JP4771510B2 - 半導体層の製造方法及び基板の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の好適な第1の実施形態として、基板から半導体層を分離する方法、或いは、基板から分離された半導体層を製造する方法について説明する。図1は、基板から半導体層を分離する方法、或いは、基板から分離された半導体層を製造する方法を概略的に示す図である。
次いで、図1(c)に示す分離工程において、分離層2を利用して複合部材1aから半導体層3を分離する。半導体層3の分離は、例えば、分離層2の内部、及び/又は、分離層2と半導体層3との界面、及び/又は、分離層2と基板1との界面に、複合部材1aの面方向に沿って広がる亀裂を形成することによってなされうる。なお、図1(c)には、分離層2と基板1との界面に、複合部材1aの面方向に沿った亀裂cを形成することにより、複合部材1aから半導体層3が分離される様子が模式的に示されている。
シード基板1とそれから分離すべき半導体層2との間に分離層2を設けることにより、半導体層2に大きなダメージを与えることなく、分離層2の内部、及び/又は、分離層2と半導体層3との界面、及び/又は、分離層2と基板1との界面のみに亀裂を生じさせて、基板1から半導体層2を分離することができる。
シード基板1は、単結晶構造を有する材料により構成されることが望ましく、Ge基板のほか、例えば、Al2O3、SiC、GaAs、InP、Siの基板が好適である。
半導体層の分離工程では、図1(d)に例示的に示すように、複合部材1aをその面方向に対して略垂直な軸を中心として回転させながら分離層2又はその近傍に流体Wを吹き付けると、基板1の外周部から中心部に向かって渦巻き状に分離を進行させることができる。
[第2の実施形態(基板の製法)]
以下、本発明の好適な第2の実施形態として、半導体層を有する基板の製造方法について説明する。図2は、半導体層を有する基板の製造方法を概略的に示す図である。
例えば、Ge基板等の結晶性を有する第1基板(シード基板)4の上に、第1基板4とは格子定数及び/又は熱膨張係数の異なるInGaAs等の分離層5をヘテロエピタキシャル成長させ、分離層5上にGaAs等の半導体層6を形成し、半導体層6を内側にして第1基板4をSi等の第2基板(ハンドル基板)7に接合して複合部材8を形成することにより、分離層5の内部、及び/又は、分離層5と半導体層6との界面、及び/又は、分離層5と第1基板4との界面に、格子定数及び/又は熱膨張係数の不整合に起因する歪みエネルギーを集中的に生じさせることができる。そして、その後、複合部材8の全体、又は、その一部(例えば、分離層5の内部、及び/又は、分離層5と半導体層6との界面、及び/又は、分離層5と第1基板4との界面)に、分離誘発力を印加することにより、複合部材8の内部に生じている歪エネルギーを利用して複合部材8から半導体層6及び第2基板7を分離することができる。
第1基板(シード基板)4は、単結晶構造を有する材料により構成されることが望ましく、Ge基板のほか、例えば、Al2O3、SiC、GaAs、InP、Siの基板が好適である。
以下、本発明の好適な第3の実施形態として、半導体素子を有する半導体層又は基板の製造方法について説明する。図3は、半導体素子を有する半導体層又は基板の製造方法を示す概略的に示す図である。
なお、半導体素子13を半導体層12の上に形成した後に、第1基板10を第2基板14に接合する方法のほか、分離により半導体層12を第1基板10から第2基板14へ移設した後に、移設された半導体層12に半導体素子13を形成してもよい。
第1基板(シード基板)10は、単結晶構造を有する材料により構成されることが望ましく、Ge基板のほか、例えば、Al2O3、SiC、GaAs、InP、Siの基板が好適である。
まず、MOCVD法により、Ge基板(シード基板)1上に、InGaAs層2(厚さ10nm)をヘテロエピタキシャル成長させ(図1(a))、その上にGaAs層3(厚さ200μm)をエピタキシャル成長させて複合部材1aを形成する(図1(b))。
まず、MOCVD法により、Ge基板(シード基板)4上に、InGaAs層5(厚さ10nm)をヘテロエピタキシャル成長させ、その上にGaAs層6(厚さ3μm)をエピタキシャル成長させる(図2(a))。
この実施例では、分離を更に容易に行うための分離補助層を利用する方法を説明する。
これにより、Si基板21の上にAu及びCrからなる金属層(不図示)を介してGaAs層20を有する半導体基板24を得ることができる。
この実施例は、分離層を、基板より格子定数の大きい層と小さい層の積層構成にするものである。
図5に示すように、Ge基板25の上に、AlAs層26からなる分離補助層、InGaAs層27からなる分離層を形成し、その表面に、n型GaAs層28、n型AlxGa1-xAs層29、n型AlyGa1-yAs層30、n型AlxGa1-xAs層31、n型GaAs層32(y<x)を順次エピタキシャル成長させる(図5(a))。
n型Al0.35Ga0.65As層29 : 1μm ; Siドーピング
n型Al0.13Ga0.87As層30 : 0.5μm ; Siドーピング
n型Al0.35Ga0.65As層31 : 1μm ; Siドーピング
n型GaAs層32 : 0.1〜0.5μm ; Siドーピング
Siドーピングは、キャリヤ濃度が1017/cm3程度となるように行った。
まず、MOCVD法により、GaAs基板上にInGaAs層、GaAs層をエピタキシャル成長させる。InGaAs層は、Inの組成の増大とともに格子定数は大きくなるため、Inの組成の増大にともなってGaAs基板との格子定数の不整合が増加し、InGaAs層の内部に歪エネルギーが生じることになる。
この実施例では、分離を更に容易に行うための分離補助層を設ける。
[実施例8]
この実施例は、分離層を、基板より格子定数の大きい層と小さい層の積層構成にするものである。
この実施例は、分離層を、基板とは熱膨張係数の異なる層により構成するものである。このような分離層によれば、基板および分離層上の半導体層と格子定数の不整合を小さくできるので、分離層の上に厚い半導体層を形成しても、欠陥の発生を極めて小さく抑制できる。
8インチ径のAl2O3基板を1000℃以上の高温で水素に曝して洗浄及び平坦化した後、水素のキャリヤガスにGa、Al有機金属化合物とNH3ガスを用いたMOCVD法により、AlN層を500℃で20〜100nmの厚みに堆積して緩衝層を形成する。この緩衝層は、微結晶粒界構造を有しており、500℃程度の低温で堆積しているため、1000℃程度の高温で成長する場合と比較すると空間的に均一かつ平坦に堆積することができる。その微結晶粒径の大きさはAlNの場合には十数nm程度ある。次いで、Al2O3基板の基板温度を1000℃程度に昇温し、この緩衝層の上にGaN層を形成し、更にその上部にLEDの活性層のためのPN接合の多層構造を形成した。
実施例9と同様に、MOCVD法により、8インチ径のAl2O3基板上に微結晶粒界構造を有するGaN層からなる緩衝層をヘテロエピタキシャル成長させ、その上にGaN層を成長させる。
まず、MOCVD法により、8インチ径のAl2O3基板上に微結晶粒界構造を有するAlN層からなる緩衝層をヘテロエピタキシャル成長し、その上にGaN層を成長させた。
Claims (17)
- 半導体層の製造方法であって、
シード基板上に分離補助層を形成する分離補助層形成工程と、
前記分離補助層上に分離層をヘテロエピタキシャル成長させる分離層形成工程と、
前記分離層上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層形成工程を経て形成される複合部材から前記分離層を利用して前記半導体層を分離する分離工程と、を含み、
前記分離補助層は、前記シード基板及び前記分離層に対して選択的にエッチングが可能な材料で形成される、
ことを特徴とする半導体層の製造方法。 - 半導体層の製造方法であって、
シード基板上に分離補助層を形成する分離補助層形成工程と、
前記分離補助層上に分離層をヘテロエピタキシャル成長させる分離層形成工程と、
前記分離層上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層形成工程を経て形成される複合部材から前記分離層を利用して前記半導体層を分離する分離工程と、を含み、
前記分離補助層は、それに接する層よりもAlを多く含む、
ことを特徴とする半導体層の製造方法。 - 半導体層の製造方法であって、
シード基板上に分離補助層を形成する分離補助層形成工程と、
前記分離補助層上に分離層をヘテロエピタキシャル成長させる分離層形成工程と、
前記分離層上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層形成工程を経て形成される複合部材から前記分離層を利用して前記半導体層を分離する分離工程と、を含み、
前記分離補助層は、Al x Ga 1−x As(x>0.95)を満足する材料で構成される、
ことを特徴とする半導体層の製造方法。 - 前記分離層形成工程では、前記分離層として、前記分離層の内部、及び/又は、前記分離層と前記半導体層との界面、及び/又は、前記分離層と前記シード基板との間の界面に歪エネルギーを発生させることができる層を形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 前記分離層形成工程では、格子定数及び/又は熱膨張係数が前記シード基板と異なる材料で前記分離層を形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 前記分離工程では、前記複合部材に力を印加することにより前記複合部材から前記半導体層を分離することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 前記シード基板は、Al2O3、SiC、GaAs、InP、Ge、Siからなるグループから選択されるいずれかの材料により構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 前記分離層形成工程では、化合物半導体により構成される分離層を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 前記分離層形成工程では、GaN、InGaN、AlGaN、AlN、AlAs、AlGaAs、InGaAs、InAlAs、InGaAlP、InGaAsP、InGaPからなるグループから選択されるいずれかの材料により構成される分離層を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 前記半導体層形成工程では、GaN、GaAs、InP、AlGaAs、InGaN、AlGaN、AlN、AlAs、InGaAs、InAlAs、InGaAlP、InGaAsP、InGaPからなるグループから選択されるいずれかの材料により構成される半導体層を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 前記分離工程の前において前記分離補助層の周辺部をエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 前記半導体層形成工程の後であって前記分離工程の前において、前記分離補助層、前記分離層及び前記半導体層が形成された前記シード基板を、前記半導体層を内側にして、ハンドル基板に接合する接合工程を更に含み、
前記分離工程では、前記接合工程を経て形成される複合部材から、前記分離層を利用して、前記ハンドル基板とともに前記半導体層を分離することを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。 - 前記分離工程の後に残るシード基板を原料として前記分離層形成工程及びその後の工程を更に実施して更に半導体層を製造することを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の半導体層の製造方法。
- 半導体層を有する基板の製造方法であって、
シード基板上に分離補助層を形成する分離補助層形成工程と、
前記分離補助層上に分離層をヘテロエピタキシャル成長させる分離層形成工程と、
前記分離層上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記分離層及び前記半導体層が形成された前記シード基板を、前記半導体層を内側にして、ハンドル基板に接合する接合工程と、
前記接合工程を経て形成される複合部材から、前記分離層を利用して、前記ハンドル基板とともに前記半導体層を分離して、前記ハンドル基板上に前記半導体層を有する基板を得る分離工程と、を含み、
前記分離補助層は、前記シード基板及び前記分離層に対して選択的にエッチングが可能な材料で形成される、
ことを特徴とする基板の製造方法。 - 半導体層を有する基板の製造方法であって、
シード基板上に分離補助層を形成する分離補助層形成工程と、
前記分離補助層上に分離層をヘテロエピタキシャル成長させる分離層形成工程と、
前記分離層上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記分離層及び前記半導体層が形成された前記シード基板を、前記半導体層を内側にして、ハンドル基板に接合する接合工程と、
前記接合工程を経て形成される複合部材から、前記分離層を利用して、前記ハンドル基板とともに前記半導体層を分離して、前記ハンドル基板上に前記半導体層を有する基板を得る分離工程と、を含み、
前記分離補助層は、それに接する層よりもAlを多く含む、
を含むことを特徴とする基板の製造方法。 - 半導体層を有する基板の製造方法であって、
シード基板上に分離補助層を形成する分離補助層形成工程と、
前記分離補助層上に分離層をヘテロエピタキシャル成長させる分離層形成工程と、
前記分離層上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記分離層及び前記半導体層が形成された前記シード基板を、前記半導体層を内側にして、ハンドル基板に接合する接合工程と、
前記接合工程を経て形成される複合部材から、前記分離層を利用して、前記ハンドル基板とともに前記半導体層を分離して、前記ハンドル基板上に前記半導体層を有する基板を得る分離工程と、を含み、
前記分離補助層は、Al x Ga 1−x As(x>0.95)を満足する材料で構成される、
を含むことを特徴とする基板の製造方法。 - 前記半導体層に半導体素子を形成する素子形成工程を含み、該半導体素子が、発光ダイオード又はレーザーを含むことを特徴とする請求項14乃至16のいずれか1項に記載の基板の製造方法。
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