JP2024507573A - 自立窒化ガリウム基板の製作方法 - Google Patents

自立窒化ガリウム基板の製作方法 Download PDF

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Abstract

本開示は、１）サファイア基板及び窒化ガリウム薄膜を備える複合基板を提供することと、２）窒化ガリウム薄膜に仮粘結層を形成することと、３）転移基板を仮粘結層により複合基板にボンディングすることと、４）レーザ剥離プロセスによりサファイア基板を剥離することと、５）受け基板と窒化ガリウム薄膜とを弱ボンディングさせ、仮粘結層を失効させて転移基板を窒化ガリウム薄膜から剥離することと、６）窒化ガリウム薄膜に窒化ガリウムエピタキシャル層をエピタキシャル成長させ、窒化ガリウム薄膜及び窒化ガリウムエピタキシャル層と受け基板との間の格子不整合応力及び／又は熱的不整合応力により、弱ボンディングを失効させて、窒化ガリウム薄膜と受け基板との間の分離を実現することと、を含む自立窒化ガリウム基板の製作方法を開示する。本願は、格子不整合及び熱的不整合によりヘテロ窒化ガリウムエピタキシャル層の厚みが制限されるという欠陥を効果的に克服し、自立窒化ガリウム基板の品質を高め、自立窒化ガリウム基板の製作コストを低減させることができる。【選択図】図６

Description

本願の実施例は、半導体製造の分野、例えば自立窒化ガリウム基板の製作方法に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）及びその合金に代表される第３世代半導体材料は、ここ十数年来、国際的に非常に重視されている新型半導体材料であり、禁制帯幅が大きく、電子飽和ドリフト速度が高く、誘電率が小さく、熱伝導性能がよく、構造的に安定しているなどの多くの優れた性能を有し、光電子及びマイクロエレクトロニクス技術分野のいずれにおいても大きな応用見通しがある。光電子分野においては、ＩＩＩ族窒化物の禁制帯幅が０．７～６．２ｅＶの範囲内で連続的に調整可能であり、赤光から紫外光までの波長帯をカバーしているため、緑色、青色ないし紫外の波長帯の発光デバイス及び白色光照明を製作可能である。また、最近台頭している紫外光ＬＥＤは、スクリーン印刷、ポリマー硬化、環境保護においても特殊な用途を示しており、研究者の研究意欲を大いに奮い立たせている。ＧａＮレーザは、情報記憶分野においても大きな役割を果たしており、さらに、医療診断、海底潜水探査及び通信などの各方面でも応用できる。
ＧａＮバルク単結晶の作製が困難であり、大サイズで品質のよいバルク単結晶ＧａＮ基板が得られにくいため、ＧａＮのエピタキシャル成長は、通常、ヘテロエピタキシーの方式で行われている。しかし、ＧａＮを基板として採用してデバイスをホモエピタキシーすると、デバイス性能が大幅に高められることは、理論及び実験のいずれによっても判明している。そのため、自立ＧａＮ基板の製造は、人々に注目されている。
現在、大面積のＧａＮ自立基板は通常、全てヘテロ基板にＧａＮ厚膜を気相成長させ、その後、元のヘテロ基板を分離することによって得られるものである。そのうち、サファイア基板は、最も常用されている基板である。自立基板を得るために、サファイア基板を除去する必要がある。サファイアは、硬質で、化学性質が安定しているため、化学的腐蝕又は機械的研磨の方法により除去されにくい。現在、レーザ剥離の方法をよく使用してＧａＮとサファイア基板とを分離している。しかし、レーザ剥離は、技術的コストが高価であり、且つレーザ剥離の過程において、界面でＧａＮが高温分解した後に発生した高圧気体は、作製するＧａＮ自立基板に損傷を与えやすく、軽い場合、ＧａＮ自立基板に大量の転位及びマイクロクラックを発生させてその後のデバイスの品質に影響を与え、重い場合、ＧａＮ自立基板を完全に解砕させて歩留を大きく低下させる。
要するに、ヘテロ材料のエピタキシーでエピタキシャル成長を行うときに、格子不整合及び熱的不整合により、ヘテロエピタキシャル窒化ガリウムの厚みが制限され、同時に窒化ガリウム単結晶を解離するプロセス難度が大きく、大サイズのサファイア／窒化ガリウム厚膜複合基板（ＨＶＰＥ一回エピタキシャルウェーハ）ではとりわけ顕著に表れる。
以下は、本稿で詳しく説明される主題についての概説である。本概説は、請求項の保護範囲を制限するためのものではない。
以上に記載された関連技術の欠点に鑑み、本願の実施例は、関連技術における、厚みが大きい窒化ガリウムエピタキシャル層及びサファイア基板に大きな格子不整合及び熱的不整合が存在することによりヘテロエピタキシャル窒化ガリウムの厚みが制限されるという問題を解決するための、自立窒化ガリウム基板の製作方法を提供する。
本願の実施例は、１）サファイア基板及び前記サファイア基板に形成された窒化ガリウム薄膜を備える複合基板を提供することと、２）前記窒化ガリウム薄膜に仮粘結層を形成することと、３）転移基板を提供し、前記転移基板を前記仮粘結層により前記複合基板にボンディングすることと、４）レーザ剥離プロセスにより前記サファイア基板を剥離し、前記窒化ガリウム薄膜を露出させることと、５）受け基板を提供し、前記受け基板と前記窒化ガリウム薄膜とを弱ボンディングさせ、前記仮粘結層を失効させて前記転移基板を前記窒化ガリウム薄膜から剥離することと、６）前記窒化ガリウム薄膜に窒化ガリウムエピタキシャル層をエピタキシャル成長させ、前記窒化ガリウムエピタキシャル層を一定の厚みに成長させた後、前記窒化ガリウム薄膜及び前記窒化ガリウムエピタキシャル層と前記受け基板との間の格子不整合応力及び熱的不整合応力により、前記窒化ガリウム薄膜と前記受け基板との間の弱ボンディング状態を失効させて、前記窒化ガリウム薄膜と前記受け基板との間の分離を実現し、自立窒化ガリウム基板を得ることと、を含む自立窒化ガリウム基板の製作方法を提供する。
好ましくは、ステップ５）は、前記受け基板の表面に第１の金属グリッドを形成し、前記窒化ガリウム薄膜の表面に第２の金属グリッドを形成し、前記第１の金属グリッドと前記第２の金属グリッドとを積層した後、ボンディングプロセスにより前記第１の金属グリッドと前記第２の金属グリッドとを相互拡散させることで前記受け基板と前記窒化ガリウム薄膜とを弱ボンディングさせ、同時に前記ボンディングプロセスで前記仮粘結層を失効させて前記転移基板を前記窒化ガリウム薄膜から剥離することを含む。
好ましくは、前記ボンディングプロセスの温度は、前記第１の金属グリッド及び前記第２の金属グリッドの溶融温度よりも低い。
好ましくは、前記第１の金属グリッドの材料は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏのうちの１種類を含み、前記第２の金属グリッドの材料は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏのうちの１種類を含む。
好ましくは、前記受け基板の表面に第１の金属グリッドを形成することは、前記受け基板の表面にフォトレジスト層を形成し、露光プロセス及び現像プロセスを経た後、前記受け基板にグリッド溝状のフォトリソグラフィパターンを形成することと、蒸着プロセス及び金属剥離プロセスにより前記受け基板の表面に第１の金属グリッドを形成することと、を含み、前記窒化ガリウム薄膜の表面に第２の金属グリッドを形成することは、前記窒化ガリウム薄膜の表面にフォトレジスト層を形成し、露光プロセス及び現像プロセスを経た後、前記窒化ガリウム薄膜にグリッド溝状のフォトリソグラフィパターンを形成することと、蒸着プロセス及び金属剥離プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜の表面に第２の金属グリッドを形成することと、を含む。
好ましくは、前記第１の金属グリッド及び前記第２の金属グリッドの形状及び大きさは、同じであり、且つ前記受け基板と前記窒化ガリウム薄膜とをボンディングさせるときに、前記第１の金属グリッドと前記第２の金属グリッドとは合わさって重なる。
好ましくは、ステップ２）は、回転塗布プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜に仮粘結層を形成し、前記仮粘結層は、エポキシ樹脂及び高温ワックスのうちの１種類を含む。
好ましくは、前記転移基板、受け基板の材料は、サファイア、シリコン及び石英のうちの１種類を含む。
好ましくは、ステップ４）は、前記窒化ガリウム薄膜の表面に残余した金属ガリウムを除去するように、露出された前記窒化ガリウム薄膜の表面を酸洗するステップをさらに含む。
好ましくは、ステップ６）は、ハイドライド気相エピタキシープロセスにより前記窒化ガリウム薄膜に窒化ガリウムエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる。
上述のように、本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法は、以下の有益な効果を有する。
本願の実施例は、受け基板及び金属グリッドにより、本来のサファイア基板と窒化ガリウムエピタキシャル層との間を化学結合の強結合状態から金属グリッドにより実現される弱ボンディング状態に変えることで、窒化ガリウム薄膜と受け基板との間を弱接続状態にして、ハイドライド気相エピタキシープロセスで窒化ガリウムエピタキシャル層を成長させるときに受け基板の格子の束縛を弱め、これにより、窒化ガリウムエピタキシャル層を厚い状態に成長させ、且つ、一定の厚みになると、格子不整合応力及び熱的不整合応力を利用して、窒化ガリウム薄膜と受け基板との間の弱接続状態を突破し、窒化ガリウムエピタキシャル層と受け基板との分離を実現することができ、一回のエピタキシャル成長だけで厚みが大きい窒化ガリウムエピタキシャル層を得ることができる。本願の実施例は、格子不整合及び熱的不整合によりヘテロ窒化ガリウムエピタキシャル層の厚みが制限されるという欠陥を効果的に克服し、自立窒化ガリウム基板の品質を高め、自立窒化ガリウム基板の製作コストを低減させることができる。
図面及び詳細な説明を閲読して理解した後、他の面を理解することができる。
図面は、本稿の技術態様についてのさらなる理解を提供するためのものであり、且つ明細書の一部であり、本願の実施例とともに本稿の技術態様を解釈するために用いられるが、本稿の技術態様を制限するものではない。
本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。 本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。 本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。 本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。 本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。 本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。 本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。 本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。 本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法の各ステップで呈される構造模式図を示す。
１０１・・・サファイア基板、１０２・・・窒化ガリウム薄膜、１０３・・・転移基板、１０４・・・仮粘結層、１０５・・・受け基板、１０６・・・第１の金属グリッド、１０７・・・第２の金属グリッド、１０８・・・窒化ガリウムエピタキシャル層。
以下、特定の具体的な実例により本願の実施形態を説明し、当業者であれば、本明細書に掲示される内容から本願の他の利点及び効果を容易に了解することができる。本願は、他の異なる具体的な実施形態により実施又は応用されてもよく、本明細書における各細部も、異なる観点及び応用に基づいて、本願の精神から逸脱することなく様々な修飾又は変更を行うことが可能である。
例えば、本願の実施例を詳述するときに、説明を容易にするために、デバイス構造を示す断面図は、一般的な割合によらず部分的に拡大され、且つ前記模式図は、例に過ぎず、ここで本願の保護範囲を制限すべきではない。また、実際の製作においては、長さ、幅及び深さの３次元空間のサイズを含むべきである。
説明を容易にするために、ここでは例えば「の下」、「下方」、「よりも低い」、「下面」、「上方」、「上」などの空間関係の用語を使用して図面に示す１つの素子又は特徴と他の素子又は特徴との関係を説明する可能性がある。これらの空間関係の用語が、使用中又は操作中のデバイスの、図面に描かれる方向以外の他の方向を含むことを意図していることが理解される。また、１つの層が２つの層「の間」にあると言われる場合、それは、前記２つの層の間のオンリーの層であってもよいし、又はその間に介在する１つ又は複数の層が存在してもよい。
本願の文脈において、説明される第１の特徴が第２の特徴「の上」にある構造は、第１の特徴と第２の特徴とが直接接触するように形成される実施例を含んでもよいし、他の特徴が第１の特徴と第２の特徴との間に形成される実施例を含んでもよく、このように第１の特徴と第２の特徴とが直接接触しない可能性がある。
なお、本実施例に係る図示は、模式的な方式で本願の基本構想を説明しているものに過ぎず、従って、図面には、実際の実施時のコンポーネントの数、形状及びサイズに従って作成されたものではなく、本願に関連するコンポーネントのみが示されており、その実際の実施時の各コンポーネントの形態、数及び割合は、ある種の自由に変えられるものであってもよく、且つそのコンポーネントの配置形態がより複雑である可能性もある。
図１～図９に示すように、本実施例は、自立窒化ガリウム基板の製作方法を提供し、前記製作方法は、以下を含む。
図１に示すように、まず、サファイア基板１０１及び前記サファイア基板１０１に形成された窒化ガリウム薄膜１０２を備える複合基板を提供し、一実施例において、前記窒化ガリウム薄膜１０２の厚みが４．５μｍであるステップ１）を行う。
図２に示すように、その後、前記窒化ガリウム薄膜１０２に仮粘結層１０４を形成するステップ２）、及び転移基板１０３を提供し、前記転移基板１０３を前記仮粘結層１０４により前記複合基板にボンディングするステップ３）を行う。
１つの実施例において、ステップ２）は、回転塗布プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜１０２に仮粘結層１０４を形成し、前記仮粘結層１０４は、エポキシ樹脂及び高温ワックスのうちの１種類を含む。例えば、前記高温ワックスは、溶融温度が１００℃よりも大きいものであってもよく、１００℃以下で粘性を有する固体状態であり、溶融温度よりも高いときに、部分的に溶融したり全て溶融したり分解して炭化したりして粘性を失う。
１つの実施例において、前記転移基板１０３の材料は、サファイア、シリコン及び石英のうちの１種類を含む。例えば、本実施例において、前記転移基板１０３の材料は、サファイアであってもよい。前記転移基板１０３の形状及びサイズは、前記サファイア基板１０１と完全に同じである。
図３に示すように、その後、レーザ剥離プロセスにより前記サファイア基板１０１を剥離し、前記窒化ガリウム薄膜１０２を露出させ、前記窒化ガリウム薄膜１０２の外に露出する面がＮ面であるステップ４）を行う。
１つの実施例において、レーザの前記サファイア基板１０１の一面からの照射により、前記サファイア基板１０１を前記窒化ガリウム薄膜１０２から剥離する。
１つの実施例において、ステップ４）は、前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面に残余した金属ガリウムを除去するように、露出された前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面を酸洗するステップをさらに含む。
図４～図６に示すように、その後、受け基板１０５を提供し、前記受け基板１０５と前記窒化ガリウム薄膜１０２とを弱ボンディングさせ、前記仮粘結層１０４を失効させて前記転移基板１０３を前記窒化ガリウム薄膜１０２から剥離するステップ５）を行う。
１つの実施例において、ステップ５）は、以下を含む。
図４に示すように、まず、前記受け基板１０５の表面に第１の金属グリッド１０６を形成するステップ５－１）を行う。
具体的には、前記受け基板１０５の表面に第１の金属グリッド１０６を形成することは、まず、回転塗布プロセスにより前記受け基板１０５の表面にフォトレジスト層を形成し、その後、露光プロセス及び現像プロセスを経た後、前記受け基板１０５にグリッド溝状のフォトリソグラフィパターンを形成し、次に、蒸着プロセスにより前記受け基板１０５及びフォトリソグラフィパターンの表面に第１の金属被覆層を形成し、金属剥離プロセス、即ち前記フォトリソグラフィパターン及びその上の金属被覆層を同時に除去することにより、凸起状の第１の金属グリッド１０６を形成することを含む。
１つの実施例において、前記ボンディングプロセスの温度は、前記第１の金属グリッド１０６の溶融温度よりも低い。例えば、前記第１の金属グリッド１０６の材料は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏのうちの１種類を含む。
図５に示すように、その後、前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面に第２の金属グリッド１０７を形成するステップ５－２）を行う。
具体的には、前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面に第２の金属グリッド１０７を形成することは、回転塗布プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面にフォトレジスト層を形成し、露光プロセス及び現像プロセスを経た後、前記窒化ガリウム薄膜１０２にグリッド溝状のフォトリソグラフィパターンを形成することと、蒸着プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜１０２及びフォトリソグラフィパターンの表面に第２の金属被覆層を形成し、金属剥離プロセス、即ち前記フォトリソグラフィパターン及びその上の金属被覆層を同時に除去することにより、凸起状の第２の金属グリッド１０７を形成することと、を含む。
１つの実施例において、前記ボンディングプロセスの温度は、前記第２の金属グリッド１０７の溶融温度よりも低い。例えば、前記第２の金属グリッド１０７の材料は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏのうちの１種類を含む。
前記金属グリッド１０６及び金属グリッド１０７の材料は、同じ又は異なってもよい。
図６に示すように、最後に、前記第１の金属グリッド１０６と前記第２の金属グリッド１０７とを積層した後、ボンディングプロセスにより前記第１の金属グリッド１０６と前記第２の金属グリッド１０７とを相互拡散させることで前記受け基板１０５と前記窒化ガリウム薄膜１０２とを弱ボンディングさせ、同時に前記ボンディングプロセスで前記仮粘結層１０４を失効させて前記転移基板１０３を前記窒化ガリウム薄膜１０２から剥離するステップ５－３）を行う。
例えば、１つの実施例において、前記仮粘結層１０４は、１００℃以下で粘性を有する固体状態であり、溶融温度よりも高いときに、部分的に溶融したり全て溶融したり分解して炭化したりして粘性を失う高温ワックスであってもよい。前記ボンディング温度は、一方で、前記第１の金属グリッド１０６及び前記第２の金属グリッド１０７の溶融温度よりも低く、これにより、前記第１の金属グリッド１０６と前記第２の金属グリッド１０７との相溶により高過ぎるボンディング強度を生じさせることを回避し、該ボンディング温度は、それらを固体状態で相互拡散して弱接続を実現するようにさせるものに過ぎず、他方で、前記ボンディング温度は、前記高温ワックスの溶融温度よりも高く、これにより、それを自動的に失効させ、例えば炭化させて、前記転移基板１０３と前記窒化ガリウム薄膜１０２との間の分離を実現する。本態様は、転移基板１０３の余分な剥離ステップを省き、プロセス時間及びプロセスコストを大きく低減させることができる。
図７～図９に示すように、最後に、前記窒化ガリウム薄膜１０２に窒化ガリウムエピタキシャル層１０８をエピタキシャル成長させ、前記窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を一定の厚みに成長させた後、前記窒化ガリウム薄膜１０２及び前記窒化ガリウムエピタキシャル層１０８と前記受け基板１０５との間の格子不整合応力及び熱的不整合応力により、前記窒化ガリウム薄膜１０２と前記受け基板１０５との間の弱ボンディング状態を失効させて、前記窒化ガリウム薄膜１０２と前記受け基板１０５との間の分離を実現し、自立窒化ガリウム基板を得るステップ６）を行う。
１つの実施例において、前記第１の金属グリッド１０６及び前記第２の金属グリッド１０７の形状及び大きさは、同じであり、且つ前記受け基板１０５と前記窒化ガリウム薄膜１０２とをボンディングさせるときに、前記第１の金属グリッド１０６と前記第２の金属グリッド１０７とは合わさって重なる。該ボンディング過程において、受け基板１０５と前記窒化ガリウム薄膜１０２との接続強度を弱くするように、前記フォトリソグラフィパターンの頂面に位置する金属のみの間の拡散接続を保証することができ、同時に、金属グリッドが一定の高さを有し、ボンディング後、金属グリッドの間に空洞を形成する可能性があるため、ハイドライド気相エピタキシープロセスで窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を成長させるときに受け基板１０５の格子の束縛を弱め、これにより、窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を厚い状態に成長させ、且つ、一定の厚みになると、格子不整合応力及び熱的不整合応力を利用して、窒化ガリウム薄膜１０２と受け基板１０５との間の弱接続状態を突破し、窒化ガリウム薄膜１０２と受け基板１０５との分離を実現することができる。本態様は、前記窒化ガリウム薄膜１０２と前記受け基板１０５とを自動的に分離させ、プロセスコストを大きく低減させることができる。
１つの実施例において、ステップ６）は、ハイドライド気相エピタキシープロセスにより前記窒化ガリウム薄膜１０２に窒化ガリウムエピタキシャル層１０８をエピタキシャル成長させる。
１つの実施例において、表面の品質が良好な窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を得て、高品質の自立窒化ガリウム基板を得るように、前記窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を研磨又は／及び洗浄するステップをさらに含む。
上述のように、本願の実施例に係る自立窒化ガリウム基板の製作方法は、以下の有益な効果を有する。
本願の実施例は、受け基板１０５及び金属グリッドにより、本来のサファイア基板１０１と窒化ガリウムエピタキシャル層１０８との間を化学結合の強結合状態から金属グリッドにより実現される弱ボンディング状態に変えることで、窒化ガリウム薄膜１０２と受け基板１０５との間を弱接続状態にして、ハイドライド気相エピタキシープロセスで窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を成長させるときに受け基板１０５の格子の束縛を弱め、これにより、窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を厚い状態に成長させ、且つ、一定の厚みになると、格子不整合応力及び熱的不整合応力を利用して、窒化ガリウム薄膜１０２と受け基板１０５との間の弱接続状態を突破し、窒化ガリウムエピタキシャル層１０８と受け基板１０５との分離を実現することができ、一回のエピタキシャル成長だけで厚みが大きい窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を得ることができる。
従って、本願の実施例は、関連技術における種々の欠点を効果的に克服して高度な産業利用の価値を有する。
実施例１
図１～図９に示すように、本実施例は、自立窒化ガリウム基板の製作方法を提供し、前記製作方法は、以下を含む。
図１に示すように、まず、サファイア基板１０１及び前記サファイア基板１０１に形成された窒化ガリウム薄膜１０２を備える複合基板を提供し、前記窒化ガリウム薄膜１０２の厚みが４．５μｍであるステップ１）を行う。
図２に示すように、その後、前記窒化ガリウム薄膜１０２に仮粘結層１０４を形成するステップ２）、及び転移基板１０３を提供し、前記転移基板１０３を前記仮粘結層１０４により前記複合基板にボンディングするステップ３）を行う。
ステップ２）は、回転塗布プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜１０２に仮粘結層１０４を形成し、前記仮粘結層１０４は、高温ワックスであり、前記高温ワックスは、溶融温度が１００℃よりも大きく、１００℃以下で粘性を有する固体状態であり、溶融温度よりも高いときに、部分的に溶融したり全て溶融したり分解して炭化したりして粘性を失う。
前記転移基板１０３の材料は、サファイアである。その形状及びサイズは、前記サファイア基板１０１と完全に同じである。
図３に示すように、その後、レーザ剥離プロセスにより前記サファイア基板１０１を剥離し、前記窒化ガリウム薄膜１０２を露出させ、前記窒化ガリウム薄膜１０２の外に露出する面がＮ面であるステップ４）を行う。
レーザの前記サファイア基板１０１の一面からの照射により、前記サファイア基板１０１を前記窒化ガリウム薄膜１０２から剥離する。
ステップ４）は、露出された前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面を酸洗するステップをさらに含み、ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ＝１：１の混合液で、３０ｓ浸漬し、これにより、前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面に残余した金属ガリウムを除去する。
図４～図６に示すように、その後、受け基板１０５を提供し、前記受け基板１０５と前記窒化ガリウム薄膜１０２とを弱ボンディングさせ、前記仮粘結層１０４を失効させて前記転移基板１０３を前記窒化ガリウム薄膜１０２から剥離するステップ５）を行う。
ステップ５）は、以下を含む。図４に示すように、まず、前記受け基板１０５の表面に第１の金属グリッド１０６を形成するステップ５－１）を行う。
具体的には、前記受け基板１０５の表面に第１の金属グリッド１０６を形成することは、まず、回転塗布プロセスにより前記受け基板１０５の表面にフォトレジスト層を形成し、その後、露光プロセス及び現像プロセスを経た後、前記受け基板１０５にグリッド溝状のフォトリソグラフィパターンを形成し、次に、蒸着プロセスにより前記受け基板１０５及びフォトリソグラフィパターンの表面に第１の金属被覆層を形成し、金属剥離プロセス、即ち前記フォトリソグラフィパターン及びその上の金属被覆層を同時に除去することにより、凸起状の第１の金属グリッド１０６を形成することを含む。
前記ボンディングプロセスの温度は、４００℃であり、前記第１の金属グリッド１０６の溶融温度よりも低い。前記第１の金属グリッド１０６の材料は、Ｔｉである。
図５に示すように、その後、前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面に第２の金属グリッド１０７を形成するステップ５－２）を行う。
具体的には、前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面に第２の金属グリッド１０７を形成することは、回転塗布プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜１０２の表面にフォトレジスト層を形成し、露光プロセス及び現像プロセスを経た後、前記窒化ガリウム薄膜１０２にグリッド溝状のフォトリソグラフィパターンを形成することと、蒸着プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜１０２及びフォトリソグラフィパターンの表面に第２の金属被覆層を形成し、金属剥離プロセス、即ち前記フォトリソグラフィパターン及びその上の金属被覆層を同時に除去することにより、凸起状の第２の金属グリッド１０７を形成することと、を含む。
前記ボンディングプロセスの温度は、４００℃であり、前記第２の金属グリッド１０７の溶融温度よりも低い。前記第２の金属グリッド１０７の材料は、Ｔｉである。
図６に示すように、最後に、前記第１の金属グリッド１０６と前記第２の金属グリッド１０７とを積層した後、ボンディングプロセスにより前記第１の金属グリッド１０６と前記第２の金属グリッド１０７とを相互拡散させることで前記受け基板１０５と前記窒化ガリウム薄膜１０２とを弱ボンディングさせ、同時に前記ボンディングプロセスで前記仮粘結層１０４を失効させて前記転移基板１０３を前記窒化ガリウム薄膜１０２から剥離するステップ５－３）を行う。
前記仮粘結層１０４は、１００℃以下で粘性を有する固体状態であり、溶融温度よりも高いときに、部分的に溶融したり全て溶融したり分解して炭化したりして粘性を失う高温ワックスである。前記ボンディング温度は、４００℃であり、一方で、前記第１の金属グリッド１０６及び前記第２の金属グリッド１０７の溶融温度よりも低く、これにより、前記第１の金属グリッド１０６と前記第２の金属グリッド１０７との相溶により高過ぎるボンディング強度を生じさせることを回避し、該ボンディング温度は、それらを固体状態で相互拡散して弱接続を実現するようにさせるものに過ぎず、他方で、前記ボンディング温度は、４００℃であり、前記高温ワックスの溶融温度よりも高く、これにより、それを自動的に失効させて、前記転移基板１０３と前記窒化ガリウム薄膜１０２との間の分離を実現する。本態様は、転移基板１０３の余分な剥離ステップを省き、プロセス時間及びプロセスコストを大きく低減させることができる。
図７～図９に示すように、最後に、前記窒化ガリウム薄膜１０２に窒化ガリウムエピタキシャル層１０８をエピタキシャル成長させ、前記窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を一定の厚みに成長させた後、前記窒化ガリウム薄膜１０２及び前記窒化ガリウムエピタキシャル層１０８と前記受け基板１０５との間の格子不整合応力及び熱的不整合応力により、前記窒化ガリウム薄膜１０２と前記受け基板１０５との間の弱ボンディング状態を失効させて、前記窒化ガリウム薄膜１０２と前記受け基板１０５との間の分離を実現し、自立窒化ガリウム基板を得るステップ６）を行う。測定を経て、最終的に得られた自立窒化ガリウム基板の厚みは、約５００μｍである。
前記第１の金属グリッド１０６及び前記第２の金属グリッド１０７の形状及び大きさは、同じであり、且つ前記受け基板１０５と前記窒化ガリウム薄膜１０２とをボンディングさせるときに、前記第１の金属グリッド１０６と前記第２の金属グリッド１０７とは合わさって重なる。該ボンディング過程において、受け基板１０５と前記窒化ガリウム薄膜１０２との接続強度を弱くするように、前記フォトリソグラフィパターンの頂面に位置する金属のみの間の拡散接続を保証することができ、同時に、金属グリッドが一定の高さを有し、ボンディング後、金属グリッドの間に空洞を形成する可能性があるため、ハイドライド気相エピタキシープロセスで窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を成長させるときに受け基板１０５の格子の束縛を弱め、これにより、窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を厚い状態に成長させ、且つ、一定の厚みになると、格子不整合応力及び熱的不整合応力を利用して、窒化ガリウム薄膜１０２と受け基板１０５との間の弱接続状態を突破し、窒化ガリウム薄膜１０２と受け基板１０５との分離を実現することができる。本態様は、前記窒化ガリウム薄膜１０２と前記受け基板１０５とを自動的に剥離させ、プロセスコストを大きく低減させることができる。
ステップ６）は、ハイドライド気相エピタキシープロセスにより前記窒化ガリウム薄膜１０２に窒化ガリウムエピタキシャル層１０８をエピタキシャル成長させる。
本実施例において、表面の品質が良好な窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を得て、高品質の自立窒化ガリウム基板を得るように、前記窒化ガリウムエピタキシャル層１０８を研磨又は／及び洗浄するステップをさらに含む。
上記実施例は、本願を制限するためのものではなく、本願の原理及びその効果を例示的に説明するものに過ぎない。この技術に精通している者であれば、本願の精神及び範疇に背くことなく、上記実施例を修飾又は変更することができる。そのため、所属する技術分野で一般的な知識を持つ者により本願に掲げられる精神及び技術思想から逸脱することなく完成されたあらゆる等価な修飾又は変更であれば、依然として本願の請求項によってカバーされるべきである。

Claims (10)

  1. １）サファイア基板及び前記サファイア基板に形成された窒化ガリウム薄膜を備える複合基板を提供することと、
    ２）前記窒化ガリウム薄膜に仮粘結層を形成することと、
    ３）転移基板を提供し、前記転移基板を前記仮粘結層により前記複合基板にボンディングすることと、
    ４）レーザ剥離プロセスにより前記サファイア基板を剥離し、前記窒化ガリウム薄膜を露出させることと、
    ５）受け基板を提供し、前記受け基板と前記窒化ガリウム薄膜とを弱ボンディングさせ、前記仮粘結層を失効させて前記転移基板を前記窒化ガリウム薄膜から剥離することと、
    ６）前記窒化ガリウム薄膜に窒化ガリウムエピタキシャル層をエピタキシャル成長させ、前記窒化ガリウムエピタキシャル層を一定の厚みに成長させた後、前記窒化ガリウム薄膜及び前記窒化ガリウムエピタキシャル層と前記受け基板との間の格子不整合応力及び熱的不整合応力により、前記窒化ガリウム薄膜と前記受け基板との間の弱ボンディング状態を失効させて、前記窒化ガリウム薄膜と前記受け基板との間の分離を実現し、自立窒化ガリウム基板を得ることと、を含む、
    自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  2. ステップ５）は、前記受け基板の表面に第１の金属グリッドを形成し、前記窒化ガリウム薄膜の表面に第２の金属グリッドを形成し、前記第１の金属グリッドと前記第２の金属グリッドとを積層した後、ボンディングプロセスにより前記第１の金属グリッドと前記第２の金属グリッドとを相互拡散させることで前記受け基板と前記窒化ガリウム薄膜とを弱ボンディングさせ、同時に前記ボンディングプロセスで前記仮粘結層を失効させて前記転移基板を前記窒化ガリウム薄膜から剥離することを含む、
    請求項１に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  3. 前記ボンディングプロセスの温度は、前記第１の金属グリッド及び前記第２の金属グリッドの溶融温度よりも低い、
    請求項２に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  4. 前記第１の金属グリッドの材料は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏのうちの１種類を含み、前記第２の金属グリッドの材料は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏのうちの１種類を含む、
    請求項２に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  5. 前記受け基板の表面に第１の金属グリッドを形成する方法は、
    前記受け基板の表面にフォトレジスト層を形成し、露光プロセス及び現像プロセスを経た後、前記受け基板にグリッド溝状のフォトリソグラフィパターンを形成することと、
    蒸着プロセス及び金属剥離プロセスにより前記受け基板の表面に第１の金属グリッドを形成することと、を含み、
    前記窒化ガリウム薄膜の表面に第２の金属グリッドを形成する方法は、
    前記窒化ガリウム薄膜の表面にフォトレジスト層を形成し、露光プロセス及び現像プロセスを経た後、前記窒化ガリウム薄膜にグリッド溝状のフォトリソグラフィパターンを形成することと、
    蒸着プロセス及び金属剥離プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜の表面に第２の金属グリッドを形成することと、を含む、
    請求項２に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  6. 前記第１の金属グリッド及び前記第２の金属グリッドの形状及び大きさは、同じであり、且つ前記受け基板と前記窒化ガリウム薄膜とをボンディングさせるときに、前記第１の金属グリッドと前記第２の金属グリッドとは合わさって重なる、
    請求項２に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  7. ステップ２）は、回転塗布プロセスにより前記窒化ガリウム薄膜に仮粘結層を形成し、前記仮粘結層は、エポキシ樹脂及び高温ワックスのうちの１種類を含む、
    請求項１に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  8. 前記転移基板、受け基板の材料は、サファイア、シリコン及び石英のうちの１種類を含む、
    請求項１に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  9. ステップ４）は、前記窒化ガリウム薄膜の表面に残余した金属ガリウムを除去するように、露出された前記窒化ガリウム薄膜の表面を酸洗するステップをさらに含む、
    請求項１に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
  10. ステップ６）は、ハイドライド気相エピタキシープロセスにより前記窒化ガリウム薄膜に窒化ガリウムエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる、
    請求項１に記載の自立窒化ガリウム基板の製作方法。
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