JP2014521212A - 半導体基板及び形成する方法 - Google Patents

Abstract

電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法は、反応チャンバ内で連続成長プロセス中に基板上に複数の半導体層を形成することを含み、連続成長プロセス中に少なくとも１つの成長プロセスパラメータを変更することによって、連続成長プロセス中に基層とエピタキシャル層との間に剥離層が形成される。その方法は、複数の半導体層を基板から分離することも含む。

Description

以下の開示は、半導体基板を形成する方法に関し、詳細には、ＬＥＤ又はＬＤデバイスを形成する際に用いるための剥離層を含む基板に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ−Ｖ族材料、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）及び窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）などの三元化合物、さらには四元化合物（ＡｌＧａＩｎＮ）を含む半導体系化合物は、直接バンドギャップ半導体である。そのような材料は、短い波長を放出する大きな可能性を有し、それゆえ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、ＵＶ検出器及び高温電子デバイスの製造に使用するのに適していると認識されてきた。

しかしながら、そのような半導体材料の開発は、そのような材料を処理すること、特に、短い波長を放出する電子回路を製造するのに必要とされる、材料の高品質の単結晶形を形成することを取り巻く難題によって妨げられてきた。ＧａＮは、常圧においてその理論的な融解温度はその解離温度を超えているので、自然発生の化合物としては見いだされず、それゆえ、シリコン、ガリウムヒ素又はサファイアのように、溶融し、ボウル（ｂｏｕｌｅ）から引き上げられることはできない。代替形態として、工業界はエピタキシャル成長プロセスを用いてバルクＧａＮ結晶を形成することに向かっている。しかしながら、エピタキシャル手法には、欠陥が少ない適切な密度のバルクＧａＮ材料の形成を含んだ複数の問題が依然として残されている。

広範な欠陥（貫通転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）、積層欠陥（ｓｔａｃｋｉｎｇ ｆａｕｌｔ）及び逆位相境界（ａｎｔｉｐｈａｓｅ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ））があると、著しく性能が劣化し、結果として、デバイスの動作寿命が短くなる。より詳細には、転位は非発光中心として挙動し、それにより、これらの材料から作られた発光ダイオード及びレーザダイオードの発光効率を低下させる。また、これらの転位は暗電流も増加させる。貫通転位は高輝度の発光ダイオードの開発を妨げなかったが、転位は、高電子移動度トランジスタ、電界効果トランジスタ、及び他の電子デバイスなどのｐ−ｎ接合デバイスにおいて、過剰な逆バイアス漏れ電流を引き起こす。さらに、転位はキャリアに対する強い散乱中心として作用する可能性があり、電子及び正孔の移動度を減少させ、多くの半導体デバイスの性能を制限する。

一態様によれば、電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法は、反応チャンバ内で連続成長プロセス中に基板上に複数の半導体層を形成することを含み、連続成長プロセス中に少なくとも１つの成長プロセスパラメータを変更し、基板から複数の半導体層を分離することによって、連続成長プロセス中に基層とエピタキシャル層との間に剥離層が形成される。

別の態様によれば、ＩＩＩ−Ｖ族材料を形成する方法は、基板の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層を形成することと、基層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える剥離層を形成することであって、剥離層は基層内のドーパント濃度とは異なる量のドーパント濃度を含む、形成することと、基層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備えるエピタキシャル層を形成することとを含む。詳細には、そのプロセスは連続成長プロセスにおいて単一チャンバ内で実施される。

一態様によれば、電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法は、連続成長プロセスを実施して、基板上に複数の半導体層を形成することを含み、連続成長プロセスは、基板の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層を形成することと、ＩＩＩ−Ｖ族材料を連続的に成長させながら、少なくとも１つの成長プロセスパラメータを変更して、基層の上に重なる剥離層を形成することとを含み、剥離層は基層の組成とは異なる組成を有する。その方法は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を連続的に成長させ、少なくとも１つのプロセスパラメータを変更して、剥離層の上に重なるエピタキシャル層を形成することをさらに含み、エピタキシャル層は剥離層の組成とは異なる組成を有する。

さらに別の態様では、電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法は、反応チャンバ内で基板の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層を形成することであって、基層を堆積することは、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）プロセスを含む、形成することと、ＩＩＩ−Ｖ族材料を成長させ続け、反応チャンバ内に第１のドーパント材料を導入して、基層の上に重なる第１の剥離層を形成することとを含む。その方法は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を成長させ続け、反応チャンバからドーパントを除去して、剥離層の上に重なる第１のエピタキシャル層部分を形成することと、ＩＩＩ−Ｖ族材料を成長させ続け、反応チャンバ内に第２のドーパント材料を導入して、第１のエピタキシャル層部分の上に重なる第２の剥離層を形成することと、第１の剥離層上に突き当たる第１の波長の放射を用いて、第１の剥離層において基層から第１のエピタキシャル層部分を分離することとをさらに含む。

さらに別の態様では、半導体デバイスが、ＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層と、基層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１の剥離層と、第１の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１のエピタキシャル層部分とを含み、第１のエピタキシャル層部分は、第１のエピタキシャル層部分の上面において測定されるときに、約１×１０^５転位／ｃｍ^２から約１×１０^８転位／ｃｍ^２の間の範囲内の転位密度を有する。

別の態様によれば、半導体デバイスが、ＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層と、基層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１の剥離層と、第１の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１のエピタキシャル層部分と、第１のエピタキシャル層部分の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第２の剥離層と、第２の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第２のエピタキシャル層部分とを含む。

半導体デバイスが、ＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層と、基層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１の剥離層と、第１の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１のエピタキシャル層部分と、第１のエピタキシャル層部分の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第２の剥離層と、第２の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第２のエピタキシャル層部分とを含む。

本開示は、添付の図面を参照することによって、より良好に理解され、その数多くの特徴及び利点が当業者には明らかになり得る。

実施形態による、電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法を提供する流れ図である。 実施形態による、半導体基板形成プロセスの図である。 実施形態による、半導体基板形成プロセスの図である。 実施形態による、半導体基板形成プロセスの図である。 実施形態による、半導体基板形成プロセスの図である。 実施形態による、半導体デバイスの図である。

異なる図面において同じ参照記号を使用することは、類似又は同一の項目であることを示す。

以下の説明は包括的には基板材料に関し、詳細には、複数の半導体層を有する基板（すなわち、半導体基板）、及びそのような物品を形成する方法に関する。半導体基板は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む、ＩＩＩ−Ｖ族材料を含むことができる。ＩＩＩ−Ｖ族材料を参照することは、元素の周期表のＩＩＩ族からの少なくとも１つの元素と、元素の周期表のＶ族からの少なくとも１つの元素とを含む化合物を含むことは理解されるであろう。

図１は、実施形態による半導体基板材料を形成する方法を示す流れ図を含む。図示されるように、プロセスは、ステップ１０１において基板を用意することによって開始される。基板は、複数の層を支持するのに適した構造とすることができる。基板はさらに、半導体層のヘテロエピタキシャル成長を実施するのに適した構造及び表面を与えることができる。一実施形態によれば、基板は、無機材料とすることができる。幾つかの適切な無機材料には、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、オキシ炭化物、オキシホウ化物、オキシ窒化物、及びその組合せを含めることができる。場合によっては、基板はアルミナを含むことができ、より具体的には、単結晶アルミナ（すなわち、サファイア）を含む場合がある。一実施形態は、基本的にサファイアからなる基板を利用する。

そのプロセスは、ステップ１０３において、基板の上に重なるバッファ層を形成することによって継続する。図２Ａを手短に参照すると、実施形態による半導体基板２００が示される。とりわけ、半導体基板２００は、基板２０１と、基板２０１の上に重なるバッファ層２０３とを含むことができる。具体的には、バッファ層２０３は、基板２０１の上側主面の上に重なることができ、より具体的には、バッファ層２０３は、基板２０１の上側主面に直に接触することができる。

バッファ層２０３を形成することは、堆積プロセスを含むことができる。例えば、バッファ層２０３は、反応チャンバ内で基板２０１の上側主面上に堆積され得る。１つのプロセスによれば、その基板は反応チャンバ内に装填されることができ、反応チャンバ内に適切な環境を与えた後に、基板上にバッファ層が堆積され得る。一実施形態によれば、適切な堆積技法は、化学気相成長を含むことができる。特定の事例では、堆積プロセスは、金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）を含むことができる。

バッファ層２０３は複数の薄膜から形成されてもよい。例えば、図２Ａに示されるように、バッファ層２０３は、薄膜２０４と、薄膜２０６とを含むことができる。一実施形態によれば、薄膜のうちの少なくとも１つは、結晶材料を含むことができる。より具体的な事例では、薄膜２０４は、基板２０１の表面に直に接触することができ、シリコンを含むことができ、基本的にシリコンからなる場合がある。薄膜２０４は、基板２０１と、本明細書において説明されるような薄膜２０４の上に重なる半導体層との分離を容易にすることができる。

図２Ａに示されるように、薄膜２０６は薄膜２０４の上に重なることができ、より具体的には、薄膜２０４と直に接触することができる。薄膜２０６は、その上の層のエピタキシャル形成に適した結晶学的特徴を有することができる。とりわけ、一実施形態では、薄膜２０４は半導体材料を含むことができる。適切な半導体材料は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を含むことができる。１つの特定の事例では、薄膜２０６は窒化物材料を含むことができる。別の例では、薄膜２０６は、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及びその組合せを含むことができる。さらに、１つの特定の実施形態では、薄膜２０６は窒化アルミニウムを含むことができ、より具体的には、薄膜２０６は、基本的に窒化アルミニウムからなることができる。

従って、例示的な構造では、バッファ層２０３は、薄膜２０４がシリコンを含み、基板２０１の主面と直に接触しているように形成され得る。さらに、薄膜２０６は、薄膜２０４の或る表面と直に接触することができ、ＩＩＩ−Ｖ族材料を含む。

ステップ１０３においてバッファ層を形成した後に、そのプロセスはステップ１０５において、バッファ層２０３の上に重なる基層を形成することによって継続することができる。図２Ａを手短に参照すると、半導体基板２００は、バッファ層２０３の上に重なる基層２０５を含むことができる。具体的には、基層２０５は、バッファ層２０３の或る表面の上に重なるように形成され得、より具体的には、基層はバッファ層２０３の薄膜２０６と直に接触することができる。

一実施形態によれば、バッファ層２０３を適切に形成すると、基板２０１及びバッファ層２０３は反応チャンバ内に置かれ、エピタキシャル成長プロセスを実施することができる。連続成長プロセスは、チャンバから工作物（例えば、半導体基板）を取り出すことなく、単一のチャンバ内で実行されるプロセスを含むことができる。また、連続成長プロセスは、エピタキシャル成長プロセスなどの成長プロセスも含むことができ、そのプロセスでは、全ての層が互いにその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で形成され得るように、工作物を成長温度から著しく冷却することなく、一連の半導体層が形成され得る。連続成長プロセスはさらに、全ての半導体層が同じプロセス（例えば、水素化気相エピタキシー）を用いて、同じ温度範囲内で、すなわち、実質的に同じ成長温度において形成されるが、それらの半導体層が異なる特性を有することができる成長プロセスを含むことができる。例えば、半導体層の化学組成が互いに異なることができ、それにより、連続成長プロセス中に、一連の半導体層が形成されることができ、当接する層の化学組成は成長パラメータの変更を通して異なることができる。

実施形態によれば、連続成長プロセスは、エピタキシャル成長プロセスを利用することができる。より具体的には、その連続成長プロセスは、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）を含むことができる。したがって、基層２０５は、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）などのエピタキシャル成長プロセスを通して形成され得る。

１つの特定の事例では、基層２０５はＩＩＩ−Ｖ族材料から形成され得る。幾つかの適切なＩＩＩ−Ｖ族材料は窒化物材料を含むことができる。さらに、基層２０５は、ガリウムを含む場合がある。特定の事例では、基層２０５は窒化物ガリウム（ＧａＮ）を含む場合があり、より具体的には、基本的に窒化ガリウムからなることができる。

基層２０５を形成する特定の方法を行うことができる。例えば、種々の成長モードにおいて基層材料のエピタキシャル成長が実施され得る。例えば、一実施形態では、基層は最初に３次元（３Ｄ）成長モードにおいて成長したエピタキシャル層として形成される。３Ｄ成長モードは、複数の結晶学的方向に沿った基層２０５の材料の同時成長を含むことができる。そのような例では、３Ｄ成長プロセスにおける基層２０５の形成は、バッファ層２０３上の島機構の自発的形成を含むことができる。自発的に形成された島機構はバッファ層２０３上にランダムに位置決めされることができ、複数のファセットを有する種々のメサと、メサ間の谷部とを画定する。

その代わりに、又はそれに加えて、基層２０５を形成することは、２次元（２Ｄ）成長モードにおけるエピタキシャル成長を含むことができる。２Ｄ成長モードは、１つの結晶学的方向における材料の優先的成長と、他の結晶学的方向に沿った結晶材料の限られた成長とによって特徴付けられる。例えば、一実施形態では、２Ｄ成長モードにおけるＧａＮを含む基層２０５の形成は、ｃ面（０００１）におけるＧａＮの優先的成長を含み、それにより、基層材料の縦方向の成長は、横方向の成長よりも安定化され得る。

さらに、基層を形成することは、３Ｄ成長モード及び２Ｄ成長モードの組合せを組み込むことができる。例えば、基層２０５は最初に３Ｄ成長モードにおいて形成されることができ、島機構が不連続材料層としてバッファ層２０３上に自発的に形成される。３Ｄ成長モード後に、成長パラメータが変更され、２Ｄ成長モードに変更することができ、横方向成長よりも縦方向成長が加速される。３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに切り替えると、自発的に形成された島が均一な厚さの連続層に合体することができる。３Ｄ成長モードと２Ｄ成長モードとを組み合わせることにより、特定の転位密度など、所望の特性を有する基層の形成を容易にすることができる。

特定の成長パラメータは、成長温度、成長速度、気相反応物材料及び非反応物材料の圧力、反応雰囲気内の反応物材料と非反応物材料との比、成長チャンバ圧、並びにその組合せを含む。本明細書における反応物材料への参照は、アンモニアなど、窒素含有材料などの反応物材料を含む。他の反応物材料は、例えば、塩化ガリウムなどの金属ハロゲン化物成分を含む、ハロゲン化物相成分を含むことができる。非反応物材料は、例えば、希ガス、不活性ガスなどを含む、特定のタイプのガスを含むことができる。特定の事例では、非反応物材料は、窒素及び／又は水素などのガスを含むことができる。

３Ｄ成長モードにおける基層２０５の作製を含む基層２０５の形成中に、成長温度は少なくとも約７５０℃とすることができる。他の実施形態では、成長温度は、少なくとも約８００℃、少なくとも約８５０℃、少なくとも約８７５℃、少なくとも約９００℃、さらには少なくとも約９２５℃などとさらに高くすることができる。１つの形成方法によれば、基層２０５の形成中の成長温度は、１２００℃以下、例えば、約１１５０℃以下、約１１２５℃以下、約１０５０℃以下、さらには約１０００℃以下などとすることができる。成長温度は、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの間の範囲内に入ることができることは理解されるであろう。

特定のプロセスの場合、成長温度が変更され、３Ｄ成長モードと２Ｄ成長モードとの間の変更を容易にすることができる。例えば、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際に、その温度は、少なくとも約５℃、例えば、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約３５℃、さらには少なくとも約４０℃などと変更可能である。さらに他の実施形態では、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際に、成長温度は、約１００℃以下、例えば、約９０℃以下、約８０℃以下、約７０℃以下、さらには約６０℃以下などと変更可能である。成長温度の変化は、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際の成長温度の上昇を含み得る。成長温度の変更は、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの間の範囲内に入ることができることは理解されるであろう。

実施形態によれば、基層２０５を形成するプロセスは、少なくとも毎時５０ミクロンの成長速度で実施され得る。他の実施形態では、基層２０５の形成速度は、少なくとも毎時７５ミクロン、少なくとも毎時１００ミクロン、少なくとも毎時１５０ミクロン、少なくとも毎時２００ミクロン、さらには少なくとも毎時約２５０ミクロンなどとさらに速くすることができる。別の実施形態では、基層２０５を形成するプロセスは、毎時約１ｍｍ以下、例えば、毎時７５０ミクロン以下、毎時５００ミクロン以下、さらには毎時約３００ミクロン以下などの速度で実施され得る。基層を形成するプロセスは、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの間の範囲内の速度で実施され得ることは理解されるであろう。

特定のプロセスの場合、成長速度が変更され、３Ｄ成長モードと２Ｄ成長モードとの間の変更を容易にすることができる。例えば、３Ｄ成長から２Ｄ成長に変更する際に、少なくとも毎時約５ミクロンに成長速度を変更することができ、例えば、少なくとも毎時約５ミクロン（すなわち、ミクロン／ｈｒ）、例えば、少なくとも毎時約１０ミクロン、少なくとも毎時約１５ミクロン、少なくとも毎時約２０ミクロン、少なくとも毎時約４０ミクロン、少なくとも毎時約５０ミクロン、さらには少なくとも毎時約７５ミクロンなどと成長速度を変更することを含むことができる。さらに他の実施形態では、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際に、成長速度は、毎時約２００ミクロン以下、例えば、毎時約１７５ミクロン以下、毎時約１５０ミクロン以下、毎時約１２５ミクロン以下、さらには毎時約１００ミクロン以下などと変更可能である。

成長速度の変更は、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更するときに、成長速度を下げることとすることができることは理解されるであろう。成長速度の変化は、先に言及された最小値から最大値のいずれかの間の範囲内とすることができることは理解されるであろう。

他の実施形態によれば、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更するプロセスは、少なくとも２倍に成長速度を変更することによって引き起こされる場合がある。例えば、成長速度は、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際に少なくとも２分の１に下げられることができる。他の実施形態では、成長速度は、少なくとも約３分の１、少なくとも約４分の１、さらには少なくとも約５分の１に下げられてもよい。特定の事例では、成長速度の下げは、約８分の１以下、約７分の１以下、又は約６分の１以下である。

成長速度を変更する際に、先に特定された因子のうちの１つ又は複数が変更され得ることは理解されるであろう。例えば、成長温度が変更可能であるが、成長速度は安定した状態に保たれる。代替的には、成長速度が変更可能であるが、成長温度は保持される。さらに別の実施形態では、成長速度及び成長温度の両方が変更され、成長モードの変更を達成することができる。

基層２０５を適切に形成した後に、基層２０５の平均厚は約５ｍｍ以下とすることができる。他の実施形態では、基層２０５の平均厚は、約４ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、さらには約１．５ｍｍ以下などとさらに薄くすることできる。さらに、基層２０５は、少なくとも約０．１ｍｍ、少なくとも０．２ｍｍ、少なくとも０．５ｍｍ、少なくとも０．８ｍｍ、さらには少なくとも１ｍｍの平均厚を有するように形成され得ることは理解されるであろう。基層２０５は、例えば、０．１ｍｍから約５ｍｍの間の範囲内を含む、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの間の範囲内の平均厚を有することができることは理解されるであろう。

基層２０５は、特定の転位密度を有するように形成され得る。基層２０５の転位密度は、形成時に基層の上側表面において測定可能である。転位密度を測定する適切な方法は、室温において操作されるカソードルミネッセンス顕微鏡と、１０ＫｅＶ電子ビーム、スポットサイズ７０において、モノクロメータを用いない多色光検出とを使用することを含み、その機器は、ＪＥＯＬ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されるＳＥＭ ＪＳＭ−５５１０である。約１０^８ｃｍ^−２の転位密度測定値の場合、倍率は４０００Ｘであり、面積は通常７００μｍ^２である。約１０^６ｃｍ^−２の転位密度測定値の場合、倍率は通常５００〜１０００Ｘであり、面積は通常０．１ｍｍ^２である。

例えば、基層２０５は、基層２０５の上側表面において測定されるときに、約１×１０^８転位／ｃｍ^２以下の転位密度を有することができる。他の実施形態では、基層２０５の転位密度は、約１×１０^７転位／ｃｍ^２以下、約６×１０^６転位／ｃｍ^２以下、さらには約１×１０^６転位／ｃｍ^２以下などとさらに小さくすることができる。さらに、基層２０５は、少なくとも約１×１０^５転位／ｃｍ^２、例えば、少なくとも２×１０^５転位／ｃｍ^２、少なくとも３×１０^５転位／ｃｍ^２、さらには少なくとも５×１０^５転位／ｃｍ^２などの転位密度を有することができる。基層は、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの範囲内の転位密度を有することができることは理解されるであろう。

基層２０５は、特定の放射波長に対して特定の吸収係数を有するように形成され得る。例えば、可視スペクトル内の放射は、約３５０ナノメートルから約８００ナノメートルの間の波長を有する放射を含む。場合によっては、基層２０５は、約５０ｃｍ^−１以下の吸収係数を有することができる。他の実施形態では、基層２０５は、約２５ｃｍ^−１以下、例えば、約１５ｃｍ^−１以下、約１０ｃｍ^−１以下、さらには約５ｃｍ^−１以下などの吸収係数を有するように形成され得る。他の実施形態では、基層２０５は、可視スペクトル内の放射に対して、少なくとも約０．１ｃｍ^−１、例えば、少なくとも約０．２ｃｍ^−１、少なくとも約０．５ｃｍ^−１、少なくとも約１ｃｍ^−１、さらには少なくとも約２ｃｍ^−１などである吸収係数を有することができる。基層２０５は先に言及された最小値から最大値のいずれかの間の範囲内の吸収係数を有することができることは理解されるであろう。

ステップ１０５において基層を形成した後に、そのプロセスはステップ１０７において、基層の上に重なる剥離層を形成することによって継続することができる。図２Ａを手短に参照すると、半導体基板２００は、基層２０５の上に重なる剥離層２０７を含む。詳細には、剥離層２０７は、連続成長プロセスにおいて基層２０５とともにｉｎ−ｓｉｔｕで形成され得る。特定の実施形態によれば、剥離層２０７は、連続成長プロセス中に基層の上に重ねて形成され得る。とりわけ、剥離層２０７の形成は、基層２０５の形成中に用いられるエピタキシャル条件から剥離層２０７の形成中に用いられる成長プロセスパラメータへの変更を容易にする特定の成長プロセスパラメータを変更することによって促進され得る。成長温度、成長速度、気相反応物材料及び非反応物材料の圧力、反応雰囲気中の反応物材料と非反応物材料の比、成長チャンバ圧など、成長プロセスパラメータのうちの１つ又は組合せが変更され、剥離層２０７の形成を容易にすることができる。

特定の実施形態によれば、剥離層２０７の形成は、反応チャンバ内の気相反応物材料の濃度を、基層２０５を形成することから剥離層２０７を形成することへ変更することによって促進され得る。例えば、ドーパント材料など、特定の気相反応物材料が反応チャンバ内に導入され、剥離層２０７の形成を容易にすることができる。実施形態によれば、適切なドーパントは、Ｃ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｏ、Ｆｅ、Ｇｅ及びそれらの組合せなどの元素を含むことができる。

１つの特定の実施形態では、剥離層２０７の形成中に、２Ｄ成長モードが利用され得る。そのような事例では、Ｆｅ、Ｇｅ又はそれらの組合せなどのドーパント材料が成長チャンバ内に導入され、剥離層の形成を容易にすることができる。

別の実施形態によれば、剥離層は３Ｄ成長モードを用いて形成され得る。３Ｄ成長モードにおいて用いるのに適したドーパント材料はＯ、Ｇｅ及びそれらの組合せを含むことができる。

ドーパント材料は、特定のやり方で反応チャンバの中に導入され、例えば、吸収係数を含む、所望の特性を有する剥離層２０７の適切な形成を容易にすることができる。ドーパント材料は、少なくとも約０．００１、かつ約０．０１以下のドーパント／Ｇａ気相比で注入され得る。

ドーパント材料は特定の持続時間にわたって反応チャンバの中に導入され得る。例えば、ドーパントは少なくとも約１秒、かつ約５分以下の持続時間にわたって反応チャンバ内に存在することができる。

実施形態によれば、剥離層２０７は、特定の濃度のドーパント材料を有するように形成され得る。例えば、剥離層２０７内のドーパント濃度は、少なくとも約２ｘ１０^１８ｃｍ^−３、例えば、少なくとも約４ｘ１０^１８ｃｍ^−３、少なくとも約８ｘ１０^１８ｃｍ^−３、さらには少なくとも約１ｘ１０^１９ｃｍ^−３などとすることができる。さらに、剥離層２０７は、ドーパント濃度が、約１ｘ１０^２１ｃｍ^−３以下、例えば、約１ｘ１０^２０ｃｍ^−３以下、さらには約５ｘ１０^１９ｃｍ^−３以下などであるように形成され得る。剥離層２０７内のドーパント濃度は先に言及された最大値から最小値のいずれかの間の範囲内にすることができることは理解されるであろう。

剥離層は、ドーパント材料を含むＩＩＩ−Ｖ族材料を含むことができる。例えば、剥離層は窒化物材料を含むことができる。１つの事例では、剥離層はガリウムを含むことができ、より詳細には、窒化ガリウムを含むことができる。特定の実施形態では、剥離層は、基本的に窒化ガリウムからなるように形成される。基本的に窒化ガリウムからなることは、上記のドーパント材料の特定の濃度を可能にすることは理解されるであろう。

剥離層は、可視スペクトル内の波長を有する放射を含む、特定の波長の放射に対して特定の吸収係数を有するように形成され得る。剥離層２０７は、基層２０５よりも著しく多くの放射量を吸収するように、かつ剥離層２０７の吸収係数が基層２０５の吸収係数よりも著しく大きくなることができるように形成され得る。

剥離層は、可視スペクトル内の放射に対して、少なくとも８００ｃｍ^−１の吸収係数を有するように形成され得る。他の実施形態では、剥離層２０７の吸収係数は、少なくとも約１０００ｃｍ^−１、約２０００ｃｍ^−１、少なくとも約３０００ｃｍ^−１、さらには少なくとも約５０００ｃｍ^−１など、さらに大きくすることができる。さらに、剥離層２０７の吸収係数は、可視スペクトル内の放射に対して、約１０，０００ｃｍ^−１以下、例えば、約９，０００ｃｍ^−１以下、約８，０００ｃｍ^−１以下、さらには約７，０００ｃｍ^−１以下などとすることができる。剥離層２０７は、先に言及された最大値から最小値のいずれかの間の範囲内の吸収係数を有するように形成され得ることは理解されるであろう。

剥離層２０７は、特定の平均厚を有するように形成され得る。とりわけ、剥離層２０７の厚さは、基層２０５の平均厚よりも著しく薄くすることができる。例えば、剥離層は、約１００ミクロン以下、例えば、約８０ミクロン以下、約５０ミクロン以下、さらには約３０ミクロン以下などの平均厚を有することができる。他の実施形態では、剥離層は、少なくとも約１ミクロン、例えば、少なくとも約２ミクロン、少なくとも約３ミクロン、少なくとも約５ミクロン、さらには少なくとも約１０ミクロンなどの平均厚を有するように形成され得る。剥離層２０７は、先に言及された最大値から最小値のいずれかの間の範囲内の平均厚を有することができることは理解されるであろう。

実施形態によれば、剥離層２０７は、層の上面において測定されるときに特定の転位密度を有することができる。例えば、剥離層２０７の上面における転位密度は、基層２０５の上面における転位密度と実質的に同じとすることができる。例えば、剥離層は、約１ｘ１０^８転位／ｃｍ^２以下、例えば、約１ｘ１０^７転位／ｃｍ^２以下、さらには約１ｘ１０^６転位／ｃｍ^２以下などである転位密度を有することができる。他の実施形態では、剥離層は、少なくとも約１ｘ１０^５転位／ｃｍ^２、例えば、少なくとも約２ｘ１０^５転位／ｃｍ^２、さらには少なくとも約５ｘ１０^５転位／ｃｍ^２などである転位密度を有することができる。剥離層は、先に言及された最大値から最小値のいずれかの間の範囲内の転位密度を有することができることは理解されるであろう。

剥離層２０７は、成長プロセスによるが、基層２０５と実質的に同じ速度で成長することができる。とりわけ、成長速度は、基層２０５の形成から剥離層２０７の形成に移行する際に変更されないことが好ましい。例えば、剥離層２０７は、少なくとも毎時５０ミクロンの成長速度で形成され得る。他の実施形態では、剥離層２０７を形成する速度は、少なくとも毎時７５ミクロン、少なくとも毎時１００ミクロン、少なくとも毎時１５０ミクロン、少なくとも毎時２００ミクロン、さらには少なくとも毎時約２５０ミクロンなど、さらに速くすることができる。別の実施形態では、剥離層２０７は、毎時約１ｍｍ以下、例えば、毎時７５０ミクロン以下、毎時５００ミクロン以下、さらには毎時約３００ミクロン以下などの成長速度で形成され得る。剥離層を形成するプロセスは、先に言及された最大値から最小値のいずれかの間の範囲内の速度で実施可能であることは理解されるであろう。

ステップ１０７において剥離層を形成した後に、そのプロセスはステップ１０９において、剥離層の上に重なるエピタキシャル層を形成することによって継続することができる。図２Ａを手短に参照すると、エピタキシャル層２０９は、剥離層２０７上に形成されるように示される。特定の事例では、エピタキシャル層２０９は、剥離層２０７の上面と直に接触するように形成され得る。とりわけ、剥離層２０７は、エピタキシャル層２０９と基層２０５との間に配置され得る。

エピタキシャル層２０９を形成するプロセスは、本明細書において言及されたような１つ又は複数の成長モードを利用するエピタキシャル成長プロセスを含むことができる。例えば、エピタキシャル層２０９の形成は、３Ｄ成長モード、２Ｄ成長モード、又は３Ｄ成長モード及び２Ｄ成長モードの組合せを通して形成することを含むことができる。一実施形態では、エピタキシャル層２０９の形成は、２Ｄ成長モードにおいて完了される。

エピタキシャル層２０９の形成は、エピタキシャル層２０９が他の半導体層（例えば、基層２０５及び剥離層２０７）とともにｉｎ−ｓｉｔｕで形成されるように、連続成長プロセスによって実施可能である。とりわけ、その成長プロセスは継続的であり、剥離層２０７の形成からエピタキシャル層２０９の形成に移行する際に中断しないことが可能である。

一実施形態によれば、連続成長プロセスにおけるエピタキシャル層２０９の形成は、剥離層の形成中に用いられた条件から少なくとも１つの成長プロセスパラメータを変更することを含むことができる。すなわち、例えば、エピタキシャル層２０９の成長中に利用される１つ又は複数の成長プロセスパラメータは、剥離層２０７の形成中に用いられる１つ又は複数の成長プロセスパラメータとは異なることができる。

特定の事例では、エピタキシャル層２０９の形成中に、少なくとも１つの気相反応物の濃度は、剥離層２０７の成長中のその気相反応物の濃度と比べて変更してもよい。詳細には、その変更は、剥離層２０７の形成中に反応チャンバ内に存在するドーパント材料の濃度に比べて、エピタキシャル層２０９の形成中に反応チャンバ内に存在するドーパント材料の濃度を下げることを含むことができる。したがって、エピタキシャル層２０９は、剥離層２０７の組成とは異なる組成を有することができる。とりわけ、組成の差は、少なくとも、剥離層２０７とエピタキシャル層２０９との間の例えばドーパント材料など、少なくとも１つの元素量の差によって特徴付けられることができる。

実施形態によれば、エピタキシャル層２０９は、約５ｘ１０^１９ｃｍ^−３未満であるドーパント濃度を有することができる。別の実施形態では、エピタキシャル層２０９内のドーパント濃度は、約２ｘ１０^１９ｃｍ^−３以下、約１ｘ１０^１９ｃｍ^−３以下、約１ｘ１０^１８ｃｍ^−３以下、約８ｘ１０^１７ｃｍ^−３以下、さらには約５ｘ１０^１７ｃｍ^−３以下など、さらに低くすることができる。基層２０５及びエピタキシャル層２０９内のドーパント濃度は実質的に同じにすることができ、より詳細には、剥離層２０７内のドーパント濃度よりも著しく低くすることができることは理解されるであろう。

実施形態によれば、エピタキシャル層２０９は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を含むことができる。特定の事例では、エピタキシャル層は窒化物材料を含むことができる。さらに別の実施形態では、エピタキシャル層はガリウムを含むことができ、より詳細には、窒化ガリウムを含むことができる。特定のエピタキシャル層は基本的に窒化ガリウムからなることができる。

実施形態によれば、エピタキシャル層２０９は、剥離層２０７と実質的に同じ速度で成長することができる。さらに、特定の実施形態では、エピタキシャル層２０９は、基層２０５と同じ成長速度で形成され得る。

エピタキシャル層２０９は、剥離層２０７の平均厚よりも著しく厚い平均厚を有するように形成され得る。例えば、エピタキシャル層２０９は、少なくとも約５ミクロンの平均厚を有するように形成され得る。他の実施形態では、平均厚は、少なくとも約１０ミクロン、少なくとも約１５ミクロン、少なくとも約２０ミクロン、少なくとも約２５ミクロン、少なくとも約４０ミクロン、少なくとも約５０ミクロン、さらには少なくとも約１００ミクロンなど、さらに厚くすることができる。さらに、エピタキシャル層２０９は、約５００ミクロン以下、例えば、約４００ミクロン以下、さらには約３００ミクロン以下などである平均厚を有するように形成され得る。エピタキシャル層２０９は、先に言及された最大値から最小値のいずれかの間の範囲内の平均厚を有することができることは理解されるであろう。

エピタキシャル層２０９は、上面における測定されるときに、特定の転位密度を有するように形成され得る。特定の実施形態では、エピタキシャル層２０９は、剥離層２０７の転位密度未満である転位密度を有するように形成され得る。さらに、一実施形態では、エピタキシャル層２０９は、約１ｘ１０^８転位／ｃｍ^２以下、例えば、約１ｘ１０^７転位／ｃｍ^２以下、さらには約１ｘ１０^６転位／ｃｍ^２以下などである転位密度を有することができる。他の実施形態では、エピタキシャル層２０９は、少なくとも約１ｘ１０^５転位／ｃｍ^２、例えば、少なくとも約２ｘ１０^５転位／ｃｍ^２、さらには少なくとも約５ｘ１０^５転位／ｃｍ^２などである転位密度を有することができる。エピタキシャル層２０９は、先に言及された最大値から最小値のいずれかの間の範囲内の転位密度を有することができることは理解されるであろう。

エピタキシャル層２０９は、特定の吸収係数を有するように形成され得る。とりわけ、エピタキシャル層２０９は、可視スペクトル内の放射に関して、剥離層２０７の吸収係数よりも著しく低い吸収係数を有することができる。エピタキシャル層２０９はさらに、可視スペクトル内の放射に関して基層２０５の吸収係数に実質的に類似の吸収係数を有することができる。実施形態によれば、エピタキシャル層は、約５０ｃｍ^−１以下の吸収係数を有することができる。他の実施形態では、エピタキシャル層２０９は、約２５ｃｍ^−１以下、例えば、約１５ｃｍ^−１以下、約１０ｃｍ^−１以下、さらには約５ｃｍ^−１以下などの吸収係数を有することができる。他の実施形態では、エピタキシャル層２０９は、可視スペクトル内の放射に対して、少なくとも約０．１ｃｍ^−１、例えば、少なくとも約０．２ｃｍ^−１、少なくとも約０．５ｃｍ^−１、少なくとも約１ｃｍ^−１、さらには少なくとも約２ｃｍ^−１などである吸収係数を有することができる。エピタキシャル層２０９は先に言及された最小値から最大値のいずれかの間の範囲内の吸収係数を有することができることは理解されるであろう。

例えば、基層２０５、剥離層２０７及びエピタキシャル層２０９を含む、半導体層の形成のプロセス中に、基板２０１は複数の半導体層から分離され得る。その分離は、バッファ層２０３の一部、特にバッファ層２０３内の膜の解離によって促進され得る。一実施形態によれば、バッファ層２０３は、シリコンなどの膜を含むことができ、連続成長プロセス中に利用される高温において、その膜が熱によって解離される。熱解離は基板２０１と複数の半導体層との間の分離を容易にする。したがって、連続成長プロセスの完了時に、基層２０５、剥離層２０７及びエピタキシャル層２０９は、基板２０１から完全に除去され得る。

図２Ｂを参照すると、基層２０５と、剥離層２０７と、エピタキシャル層２０９とを含む複数の半導体層を有する半導体基板２５０が示される。半導体基板を形成し、連続成長プロセスを通して形成された複数の半導体層２２５から基板２０１を剥離した後に、半導体基板２５０はさらに処理され得る。１つのそのようなプロセスは半導体基板２５０を研削し、半導体層２２５の全厚を薄くし、その上に電子デバイスを形成するために表面の品質を改善することを含むことができる。

図２Ｃを参照すると、その上に形成された電子デバイスを含む半導体基板の断面図が示される。半導体基板２７５は、基層２０５、剥離層２０７及びエピタキシャル層２０９を含む、複数の半導体層を有することができる。さらに、半導体基板２７５は、エピタキシャル層２０９の上面上に形成された電子デバイス層２１１を含むことができる。電子デバイス層２１１は、既知の技法を通して形成され得る、光電子デバイス（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオード（ＬＤ））などのデバイスを含むことができる。

電子デバイス層２１１を適切に形成した後に、分離プロセスが着手され得る。分離は、電子デバイス層２１１から、半導体基板の層のうちの少なくとも１つを剥離することを含むことができる。図２Ｄは、電子デバイス層を有し、実施形態による分離プロセスを受けている半導体基板の断面図を含む。

分離プロセスは、複数の半導体層間の分離、とりわけ、剥離層における基層２０５とエピタキシャル層２０９との間の分離を含むことができる。分離プロセス中に、スペクトルの可視領域内の波長など、特定の波長の放射２２０が剥離層２０７に突き当たる。図２Ｄは基層２０５を通して放射を誘導することを示すが、代替的には、放射はエピタキシャル層２０９を通して誘導される場合もあることは理解されるであろう。剥離層２０７は基層２０５及びエピタキシャル層２０９の吸収係数よりも著しく大きい吸収係数を有し、突き当たる放射が剥離層２０７において優先的に吸収されるようにし、それにより、剥離層２０７の化学的性質が変化し、基層２０５とエピタキシャル層２０９との間の分離を容易にする。一実施形態では、放射は剥離層２０７の解離を引き起こすことができる。

剥離層２０７において複数の半導体層を分離した後に、エピタキシャル層２０９、電子デバイス層２１１及び支持層２１３を含む半導体デバイス２９５は、さらに処理して市販のデバイスにするのに適している。基層２０５は、半導体デバイス２９５から分離され、バルク半導体基板又はシード材料として適切な製造業者によって再生され、再利用可能である。

図３は、一実施形態による半導体基板の断面図を示す。半導体基板３００は基板２０１と、基板の上に重なる膜２０４及び２０６を有するバッファ層２０３と、バッファ層２０３の上に重なる複数の半導体層３２５とを含む。基板２０１及びバッファ層２０３は、本明細書において複数の実施形態において説明されたものと同じ特徴を有することができる。

半導体層３２５は、連続成長プロセスに従って形成されることができ、堆積又はエピタキシープロセスを中断することなく、各層が互いの上に連続的に成長する。とりわけ、複数の半導体層３２５の各層はＨＶＰＥを用いて形成され得る。

半導体基板３００は基層３０５を含むことができ、基層はバッファ層２０３上に最初に形成され、本明細書の実施形態において記述される基層と同じ特徴を有することができる。

半導体基板３００を形成するプロセスは、半導体材料を連続的に成長させて、基層３０５上に第１の剥離層３０７を形成することを含む。第１の剥離層３０７は本明細書の実施形態において記述される任意の剥離層と同じ特徴を有することができる。

とりわけ、連続成長プロセス中の第１の剥離層３０７の形成は、基層３０５を形成するために用いられた成長パラメータのうちの少なくとも１つを変更することを含むことができる。１つの特定の事例では、第１の剥離層３０７の形成は、反応チャンバ内に第１のドーパント材料を導入することを含むことができ、第１の剥離層３０７は、半導体基板３００内の基層３０５及び他の包囲する層と比べて特有の組成を有するようになる。第１の剥離層３０７は、特定の波長の放射に対して特定の吸収係数を有することができる。

半導体基板３００を形成するプロセスは、半導体材料を連続的に成長させて、第１の剥離層３０７上に第１のエピタキシャル層３０９を形成することを含む。第１のエピタキシャル層３０９はＩＩＩ−Ｖ族材料などの半導体材料を含むことができる。第１のエピタキシャル層３０９は、本明細書の実施形態において記述される任意のエピタキシャル層と同じ特徴を有することができる。

とりわけ、連続成長プロセス中の第１のエピタキシャル層３０９の形成は、第１の剥離層３０７を形成するために用いられた成長パラメータのうちの少なくとも１つを変更することを含むことができる。１つの特定の事例では、第１のエピタキシャル層３０９の形成は、反応チャンバからドーパント材料を除去することを含む。したがって、第１のエピタキシャル層３０９及び第１の剥離層３０７は異なる組成を有することができ、とりわけ、少なくともドーパント材料の濃度の差を含む。さらに、場合によっては、第１のエピタキシャル層３０９は、第１の剥離層３０７の平均厚よりも著しく厚い平均厚を有することができる。

半導体基板３００を形成するプロセスは、半導体材料を連続的に成長させて、第１のエピタキシャル層３０９上に第２の剥離層３１１を形成することを含み、第１のエピタキシャル層は第１の剥離層３０７と第２の剥離層３１１との間に配置される。第２の剥離層３１１は、ＩＩＩ−Ｖ族材料などの半導体材料を含むことができる。第２の剥離層３１１は、本明細書の実施形態において記述される任意の剥離層と同じ特徴を有することができる。

とりわけ、連続成長プロセス中の第２の剥離層３１１の形成は、第１のエピタキシャル層を形成するために用いられた成長パラメータのうちの少なくとも１つを変更することを含むことができる。１つの特定の事例では、第２の剥離層３１１の形成は、反応チャンバ内に第２のドーパント材料を導入することを含むことができ、第２の剥離層３１１は、基層３０５、第１の剥離層３０７及び／又は第１のエピタキシャル層３０９と比べて特有の組成を有することができる。

半導体基板３００を形成するプロセスは、半導体材料を連続的に成長させて、第２の剥離層３１１上に第２のエピタキシャル層３１３を形成することを含む。したがって、第２の剥離層３１１は、第１のエピタキシャル層３０９と第２のエピタキシャル層３１３との間に配置され得る。第２のエピタキシャル層３１３はＩＩＩ−Ｖ族材料などの半導体材料を含むことができる。第２のエピタキシャル層３１３は、本明細書の実施形態において記述される任意のエピタキシャル層と同じ特徴を有することができる。

とりわけ、連続成長プロセス中の第２のエピタキシャル層３１３の形成は、第２の剥離層３１１を形成するために用いられた成長パラメータのうちの少なくとも１つを変更することを含むことができる。１つの特定の事例では、第２のエピタキシャル層３１３の形成は、反応チャンバからドーパント材料を除去することを含む。したがって、第２のエピタキシャル層３１３及び第２の剥離層３１１は異なる組成を有することができ、とりわけ、少なくともドーパント材料の濃度の差を含む。

第１の剥離層３０７及び第２の剥離層３１１を参照すると、第２のドーパント材料は、第１の剥離層内に存在する第１のドーパント材料と同じ元素又は組成にすることができる。代替的には、場合によっては、第２のドーパント材料は第１のドーパント材料と異なることができ、第１の剥離層３０７及び第２の剥離層３１１が異なる組成を有することができる。例えば、第１のドーパント材料は第１の元素を含むことができ、第２のドーパント材料は、第１のドーパント材料の第１の元素とは異なる第２の元素を含むことができる。

さらに、第１の剥離層３０７及び第２の剥離層３１１は互いに対して異なる濃度のドーパント材料を有することができ、それにより、特定の波長の放射に対して第１の剥離層３０７と第２の剥離層３１１との間で吸収特性に差をつけるのを容易にすることができる。例えば、第１の剥離層３０７は第１のドーパント濃度を有することができ、第２の剥離層３１１は第２のドーパント濃度を有することができ、第１のドーパント濃度は第２のドーパント濃度とは異なる。

さらに、第１の剥離層３０７及び第２の剥離層３１１は互いに対して異なる厚さを有することができ、それにより、特定の波長の放射に対して第１の剥離層３０７と第２の剥離層３１１との間で吸収特性に差をつけるのを容易にすることができる。例えば、１つの事例では、第１の剥離層３０７は第２の剥離層３１１の厚さよりも厚い厚さを有することができる。代替的には、第１の剥離層３０７は、第２の剥離層３１１の厚さよりも薄い厚さを有することができる。

第１の剥離層３０７及び第２の剥離層３１１は、特定の波長の放射に対して互いに異なる吸収係数を有することができる。例えば、第１の剥離層３０７は、第１の波長の放射の５０％よりも多くの量を第１の剥離層に吸収させる吸収係数を有することができ、一方、第２の剥離層３１１は、第１の波長の放射の実質的に全てを第２の剥離層に透過させる吸収係数を有することができる。その代わりに、又はそれに加えて、第２の剥離層３１１は、第２の波長の放射の５０％よりも多くの量を第２の剥離層に吸収させる吸収係数を有することができ、一方、第１の剥離層３０７は、第２の波長の実質的に全てを第１の剥離層に透過させる吸収係数を有することができる。

第１の剥離層３０７及び第２の剥離層３１１の選択的な吸収特性は、選択された放射波長に基づいて半導体基板３００を選択的に分離するのを容易にする。例えば、第１の放射波長を選択し、第１の放射波長が第１の剥離層３０７に突き当たることによって、第１のエピタキシャル層３０９及び／又は他の半導体層３２５（すなわち、第２の剥離層３１１及び第２のエピタキシャル層３１３）から基層３０５を分離するのを容易にすることができる。第２の放射波長を選択し、第２の放射波長が第２の剥離層３１１に突き当たることによって、第１のエピタキシャル層３０９及び／又は他の半導体層３２５（すなわち、基層３０５及び第１の剥離層）から第２のエピタキシャル層３１３を分離するのを容易にすることができる。

半導体基板３００の選択的吸収特性は、デバイスの形成の準備が整っている複数の基板を作製するのを容易にすることもできる。すなわち、半導体基板３００の第１のエピタキシャル層３１１及び第２のエピタキシャル層３１３は選択的に分離されることができ、デバイス作製の準備が整った基板として電子デバイスの製造業者に提供され得る。２つの剥離層のみが示されるが、本明細書において開示された連続成長方法を用いて、さらに多くの剥離層が半導体基板内に効率的に形成され得ることは理解されるであろう。

本明細書の実施形態による半導体基板の形成は、必ずしも真性マスクを作製することなく、溝切り若しくは粗面化により基板の表面を変更することなく、又はエッチング技法を利用することなく達成される場合があることも理解されるであろう。

サファイア基板上にＭＯＶＰＥによって２つの部分バッファ層を最初に成長させることによって、一実施形態によるサンプルが形成される。バッファ層はサファイア基板上に直に存在する第１のシリコン層と、その後にエピタキシャル成長するＡｌＮとを含む。ＭＯＶＰＥ反応器内にサファイア基板を装填した後に、サファイア基板は、シリコン膜を成長させる前に、Ｎ_２下でアニールされなければならない。好ましくは、その温度は８７０℃である。１００ｔｏｒｒにおけるＮ_２雰囲気内でのシランの熱分解から、約０．４ミクロンの厚みまでのシリコン成長が形成される。

温度は約１１４０℃まで上げられ、成長蒸気は７０ｔｏｒｒにおいて純粋なＮ_２のままである。最初にＮＨ_３が反応チャンバ内に導入され、その後、ＴＭＡｌ有機金属材料が導入され、シリコン上にＡｌＮ層を形成し始める。約２０分の成長後に、Ｓｉ層の上に０．２μｍ厚のＡｌＮ層が堆積され、バッファ層を形成する。

ＨＶＰＥによってＡｌＮ層上にＧａＮを成長させることによって初期の基層の製造が開始される。成長は、約１５０μｍ／ｈの成長速度で９５０℃において実施される３Ｄ成長モードにおいて開始される。成長チャンバ内の圧力は約２００ｔｏｒｒであり、Ｖ／ＩＩＩ比は約１０である。

３Ｄ成長モードにおけるＧａＮ成長を十分に形成した後に、約９５０℃の一定の低温において３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードへの移行が達成され、成長チャンバ内のＧａＣｌ部分蒸気圧を減圧することによって、成長速度は５分の１〜６分の１減速される。成長チャンバ内の全圧は一定に保たれる。

成長モードは、以下のシーケンスを用いて約１ｍｍ厚の基層が形成されるように交互に行われる：３５０μｍ３Ｄ＋５０μｍ２Ｄ＋３５０μｍ３Ｄ＋５０μｍ２Ｄ＋２００μｍ３Ｄ。

剥離層が、下層のＧａＮ層の成長を全く中断することなく形成され得る。剥離層の成長は、ＨＶＰＥプロセスを用いる連続成長プロセスにおいて形成され、ＧａＮ基層を形成するために同じ２Ｄ ＨＶＰＥ成長パラメータを用いて２Ｄ成長モードにおいてＧａＮ基層を形成する。剥離層の形成中に、ドーパントＧｅが注入される。ドーパント材料は、約１秒から約５分の持続時間にわたって、少なくとも約０．００１から約０．０１のドーパント／Ｇａの気相比において反応チャンバ内に注入され得る。剥離層２０７内のドーパントの濃度は、約２ｘ１０^１８ｃｍ^−３から１ｘ１０^２１ｃｍ^−３の間の範囲内にある。剥離層は、可視スペクトル内の放射に対して、約５００ｃｍ^−１から１０，０００ｃｍ^−１の吸収係数を有するように成長する。剥離層は約１０μｍの厚さを有する。

剥離層を形成した後に、ＧａＮのエピタキシャル層が、基層及び剥離層を形成するために用いられた成長プロセスを中断することなく、ＨＶＰＥによって形成され得る。エピタキシャル層は、３Ｄ成長モード及び２Ｄ成長モードを少なくとも一度交互に使用することを含む、ＧａＮ基層を成長させるために用いられたのと同じパラメータを用いて形成される。エピタキシャル層は、約１００μｍの厚さを有するように形成される。

本明細書における実施形態は、最新技術からの脱却を表す。特定のバルクＧａＮ基板が、放射に対して高感度の層を組み込むように形成されたが（例えば、米国特許出願公開第２０１０／０２１９５０５号）、そのような参考文献は、連続成長プロセス中に剥離層を埋め込むことに関連付けられる難題に対処しない。本出願は複数の層を含む複合半導体基板を形成するための連続成長プロセスを開示し、各層は連続成長プロセス中に形成され、特有の特性を有する。さらに、本明細書の実施形態の連続成長プロセスは、正確に形成され、位置決めされた剥離層を有する半導体基板の形成を容易にし、半導体基板の特定の部分のさらなる処理及び再利用を容易にする。半導体基板を形成する従来技術の方法は、連続成長プロセス中に複数の層を適切に形成し、位置決めするという難題に全く対処しない。本明細書の実施形態の連続成長プロセスは、成長速度、反応物材料の比、非反応物材料の比、成長モード、成長温度、成長圧及び材料組成を含む、成長パラメータの特定の組合せを利用する。実施形態において開示される特定の連続成長プロセスは、限定はしないが、特定の層組成、層の平均厚、転位密度、吸収係数及びドーパント濃度を含む、複数の特徴の組合せを有する半導体基板の形成を容易にする。

上記の説明において、具体的な実施形態、及び特定の構成要素の接続を参照するのは例示である。結合又は接続されるような構成要素を参照することは、本明細書において論じられるような方法を実行するために理解されるような、構成要素間の直接接続、又は１つ又は複数の介在する構成要素を通しての間接接続を開示することを意図することは理解されるであろう。したがって、先に開示された発明内容は例示と見なされるべきであり、限定するものと見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に入る、全てのそのような変更形態、改善形態、及び他の実施形態を包含することを意図している。したがって、法律によって許される最大限の範囲で、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の最も広い容認可能な解釈によって決定されるべきであり、これまでの詳細な説明によって限定又は制限されるべきでない。

要約書及び開示は特許法に準拠するために提供されており、特許請求の範囲又は請求項の意味を解釈又は制限するために用いられないという了解の下で提示される。さらに、これまでの詳細な説明において、本開示を簡素化する目的で、種々の特徴は群にまとめられる場合があるか、又は単一の実施形態において説明される場合がある。本開示は、特許請求される実施形態が各請求項において明記される特徴よりも多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明内容は、開示される実施形態のいずれかの実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴に向けられる場合がある。添付の特許請求の範囲は詳細な説明に組み込まれており、各請求項はそのままで別々に特許請求される発明内容を規定するものとして有効である。

Claims (48)

1. 電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法であって、
   反応チャンバ内で連続成長プロセス中に基板上に複数の半導体層を形成することであって、前記連続成長プロセス中に少なくとも１つの成長プロセスパラメータを変更することによって、前記連続成長プロセス中に基層とエピタキシャル層との間に剥離層が形成される、形成することと、
   前記基板から前記複数の半導体層を分離することと
   を含む、方法。
2. 前記連続成長プロセスは水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）プロセスを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記基板は無機材料を備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記基層は窒化ガリウムを備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記基層は約５ｍｍ以下の平均厚を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記基層は可視スペクトル内の放射に対して約５０ｃｍ^−１以下の吸収係数を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記基層は可視スペクトル内の放射に対して少なくとも約０．１ｃｍ^−１の吸収係数を含む、請求項１に記載の方法。
8. 形成することは、少なくとも約５０ミクロン／ｈｒの速度で基層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 形成することは、３次元成長モードにおいて前記基層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記成長プロセスパラメータは、成長温度、成長速度、気相反応物材料及び非反応物材料の圧力、気相反応物材料及び非反応物材料の温度、反応雰囲気内の反応物材料及び非反応物材料の比、成長チャンバ圧、並びにそれらの組合せを含むパラメータ群から選択される、請求項１に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの成長プロセスパラメータを変更することは、気相反応物材料の濃度を変更することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 気相反応物材料の濃度を変更することは、前記剥離層の形成中に、前記基層の形成中の元素の濃度と比べて、前記反応チャンバ内の前記元素の濃度を高めることを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記元素はＦｅ、Ｏ、Ｇｅ及びその組合せからなるグループから選択されたドーパントである、請求項１２に記載の方法。
14. 前記剥離層は少なくとも約２ｘ１０^１８ｃｍ^−３のドーパント濃度を含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記剥離層は約１ｘ１０^２１ｃｍ^−３以下のドーパント濃度を含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記剥離層は可視スペクトル内の放射に対して少なくとも約５００ｃｍ^−１の吸収係数を含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記剥離層は可視スペクトル内の放射に対して約１００００ｃｍ^−１以下の吸収係数を含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記剥離層は約１００ミクロン以下の平均厚を含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記剥離層は少なくとも約１ミクロンの平均厚を含む、請求項１に記載の方法。
20. 前記剥離層は前記基層を成長させるための速度と実質的に同じ速度において成長する、請求項１に記載の方法。
21. 前記剥離層は窒化ガリウムを備える、請求項１に記載の方法。
22. 前記エピタキシャル層は窒化ガリウムを備える、請求項１に記載の方法。
23. 前記エピタキシャル層は前記剥離層と実質的に同じ速度において成長する、請求項１に記載の方法。
24. 前記エピタキシャル層は前記剥離層の成長速度よりも遅い速度で成長する、請求項１に記載の方法。
25. 前記エピタキシャル層は前記剥離層の平均厚より厚い平均厚を含む、請求項１に記載の方法。
26. 前記エピタキシャル層は、可視スペクトル内の放射に対して前記剥離層の吸収係数よりも低い吸収係数を含む、請求項１に記載の方法。
27. 形成することは、前記剥離層の成長の場合の前記プロセスパラメータと比べて、前記エピタキシャル層の成長中に前記成長プロセスパラメータのうちの少なくとも１つを変更することを含む、請求項１に記載の方法。
28. 分離することは、前記連続成長プロセス中に実施される、請求項１に記載の方法。
29. 前記基板から前記複数の半導体層を分離することは、成長温度において完了される、請求項２８に記載の方法。
30. 前記基板から前記複数の半導体層を分離することは、前記連続成長プロセス中に前記基板と前記半導体層との間のバッファ層の少なくとも一部の熱分解を含む、請求項２８に記載の方法。
31. 前記剥離層において前記複数の半導体層を分離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
32. 分離することは、放射によって前記剥離層の一部を分解することを含む、請求項３１に記載の方法。
33. 分離することは、前記エピタキシャル層又は前記基層の少なくとも１つを通して放射を誘導することと、前記放射を前記剥離層に突き当てることとを含む、請求項３１に記載の方法。
34. 前記剥離層は第１の剥離層であり、前記方法は前記第１の剥離層とは別の第２の剥離層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
35. 前記エピタキシャル層の一部が前記第１の剥離層と前記第２の剥離層との間に配置される、請求項３４に記載の方法。
36. 前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層は放射の特定の波長に対して異なる吸収係数を含む、請求項３４に記載の方法。
37. 分離することは、前記基層を通して放射を誘導することと、前記放射を前記第１の剥離層に突き当てることと、前記エピタキシャル層及び前記第２の剥離を分離することとを含む、請求項３４に記載の方法。
38. 前記第２の剥離層から前記エピタキシャル層を分離することをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
39. 前記エピタキシャル層を前記第２の剥離層から分離することは、前記基層を通して放射を誘導することと、前記放射を前記第１の剥離層に突き当てることと、前記エピタキシャル層の一部及び前記第１の剥離層から前記エピタキシャル層の一部及び前記第２の剥離層を分離することとを含む、請求項３８に記載の方法。
40. 電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法であって、
    連続成長プロセスを実施して、基板上に複数の半導体層を形成することを含み、前記連続成長プロセスは、
    前記基板の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層を形成することと、
    前記ＩＩＩ−Ｖ族材料を連続的に成長させながら、少なくとも１つの成長プロセスパラメータを変更して、前記基層の上に重なる剥離層を形成することであって、前記剥離層は前記基層の組成とは異なる組成を有する、形成することと、
    前記ＩＩＩ−Ｖ族材料を連続的に成長させ、少なくとも１つの成長プロセスパラメータを変更して、前記剥離層の上に重なるエピタキシャル層を形成することであって、前記エピタキシャル層は前記剥離層の組成とは異なる組成を有する、形成することと
    を含む、方法。
41. 電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法であって、
    反応チャンバ内で基板の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層を形成することであって、前記基層を堆積することは、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）プロセスを含む、形成することと、
    前記ＩＩＩ−Ｖ族材料を成長させ続け、第１のドーパント材料を前記反応チャンバに導入して、前記基層の上に重なる第１の剥離層を形成することと、
    前記ＩＩＩ−Ｖ族材料を成長させ続け、前記反応チャンバから前記ドーパントを除去して、前記剥離層の上に重なる第１のエピタキシャル層部分を形成することと、
    前記ＩＩＩ−Ｖ族材料を成長させ続け、前記反応チャンバに第２のドーパント材料を導入して、前記第１のエピタキシャル層部分の上に重なる第２の剥離層を形成することと、
    前記第１の剥離層に突き当たる第１の波長の放射を用いて、前記第１の剥離層において前記基層から前記第１のエピタキシャル層部分を分離することと
    を含む、方法。
42. 前記第１のドーパント及び前記第２のドーパントは異なる元素を含む、請求項４１に記載の方法。
43. 前記第１のドーパントは第１の濃度において存在し、前記第２のドーパントは第２の濃度において存在し、前記第１の濃度及び前記第２の濃度は異なる、請求項４１に記載の方法。
44. 前記第２の剥離層に放射を突き当てることによって、前記第１のエピタキシャル層部分から前記第２のエピタキシャル層部分を分離することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
45. 前記第１の剥離層及び前記第２の剥離層は、前記第１の波長の前記放射に対して異なる吸収係数を含む、請求項４１に記載の方法。
46. ＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層と、
    前記基層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１の剥離層と、
    前記第１の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１のエピタキシャル層部分と
    を含み、前記第１のエピタキシャル層部分は、前記第１のエピタキシャル層部分の上面において測定されるときに、約１ｘ１０^５転位／ｃｍ^２から約１ｘ１０^８転位／ｃｍ^２の間の範囲内の転位密度を含む、
    半導体デバイス。
47. ＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層と、
    前記基層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１の剥離層と、
    前記第１の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１のエピタキシャル層部分と、
    前記第１のエピタキシャル層部分の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第２の剥離層と、
    前記第２の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第２のエピタキシャル層部分と
    を含む、半導体デバイス。
48. ＩＩＩ−Ｖ族材料を備える基層と、
    前記基層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１の剥離層と、
    前記第１の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第１のエピタキシャル層部分と、
    前記第１のエピタキシャル層部分の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第２の剥離層と、
    前記第２の剥離層の上に重なるＩＩＩ−Ｖ族材料を備える第２のエピタキシャル層部分と
    を含む、半導体デバイス。

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