバイス用積層支持基板4に照射された光Lのうち光熱変換層21に吸収されなかった光が第1の透明層23で全反射するように、デバイス用積層支持基板4に照射する。このため、中間層の光熱変換層で吸収されない光が透明半導体層40、電極(p−電極80)、接着剤51および接着層のいずれか、仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかなどに透過するのを防止して、高品質の透明半導体層40およびGaN層30aを有する高品質で高特性の半導体デバイス7を製造することができる。   On the other hand, with reference to FIG. 6, in this process, the light of the said wavelength passes the photothermal conversion layer 21 of the intermediate | middle layer 20 from the Ga containing transparent support substrate 10 side, and is 1st transparent layer 23. In order to totally reflect, that is, the light L not irradiated to the photothermal conversion layer 21 out of the light L irradiated to the device laminated support substrate 4 is totally reflected by the first transparent layer 23. The substrate 4 is irradiated. Therefore, light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer is either the transparent semiconductor layer 40, the electrode (p-electrode 80), the adhesive 51, or the adhesive layer, the temporary support substrate 50, and the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate. It is possible to manufacture a high-quality and high-quality semiconductor device 7 having the high-quality transparent semiconductor layer 40 and the GaN layer 30a by preventing any of them from penetrating.

ここで、第1の透明層23で全反射するように光を照射するための照射光のGa含有透明支持基板10内における伝播角θSは、中間層20の構造によって異なるが、たとえば、以下のようにして算出される。なお、照射光の各基板内または各層内における伝播角は、各層の主面の法線方向と各層における照射光の進行方向とのなす角と定義される。 Here, the propagation angle θ S in the Ga-containing transparent support substrate 10 of the irradiation light for irradiating the light so as to be totally reflected by the first transparent layer 23 differs depending on the structure of the intermediate layer 20, for example, It is calculated as follows. The propagation angle of the irradiation light in each substrate or each layer is defined as an angle formed by the normal direction of the main surface of each layer and the traveling direction of the irradiation light in each layer.

図6を参照して、Ga含有透明支持基板10である厚さ400μmのGaN支持基板に接して、中間層20としての厚さ10nmのSiO2層(第2の透明層25)、厚さ60nmのアモルファスシリコン層(光熱変換層21)および厚さ325nmのSiO2層(第1の透明層23)がこの順に配置され、さらにGaN層30aとしての厚さ200nmのGaN層、および透明半導体層40として厚さ3000nmのGaN層が配置されているデバイス用積層支持基板4を考える。 Referring to FIG. 6, a 10 nm thick SiO 2 layer (second transparent layer 25) as an intermediate layer 20 is in contact with a 400 μm thick GaN support substrate, which is a Ga-containing transparent support substrate 10, and has a thickness of 60 nm. The amorphous silicon layer (photothermal conversion layer 21) and the 325 nm thick SiO 2 layer (first transparent layer 23) are arranged in this order, and the GaN layer 30a is a 200 nm thick GaN layer, and the transparent semiconductor layer 40 Let us consider a laminated support substrate 4 for a device in which a GaN layer having a thickness of 3000 nm is disposed.

上記デバイス用積層支持基板4において、上記のGa含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40を形成するGaNの屈折率は2.5で消衰係数は0である。上記の第1の透明層23および第2の透明層25を形成するSiO2の屈折率は1.48であり消衰係数は0である。上記の光熱変換層21を形成するアモルファスシリコンの屈折率は4.0で消衰係数は0.25である。ここで、消衰係数κと光吸収係数αとの間には、その光の真空中における波長λ0を用いて以下の式(i)
α=4πκ/λ0 (i)
の関係がある。上記のデバイス用積層支持基板の層構造ならびに各層の材質、厚さ、屈折率および光吸収係数を表1にまとめる。
In the device multilayer support substrate 4, the refractive index of GaN forming the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and the transparent semiconductor layer 40 is 2.5, and the extinction coefficient is 0. The refractive index of SiO 2 forming the first transparent layer 23 and the second transparent layer 25 is 1.48 and the extinction coefficient is 0. The refractive index of amorphous silicon forming the photothermal conversion layer 21 is 4.0 and the extinction coefficient is 0.25. Here, between the extinction coefficient κ and the light absorption coefficient α, using the wavelength λ 0 of the light in vacuum, the following equation (i)
α = 4πκ / λ 0 (i)
There is a relationship. Table 1 summarizes the layer structure of the above-mentioned laminated support substrate for devices and the material, thickness, refractive index, and light absorption coefficient of each layer.

Figure 2012142385
Figure 2012142385

図7に、上記デバイス用積層支持基板4のGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)側から光Lを照射するときの照射光のGa含有透明支持基板内における伝播角θSと、照射光の中間層20における吸収率A(主に光熱変換層21における吸収率)、反射率R(主に第1の透明層23の反射率)および透過率Tとの関係を示す。ここで、吸収率A、反射率Rおよび透過率Tとの間には、以下の式(ii)
A+R+T=1 (ii)
の関係がある。
FIG. 7 shows the propagation angle θ S in the Ga-containing transparent support substrate of the irradiation light when the light L is irradiated from the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) side of the device multilayer support substrate 4 and the irradiation light. The relationship between the absorptivity A in the intermediate layer 20 (mainly the absorptivity in the photothermal conversion layer 21), the reflectivity R (mainly the reflectivity of the first transparent layer 23) and the transmittance T is shown. Here, between the absorptance A, the reflectance R, and the transmittance T, the following formula (ii)
A + R + T = 1 (ii)
There is a relationship.

図7を参照して、上記の構造を有するデバイス用積層支持基板4については、照射光のGa含有透明支持基板基板内における伝播角θSが40°以上になると、照射光の中間層における透過率Tが0であり、このT=0を上記の式(ii)に代入するとR=1−Aとなり、このことは、照射光のうち中間層20(特に光熱変換層21)で吸収されない光が全反射されていることを意味する。ここで、デバイス用積層支持基板4の中間層20とGa含有透明支持基板10とを効率的に分離する観点から、照射光の中間層20(特に光熱変換層21)における吸収率Aは大きいことが好ましい。したがって、上記の構造を有するデバイス用積層支持基板4においては、照射光のGa含有透明支持基板内における伝播角θSが40°または40°より大きな近傍の角であることが好ましい。 Referring to FIG. 7, for device laminated support substrate 4 having the above structure, when propagation angle θ S of irradiated light in Ga-containing transparent support substrate substrate is 40 ° or more, transmission of irradiated light in the intermediate layer is performed. When the rate T is 0 and this T = 0 is substituted into the above equation (ii), R = 1−A. This is the light that is not absorbed by the intermediate layer 20 (particularly the photothermal conversion layer 21) of the irradiated light. Is totally reflected. Here, from the viewpoint of efficiently separating the intermediate layer 20 of the laminated support substrate 4 for devices and the Ga-containing transparent support substrate 10, the absorption rate A of the irradiated light in the intermediate layer 20 (particularly the photothermal conversion layer 21) is large. Is preferred. Therefore, in the laminated support substrate 4 for a device having the above structure, it is preferable that the propagation angle θ S of the irradiated light in the Ga-containing transparent support substrate is 40 ° or a nearby angle larger than 40 °.

さらに、本工程において、デバイス用積層支持基板4に照射された光Lのうち光熱変換層21に吸収されない光を第1の透明層23で確実に全反射させるために、以下の条件を満たすことが好ましい。   Furthermore, in this step, the following conditions are satisfied in order to surely totally reflect light that is not absorbed by the photothermal conversion layer 21 out of the light L irradiated to the laminated support substrate 4 for devices by the first transparent layer 23. Is preferred.

(I)光伝播角変換装置の使用
図1(E)、図2(B)、図3(C)、図4(B)、および図6を参照して、照射光が中間層の第1の透明層で全反射するのに適した照射光のGa含有透明支持基板内における伝播角θSになるように、デバイス用積層支持基板のGa含有透明支持基板側に光Lを照射するために、光伝播角変換装置150を用いることが好ましい。かかる光伝播角変換装置150は、特に制限はないが、光伝播角を容易に変換する観点から、プリズム、グレーティングが好ましい。
(I) Use of Light Propagation Angle Conversion Device Referring to FIG. 1 (E), FIG. 2 (B), FIG. 3 (C), FIG. 4 (B), and FIG. In order to irradiate the light L to the Ga-containing transparent support substrate side of the laminated support substrate for a device so that the propagation angle θ S of the irradiation light suitable for total reflection on the transparent layer of the device is within the Ga-containing transparent support substrate It is preferable to use the light propagation angle conversion device 150. The light propagation angle conversion device 150 is not particularly limited, but is preferably a prism or a grating from the viewpoint of easily converting the light propagation angle.

光伝播角変換装置150がプリズムである場合は、そのプリズムは、第1の透明層23より屈折率が高い材料で形成されていることが好ましい。ここで、プリズム(光伝播角変換装置150)の屈折率nP、照射光のプリズム内における伝播角θP、第1の透明層23の屈折率n1、照射光の第1の透明層23内における伝播角θ1とは、スネルの法則により、以下の式(iii)
PsinθP=n1sinθ1 (iii)
の関係がある。ここで、照射光は第1の透明層23で全反射することから、その臨界値はθ1=90°からsinθ1=1であり、これを上記の式(iii)に代入して、
PsinθP=n1 (iv)
さらに、0<sinθP<1を上記の式(iv)に代入すると、
P>n1 (v)
上記の式(v)は、プリズム(光伝播角変換装置150)の屈折率nPは第1の透明層の屈折率n1より高いことを示す。
When the light propagation angle conversion device 150 is a prism, the prism is preferably formed of a material having a refractive index higher than that of the first transparent layer 23. Here, the refractive index n P of the prism (light propagation angle conversion device 150), the propagation angle θ P of the irradiation light in the prism, the refractive index n 1 of the first transparent layer 23, and the first transparent layer 23 of the irradiation light. The propagation angle θ 1 is expressed by the following equation (iii) according to Snell's law:
n P sin θ P = n 1 sin θ 1 (iii)
There is a relationship. Here, since the irradiation light is totally reflected by the first transparent layer 23, its critical value is θ 1 = 90 ° to sin θ 1 = 1, and this is substituted into the above formula (iii),
n P sin θ P = n 1 (iv)
Furthermore, when 0 <sin θ P <1 is substituted into the above equation (iv),
n P > n 1 (v)
The above formula (v) indicates that the refractive index n P of the prism (light propagation angle conversion device 150) is higher than the refractive index n 1 of the first transparent layer.

また、中間層に入射する光を第1の透明層で確実に全反射させる観点から、上記の照射光のGa含有透明支持基板10内における伝播角θSは、Ga含有透明支持基板の屈折率nS、第1の透明層の屈折率n1およびプリズムの屈折率nPを用いて、以下の式(vi)
sin-1(n1/nS)<θS<sin-1(nP/nS) (vi)
の関係を満たすことが好ましい。式(vi)の左辺の不等式は、中間層に入射した光が第1の透明層で全反射されるための条件である。式(vi)の右辺の不等式は、プリズム中を伝播した光がGa含有透明支持基板に入射する状態であれば自動的に満たされる条件である。
Further, from the viewpoint of reliably totally reflecting the light incident on the intermediate layer with the first transparent layer, the propagation angle θ S of the irradiation light in the Ga-containing transparent support substrate 10 is the refractive index of the Ga-containing transparent support substrate. Using n S , the refractive index n 1 of the first transparent layer, and the refractive index n P of the prism, the following formula (vi)
sin −1 (n 1 / n S ) <θ S <sin −1 (n P / n S ) (vi)
It is preferable to satisfy the relationship. The inequality on the left side of equation (vi) is a condition for the light incident on the intermediate layer to be totally reflected by the first transparent layer. The inequality on the right side of the equation (vi) is a condition that is automatically satisfied if light propagating through the prism enters the Ga-containing transparent support substrate.

したがって、上記の式(vi)によって、照射光のGa含有透明支持基板10内における伝播角θSが決まれば、照射光のプリズム(光伝播角変換装置150)内における伝播角θPは、Ga含有透明支持基板10の屈折率nSおよびプリズム(光伝播角変換装置150)の屈折率nPを用いて、スネルの法則である以下の式(vii)
θP=sin-1(nSsinθS/nP) (vii)
により算出できる。
Therefore, if the propagation angle θ S of the irradiation light in the Ga-containing transparent support substrate 10 is determined by the above formula (vi), the propagation angle θ P of the irradiation light in the prism (light propagation angle conversion device 150) is Ga using a refractive index n P of the refractive index n S and prisms containing transparent supporting substrate 10 (the light propagation angle conversion device 150), the following equation is Snell's law (vii)
θ P = sin −1 (n S sin θ S / n P ) (vii)
Can be calculated.

たとえば、Ga含有透明支持基板10をGaN支持基板(nS=2.5)とし、第1の透明層をSiO2層(n1=1.48)とし、プリズム(光伝播角変換装置150)をnP=2.0の高屈折率ガラスとすると、上記の式(vi)から、36.9°<θS<53.1°が得られる。ここで、上記の式(vii)において、θS=40.0°とすると、θP=53.5°と決定することができる。 For example, the Ga-containing transparent support substrate 10 is a GaN support substrate (n S = 2.5), the first transparent layer is a SiO 2 layer (n 1 = 1.48), and a prism (light propagation angle conversion device 150). Is a high refractive index glass with n P = 2.0, 36.9 ° <θ S <53.1 ° is obtained from the above formula (vi). Here, in the above formula (vii), when θ S = 40.0 °, θ P = 53.5 ° can be determined.

(II)第1の透明層の最適化
第1の透明層23は、Ga含有透明支持基板10よりも屈折率の低い材料で形成されていることが好ましい。ここで、Ga含有透明支持基板10の屈折率nS、照射光のGa含有透明支持基板10内における伝播角θS、第1の透明層23の屈折率n1、照射光の第1の透明層23内における伝播角θ1とは、スネルの法則により、以下の式(viii)
SsinθS=n1sinθ1 (viii)
の関係がある。ここで、照射光は第1の透明層23で全反射することから、その臨界値はθ1=90°からsinθ1=1であり、これを上記の式(viii)に代入して、
SsinθS=n1 (ix)
さらに、0<sinθS<1を上記の式(ix)に代入すると、
S>n1 (x)
上記の式(x)は、第1の透明層の屈折率n1はGa含有透明支持基板の屈折率nSより低いことを示す。
(II) Optimization of the first transparent layer The first transparent layer 23 is preferably formed of a material having a refractive index lower than that of the Ga-containing transparent support substrate 10. Here, the refractive index n S of the Ga-containing transparent support substrate 10, the propagation angle θ S of the irradiation light in the Ga-containing transparent support substrate 10, the refractive index n 1 of the first transparent layer 23, and the first transparent of the irradiation light. The propagation angle θ 1 in the layer 23 is expressed by the following equation (viii) according to Snell's law.
n S sin θ S = n 1 sin θ 1 (viii)
There is a relationship. Here, since the irradiation light is totally reflected by the first transparent layer 23, its critical value is θ 1 = 90 ° to sin θ 1 = 1, and this is substituted into the above formula (viii),
n S sin θ S = n 1 (ix)
Furthermore, substituting 0 <sin θ S <1 into the above formula (ix),
n S > n 1 (x)
The above formula (x) indicates that the refractive index n 1 of the first transparent layer is lower than the refractive index n S of the Ga-containing transparent support substrate.

また、照射光のエバネッセント波が中間層20を越えて透明半導体層40に結合しないようにする観点から、第1の透明層23の厚さd1は、照射光の真空中における波長λ0、第1の透明層の屈折率n1を用いて、以下の式(xi)
1>0.5×λ0/n1 (xi)
の関係を満たすことが好ましい。
Further, from the viewpoint of preventing the evanescent wave of the irradiation light from being coupled to the transparent semiconductor layer 40 beyond the intermediate layer 20, the thickness d 1 of the first transparent layer 23 has a wavelength λ 0 in the vacuum of the irradiation light, Using the refractive index n 1 of the first transparent layer, the following formula (xi)
d 1 > 0.5 × λ 0 / n 1 (xi)
It is preferable to satisfy the relationship.

(III)第2の透明層の最適化
照射光が第2の透明層25を透過して光熱変換層21で十分吸収させる観点から、第2の透明層25の厚さd2は、照射光の真空中における波長λ0、第2の透明層の屈折率n2を用いて、以下の式(xii)
2<0.25×λ0/n2 (xii)
の関係を満たすことが好ましい。
(III) Optimization of the second transparent layer From the viewpoint of the irradiation light passing through the second transparent layer 25 and being sufficiently absorbed by the photothermal conversion layer 21, the thickness d2 of the second transparent layer 25 is determined by the irradiation light. Using the wavelength λ 0 in vacuum and the refractive index n 2 of the second transparent layer, the following formula (xii)
d 2 <0.25 × λ 0 / n 2 (xii)
It is preferable to satisfy the relationship.

上記のように、本工程においては、中間層の光熱変換層で吸収されない光は第1の透明層23で全反射されて透明半導体層40に透過するのが防止される。しかし、仮に、中間層の光熱変換層で吸収されない光が透明半導体層40に透過しても、デバイス用積層支持基板4に照射される光の光子1個あたりのエネルギーは、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーよりも低いため、中間層の光熱変換層で吸収されない光が、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40では光が吸収されずに透過する。これにより、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40では不要な光吸収に伴い発生する熱を起因とするダメージを回避できる。   As described above, in this step, light that is not absorbed by the intermediate light-to-heat conversion layer is prevented from being totally reflected by the first transparent layer 23 and transmitted to the transparent semiconductor layer 40. However, even if light that is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer is transmitted through the transparent semiconductor layer 40, the energy per photon of the light irradiated to the device multilayer support substrate 4 is Ga-containing transparent support substrate. 10, the light that is not absorbed by the intermediate photothermal conversion layer is lower than the lowest band gap energy among the band gap energies of the GaN layer 30a and the transparent semiconductor layer 40, so that the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and The transparent semiconductor layer 40 transmits light without being absorbed. Thereby, in the Ga containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and the transparent semiconductor layer 40, damage caused by heat generated due to unnecessary light absorption can be avoided.

デバイス用積層支持基板4に照射される光は、その波長がGa含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長ければ特に制限はないが、比較的低い投入エネルギーで効率よくGa含有透明支持基板10と中間層20とを分離するためには、波長500nm以上600nm未満の光であることが好ましく、たとえば波長808nmの半導体レーザで励起された波長1064nmのNd:YAGレーザ光(ここで、Nd:YAGとは、Nd(ネオジム)を添加したY(イットリウム)・A(アルミニウム)・G(ガーネット)により形成される結晶をいう)またはNd:YVO4レーザ光(ここで、Nd:YVO4とは、Nd(ネオジム)を添加したY(イットリウム)・V(バナジウム)・O4(オキサイド)またはY(イットリウム)・VO4(バナデート))により形成される結晶をいう)をLiB35のなどのいわゆるSHG(Second Harmonic Generation;第2高調波)結晶で変換した波長532nmのレーザ光が好ましく用いられる。この波長の光は、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40を構成し得る、たとえば、GaN、InGaN、AlGaNなどのIII族窒化物や、第1の透明層23および第2の透明層25を構成し得るたとえば酸化シリコンまたは窒化シリコンには吸収されないが、光熱変換層21を構成し得るたとえばアモルファスシリコンには好適に吸収される。 The light irradiated to the device multilayer support substrate 4 has a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and the transparent semiconductor layer 40. Although there is no particular limitation, in order to efficiently separate the Ga-containing transparent support substrate 10 and the intermediate layer 20 with relatively low input energy, light with a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm is preferable. Nd: YAG laser light having a wavelength of 1064 nm excited by a semiconductor laser (where Nd: YAG is a crystal formed by Y (yttrium), A (aluminum), G (garnet) doped with Nd (neodymium) Or Nd: YVO 4 laser light (where Nd: YVO 4 is Nd (neo So-called SHG such added a gym) Y (yttrium) · V (vanadium) · O 4 (the oxide) or Y (refer to crystals formed by yttrium) · VO 4 (vanadate))) of LiB 3 O 5 A laser beam having a wavelength of 532 nm converted by a (Second Harmonic Generation; second harmonic) crystal is preferably used. The light having this wavelength can constitute the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and the transparent semiconductor layer 40. For example, a group III nitride such as GaN, InGaN, AlGaN, the first transparent layer 23, and the second transparent layer For example, it is not absorbed by silicon oxide or silicon nitride that can constitute the transparent layer 25, but is preferably absorbed by, for example, amorphous silicon that can constitute the photothermal conversion layer 21.

ここで、Ga含有透明支持基板10としてGaN支持基板を用いる場合は、上記光Lの照射により、GaN支持基板において中間層に接する面が金属Gaと窒素(N2)ガスに分解され、GaN支持基板と中間層との間に金属Gaが析出する。金属Gaは29.8℃で融解するため、この温度以上に加熱されることにより、GaN支持基板と中間層とが分離される。 Here, when a GaN support substrate is used as the Ga-containing transparent support substrate 10, the surface in contact with the intermediate layer in the GaN support substrate is decomposed into metal Ga and nitrogen (N 2 ) gas by irradiation with the light L, and the GaN support is supported. Metal Ga is deposited between the substrate and the intermediate layer. Since metallic Ga melts at 29.8 ° C., the GaN support substrate and the intermediate layer are separated by heating to a temperature higher than this temperature.

デバイス用積層支持基板4においては、GaN層30a上に高品質の透明半導体層40を形成させる観点から、Ga含有透明支持基板10はGaN支持基板であり、透明半導体層40はIII族窒化物半導体層であることが好ましい。かかる場合においては、GaN層30a、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)およびIII族窒化物半導体層(透明半導体層40)は、通常波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満である。したがって、GaN支持基板と中間層との分離のために、デバイス用積層支持基板4に照射される光は、GaN層30a、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)およびIII族窒化物半導体層(透明半導体層40)に与えるダメージを低減する観点から、波長500nm以上600nm未満の光であることが好ましい。 In the laminated support substrate 4 for devices, from the viewpoint of forming a high-quality transparent semiconductor layer 40 on the GaN layer 30a, the Ga-containing transparent support substrate 10 is a GaN support substrate, and the transparent semiconductor layer 40 is a group III nitride semiconductor. A layer is preferred. In such a case, the GaN layer 30a, the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10), and the group III nitride semiconductor layer (transparent semiconductor layer 40) usually have a light absorption coefficient of 1 × for light with a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm. Less than 10 3 cm −1 . Therefore, for the separation of the GaN support substrate and the intermediate layer, the light irradiated to the laminated support substrate 4 for devices is the GaN layer 30a, the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10), and the group III nitride semiconductor layer. From the viewpoint of reducing damage to the (transparent semiconductor layer 40), light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm is preferable.

中間層20は、Ga含有透明支持基板10と中間層20との間の分離に際して高温となる。また、透明半導体層40をエピタキシャル成長させる際に、800℃以上、場合によっては1100℃付近の高温に曝される。これらの理由から、中間層20は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。すなわち、光熱変換層21は、高い耐熱性を有していることが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。また、デバイス用積層支持基板4に照射される光が波長500nm以上600nm未満のレーザ光である場合は、光熱変換層21は、その波長域の光を効率よく吸収することが好ましいため、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上であることが好ましい。以上の要件を満たす材料からなる層として、光熱変換層21は、たとえばアモルファスシリコン層であることが好ましい。 The intermediate layer 20 becomes a high temperature during the separation between the Ga-containing transparent support substrate 10 and the intermediate layer 20. Further, when the transparent semiconductor layer 40 is epitaxially grown, it is exposed to a high temperature of 800 ° C. or higher, and in some cases, near 1100 ° C. For these reasons, the intermediate layer 20 preferably has high heat resistance, for example, preferably has a melting point of 1200 ° C. or higher. That is, the photothermal conversion layer 21 preferably has high heat resistance, and preferably has a melting point of 1200 ° C. or higher, for example. Moreover, when the light irradiated to the laminated support substrate 4 for devices is a laser beam having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm, the photothermal conversion layer 21 preferably absorbs light in the wavelength region efficiently, so that the wavelength of 500 nm. The light absorption coefficient for light of less than 600 nm is preferably 1 × 10 3 cm −1 or more. As a layer made of a material that satisfies the above requirements, the photothermal conversion layer 21 is preferably, for example, an amorphous silicon layer.

デバイス用積層支持基板4において、光熱変換層21を含む中間層20は、Ga含有透明支持基板10およびGaN層30aに接している。このため、上記の光Lの照射により、光熱変換層21が加熱されて高温になると、その熱がGa含有透明支持基板10だけでなく、GaN層30aおよびGaN層30aに接している透明半導体層40にも伝わり、GaN層30aおよび透明半導体層40にもダメージを与えるおそれがある。このようなGaN層30aおよび透明半導体層40に与えるダメージを低減し、また中間層20とGaN層30aとの接合は保持しつつ中間層20とGa含有透明支持基板10との間で確実に分離するため、中間層20は、中間層20の光熱変換層21とGaN層30aとの間に配置される第1の透明層23をさらに含むことが好ましい。また、第1の透明層23は、光熱変換層21中の原子(たとえばアモルファスシリコン層中のSi原子)のマイグレーションによるGaN層30aおよび透明半導体層40への原子拡散および、光照射時のGaN層30aおよび透明半導体層40へ与えられるダメージを低減するとともに中間層20とGaN層30aとの接合強度も高める。   In the device multilayer support substrate 4, the intermediate layer 20 including the photothermal conversion layer 21 is in contact with the Ga-containing transparent support substrate 10 and the GaN layer 30 a. For this reason, when the photothermal conversion layer 21 is heated to a high temperature by irradiation with the light L described above, the heat is in contact with not only the Ga-containing transparent support substrate 10 but also the GaN layer 30a and the GaN layer 30a. 40 and may damage the GaN layer 30a and the transparent semiconductor layer 40. Such damage to the GaN layer 30a and the transparent semiconductor layer 40 is reduced, and the intermediate layer 20 and the Ga-containing transparent support substrate 10 are reliably separated while maintaining the bonding between the intermediate layer 20 and the GaN layer 30a. Therefore, it is preferable that the intermediate layer 20 further includes a first transparent layer 23 disposed between the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 and the GaN layer 30a. Further, the first transparent layer 23 is formed by diffusing atoms into the GaN layer 30a and the transparent semiconductor layer 40 due to migration of atoms in the photothermal conversion layer 21 (for example, Si atoms in the amorphous silicon layer), and a GaN layer during light irradiation. The damage given to 30a and the transparent semiconductor layer 40 is reduced and the bonding strength between the intermediate layer 20 and the GaN layer 30a is also increased.

かかる第1の透明層23は、特に制限はないが、不要な光吸収に伴う発熱によるGaN層30aおよび透明半導体層40への熱ダメージおよび/または熱に伴う膨張による応力ダメージを生じさせないために、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40と同様の透明性、すなわち波長500nm以上600nm以下の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であることが好ましい。また、第1の透明層23は、上記のように高温となる光熱変換層21に接する。また、透明半導体層40をエピタキシャル成長させる際に、800℃以上、場合によっては1100℃付近の高温に曝される。これらの理由から、第1の透明層23は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。上記の要件を満たす材料として 、第1の透明層は、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかであることが特に好ましい。 The first transparent layer 23 is not particularly limited, in order not to cause thermal damage to the GaN layer 30a and the transparent semiconductor layer 40 due to heat generation accompanying unnecessary light absorption and / or stress damage due to expansion due to heat. The transparency similar to that of the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and the transparent semiconductor layer 40, that is, the light absorption coefficient for light having a wavelength of 500 nm to 600 nm is preferably less than 1 × 10 3 cm −1 . Further, the first transparent layer 23 is in contact with the photothermal conversion layer 21 that is at a high temperature as described above. Further, when the transparent semiconductor layer 40 is epitaxially grown, it is exposed to a high temperature of 800 ° C. or higher, and in some cases, near 1100 ° C. For these reasons, the first transparent layer 23 preferably has high heat resistance, for example, preferably has a melting point of 1200 ° C. or higher. As a material that satisfies the above requirements, the first transparent layer is particularly preferably, for example, one of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer.

また、光熱変換層21中の原子(たとえばアモルファスシリコン層中のSi原子)のマイグレーションによる原子拡散を抑制するとともに中間層20とGa含有透明支持基板10との接合強度を高める観点から、中間層20は、中間層20の光熱変換層21とGa含有透明支持基板10との間に配置される第2の透明層25をさらに含むことが好ましい。   Further, from the viewpoint of suppressing atomic diffusion due to migration of atoms in the photothermal conversion layer 21 (for example, Si atoms in the amorphous silicon layer) and increasing the bonding strength between the intermediate layer 20 and the Ga-containing transparent support substrate 10, the intermediate layer 20. Preferably further includes a second transparent layer 25 disposed between the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 and the Ga-containing transparent support substrate 10.

かかる第2の透明層25は、特に制限はないが、不要な光吸収に伴う発熱によるGaN層30aおよび透明半導体層40への熱ダメージおよび/または熱に伴う膨張による応力ダメージを生じさせないために、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40と同様の透明性、すなわち波長500nm以上600nm以下の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であることが好ましい。また、第2の透明層25は、上記のように高温となる光熱変換層21に接する。また、透明半導体層40をエピタキシャル成長させる際に、800℃以上、場合によっては1100℃付近の高温に曝される。これらの理由から、第2の透明層25は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。上記の要件を満たす材料として 、第2の透明層は、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかであることが特に好ましい。 The second transparent layer 25 is not particularly limited, but it does not cause thermal damage to the GaN layer 30a and the transparent semiconductor layer 40 due to heat generation accompanying unnecessary light absorption and / or stress damage due to expansion due to heat. The transparency similar to that of the Ga-containing transparent support substrate 10, the GaN layer 30a, and the transparent semiconductor layer 40, that is, the light absorption coefficient for light having a wavelength of 500 nm to 600 nm is preferably less than 1 × 10 3 cm −1 . Further, the second transparent layer 25 is in contact with the photothermal conversion layer 21 that is at a high temperature as described above. Further, when the transparent semiconductor layer 40 is epitaxially grown, it is exposed to a high temperature of 800 ° C. or higher, and in some cases, near 1100 ° C. For these reasons, the second transparent layer 25 preferably has high heat resistance, for example, preferably has a melting point of 1200 ° C. or higher. As a material that satisfies the above requirements, the second transparent layer is particularly preferably, for example, one of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer.

第1の透明層23および第2の透明層25の両方が存在する場合、第1の透明層23の厚さは第2の透明層25の厚さに比べて大きいことが好ましい。これにより、中間層20とGa含有Ga含有透明支持基板10との貼り合わせ面の温度を、中間層20とGaN層30aとの貼り合わせ面の温度より高くできる。これを利用して、中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面の温度を金属Gaが形成可能な温度以上に、中間層20とGaN層30aとの貼り合わせ面の温度を金属Gaが形成可能な温度未満にすることで、中間層20とGaN層30aの貼り合わせ面には金属Gaを形成させずに、中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面にのみ金属Ga60を形成することができる。このようにして、デバイス用積層支持基板4の中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面を選択的に分離することにより、デバイス用積層ウエハ5を形成できる。   When both the first transparent layer 23 and the second transparent layer 25 are present, the thickness of the first transparent layer 23 is preferably larger than the thickness of the second transparent layer 25. Thereby, the temperature of the bonding surface of the intermediate layer 20 and the Ga-containing Ga-containing transparent support substrate 10 can be made higher than the temperature of the bonding surface of the intermediate layer 20 and the GaN layer 30a. By utilizing this, the temperature of the bonding surface between the intermediate layer 20 and the Ga-containing transparent support substrate 10 is set to be higher than the temperature at which the metal Ga can be formed, and the temperature of the bonding surface between the intermediate layer 20 and the GaN layer 30a is set to the metal. By making the temperature lower than the temperature at which Ga can be formed, metal Ga is not formed on the bonding surface of the intermediate layer 20 and the GaN layer 30a, but only on the bonding surface of the intermediate layer 20 and the Ga-containing transparent support substrate 10. Metal Ga60 can be formed. Thus, the device laminated wafer 5 can be formed by selectively separating the bonding surface between the intermediate layer 20 of the device laminated support substrate 4 and the Ga-containing transparent support substrate 10.

こうして、透明半導体層40とGaN層30aとを含むデバイス用積層ウエハ5が得られる。ここで、デバイス用積層ウエハ5は、Ga含有透明支持基板10の分離の際に、Ga含有透明支持基板10と中間層20と界面に形成される金属Ga60を中間層20の表面に有する。   In this way, the device laminated wafer 5 including the transparent semiconductor layer 40 and the GaN layer 30a is obtained. Here, the device laminated wafer 5 has, on the surface of the intermediate layer 20, a metal Ga 60 formed at the interface between the Ga-containing transparent support substrate 10 and the intermediate layer 20 when the Ga-containing transparent support substrate 10 is separated.

ここで、本工程で得られるデバイス用積層ウエハ5および次工程で得られる透明半導体層積層ウエハ6(GaN層30aと透明半導体層40との積層ウエハをいう。以下同じ。)は機械強度が極めて低い。   Here, the device laminated wafer 5 obtained in this step and the transparent semiconductor layer laminated wafer 6 (referred to as a laminated wafer of the GaN layer 30a and the transparent semiconductor layer 40) obtained in the next step have extremely high mechanical strength. Low.

そこで、図1(E)、図2(B)、図3(B)および(C)、ならびに図4(A)および(B)を参照して、得られるデバイス用積層ウエハ5および透明半導体層積層ウエハ6の機械強度を補強するため、本工程の前に、仮支持基板50または透明半導体層積層ウエハ支持基板70をデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に貼り合わせることが好ましい。このような仮支持基板50または透明半導体層積層ウエハ支持基板70の貼り合わせにおいては、接着剤51または導電性接着層85a,85b,85が用いられる。また、作製する半導体デバイスの構造によっては、デバイス用積層支持基板4からデバイス用積層ウエハ5を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40上に電極(たとえばp−電極80など)が形成される。   Therefore, referring to FIG. 1 (E), FIG. 2 (B), FIGS. 3 (B) and (C), and FIGS. 4 (A) and (B), the device laminated wafer 5 and the transparent semiconductor layer to be obtained are obtained. In order to reinforce the mechanical strength of the laminated wafer 6, it is preferable that the temporary support substrate 50 or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 is bonded to the transparent semiconductor layer 40 side of the device laminated support substrate 4 before this step. In the bonding of the temporary support substrate 50 or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70, the adhesive 51 or the conductive adhesive layers 85a, 85b, 85 are used. Depending on the structure of the semiconductor device to be manufactured, an electrode (for example, a p-electrode) may be formed on the transparent semiconductor layer 40 of the device multilayer support substrate 4 before the step of manufacturing the device multilayer wafer 5 from the device multilayer support substrate 4. 80) is formed.

上記のように、上記光が照射される前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に、電極(p−電極80など)、接着剤51および接着層(導電性接着層85a,85b,85)のいずれか、ならびに仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかのうち少なくともいずれかが配置される場合において、デバイス用積層支持基板4のGa含有透明支持基板10側から上記光を照射すると、照射された上記光のうち中間層20の光熱変換層21で吸収されなかった光は、もし第1の透明層23で全反射されないとき、透明半導体層40を透過して、電極(p−電極80など)、接着剤51および接着層(導電性接着層85a,85b,85)のいずれか、ならびに仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかに達する。   As described above, the electrode (p-electrode 80, etc.), the adhesive 51, and the adhesive layer (conductive adhesive layers 85a and 85b) are formed on the transparent semiconductor layer 40 side of the device multilayer support substrate 4 before being irradiated with the light. 85), and at least one of the temporary support substrate 50 and the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70, the Ga-containing transparent support substrate 10 side of the device multilayer support substrate 4 is provided. The light that has not been absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 among the irradiated light passes through the transparent semiconductor layer 40 if it is not totally reflected by the first transparent layer 23. Any of the electrode (p-electrode 80, etc.), the adhesive 51 and the adhesive layer (conductive adhesive layers 85a, 85b, 85), the temporary support substrate 50, and the transparent semiconductor layer laminated wafer Reached either lifting the substrate 70.

このとき、透明半導体層40を透過して、電極(p−電極80など)、接着剤51および接着層(導電性接着層85a,85b,85)のいずれか、ならびに仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかの少なくともいずれかが上記光を吸収する材料で形成されていると、これらの光吸収によって発生した熱により、透明半導体層40の品質を低下させるおそれがある。   At this time, the transparent semiconductor layer 40 is transmitted therethrough, and any of the electrode (p-electrode 80, etc.), the adhesive 51 and the adhesive layer (conductive adhesive layers 85a, 85b, 85), the temporary support substrate 50, and the transparent semiconductor. If at least any one of the layer laminated wafer support substrates 70 is formed of the material that absorbs light, the quality of the transparent semiconductor layer 40 may be deteriorated by heat generated by the light absorption.

たとえば、図2(A)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に電極(p−電極80、n−電極90)が形成され、図3(A)においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に電極(p−電極80)が形成される。ここで、電極を形成する材料が、たとえば、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、インジウム(In)、アンチモン(Sb)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、酸化スズ(SnO)および酸化亜鉛(ZnO)からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を電極が吸収して熱を発生するため、上記のおそれがある。   For example, in FIG. 2A, electrodes (p-electrode 80, n-electrode 90) are formed on the transparent semiconductor layer 40 of the laminated support substrate 4 for a device before the light irradiation, and in FIG. An electrode (p-electrode 80) is formed on the transparent semiconductor layer 40 of the laminated support substrate for devices 4 before the light irradiation. Here, the material forming the electrode is, for example, nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), silver (Ag), indium (In), antimony (Sb), titanium (Ti ), Aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tin oxide (SnO) and at least one selected from the group consisting of zinc oxide (ZnO), the substrate is irradiated. The electrode absorbs the light transmitted without being absorbed by the intermediate layer and generates heat.

すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層20の光熱変換層21に吸収されかつ中間層20の第1の透明層23で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板4に照射することにより、中間層20とGa含有透明支持基板10とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層20を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板4を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ5を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に電極を形成する工程をさらに備え、電極がデバイス用積層支持基板4に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。   That is, in the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the light is absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 and totally reflected by the first transparent layer 23 of the intermediate layer 20. , The intermediate layer 20 and the Ga-containing transparent support substrate 10 can be efficiently separated and the irradiated light can be prevented from passing through the intermediate layer 20. The device further includes a step of forming an electrode on the transparent semiconductor layer 40 side of the device laminated support substrate 4 after the step of producing and before the step of producing the device laminated wafer 5, wherein the electrode is a device laminated support substrate. 4 is preferably used when formed of the above-described material that absorbs the light irradiated to 4.

また、図1(E)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に仮支持基板50を貼り合わせるための接着剤51が配置され、図2(B)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40およびその上に形成された電極(p−電極80、n−電極90)に仮支持基板50を貼り合わせるための接着剤51が配置され、図3(B)および(C)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に形成された電極(p−電極80)に透明半導体層積層ウエハ支持基板70を貼り合わせるための接着層(導電性接着層85a,85b,85)が形成され、図4(A)および(B)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に透明半導体層積層ウエハ支持基板70を貼り合わせるための接着層(導電性接着層85a,85b,85)が形成される。ここで、接着剤51および接着層(導電性接着層85a,85b,85)のいずれかが、チタン(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、インジウム(In)およびゲルマニウム(Ge)からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。   Further, in FIG. 1 (E), an adhesive 51 for bonding the temporary support substrate 50 to the transparent semiconductor layer 40 of the laminated support substrate 4 for devices before the light irradiation is disposed, and in FIG. 2 (B) An adhesive 51 for bonding the temporary support substrate 50 to the transparent semiconductor layer 40 of the laminated support substrate 4 for devices before the light irradiation and the electrodes (p-electrode 80, n-electrode 90) formed thereon is provided. 3B and 3C, the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate is placed on the electrode (p-electrode 80) formed on the transparent semiconductor layer 40 of the device multilayer support substrate 4 before the light irradiation. Adhesive layers (conductive adhesive layers 85a, 85b, 85) for bonding 70 are formed, and in FIGS. 4 (A) and 4 (B), the transparent semiconductor layer of the laminated support substrate 4 for devices before the light irradiation is used. 40 transparent half Body layer-stacked wafer supporting adhesive layer for bonding the substrate 70 (conductive adhesive layer 85a, 85b, 85) are formed. Here, any of the adhesive 51 and the adhesive layers (conductive adhesive layers 85a, 85b, 85) is made of titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), aluminum (Al), When at least one selected from the group consisting of zinc (Zn), chromium (Cr), indium (In), and germanium (Ge) is included, the electrode is irradiated on the substrate and transmitted without being absorbed by the intermediate layer May be absorbed to absorb the above.

すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層20の光熱変換層21に吸収されかつ中間層20の第1の透明層23で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板4に照射することにより、中間層20とGa含有透明支持基板10とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層20を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板4を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ5を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に接着剤51および接着層(導電性接着層85a,85b,85)のいずれかを形成する工程をさらに備え、接着剤51および接着層(導電性接着層85a,85b,85)のいずれかがデバイス用積層支持基板4に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。   That is, in the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the light is absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 and totally reflected by the first transparent layer 23 of the intermediate layer 20. , The intermediate layer 20 and the Ga-containing transparent support substrate 10 can be efficiently separated and the irradiated light can be prevented from passing through the intermediate layer 20. After the manufacturing process and before the process of manufacturing the device laminated wafer 5, the adhesive 51 and the adhesive layer (conductive adhesive layers 85 a, 85 b, 85) are formed on the transparent support layer 40 side of the device multilayer support substrate 4. ), And any one of the adhesive 51 and the adhesive layer (conductive adhesive layers 85a, 85b, 85) absorbs the light irradiated to the laminated support substrate 4 for devices. When formed by the material, it is preferably used.

また、図1(E)および図2(B)においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に接着剤51を介在させて仮支持基板50が配置され、図3(C)および図4(B)においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に接着層(導電性接着層85a,85b,85)を介在させて透明半導体層積層ウエハ支持基板70が配置される。ここで、仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかが、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化インジウム(InP)、炭化シリコン(SiC)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga23)、セレン化亜鉛(ZnSe)、ダイヤモンドおよび窒化アルミニウム(AlN)からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。 Moreover, in FIG.1 (E) and FIG.2 (B), the temporary support substrate 50 is arrange | positioned through the adhesive agent 51 on the transparent semiconductor layer 40 side of the laminated support substrate 4 for devices before the said light irradiation, 3 (C) and 4 (B), an adhesive layer (conductive adhesive layers 85a, 85b, 85) is interposed on the transparent semiconductor layer 40 side of the device multilayer support substrate 4 before the light irradiation. A transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 is disposed. Here, one of the temporary support substrate 50 and the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 is silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), or silicon carbide (SiC). , Molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), zinc selenide (ZnSe), diamond and aluminum nitride (AlN) In the case where at least one of them is included, the electrode absorbs light that is transmitted to the substrate without being absorbed by the intermediate layer, and thus there is a fear of the above.

すなわち、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、中間層20の光熱変換層21に吸収されかつ中間層20の第1の透明層23で全反射されるように光をデバイス用積層支持基板4に照射することにより、中間層20とGa含有透明支持基板10とを効率的に分離するとともに照射した光が中間層20を透過するのを防止することができるため、デバイス用積層支持基板4を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ5を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかを配置する工程をさらに備え、仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。   That is, in the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the light is absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 and totally reflected by the first transparent layer 23 of the intermediate layer 20. , The intermediate layer 20 and the Ga-containing transparent support substrate 10 can be efficiently separated and the irradiated light can be prevented from passing through the intermediate layer 20. Either the temporary support substrate 50 or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 on the transparent semiconductor layer 40 side of the device laminated support substrate 4 after the production step and before the step of producing the device laminated wafer 5. The temporary support substrate 50 and the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 are either of the above materials that absorb light irradiated to the device multilayer support substrate In when formed, it is preferably used.

上記の仮支持基板50は、後の工程において、デバイス用積層支持基板4からGa含有透明支持基板10が分離されてデバイス用積層ウエハ5が形成され(図1(E)および(F)ならびに図2(B)および(C))、次いでデバイス用積層ウエハ5から金属Ga60および中間層20が分離除去されて透明半導体層積層ウエハ6が形成され(図1(G)および図2(D))、次いで透明半導体層積層ウエハ6のGaN層30aに透明半導体層積層ウエハ支持基板70が貼り合わされて透明半導体層40が機械強度的に支持された後に、除去される(図1(H)ならびに図2(E)および(F))。   In the above-described temporary support substrate 50, in a later step, the Ga-containing transparent support substrate 10 is separated from the device stack support substrate 4 to form a device stack wafer 5 (FIGS. 1E and 1F and FIGS. 2 (B) and (C)), and then the metal Ga 60 and the intermediate layer 20 are separated and removed from the device laminated wafer 5 to form a transparent semiconductor layer laminated wafer 6 (FIGS. 1G and 2D). Then, after the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 is bonded to the GaN layer 30a of the transparent semiconductor layer laminated wafer 6 and the transparent semiconductor layer 40 is supported mechanically, it is removed (FIG. 1H and FIG. 1). 2 (E) and (F)).

また、図3(B)および図4(A)を参照して、本工程の前に、上記仮支持基板に替えて、透明半導体層積層ウエハ支持基板70をデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に貼り合わせることができる。かかる場合には、後の工程において、透明半導体層積層ウエハ支持基板70が貼り合わされたデバイス用積層支持基板4からGa含有透明支持基板10が分離されて支持基板が貼り合わされたデバイス用積層ウエハ5が形成され(図3(C)および(D)ならびに図4(B)および(C))、次いで支持基板付が貼り合わされたデバイス用積層ウエハ5から金属Ga60および中間層20が分離除去されて支持基板が貼り合わされた透明半導体層積層ウエハ6が形成され(図3(E)および図4(D))、次いで支持基板が貼り合わされた透明半導体層積層ウエハ6に電極などが形成されて半導体デバイス7(図3(F)および図4(E))が得られる。すなわち、仮支持基板に替えて、透明半導体層積層ウエハ支持基板をデバイス用積層支持基板の透明半導体層に貼り合わせる場合は、仮支持基板を貼り合わせる工程およびそれを除去する工程を必要としない。   3B and 4A, prior to this step, instead of the temporary support substrate, the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 is replaced with the transparent semiconductor of the device multilayer support substrate 4. It can be bonded to the layer 40 side. In such a case, in a later step, the device laminated wafer 5 in which the Ga-containing transparent support substrate 10 is separated from the device laminated support substrate 4 to which the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 is bonded and the support substrate is bonded. (FIGS. 3C and 3D and FIGS. 4B and 4C), and then the metallic Ga 60 and the intermediate layer 20 are separated and removed from the laminated wafer 5 for devices to which the supporting substrate is attached. A transparent semiconductor layer laminated wafer 6 to which the support substrate is bonded is formed (FIGS. 3E and 4D), and then electrodes and the like are formed on the transparent semiconductor layer stacked wafer 6 to which the support substrate is bonded. Device 7 (FIGS. 3F and 4E) is obtained. That is, when the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate is bonded to the transparent semiconductor layer of the device multilayer support substrate instead of the temporary support substrate, the step of bonding the temporary support substrate and the step of removing it are not required.

(透明半導体層積層ウエハの作製工程)
図1(G)、図2(D)、図3(E)および図4(D)を参照して、透明半導体層積層ウエハ6の作製工程は、デバイス用積層ウエハ5から中間層20を除去することにより行われる。かかる工程により、透明半導体層40とGaN層30aとを含む透明半導体層積層ウエハ6が得られる。デバイス用積層ウエハ5から中間層20を除去する方法は、特に制限はなく、半導体プロセスで一般的に用いられるウェットエッチング、ドライエッチングなどの方法を利用できる。
(Transparent semiconductor layer laminated wafer manufacturing process)
Referring to FIGS. 1G, 2D, 3E, and 4D, the transparent semiconductor layer laminated wafer 6 is manufactured by removing the intermediate layer 20 from the device laminated wafer 5. Is done. Through this process, the transparent semiconductor layer laminated wafer 6 including the transparent semiconductor layer 40 and the GaN layer 30a is obtained. The method for removing the intermediate layer 20 from the device laminated wafer 5 is not particularly limited, and methods such as wet etching and dry etching generally used in semiconductor processes can be used.

(半導体デバイスの作製工程)
図1(H)ならびに図2(E)および(F)を参照して、半導体デバイス7の作製工程は、透明半導体層積層ウエハ6に透明半導体層積層ウエハ支持基板70を貼り合わせることにより行われる。
(Semiconductor device fabrication process)
With reference to FIG. 1 (H) and FIGS. 2 (E) and 2 (F), the manufacturing process of the semiconductor device 7 is performed by bonding the transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate 70 to the transparent semiconductor layer laminated wafer 6. .

また、図3(F)および図4(E)を参照して、半導体デバイス7の作製工程は、透明半導体層積層ウエハ6に電極(n−電極90)を形成することにより行われる。   3F and 4E, the manufacturing process of the semiconductor device 7 is performed by forming an electrode (n-electrode 90) on the transparent semiconductor layer laminated wafer 6.

透明半導体層積層ウエハ6に透明半導体層積層ウエハ支持基板70を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせ、その後700℃〜1000℃に昇温して接合することによる直接接合法、プラズマやイオンなどで貼り合わせ面を活性化させ接合することによる表面活性化法などが好ましく用いられる。   The method for bonding the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 to the transparent semiconductor layer laminated wafer 6 is not particularly limited, and the surfaces of the surfaces to be bonded are washed and directly bonded, and then heated to 700 ° C. to 1000 ° C. For example, a direct bonding method by bonding and a surface activation method by activating and bonding the bonding surface with plasma or ions are preferably used.

ここで、図1(H)、図2(F)、図3(F)および図4(E)を参照して、本半導体デバイス7においては、透明半導体層40が波長300nm以上550nm以下のピーク波長を有する光を放出する発光層45を含む場合は、透明半導体層積層ウエハ支持基板70は、波長が300nm以上550nm以下の光に対する光吸収係数が1×104cm-1未満であることが好ましい。これにより内部吸収を低減し、光取り出し効率の高い半導体光デバイスを作製できる。かかる観点から、透明半導体層積層ウエハ支持基板70は、たとえば、サファイア、スピネル、石英、窒化アルミニウム、ダイヤモンドおよびガラスからなる群から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。 Here, with reference to FIG. 1 (H), FIG. 2 (F), FIG. 3 (F) and FIG. 4 (E), in this semiconductor device 7, the transparent semiconductor layer 40 has a peak with a wavelength of 300 nm or more and 550 nm or less. When the light emitting layer 45 that emits light having a wavelength is included, the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 may have a light absorption coefficient of less than 1 × 10 4 cm −1 for light having a wavelength of 300 nm to 550 nm. preferable. As a result, it is possible to produce a semiconductor optical device with reduced internal absorption and high light extraction efficiency. From this viewpoint, the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 preferably includes at least one selected from the group consisting of sapphire, spinel, quartz, aluminum nitride, diamond, and glass.

また、図1(H)、図3(F)および図4(E)を参照して、本半導体デバイス7においては、デバイスに積層方向の導電性を具備させる目的で、透明半導体層積層ウエハ支持基板70は、比抵抗が10Ωcm以下の導電性を有することが好ましい。デバイスに積層方向の導電性を具備させることができれば、半導体デバイス7はたとえば図3(F)および図4(E)に示すようにその両主面にそれぞれp−電極80とn−電極90を形成できる。これにより、両電極を一主面に形成しなければならない場合(たとえば、図2(F)参照)に比べて、透明半導体層40の一部を除去する必要がなくなるため、より広い面積をデバイスの動作(すなわち発光)に利用できるので、より輝度の高いデバイスが実現できる。透明半導体層積層ウエハ支持基板70を構成する材料としては、たとえば、シリコン(Si)、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化インジウム(InP)および第1の金属からなる群から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。ここで、第1の金属とは、比抵抗が10Ωcm以下の導電性を有するものであれば特に制限はなく、たとえば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)などが好ましく用いられる。   1H, FIG. 3F, and FIG. 4E, in this semiconductor device 7, a transparent semiconductor layer laminated wafer is supported for the purpose of providing the device with conductivity in the lamination direction. The substrate 70 preferably has conductivity with a specific resistance of 10 Ωcm or less. If the device can be provided with conductivity in the stacking direction, the semiconductor device 7 has, for example, a p-electrode 80 and an n-electrode 90 on both principal surfaces thereof as shown in FIGS. 3 (F) and 4 (E). Can be formed. This eliminates the need to remove a part of the transparent semiconductor layer 40 as compared with the case where both electrodes must be formed on one main surface (see, for example, FIG. 2F), so that a larger area can be obtained. Therefore, a device with higher luminance can be realized. As a material constituting the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70, for example, at least one selected from the group consisting of silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), and a first metal is used. It is preferable to include. Here, the first metal is not particularly limited as long as it has electrical conductivity of 10 Ωcm or less, for example, molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al). Etc. are preferably used.

また、図3(F)および図4(E)を参照して、本半導体デバイス7においては、デバイスの導電性を高くするとともに透明半導体層積層ウエハ支持基板70と電極(p−電極80)または透明半導体層40との間の接着性を高くする観点から、透明半導体層積層ウエハ支持基板70と透明半導体層40との間に配置され、第2の金属および導電性酸化物のいずれかを含む比抵抗が10Ωcm以下の導電性接着層85a,85b,85をさらに含むことが好ましい。ここで、第2の金属は、特に制限はないが、上記観点からたとえば、チタン(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)およびこれらの合金からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。また、導電性酸化物は、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ガリウム(Ga23)、酸化スズ(SnO、SnO2)、インジウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)およびアンチモンスズ酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。 3F and 4E, in this semiconductor device 7, the conductivity of the device is increased and the transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate 70 and the electrode (p-electrode 80) or From the viewpoint of enhancing the adhesion between the transparent semiconductor layer 40 and the transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate 70 and the transparent semiconductor layer 40, the second semiconductor and the conductive oxide are included. It is preferable to further include conductive adhesive layers 85a, 85b, 85 having a specific resistance of 10 Ωcm or less. Here, the second metal is not particularly limited, but from the above viewpoint, for example, titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), aluminum (Al), zinc (Zn), It is preferably at least one selected from the group consisting of germanium (Ge) and alloys thereof. The conductive oxide is made of zinc oxide (ZnO), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), tin oxide (SnO, SnO 2 ), indium zinc oxide, indium tin oxide (ITO), and antimony tin oxide. It is preferably at least one selected from the group consisting of

また、図3(F)および図4(E)を参照して、本半導体デバイス7においては、透明半導体層40が波長300nm以上550nm以下のピーク波長を有する光を放出する発光層45を含む場合は、透明半導体層積層ウエハ支持基板は、波長が300nm以上550nm以下の光に対する光吸収係数が1×104cm-1未満であることが好ましい。これにより内部吸収を低減し、光取り出し効率の高い半導体光デバイスを作製できる。また、デバイスに積層方向の導電性を具備させる目的で、透明半導体層積層ウエハ支持基板70は、比抵抗が10Ωcm以下の導電性を有することが好ましい。デバイスに積層方向の導電性を具備させることができれば、半導体デバイス7は、たとえば図3(F)および図4(E)に示すように、それらの両主面にそれぞれp−電極80とn−電極90を形成できる。これにより、両電極を一主面に形成しなければならない場合(たとえば、図2(F)参照)に比べて、透明半導体層40の一部を除去する必要がなくなるため、より広い面積をデバイスの動作(すなわち発光)に利用できるので、より輝度の高いデバイスが実現できる。透明半導体層積層ウエハ支持基板70を構成する材料としては、たとえば、酸化ガリウム(Ga23)、炭化シリコン(SiC)、セレン化亜鉛(ZnSe)、窒化アルミニウム(AlN)およびダイヤモンドからなる群から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。 3F and 4E, in the semiconductor device 7, the transparent semiconductor layer 40 includes a light emitting layer 45 that emits light having a peak wavelength of 300 nm to 550 nm. The transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate preferably has a light absorption coefficient of less than 1 × 10 4 cm −1 for light having a wavelength of 300 nm or more and 550 nm or less. As a result, it is possible to produce a semiconductor optical device with reduced internal absorption and high light extraction efficiency. For the purpose of providing the device with conductivity in the stacking direction, the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 preferably has conductivity with a specific resistance of 10 Ωcm or less. If the device can be provided with conductivity in the stacking direction, the semiconductor device 7 has p-electrodes 80 and n− on both principal surfaces thereof as shown in FIGS. 3 (F) and 4 (E), for example. Electrode 90 can be formed. This eliminates the need to remove a part of the transparent semiconductor layer 40 as compared with the case where both electrodes must be formed on one main surface (see, for example, FIG. 2F), so that a larger area can be obtained. Therefore, a device with higher luminance can be realized. The material constituting the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 is, for example, from the group consisting of gallium oxide (Ga 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), zinc selenide (ZnSe), aluminum nitride (AlN), and diamond. It is preferable to include at least one selected.

(実施例1)
1.積層支持基板の作製
図1(A)を参照して、Ga含有透明支持基板10として、HVPE法により形成した直径が2インチ(5.08cm)で厚さ500μmのGaN支持基板を準備した。かかるGaN支持基板は、一主表面が(0001)面であるGa原子表面であり、他主表面が(000−1)面であるN原子表面であり、両主表面が鏡面加工されていた。
Example 1
1. Production of Laminated Support Substrate With reference to FIG. 1A, a GaN support substrate having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 500 μm was prepared as a Ga-containing transparent support substrate 10 by the HVPE method. Such a GaN support substrate had a Ga atom surface with one main surface being a (0001) plane, an N atom surface with another main surface being a (000-1) plane, and both main surfaces were mirror-finished.

このGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)のGa原子表面に、中間層20として、プラズマCVD法により、厚さ10nmのSiO2層(第2の透明層25)、厚さ60nmのアモルファスシリコン層(光熱変換層21)、および厚さ300nmのSiO2層(第1の透明層23a)を順に堆積させて、積層支持基板1を得た。プラズマCVDの条件は、第1および第2のSiO2層の堆積においては、RFが50W、Arガスにより8体積%に希釈されたSiH4ガスの流量が50sccm(1sccmは、標準状態に換算して1分間に1cm3のガスが流れる量をいう)、N2Oガス流量が460sccm、チャンバ圧力が80Pa、ステージ温度が250℃であり、アモルファスシリコン層の堆積においては、RFが50W、Arガスにより8体積%に希釈されたSiH4ガスの流量が200sccm、チャンバ圧力が80Pa、ステージ温度が250℃であった。 On the Ga atom surface of the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10), as an intermediate layer 20, a 10 nm thick SiO 2 layer (second transparent layer 25) and 60 nm thick amorphous silicon are formed by plasma CVD. A layer (photothermal conversion layer 21) and a SiO 2 layer (first transparent layer 23a) having a thickness of 300 nm were sequentially deposited to obtain a laminated support substrate 1. The plasma CVD conditions are as follows. In the deposition of the first and second SiO 2 layers, the flow rate of SiH 4 gas diluted to 8% by volume with RF of 50 W and Ar gas is 50 sccm (1 sccm is converted to the standard state) 1 cm 3 of gas refers to the amount flowing), N 2 O gas flow rate per minute Te is 460Sccm, a chamber pressure 80 Pa, a stage temperature of 250 ° C., in the deposition of amorphous silicon layers, RF is 50 W, Ar gas The flow rate of SiH 4 gas diluted to 8% by volume was 200 sccm, the chamber pressure was 80 Pa, and the stage temperature was 250 ° C.

また、GaN層30aを形成するためのGaN基板30として、HVPE法により形成した直径2インチ(5.08cm)で厚さが500μmのGaN基板を準備した。かかるGaN基板30は、一主表面が(0001)面であるGa原子表面であり、他主表面が(000−1)面であるN原子表面であり、両主表面が鏡面加工されていた。まず、GaN基板30のN原子表面に、プラズマCVD法により、厚さ100nmのSiO2層(第1の透明層23b)を堆積させた。この二酸化シリコン層の堆積におけるプラズマCVDの条件は、RFが50W、Arガスにより8体積%に希釈されたSiH4ガスの流量が50sccm、N2Oガス流量が460sccm、チャンバ圧力が80Pa、ステージ温度が250℃であった。次いで、GaN基板30のSiO2層(第1の透明層23b)側から、水素イオンを注入した。水素イオンの注入条件は、加速電圧が50keV、ドーズ量が7×1017cm-2であった。こうして、水素イオンが注入されたGaN基板30は、そのN原子表面から約200nmの深さの面Pにドーズ量のピークがあった。このドーズ量はリファレンスとして同一バッチでイオン注入したGaN基板のイオン注入側から、SIMS(二次イオン質量分析計)分析を深さ方向に対して実施することで測定した。 Further, as a GaN substrate 30 for forming the GaN layer 30a, a GaN substrate having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 500 μm formed by the HVPE method was prepared. The GaN substrate 30 has a Ga atom surface whose one main surface is a (0001) plane, an N atom surface whose other main surface is a (000-1) plane, and both main surfaces are mirror-finished. First, an SiO 2 layer (first transparent layer 23b) having a thickness of 100 nm was deposited on the surface of N atoms of the GaN substrate 30 by plasma CVD. The plasma CVD conditions for depositing this silicon dioxide layer are as follows: RF is 50 W, the flow rate of SiH 4 gas diluted to 8% by volume with Ar gas is 50 sccm, the N 2 O gas flow rate is 460 sccm, the chamber pressure is 80 Pa, and the stage temperature. Was 250 ° C. Next, hydrogen ions were implanted from the SiO 2 layer (first transparent layer 23 b) side of the GaN substrate 30. The hydrogen ion implantation conditions were an acceleration voltage of 50 keV and a dose of 7 × 10 17 cm −2 . Thus, the GaN substrate 30 implanted with hydrogen ions had a dose peak on the plane P having a depth of about 200 nm from the N atom surface. This dose was measured by performing SIMS (secondary ion mass spectrometer) analysis in the depth direction from the ion implantation side of the GaN substrate ion-implanted in the same batch as a reference.

上記で得られた積層支持基板1のGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)とSiO2層(第2の透明層25)との密着性およびGaN基板30におけるGaN基板30とSiO2層(第1の透明層23b)との密着性を高めるために、窒素雰囲気中で700℃〜1000℃で10分間アニールした後、両基板のSiO2層の主表面を洗浄した。具体的には、それぞれの主表面が数十nmの深さまで研磨されて鏡面加工された両基板をドライエッチング装置に入れて、酸素(O2)ガスを原料としたプラズマに曝すことにより、SiO2層の主表面を清浄にした。このときのプラズマ条件は、RFが100W、O2ガス流量が50sccm、チャンバ圧力が6.7Paであった。 Adhesion between the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) and the SiO 2 layer (second transparent layer 25) of the laminated support substrate 1 obtained above, and the GaN substrate 30 and the SiO 2 layer in the GaN substrate 30 ( In order to improve the adhesion with the first transparent layer 23b), annealing was performed at 700 ° C. to 1000 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere, and then the main surfaces of the SiO 2 layers of both substrates were washed. Specifically, both substrates, whose main surfaces are polished to a depth of several tens of nanometers and mirror-finished, are put in a dry etching apparatus and exposed to plasma using oxygen (O 2 ) gas as a raw material. The main surface of the two layers was cleaned. The plasma conditions at this time were RF of 100 W, O 2 gas flow rate of 50 sccm, and chamber pressure of 6.7 Pa.

2.積層貼り合わせ基板の作製工程
次に、図1(B)を参照して、上記の積層支持基板1の中間層20のSiO2層(第1の透明層23a)とGaN基板30に堆積させたSiO2層(第1の透明層23b)とを、積層支持基板1のGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)の一主表面((0001)面)の結晶方位とGaN基板30の一主表面((0001)面)の結晶方位が一致するように重ね合わせて、プレス装置(ウエハボンダ)で7MPa(2インチ基板当たり1400kgf)の荷重で押しつけることで、SiO2層同士を接合させることにより、積層支持基板1とGaN基板30とを貼り合わせた。こうして得られた積層貼り合わせ基板2は、大気中で室温(25℃)から300℃まで3時間かけてゆっくりと昇温することにより、接合界面の接合強度が増した。ここで、積層貼り合わせ基板2において、中間層20のアモルファスシリコン層(光熱変換層21)とGaN基板との間に配置されるSiO2層(第1の透明層23)の厚さは325nmであった。
2. Next, referring to FIG. 1B, the laminated substrate 1 was deposited on the SiO 2 layer (first transparent layer 23a) of the intermediate layer 20 of the laminated support substrate 1 and the GaN substrate 30. The SiO 2 layer (first transparent layer 23 b), the crystal orientation of one main surface ((0001) plane) of the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) of the laminated support substrate 1, and one main GaN substrate 30. By superimposing the crystal orientation of the surface ((0001) plane) to coincide with each other and pressing with a load of 7 MPa (1400 kgf per 2 inch substrate) with a press device (wafer bonder), the SiO 2 layers are joined together, The laminated support substrate 1 and the GaN substrate 30 were bonded together. The thus obtained laminated laminated substrate 2 was gradually heated from room temperature (25 ° C.) to 300 ° C. in the air over 3 hours, thereby increasing the bonding strength at the bonding interface. Here, in the laminated substrate 2, the thickness of the SiO 2 layer (first transparent layer 23) disposed between the amorphous silicon layer (photothermal conversion layer 21) of the intermediate layer 20 and the GaN substrate is 325 nm. there were.

3.エピ成長用積層支持基板の作製工程
次に、図1(C)を参照して、積層貼り合わせ基板2を500℃に加熱して基板の主表面に対して斜めに応力をかけた。積層貼り合わせ基板2のGaN基板30において水素イオンが多く注入され脆化したN原子表面からの深さが約200nmの面Pにおいて熱応力がかかり、GaN基板30は、上記の面Pにおいて、積層支持基板1の中間層20に接合している厚さ200nmのGaN層30aと残部GaN基板30bとに分離した。こうして、積層支持基板1の中間層20上に厚さ200nmのGaN層30aが形成されたエピ成長用積層支持基板3が得られた。ここで、GaN層30aから分離した残部GaN基板30bは、分離面の表面状態(平坦性など)を研磨などの手法で整えた後、何度も再利用できる。これにより最終的に半導体デバイス1枚あたりのコストを低減できる。
3. Next, referring to FIG. 1C, the laminated laminated substrate 2 was heated to 500 ° C. and stress was applied obliquely to the main surface of the substrate. Thermal stress is applied to the surface P having a depth of about 200 nm from the surface of the N atom, which is embrittled by implantation of a large amount of hydrogen ions in the GaN substrate 30 of the laminated substrate 2, and the GaN substrate 30 is laminated on the surface P described above. The GaN layer 30a having a thickness of 200 nm and the remaining GaN substrate 30b joined to the intermediate layer 20 of the support substrate 1 were separated. Thus, the epitaxial growth laminated support substrate 3 in which the GaN layer 30a having a thickness of 200 nm was formed on the intermediate layer 20 of the laminated support substrate 1 was obtained. Here, the remaining GaN substrate 30b separated from the GaN layer 30a can be reused many times after the surface state (flatness, etc.) of the separation surface is adjusted by a technique such as polishing. As a result, the cost per semiconductor device can be finally reduced.

4.デバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図1(D)を参照して、エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上に、MOCVD法により、透明半導体層40として、厚さ2μmのGaNバッファ層41、厚さ0.5μmのn−GaN層43、厚さ70nmの発光層45である3対のInGaN層およびGaN層からなる多重量子井戸層、厚さ80nmのp−GaN層47をこの順に堆積させた。こうして、デバイス用積層支持基板4が得られた。
4). Next, referring to FIG. 1D, a GaN layer having a thickness of 2 μm is formed as a transparent semiconductor layer 40 on the GaN layer 30a of the epitaxial growth support substrate 3 by MOCVD. A buffer layer 41, an n-GaN layer 43 having a thickness of 0.5 μm, three pairs of InGaN layers as a light emitting layer 45 having a thickness of 70 nm, a multiple quantum well layer composed of GaN layers, and a p-GaN layer 47 having a thickness of 80 nm. The layers were deposited in this order. In this way, the laminated support substrate 4 for devices was obtained.

ここで、上記のMOCVD法による透明半導体層40のエピタキシャル成長においては、エピ成長用積層支持基板3の温度が1000℃程度になった。また、エピ成長用積層支持基板3には、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)とGaN層30aとの間に、中間層20としてSiO2層(第1の透明層23と第2の透明層25)およびアモルファスシリコン層(光熱変換層21)が含まれ、かかるSiO2層およびアモルファスシリコン層は、GaN支持基板およびGaN層30aと熱膨張係数が異なった。しかし、本実施例における中間層20の総厚さは約400nmであり、エピタキシャル成長された透明半導体層40は、X線回折法により分析したところ、GaN層30aとほぼ同じ格子定数が得られており高い品質を有していると言える。中間層20の総厚さが1μm以下であれば、発生する応力が小さいため、エピタキシャル成長された透明半導体層40の品質は高く維持される。次いで、得られたデバイス用積層支持基板4を、CVD装置から取り出した後、全圧が1気圧で酸素が16体積%の窒素/酸素雰囲気中700℃でアニールした。 Here, in the epitaxial growth of the transparent semiconductor layer 40 by the MOCVD method described above, the temperature of the epitaxial growth laminated support substrate 3 was about 1000 ° C. Further, the epitaxial growth laminated support substrate 3 includes a SiO 2 layer (first transparent layer 23 and second transparent layer) as an intermediate layer 20 between the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) and the GaN layer 30a. A transparent layer 25) and an amorphous silicon layer (photothermal conversion layer 21) were included, and the SiO 2 layer and the amorphous silicon layer differed in thermal expansion coefficient from the GaN support substrate and the GaN layer 30a. However, the total thickness of the intermediate layer 20 in the present example is about 400 nm, and the epitaxially grown transparent semiconductor layer 40 is analyzed by the X-ray diffraction method, and almost the same lattice constant as that of the GaN layer 30a is obtained. It can be said that it has high quality. If the total thickness of the intermediate layer 20 is 1 μm or less, since the generated stress is small, the quality of the epitaxially grown transparent semiconductor layer 40 is maintained high. Next, after the device laminated support substrate 4 obtained was taken out from the CVD apparatus, it was annealed at 700 ° C. in a nitrogen / oxygen atmosphere having a total pressure of 1 atm and oxygen of 16 vol%.

5.二電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図2(A)を参照して、以下のようにして、デバイス用積層支持基板4に二電極を形成した。デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40のp−GaN層47上に、フォトリソグラフィ法によりp−電極用レジストマスク(図示せず)を形成し、真空蒸着法により厚さ5nmのNi層および厚さ11nmのAu層をこの順に形成した後、p−電極用レジストマスクを除去することにより不要部分の電極材料を除去することにより、p−電極80を形成した。
5. Next, with reference to FIG. 2 (A), two electrodes were formed on the device multilayer support substrate 4 as described below. A p-electrode resist mask (not shown) is formed by photolithography on the p-GaN layer 47 of the transparent semiconductor layer 40 of the laminated support substrate 4 for devices, and a Ni layer having a thickness of 5 nm is formed by vacuum evaporation. After forming an Au layer having a thickness of 11 nm in this order, an unnecessary portion of the electrode material was removed by removing the p-electrode resist mask, whereby a p-electrode 80 was formed.

次いで、p−電極80およびその周辺領域にフォトリソグラフィ法によりp−電極保護用レジストマスク(図示せず)を形成し、塩素ガスを用いて透明半導体層40のp−GaN層47側の主表面から250nmの深さまでメサエッチングをして、主表面の一部領域において、p−GaN層47、発光層45およびn−GaN層43を除去し、GaNバッファ層41を露出させた。その後、上記のp−電極保護用レジストマスクを除去した。露出されたGaNバッファ層41上に、上記p−電極の形成と同様の方法により、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAl層で構成されるn−電極90を形成した。p−電極およびn−電極と半導体層とのオーミック接合を取るために、得られた基板を全圧が1気圧で酸素が0.4体積%の窒素/酸素雰囲気中500℃でアニールした。こうして、二電極付のデバイス用積層支持基板4Aが得られた。この後、図示しないが、p−電極およびn−電極のそれぞれの上に、リフトオフ法により、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層で構成されるパッド電極層を形成してもよい。   Next, a p-electrode protecting resist mask (not shown) is formed on the p-electrode 80 and its peripheral region by photolithography, and the main surface of the transparent semiconductor layer 40 on the p-GaN layer 47 side using chlorine gas. The mesa etching was performed to a depth of 250 nm to remove the p-GaN layer 47, the light emitting layer 45, and the n-GaN layer 43 in a partial region of the main surface, and the GaN buffer layer 41 was exposed. Thereafter, the p-electrode protecting resist mask was removed. On the exposed GaN buffer layer 41, an n-electrode 90 composed of a 20 nm thick Ti layer and a 300 nm thick Al layer was formed by the same method as the formation of the p-electrode. In order to obtain an ohmic junction between the p-electrode and the n-electrode and the semiconductor layer, the obtained substrate was annealed at 500 ° C. in a nitrogen / oxygen atmosphere having a total pressure of 1 atm and oxygen of 0.4 vol%. Thus, a laminated support substrate 4A for devices with two electrodes was obtained. Thereafter, although not shown, a pad electrode layer composed of a 20 nm thick Ti layer and a 300 nm thick Au layer may be formed on each of the p-electrode and the n-electrode by a lift-off method. .

また、GaNの基板は非常に高価であるため、最終製品としての半導体デバイスの単価を下げるためには、以下に説明するように、デバイス用積層支持基板からGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)を分離する必要がある。以下に説明する方法により、分離されたGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)は、その主表面の処理を行うことにより、再びGaN支持基板として利用できる。このように、1枚のGaN基板を繰り返し使用することにより、最終製品としての半導体デバイスの単価を下げることが可能になる。   In addition, since the GaN substrate is very expensive, in order to reduce the unit price of the semiconductor device as the final product, as described below, the laminated support substrate for devices is changed from the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10). ) Must be separated. The separated GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) can be used again as a GaN support substrate by treating the main surface by the method described below. Thus, by repeatedly using one GaN substrate, the unit price of the semiconductor device as the final product can be reduced.

6.二電極付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図2(B)を参照して、二電極付のデバイス用積層支持基板4Aのp−電極80およびn−電極90の形成面に接着剤51をスピン塗布し、真空中で200℃に加熱された雰囲気下で、ウエハボンダを用いて、仮支持用サファイア板(仮支持基板50)を貼り付けた。かかる接着剤51には、後工程において、ウエハから仮支持用サファイア板を分離することを考慮して、200℃に加熱することで再度軟化させられるもの、たとえばBrewer Sciences社製WaferBond HT−10,10などを選んだ。
6). Next, referring to FIG. 2B, an adhesive is formed on the formation surface of the p-electrode 80 and the n-electrode 90 of the laminated support substrate 4A for devices with two electrodes. 51 was spin-coated, and a temporary support sapphire plate (temporary support substrate 50) was attached using a wafer bonder in an atmosphere heated to 200 ° C. in a vacuum. The adhesive 51 can be softened again by heating to 200 ° C. in consideration of separating the temporary support sapphire plate from the wafer in a later process, for example, Wafer Bond HT-10 manufactured by Brewer Sciences, 10 was chosen.

次いで、上記の仮支持用サファイア板(仮支持基板50)が貼り付けられた二電極付のデバイス用積層支持基板4Aをレーザアニール装置にセットした。   Next, the laminated support substrate 4A for devices with two electrodes on which the sapphire plate for temporary support (temporary support substrate 50) was attached was set in a laser annealing apparatus.

図8を参照して、上記のレーザアニール装置100は、Nd:YAGレーザとLiB35 SHG結晶を用いて波長532nmの緑色レーザパルス光を発生するYAG−SHGパルスレーザ110と、発生したレーザパルス光をy軸方向にスキャンできるガルバノミラー120と、スキャンされたレーザパルスによる加工点における焦点ズレを補正するためのf−θレンズ130と、焦点ズレが補正されたレーザパルス光をデバイス用積層支持基板4に照射する角度を変更するための固定ミラー140と、デバイス用積層支持基板4に照射されたレーザパルス光が中間層の第1の透明層で全反射するのに適したGa含有透明支持基板内における伝播角θSになるようにするための屈折率が2.0の高屈折率ガラスで形成されているプリズム(光伝播角変換装置150)と、デバイス用積層支持基板4を支持するとともにx軸方向にスキャンできるステージ160と、を備えていた。 Referring to FIG. 8, the laser annealing apparatus 100 includes a YAG-SHG pulse laser 110 that generates green laser pulse light having a wavelength of 532 nm using an Nd: YAG laser and a LiB 3 O 5 SHG crystal, and the generated laser. A galvanometer mirror 120 capable of scanning pulsed light in the y-axis direction, an f-θ lens 130 for correcting a focus shift at a processing point due to the scanned laser pulse, and a laser pulse light whose focus shift is corrected are stacked for a device. A fixed mirror 140 for changing the angle of irradiation to the support substrate 4 and a Ga-containing transparent suitable for the laser pulse light irradiated to the laminated support substrate 4 for devices to be totally reflected by the first transparent layer of the intermediate layer prism refractive index for the so the propagation angle theta S in the support substrate is formed of a high refractive index glass of 2.0 (light And 播角 converter 150), a stage 160 that can be scanned in the x-axis direction to support the laminated base board 4 device was equipped with.

本レーザアニール装置100は、デバイス用積層支持基板4に照射されたレーザパルス光が中間層の第1の透明層で全反射するのに適したGa含有透明支持基板内における伝播角θSになるようにするためのプリズム(光伝播角変換装置150)と、このプリズムの光照射面にレーザパルス光を垂直に照射させるための固定ミラー140を備える部分Nにおいて、従来のレーザアニール装置にはない特徴を有していた。 The laser annealing apparatus 100 has a propagation angle θ S in the Ga-containing transparent support substrate suitable for the total reflection of the laser pulse light applied to the device multilayer support substrate 4 by the first transparent layer of the intermediate layer. The conventional laser annealing apparatus does not have a portion N including a prism (light propagation angle conversion device 150) for fixing the light and a fixed mirror 140 for vertically irradiating the light irradiation surface of the prism with the laser pulse light. Had the characteristics.

ここで、プリズム(光伝播角変換装置150)の位置は固定されており、ステージ160およびステージに支持されたデバイス用積層支持基板4が移動することにより、加工点(照射位置)の変更が可能である。必要に応じて、デバイス用積層支持基板4とプリズム(光伝播角変換装置150)の間にマッチングオイルなどを充填した。プリズム(光伝播角変換装置150)の光照射面とデバイス用積層支持基板4の主表面がなす角φPは53.5°とした。 Here, the position of the prism (light propagation angle conversion device 150) is fixed, and the processing point (irradiation position) can be changed by moving the stage 160 and the device layered support substrate 4 supported by the stage. It is. Matching oil or the like was filled between the device laminated support substrate 4 and the prism (light propagation angle conversion device 150) as necessary. An angle φ P formed by the light irradiation surface of the prism (light propagation angle conversion device 150) and the main surface of the device laminated support substrate 4 was 53.5 °.

また、プリズムの光照射面に対して,レーザパルス光が垂直に照射するように固定ミラーを調整した。このとき、照射レーザパルス光のプリズム内における伝播角θPは、プリズム(光伝播角変換装置150)の光照射面とデバイス用積層支持基板4の主表面がなす角φPに等しく、53.5°であった。ここで、照射光のプリズム(光伝播角変換装置150)内における伝播角θP=53.5、プリズムを形成する高屈折率ガラスの屈折率nP=2.0、Ga含有透明支持基板10であるGaN支持基板の屈折率nS=2.5を、上記の式(vii)に代入すると、照射光のGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)内における伝播角θSは40.0°となった。したがって、図7の結果を参照すると、光熱変換層21で吸収されなかったレーザパルス光は第1の透明層23で全反射されると考えられた。 In addition, the fixed mirror was adjusted so that the laser pulse light was irradiated perpendicularly to the light irradiation surface of the prism. At this time, the propagation angle θ P of the irradiation laser pulse light in the prism is equal to the angle φ P formed by the light irradiation surface of the prism (light propagation angle conversion device 150) and the main surface of the laminated support substrate 4 for devices. It was 5 °. Here, the propagation angle θ P = 53.5 in the prism (light propagation angle conversion device 150) of the irradiation light, the refractive index n P = 2.0 of the high refractive index glass forming the prism, and the Ga-containing transparent support substrate 10 the refractive index n S = 2.5 for GaN supporting substrate is, is substituted into the above formula (vii), the propagation angle theta S in GaN supporting substrate (Ga-containing transparent supporting substrate 10) of the irradiation light is 40.0 It became °. Therefore, referring to the result of FIG. 7, it was considered that the laser pulse light that was not absorbed by the photothermal conversion layer 21 was totally reflected by the first transparent layer 23.

すなわち、照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収されるか、光熱変換層で吸収されなかったレーザパルス光は中間層20の第1の透明層23で全反射されたため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80、n−電極90)、接着剤51、仮支持基板50などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が抑制された。   That is, the irradiated laser pulse light is absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20, or the laser pulse light that is not absorbed by the photothermal conversion layer is totally reflected by the first transparent layer 23 of the intermediate layer 20. The irradiation light is suppressed from being transmitted through the transparent semiconductor layer 40 and absorbed by the electrodes (p-electrode 80, n-electrode 90), the adhesive 51, the temporary support substrate 50, and the like, and is generated by the light absorption. Generation | occurrence | production of the damage of the transparent semiconductor layer 40 by a heat | fever was suppressed.

また、レーザパルス光は、中間層20のアモルファスシリコン層(光熱変換層21)でのみ効率よく吸収された。これにより、アモルファスシリコン層(光熱変換層21)の温度は急激に上昇した。   Further, the laser pulse light was efficiently absorbed only by the amorphous silicon layer (photothermal conversion layer 21) of the intermediate layer 20. Thereby, the temperature of the amorphous silicon layer (photothermal conversion layer 21) increased rapidly.

その結果、アモルファスシリコン層(光熱変換層21)の近距離に位置するGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)における中間層20との貼り合わせ面は、その面の温度が900℃を超え、金属Gaと窒素(N2)ガスに熱分解された。一方、GaN層30aにおける中間層20との貼り合わせ面においては、熱分解温度には至らなかった。これは、GaN層30aとアモルファスシリコン層(光熱変換層21)との間には、GaN(熱伝導率が約100W・m-1・K-1)に比べて熱伝導率の低いSiO2(熱伝導率が約10W・m-1・K-1)で形成された厚さ325nmのSiO2層(第1の透明層23)が介在しているため、アモルファスシリコン層(光熱変換層21)で発生した熱量の大半がGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)側に拡散するため、GaN層30aは熱分解温度には至らなかったものと考えられる。また、同様の理由から、接着剤51部分の温度は100℃以下に抑えられ、接着剤51の軟化ないし炭化などの変質は生じなかった。このようにして、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)における中間層20との貼り合わせ面にのみ金属Ga60を析出させることができた。 As a result, the bonding surface with the intermediate layer 20 in the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) located at a short distance of the amorphous silicon layer (photothermal conversion layer 21) has a surface temperature exceeding 900 ° C., Pyrolysis into metal Ga and nitrogen (N 2 ) gas. On the other hand, the thermal decomposition temperature was not reached on the bonding surface of the GaN layer 30a with the intermediate layer 20. This is because between the GaN layer 30a and the amorphous silicon layer (photothermal conversion layer 21), SiO 2 (having a thermal conductivity lower than that of GaN (having a thermal conductivity of about 100 W · m −1 · K −1 ) ( Since an SiO 2 layer (first transparent layer 23) having a thermal conductivity of about 10 W · m −1 · K −1 and having a thickness of 325 nm is interposed, an amorphous silicon layer (photothermal conversion layer 21) It can be considered that the GaN layer 30a did not reach the thermal decomposition temperature because most of the amount of heat generated in the above was diffused to the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) side. For the same reason, the temperature of the adhesive 51 portion was suppressed to 100 ° C. or less, and the adhesive 51 was not softened or carbonized. Thus, the metal Ga60 could be deposited only on the bonding surface of the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) with the intermediate layer 20.

次いで、図2(C)を参照して、上記の金属Ga60が析出した二電極付のデバイス用積層支持基板4Aを、60℃のホットプレート(図示せず)に置いて、金属Ga(融点が29.8℃)を融解させた状態でGaN支持基板を滑らせる(スライドオフする)ことにより、中間層20からGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)を分離した。こうして、透明半導体層40、GaN層30aおよび中間層20を含む二電極付のデバイス用積層ウエハ5Aが得られた。なお、分離されたGaN支持基板は、主表面を研磨およびエッチングなどの処理をすることにより、再度利用できる。   Next, referring to FIG. 2C, the above-mentioned laminated support substrate for devices 4A with two electrodes on which the metal Ga60 is deposited is placed on a hot plate (not shown) at 60 ° C. The GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) was separated from the intermediate layer 20 by sliding (sliding off) the GaN support substrate in a melted state (29.8 ° C.). Thus, a laminated wafer for devices 5A with two electrodes including the transparent semiconductor layer 40, the GaN layer 30a, and the intermediate layer 20 was obtained. Note that the separated GaN support substrate can be reused by subjecting the main surface to a treatment such as polishing and etching.

7.二電極付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図2(D)を参照して、二電極付のデバイス用積層ウエハ5Aの中間層20上の金属Ga60を塩酸により洗浄し、中間層20(SiO2層および一部がポリシリコン化したアモルファスシリコン層)を、フッ酸硝酸混合溶液を用いたウェットエッチングにより、除去した。こうして、透明半導体層40およびGaN層30aを含む二電極付の透明半導体層積層ウエハ6Aが得られた。
7). Step of Producing Transparent Semiconductor Layer Laminated Wafer with Two Electrodes Next, referring to FIG. 2D, the metal Ga60 on the intermediate layer 20 of the laminated wafer for devices 5A with two electrodes is washed with hydrochloric acid to obtain an intermediate layer. 20 (SiO 2 layer and amorphous silicon layer partially polysiliconized) was removed by wet etching using a hydrofluoric acid nitric acid mixed solution. Thus, a transparent semiconductor layer laminated wafer 6A with two electrodes including the transparent semiconductor layer 40 and the GaN layer 30a was obtained.

8.半導体デバイスの作製工程
次に、図2(E)を参照して、以下のようにして、二電極付の透明半導体層積層ウエハ6AのGaN層30aに、別途準備した透明半導体層積層ウエハ支持基板70を貼り合わせた。
8). Next, referring to FIG. 2 (E), a transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate prepared separately on the GaN layer 30a of the transparent semiconductor layer laminated wafer 6A with two electrodes as described below. 70 was bonded.

ここで、準備された透明半導体層積層ウエハ支持基板70としては、厚さ150μmのサファイア基板であった。貼り合わせは、二電極付の透明半導体層積層ウエハ6AのGaN層30aの主表面を洗浄した後に、プラズマエッチング装置にいれて、窒素プラズマ(プラズマ条件は、RFが100W、N2ガス流量が50sccm、チャンバ圧力13.3Paであった)に曝して主表面を清浄にした。サファイア基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)も、その主表面を洗浄した後に、酸素プラズマ(プラズマ条件は、RFが100W、O2ガス流量が50sccm、チャンバ圧力が6.7Paであった)で主表面を清浄にした。二電極付の透明半導体層積層ウエハ6Aとサファイア基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)とを貼り合わせた後に、大気中でウエハボンダを用いて7MPaの荷重で押しつけて、接合させて貼り合わせた。 Here, the prepared transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 was a sapphire substrate having a thickness of 150 μm. For the bonding, after cleaning the main surface of the GaN layer 30a of the transparent semiconductor layer laminated wafer 6A with two electrodes, it is put into a plasma etching apparatus, and nitrogen plasma (the plasma conditions are RF 100W and N 2 gas flow rate 50sccm). The main surface was cleaned by exposure to a chamber pressure of 13.3 Pa.). The main surface of the sapphire substrate (transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70) was also cleaned, and then oxygen plasma (the plasma conditions were RF of 100 W, O 2 gas flow rate of 50 sccm, and chamber pressure of 6.7 Pa) To clean the main surface. After the two-electrode transparent semiconductor layer laminated wafer 6A and the sapphire substrate (transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70) were bonded together, they were pressed and bonded by using a wafer bonder in the air with a load of 7 MPa. .

次いで、図2(F)を参照して、上記の貼り合わせ基板をホットプレートで接着剤の軟化温度である200℃まで加熱して、上記の貼り合わせ基板から仮支持用サファイア基板(仮支持基板50)をスライドオフさせて取り除いた。透明半導体層40上のp−電極80およびn−電極90側に残った接着剤は専用のリムーバで除去した。   Next, referring to FIG. 2F, the bonded substrate is heated with a hot plate to 200 ° C., which is the softening temperature of the adhesive, and the sapphire substrate for temporary support (temporary support substrate) is formed. 50) was removed by sliding off. The adhesive remaining on the p-electrode 80 and n-electrode 90 side on the transparent semiconductor layer 40 was removed with a dedicated remover.

上記の工程により、LED(発光ダイオード)である半導体デバイス7が得られた。かかる半導体デバイスにおいて、以降は一般的な素子化工程(スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程)が適用できる。   The semiconductor device 7 which is LED (light emitting diode) was obtained by said process. In such semiconductor devices, general elementalization processes (processes such as scribe, break, die bond, and wire bond) can be applied thereafter.

(実施例2)
1.デバイス用積層支持基板までの作製工程
図1(A)〜(D)を参照して、実施例1と同様にして、デバイス用積層支持基板4を得た。
(Example 2)
1. Manufacturing Process Up to Device Multilayer Support Substrate With reference to FIGS. 1A to 1D, a device multilayer support substrate 4 was obtained in the same manner as in Example 1.

2.一電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図3(A)を参照して、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40のp−GaN層47上の全面に、真空蒸着法により、p−電極80として、Ni/Au/Pt/Au電極(具体的には、p−GaN層47側から、厚さ5nmのNi層/厚さ11nmのAu層/厚さ100nmのPt層/厚さ300nmのAu層で構成される電極)を形成した。こうして、一電極付のデバイス用積層支持基板4Bが得られた。
2. Next, referring to FIG. 3A, a vacuum deposition method is performed on the entire surface of the transparent semiconductor layer 40 of the device multilayer support substrate 4 on the p-GaN layer 47 with reference to FIG. Thus, as the p-electrode 80, a Ni / Au / Pt / Au electrode (specifically, from the p-GaN layer 47 side, a 5 nm thick Ni layer / 11 nm thick Au layer / 100 nm thick Pt layer) / An electrode composed of an Au layer having a thickness of 300 nm). Thus, a laminated support substrate 4B for a device with one electrode was obtained.

3.一電極付のデバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程
次に、図3(B)を参照して、透明半導体層積層ウエハ支持基板70としてp型導電性Si基板((100)主表面における比抵抗が1Ω・cm未満)を準備した。このp型導電性Si基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)の鏡面研磨された一方の主表面上に、真空蒸着法により、導電性接着層85として厚さ20nmのCr層/厚さ300nmのAu層/厚さ1.5μmのAuSn層(質量比でAu:Su=80:20)を形成した。
3. Step of bonding transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate to laminated support substrate for device with one electrode Next, referring to FIG. 3B, a p-type conductive Si substrate as transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 ((100) The specific resistance on the main surface is less than 1 Ω · cm). On one mirror-polished main surface of this p-type conductive Si substrate (transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70), a 20 nm thick Cr layer / thickness 300 nm is formed as a conductive adhesive layer 85 by vacuum deposition. Au layer / AuSn layer (thickness ratio: Au: Su = 80: 20) was formed.

次いで、図3(B)〜(C)を参照して、一電極付のデバイス用積層支持基板4Bのp−電極80の厚さ300nmのAu層側の主表面と、p型導電性Si基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)に形成された導電性接着層85の厚さ1.5μmのAuSn層側の主表面と、を重ね合わせて、真空雰囲気中で、1MPa(2インチ基板当り約200kgf)の荷重で押しつけながら、300℃で10分間加熱接合することにより、貼り合わせた。こうして、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板4BCが得られた。   3B to 3C, the main surface on the Au layer side of the 300 nm-thickness of the p-electrode 80 of the laminated support substrate for devices 4B with one electrode, and the p-type conductive Si substrate The conductive adhesive layer 85 formed on the (transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70) is superposed on the main surface on the AuSn layer side with a thickness of 1.5 μm, and is 1 MPa (per 2 inch substrate) in a vacuum atmosphere. Bonding was performed by heat bonding at 300 ° C. for 10 minutes while pressing with a load of about 200 kgf). Thus, a laminated support substrate 4BC for devices with one electrode and a support substrate was obtained.

4.一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図3(C)〜(D)を参照して、レーザパルス光を、上記の一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板4BCのGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)側から、中間層20の光熱変換層21で吸収され第1の透明層23で全反射されるように照射することにより、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層支持基板4BCからGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)を除去して、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハ5BCが得られた。
4). Next, referring to FIGS. 3C to 3D, a laser pulse light is applied to the device laminated support substrate for a device with one electrode and a support substrate. By irradiating from the 4BC GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) side so as to be absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 and totally reflected by the first transparent layer 23, one electrode and a support substrate By removing the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) from the attached device support substrate 4BC, a device laminate wafer 5BC with one electrode and a support substrate was obtained.

ここで、光熱変換層21で吸収されなかったレーザパルス光が第1の透明層23で全反射されたため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80)、接着層(導電性接着層85)、透明半導体層積層ウエハ支持基板70などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が抑制された。   Here, since the laser pulse light that has not been absorbed by the photothermal conversion layer 21 is totally reflected by the first transparent layer 23, the irradiation light passes through the transparent semiconductor layer 40 and passes through the electrode (p-electrode 80) and the adhesive layer ( The absorption by the conductive adhesive layer 85), the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70, and the like were suppressed, and the occurrence of damage to the transparent semiconductor layer 40 due to the heat generated by the light absorption was suppressed.

5.一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図3(E)を参照して、実施例1と同様にして、一電極かつ支持基板付のデバイス用積層ウエハ5BCから金属Ga60および中間層20を除去した。こうして、一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6BCが得られた。
5. Process for Producing Transparent Semiconductor Layer Laminated Wafer with One Electrode and Support Substrate Next, referring to FIG. 3E, in the same manner as in Example 1, a metal is produced from the device laminated wafer 5BC with one electrode and the support substrate. Ga60 and the intermediate layer 20 were removed. Thus, a transparent semiconductor layer laminated wafer 6BC with one electrode and a supporting substrate was obtained.

6.半導体デバイスの作製方法
次に、図3(F)を参照して、一電極かつ支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6BCのGa層30aの主表面(N原子表面)に、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法により、n−電極90としてパターン化されたTi/Al電極(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAl層で構成される電極)を形成した。次いで、Ti/Al電極(n−電極90)を、大気圧窒素雰囲気下において500℃でアニールして、オーミック電極とした。次いで、このTi/Al電極(n−電極90)の上に、再びフォトリソグラフィ法と真空蒸着法により、Ti/Au層(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層)で構成されるパターン化されたパッド電極層を形成した。
6). Next, referring to FIG. 3F, a photolithography method and a vacuum are formed on the main surface (N atom surface) of the Ga layer 30a of the transparent semiconductor layer laminated wafer 6BC with one electrode and a supporting substrate. A patterned Ti / Al electrode (specifically, an electrode composed of a 20 nm thick Ti layer and a 300 nm thick Al layer) was formed by vapor deposition. Next, the Ti / Al electrode (n-electrode 90) was annealed at 500 ° C. in an atmospheric pressure nitrogen atmosphere to obtain an ohmic electrode. Next, a Ti / Au layer (specifically, a Ti layer having a thickness of 20 nm and an Au layer having a thickness of 300 nm are formed on the Ti / Al electrode (n-electrode 90) by photolithography and vacuum deposition again. ) To form a patterned pad electrode layer.

上記の工程により、LED(発光ダイオード)である半導体デバイス7が得られた。かかる半導体デバイスにおいて、以降は一般的な素子化工程(スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程)が適用できる。   The semiconductor device 7 which is LED (light emitting diode) was obtained by said process. In such semiconductor devices, general elementalization processes (processes such as scribe, break, die bond, and wire bond) can be applied thereafter.

(実施例3)
1.デバイス用積層支持基板までの作製工程
図1(A)〜(D)を参照して、実施例1と同様にして、デバイス用積層支持基板4を得た。
(Example 3)
1. Manufacturing Process Up to Device Multilayer Support Substrate With reference to FIGS. 1A to 1D, a device multilayer support substrate 4 was obtained in the same manner as in Example 1.

2.デバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板の貼り合わせ工程
次に、図4(A)を参照して、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40のp−GaN層47上の全面に、スパッタ法により、導電性接着層85aとして、厚さ200nmのITO(インジウムスズ酸化物)層、厚さ50nmのAg層、厚さ100nmのPt層、および厚さ300nmのAu層をこの順に積層された貼り合わせ用ITO/Ag/Pt/Auパッド電極層を形成した。
2. Step of bonding transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate to device multilayer support substrate Next, referring to FIG. 4A, on the p-GaN layer 47 of the transparent semiconductor layer 40 of the device multilayer support substrate 4 By sputtering, an ITO (indium tin oxide) layer having a thickness of 200 nm, an Ag layer having a thickness of 50 nm, a Pt layer having a thickness of 100 nm, and an Au layer having a thickness of 300 nm are formed on the entire surface by a sputtering method. An ITO / Ag / Pt / Au pad electrode layer for bonding laminated in order was formed.

また、主表面に貼り合わせ用Cr/Au/Inパッド電極層(導電性接着層85b)を形成した透明半導体層積層ウエハ支持基板70を準備した。透明半導体層積層ウエハ支持基板70としては、導電性支持基板であるB(ホウ素)をドープした比抵抗が1Ω・cm未満のp型導電性Si基板を用いた。   In addition, a transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 in which a Cr / Au / In pad electrode layer (conductive adhesive layer 85b) for bonding was formed on the main surface was prepared. As the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70, a p-type conductive Si substrate having a specific resistance of less than 1 Ω · cm doped with B (boron), which is a conductive support substrate, was used.

次いで、図4(A)〜(B)を参照して、デバイス用積層支持基板4に形成された貼り合わせ用パッド電極層(導電性接着層85a)のAu層と、透明半導体層積層ウエハ支持基板70に形成された貼り合わせ用パッド電極層(導電性接着層85b)のIn層と、を重ね合わせてウエハボンダを用いて200℃で1MPa(2インチウエハ当り約200kgf)の条件で加熱加圧して接合して貼り合わせた。こうして支持基板付のデバイス用積層支持基板4Cが得られた。   4A to 4B, the Au layer of the bonding pad electrode layer (conductive adhesive layer 85a) formed on the device laminated support substrate 4 and the transparent semiconductor layer laminated wafer support. The In layer of the bonding pad electrode layer (conductive adhesive layer 85b) formed on the substrate 70 is overlaid and heated and pressurized using a wafer bonder at 200 ° C. and 1 MPa (about 200 kgf per 2 inch wafer). And bonded together. Thus, a laminated support substrate 4C for devices with a support substrate was obtained.

3.支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図4(B)〜(C)を参照して、実施例1と同様にして、レーザパルス光を、支持基板付のデバイス用積層支持基板4CのGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)側から、中間層20の光熱変換層21で吸収され第1の透明層23で全反射されるように照射することにより、支持基板付のデバイス用積層支持基板4CからGa含有透明支持基板10を分離した。こうして、支持基板付のデバイス用積層ウエハ5Cが得られた。
3. Next, referring to FIGS. 4B to 4C, a laser pulse light is applied to a device laminated support substrate for a device with a support substrate, with reference to FIGS. Irradiation from the 4C GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) side so as to be absorbed by the photothermal conversion layer 21 of the intermediate layer 20 and totally reflected by the first transparent layer 23, thereby providing a device with a support substrate The Ga-containing transparent support substrate 10 was separated from the laminated support substrate 4C for use. Thus, a laminated wafer for devices 5C with a supporting substrate was obtained.

ここで、光熱変換層21で吸収されなかったレーザパルス光が第1の透明層23で全反射されたため、照射光が透明半導体層40を透過して接着層(導電性接着層85a,85b,85)、透明半導体層積層ウエハ支持基板70などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が抑制された。   Here, since the laser pulse light that has not been absorbed by the photothermal conversion layer 21 is totally reflected by the first transparent layer 23, the irradiation light passes through the transparent semiconductor layer 40 and passes through the adhesive layers (conductive adhesive layers 85 a, 85 b, 85), the absorption by the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70 or the like is suppressed, and the occurrence of damage to the transparent semiconductor layer 40 due to the heat generated by the light absorption is suppressed.

4.支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図4(D)を参照して、支持基板付のデバイス用積層ウエハ5Cから、実施例1と同様にして、金属Ga60および中間層20が分離除去した。こうして、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6Cが得られた。
4). Step of Producing Transparent Semiconductor Layer Laminated Wafer with Support Substrate Next, referring to FIG. 4D, from the device laminated wafer 5C with a support substrate, in the same manner as in Example 1, the metal Ga 60 and the intermediate layer 20 Separated and removed. Thus, a transparent semiconductor layer laminated wafer 6C with a support substrate was obtained.

5.半導体デバイスの作製工程
次に、図4(E)を参照して、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6Cのp型導電性Si基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板)上に、真空蒸着法により、p−電極80としてTi/Au電極(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層で構成されるパッド電極)を形成した。また、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6のGaN層30a上に、真空蒸着法およびリフトオフ法により、n−電極90としてTi/Al電極(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAl層で構成される電極)を形成した。p−電極80およびp−電極90と半導体層とのオーミック接合を取るために、これらの電極が形成された支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6Cを、窒素雰囲気中500℃でアニールした。こうして、LEDである半導体デバイス7が得られた。以降は一般的な素子化工程(スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程)が適用できる。
5. Next, referring to FIG. 4E, a vacuum deposition method is performed on a p-type conductive Si substrate (transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate) of a transparent semiconductor layer laminated wafer 6C with a supporting substrate. Thus, a Ti / Au electrode (specifically, a pad electrode composed of a 20 nm thick Ti layer and a 300 nm thick Au layer) was formed as the p-electrode 80. Further, on the GaN layer 30a of the transparent semiconductor layer laminated wafer 6 with the support substrate, a Ti / Al electrode (specifically, a Ti layer having a thickness of 20 nm and a thickness) is formed as an n-electrode 90 by a vacuum deposition method and a lift-off method. Electrode having a thickness of 300 nm). In order to obtain an ohmic junction between the p-electrode 80 and the p-electrode 90 and the semiconductor layer, the transparent semiconductor layer laminated wafer 6C with a supporting substrate on which these electrodes were formed was annealed at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere. Thus, a semiconductor device 7 which is an LED was obtained. Thereafter, a general element forming process (processes such as scribe, break, die bond, wire bond) can be applied.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 積層支持基板、2 積層貼り合わせ基板、3 エピ成長用積層支持基板、4,4A,4B,4BC,4C デバイス用積層支持基板、5,5A,5BC,5C デバイス用積層ウエハ、6,6A,6BC,6C 透明半導体層積層ウエハ、7 半導体デバイス、10 Ga含有透明支持基板、20,20a 中間層、21 光熱変換層、23,23a,23b 第1の透明層、25 第2の透明層、30 GaN基板、30a GaN層、30b 残部GaN基板、40 透明半導体層、41 GaNバッファ層、43 n−GaN層、45 発光層、47 p−GaN層、50 仮支持基板、51 接着剤、60 金属Ga、70 透明半導体層積層ウエハ支持基板、80 p−電極、85a,85b,85 導電性接着層、90 n−電極、100 レーザアニール装置、110 YAG−SHGパルスレーザ、120 ガルバノミラー、130 f−θレンズ、140 固定ミラー、150 光伝播角変換装置、160 ステージ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laminated support board | substrate, 2 Laminated laminated substrate, Laminated support board | substrate for epi-growth, Laminated support board | substrate for 4, 4A, 4B, 4BC, 4C device, Laminated wafer for 5, 5A, 5BC, 5C device, 6, 6A, 6BC, 6C transparent semiconductor layer laminated wafer, 7 semiconductor device, 10 Ga-containing transparent support substrate, 20, 20a intermediate layer, 21 photothermal conversion layer, 23, 23a, 23b first transparent layer, 25 second transparent layer, 30 GaN substrate, 30a GaN layer, 30b remaining GaN substrate, 40 transparent semiconductor layer, 41 GaN buffer layer, 43 n-GaN layer, 45 light emitting layer, 47 p-GaN layer, 50 temporary support substrate, 51 adhesive, 60 metal Ga , 70 Transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate, 80 p-electrode, 85a, 85b, 85 conductive adhesive layer, 90 n-electrode, 100 layer Zaaniru device 110 YAG-SHG pulse laser, 120 galvanomirror, 130 f-theta lens, 140 fixed mirror, 150 light propagation angle conversion device 160 stage.

Claims (15)

Ga含有透明支持基板上に光熱変換層と前記光熱変換層の前記Ga含有透明支持基板と反対側に接触して配置されている第1の透明層とを含む中間層を形成して積層支持基板を作製する工程と、
前記積層支持基板の前記中間層にGaN基板を貼り合わせて積層貼り合わせ基板を作製する工程と、
前記積層貼り合わせ基板の前記GaN基板を、前記中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離することにより、前記積層支持基板の前記中間層上にGaN層が形成されたエピ成長用積層支持基板を作製する工程と、
前記エピ成長用積層支持基板の前記GaN層上に少なくとも1層の透明半導体層をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板を作製する工程と、
前記デバイス用積層支持基板に、前記Ga含有透明支持基板および前記GaN層および前記透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ前記光熱変換層が吸収しうる波長の光を、前記第1の透明層で全反射するように照射して、前記Ga含有透明支持基板と前記中間層とを分離することにより、前記透明半導体層と前記GaN層と前記中間層とを含むデバイス用積層ウエハを作製する工程と、
前記デバイス用積層ウエハから前記中間層を除去して前記透明半導体層と前記GaN層とを含む透明半導体層積層ウエハを含む半導体デバイスを作製する工程と、を備える半導体デバイスの製造方法。
An intermediate layer including a light-to-heat conversion layer and a first transparent layer disposed in contact with the opposite side of the light-to-heat conversion layer from the Ga-containing transparent support substrate is formed on a Ga-containing transparent support substrate to form a laminated support substrate A step of producing
Bonding a GaN substrate to the intermediate layer of the laminated support substrate to produce a laminated laminated substrate;
Epi-growth in which a GaN layer is formed on the intermediate layer of the laminated support substrate by separating the GaN substrate of the laminated laminated substrate at a predetermined depth from the bonding surface with the intermediate layer Producing a laminated support substrate for use,
Producing a laminated support substrate for a device by epitaxially growing at least one transparent semiconductor layer on the GaN layer of the laminated support substrate for epi growth; and
The laminated support substrate for a device has a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer, and the photothermal conversion layer. The transparent semiconductor layer and the GaN layer are separated by separating the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer by irradiating light having a wavelength that can be absorbed so as to be totally reflected by the first transparent layer. Producing a laminated wafer for devices including the intermediate layer;
Removing the intermediate layer from the device laminated wafer to produce a semiconductor device including a transparent semiconductor layer laminated wafer including the transparent semiconductor layer and the GaN layer.
前記第1の透明層は,前記Ga含有透明支持基板よりも屈折率の低い材料で形成され、かつ、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の真空中における波長λ0、前記第1の透明層の屈折率n1を用いて、
前記第1の透明層の厚さd1が、d1>0.5×λ0/n1の関係を満たす請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。
The first transparent layer is formed of a material having a refractive index lower than that of the Ga-containing transparent support substrate, and the wavelength λ 0 of the light applied to the device multilayer support substrate in a vacuum, the first Using the refractive index n 1 of the transparent layer of
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness d 1 of the first transparent layer satisfies a relationship of d 1 > 0.5 × λ 0 / n 1 .
前記第1の透明層で全反射するように、前記デバイス用積層支持基板に前記光を照射するための手段として、光伝播角変換装置を用いる請求項1または請求項2に記載の半導体デバイスの製造方法。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a light propagation angle conversion device is used as means for irradiating the light onto the device multilayer support substrate so that the first transparent layer totally reflects the light. Production method. 前記光伝播角変換装置は、前記第1の透明層よりも屈折率が高い材料で形成されているプリズムである請求項3に記載の半導体デバイスの製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the light propagation angle conversion device is a prism formed of a material having a refractive index higher than that of the first transparent layer. 前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の前記Ga含有透明支持基板内における伝播角θSが、前記Ga含有透明支持基板の屈折率nS、前記第1の透明層の屈折率n1および前記プリズムの屈折率nPを用いて、
sin-1(n1/nS)<θS<sin-1(nP/nS
の関係を満たす請求項4に記載の半導体デバイスの製造方法。
Propagation angle theta S in the light of the Ga-containing transparent supporting substrate to be irradiated on the laminated backing substrate said device, said Ga refractive index n S-containing transparent support substrate, the refractive index n 1 of the first transparent layer And the refractive index n P of the prism,
sin −1 (n 1 / n S ) <θ S <sin −1 (n P / n S )
The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 4 which satisfy | fills these relationships.
前記中間層は、前記中間層の前記光熱変換層と前記Ga含有透明支持基板との間でかつ前記光熱変換層に接触して配置される第2の透明層をさらに含み、
前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の真空中における波長λ0、前記第2の透明層の屈折率n2を用いて、
前記第2の透明層の厚さd2が、d2<0.25λ0×n2の関係を満たす請求項5に記載の半導体デバイスの製造方法。
The intermediate layer further includes a second transparent layer disposed between the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate and in contact with the light-to-heat conversion layer,
Using the wavelength λ 0 of the light applied to the device multilayer support substrate in vacuum, and the refractive index n 2 of the second transparent layer,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a thickness d 2 of the second transparent layer satisfies a relationship of d 2 <0.25λ 0 × n 2 .
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に電極を形成する工程をさらに備え、
前記電極は、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
After the step of producing the device laminated support substrate and before the step of producing the device laminated wafer, further comprising the step of forming an electrode on the transparent semiconductor layer side of the device laminated support substrate,
The said electrode is a manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1-6 formed with the material which absorbs the said light irradiated to the said laminated support substrate for devices.
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に接着剤および接着層のいずれかを形成する工程をさらに備え、
前記接着剤および前記接着層のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
After the step of producing the laminated support substrate for devices and before the step of producing the laminated wafer for devices, either an adhesive or an adhesive layer is provided on the transparent semiconductor layer side of the laminated support substrate for devices. Further comprising the step of forming,
Either of the said adhesive agent and the said contact bonding layer is formed with the material which absorbs the said light irradiated to the said laminated support substrate for devices, The manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1-6 .
前記デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、前記デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、前記デバイス用積層支持基板の前記透明半導体層側に仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかを配置する工程をさらに備え、
前記仮支持基板および前記透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光を吸収する材料で形成される請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
After the step of manufacturing the laminated support substrate for devices and before the step of manufacturing the laminated wafer for devices, a temporary support substrate and a transparent semiconductor layer laminated wafer are provided on the transparent semiconductor layer side of the laminated support substrate for devices. Further comprising the step of arranging any of the support substrates,
Either the temporary support substrate or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate is formed of a material that absorbs the light applied to the device multilayer support substrate. Semiconductor device manufacturing method.
前記光を吸収するとは、前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光の波長における光吸収係数が1×103cm-1以上であることを意味する請求項1から請求項9のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。 The absorption of the light means that the light absorption coefficient at the wavelength of the light irradiated on the laminated support substrate for devices is 1 × 10 3 cm −1 or more. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記デバイス用積層支持基板に照射される前記光は、波長500nm以上600nm未満の光である請求項1から請求項10のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the light applied to the device multilayer support substrate is light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm. 前記デバイス用積層支持基板に前記光を照射して前記Ga含有透明支持基板と前記中間層とを分離する際に、前記Ga含有透明支持基板から前記Ga含有透明支持基板と前記中間層との界面に金属Gaが析出する請求項1から請求項11のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。   When separating the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer by irradiating the laminated support substrate for devices with the light, an interface between the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer from the Ga-containing transparent support substrate The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein metal Ga is deposited on the substrate. 前記中間層の前記光熱変換層は、アモルファスシリコン層である請求項1から請求項12のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the photothermal conversion layer of the intermediate layer is an amorphous silicon layer. 前記中間層の前記第1の透明層および前記第2の透明層は、それぞれ独立に酸化シリコン層もしくは窒化シリコン層である請求項6に記載の半導体デバイスの製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the first transparent layer and the second transparent layer of the intermediate layer are each independently a silicon oxide layer or a silicon nitride layer. 前記透明半導体層は、III族窒化物半導体層である請求項1から請求項14のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the transparent semiconductor layer is a group III nitride semiconductor layer.
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