JP5070247B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semi-conductor device, and a semiconductor device.

従来、半導体製造装置に関する技術として、例えば特許文献1に開示されるものがある。特許文献1の技術は、サファイア基板上に、バッファ層、n型窒化物半導体層、活性層、p型窒化物半導体層、n型コンタクト層、をこの順に順次成長する半導体ウェハに関するものである。この技術は、半導体ウェハに窒化物半導体の積層体を形成した側からエッチングを施し、n型コンタクト層、p型窒化物半導体層、活性層の一部を除去し、n型窒化物半導体層を露出させている。蒸着法によって露出したn型窒化物半導体層の表面、及びn型コンタクト層の表面に、Al電極を形成し、良好なコンタクト形成のための熱処理を行っている。
このLED用半導体エピタキシャル層の結晶成長は、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition法)によって行う。この結晶成長方法によれば、高発光効率の優れた窒化物LED(Light Emitting Diode)を製造することができる。
Conventionally, as a technique related to a semiconductor manufacturing apparatus, there is one disclosed in Patent Document 1, for example. The technology of Patent Document 1 relates to a semiconductor wafer in which a buffer layer, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, a p-type nitride semiconductor layer, and an n-type contact layer are sequentially grown on a sapphire substrate in this order. In this technology, a semiconductor wafer is etched from the side on which a nitride semiconductor laminate is formed, and the n-type contact layer, the p-type nitride semiconductor layer, and a part of the active layer are removed, and the n-type nitride semiconductor layer It is exposed. An Al electrode is formed on the surface of the n-type nitride semiconductor layer exposed by the vapor deposition method and the surface of the n-type contact layer, and a heat treatment for good contact formation is performed.
The crystal growth of the LED semiconductor epitaxial layer is performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). According to this crystal growth method, a nitride LED (Light Emitting Diode) excellent in high luminous efficiency can be manufactured.

一方、異種材料のLEDや異種機能の半導体デバイスを集積化する観点からは、基板上に結晶成長した、半導体デバイスを形成する半導体層を母材基板から剥離し、別の基板上に接合することが望ましい。
従来から、例えば、成長基板であるサファイア基板の裏面からレーザ光を照射し、サファイア基板に接する近傍の窒化物層を分解して半導体エピタキシャル層をサファイア基板から剥離する、レーザリフトオフ法が提案されている。これはサファイア基板の裏面から照射したレーザ光によって、母材基板と窒化物半導体エピタキシャル層との界面で窒化ガリウムGaNがガリウムGaと窒素Nとに分解し、ガリウムGaの融点が室温近傍であることによって、窒化物半導体エピタキシャル層をサファイア基板から剥離することができる。
On the other hand, from the viewpoint of integrating LEDs of different materials and semiconductor devices of different functions, the semiconductor layer that forms crystals on the substrate is separated from the base material substrate and bonded to another substrate. Is desirable.
Conventionally, for example, a laser lift-off method has been proposed in which laser light is irradiated from the back surface of a sapphire substrate, which is a growth substrate, and a nitride layer in contact with the sapphire substrate is decomposed to separate the semiconductor epitaxial layer from the sapphire substrate. Yes. This is because gallium nitride GaN is decomposed into gallium Ga and nitrogen N at the interface between the base material substrate and the nitride semiconductor epitaxial layer by laser light irradiated from the back surface of the sapphire substrate, and the melting point of gallium Ga is near room temperature. Thus, the nitride semiconductor epitaxial layer can be peeled from the sapphire substrate.

特開2006−135311号公報JP 2006-135311 A

しかしながら、このレーザリフトオフ法によって、窒化物半導体層をエピタキシャルサファイア基板から剥離する剥離方法では、剥離した半導体エピタキシャル層の表面でナノメータオーダの平坦性が得られない。
ところで、剥離した半導体エピタキシャル層を、母材基板と異なる別の基板の表面に分子間力を使って接合するためには、剥離した半導体エピタキシャル半導体層(窒化物半導体層)の表面でナノメータオーダの平坦性があることが望ましい。すなわち、剥離した半導体エピタキシャル半導体層表面でナノメータオーダの平坦性が得られない場合には、実用上十分な分子間力による接合力が得られない。
したがって、安定したナノメータオーダの平坦性が得られないレーザリフトオフ法では、剥離後にさらに剥離表面の平坦性を向上するための表面処理を行う必要性があるという問題があった。
However, in the peeling method in which the nitride semiconductor layer is peeled from the epitaxial sapphire substrate by this laser lift-off method, flatness on the nanometer order cannot be obtained on the surface of the peeled semiconductor epitaxial layer.
By the way, in order to bond the peeled semiconductor epitaxial layer to the surface of another substrate different from the base material substrate by using intermolecular force, the surface of the peeled semiconductor epitaxial semiconductor layer (nitride semiconductor layer) is on the order of nanometers. It should be flat. That is, when flatness on the nanometer order cannot be obtained on the surface of the peeled semiconductor epitaxial semiconductor layer, a practically sufficient bonding force due to intermolecular force cannot be obtained.
Therefore, in the laser lift-off method in which the flatness of the nanometer order is not obtained, there is a problem that it is necessary to perform a surface treatment for further improving the flatness of the peeled surface after peeling.

本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、第1基板から窒化物半導体層を容易に剥離することができる半導体装置の製造方法、及び半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, it aims to provide a method of manufacturing a semi-conductor device in which Ru can be easily peeled off the nitride semiconductor layer from the first substrate, and a semiconductor device And

本発明の半導体装置の製造方法は、第1基板(SiC基板101)の表面で複数層のグラフェン層(111)が成長する工程と、前記グラフェン層との界面で、共有結合性を有することなく、原子レベルのポテンシャルの規則性のみを用いた結合力を伴って窒化物半導体層(114)が形成される工程と、前記窒化物半導体層と前記グラフェン層との間、あるいは前記グラフェン層相互間のポテンシャルによる接合力以上の力で、前記窒化物半導体層及び前記グラフェン層の一部が前記第1基板から剥離される工程と、前記剥離された前記窒化物半導体層が第2基板(130)の表面に接合される工程と、を備え、前記第2基板に接合される前記グラフェン層の表面は、分子間力顕微鏡で測定した表面粗さが3nm以下であることを特徴とする。なお、( )内の文字・符号は例示である。 Method of manufacturing a semi-conductor device of the present invention includes the steps of first substrate graphene layer of a plurality of layers at the surface of (SiC substrate 101) (111) is grown, at the interface between the graphene layer, having a covalent And the step of forming the nitride semiconductor layer (114) with a bonding force using only the atomic level potential regularity, and between the nitride semiconductor layer and the graphene layer, or between the graphene layers. A step of peeling a part of the nitride semiconductor layer and the graphene layer from the first substrate with a force higher than a bonding force due to a potential between the first substrate and the peeled nitride semiconductor layer being a second substrate (130); And the surface of the graphene layer bonded to the second substrate has a surface roughness measured by an intermolecular force microscope of 3 nm or less. . Note that the characters and symbols in parentheses are examples.

また、半導体装置の製造方法は、第1基板の表面で単層のグラフェン層が成長する工程と、前記グラフェン層との界面で、共有結合性を有することなく、原子レベルのポテンシャルの規則性のみを用いた結合力を伴って窒化物半導体層が形成される工程と、前記窒化物半導体層と前記グラフェン層との間のポテンシャルによる接合力以上の力で、前記窒化物半導体層が前記第1基板から剥離される工程と前記剥離された窒化物半導体層が第2基板の表面に分子間力によって接合される工程と、を備え、前記第2基板に接合される前記窒化物半導体層の表面は、分子間力顕微鏡で測定した表面粗さが3nm以下であることを特徴とすることもできるA method of manufacturing a semi-conductor device comprising the steps of graphene layers of the single layer is grown on the surface of the first substrate, at the interface between the graphene layer, without having a covalent, regularity of potential at the atomic level The nitride semiconductor layer is formed with a force greater than the bonding force due to the potential between the nitride semiconductor layer and the graphene layer, and the step of forming the nitride semiconductor layer with a bonding force using only A step of peeling from the one substrate and a step of bonding the peeled nitride semiconductor layer to the surface of the second substrate by an intermolecular force, the nitride semiconductor layer being bonded to the second substrate surface, surface roughness measured by intermolecular force microscope may be characterized in that it is 3nm or less.

本発明の半導体装置は、第1基板上に形成された複数層のグラフェン層との界面で、共有結合性を有することなく、原子レベルのポテンシャルの規則性のみを用いた結合力を伴って窒化物半導体層を成長させ、前記グラフェン層相互間のポテンシャルによる接合力以上の力で、前記窒化物半導体層及び前記グラフェン層の一部を前記第1基板から剥離し、前記剥離されたグラフェン層が第2基板の表面に分子間力によって接合され、前記第2基板に接合される前記グラフェン層の表面は、分子間力顕微鏡で測定した表面粗さが3nm以下であることを特徴とする。 Semi conductor arrangement of the present invention, at the interface between the plurality of layers graphene layer formed on the first substrate, without having covalent, with a binding force using only regularity of potential at the atomic level A nitride semiconductor layer is grown, and the nitride semiconductor layer and a part of the graphene layer are separated from the first substrate with a force greater than a bonding force due to the potential between the graphene layers, and the exfoliated graphene layer Is bonded to the surface of the second substrate by intermolecular force, and the surface of the graphene layer bonded to the second substrate has a surface roughness measured by an intermolecular force microscope of 3 nm or less.

また、半導体装置は、単層のグラフェン層との界面で、共有結合性を有することなく、原子レベルのポテンシャルの規則性のみを用いた結合力を伴って窒化物半導体層を成長させ、前記窒化物半導体層と前記グラフェン層との間のポテンシャルによる接合力以上の力で、前記窒化物半導体層を前記第1基板から剥離し、前記剥離された窒化物半導体層が第2基板の表面に分子間力によって接合され、前記第2基板に接合される前記窒化物半導体層の表面は、分子間力顕微鏡で測定した表面粗さが3nm以下であることを特徴とすることもできる Further, the semi-conductor device, at the interface between the graphene layer of a single layer, shared without having binding properties, with a binding force using only regularity of potential at the atomic level by growing a nitride semiconductor layer, wherein The nitride semiconductor layer is peeled off from the first substrate with a force greater than the bonding force due to the potential between the nitride semiconductor layer and the graphene layer, and the peeled nitride semiconductor layer is formed on the surface of the second substrate. joined by intermolecular forces, the surface of the nitride semiconductor layer is bonded to the second substrate, the surface roughness measured by intermolecular force microscope may be characterized in that it is 3nm or less.

これらによれば、GaNなどのグラフェンと対称性が類似した半導体単結晶薄膜(窒化物半導体層)を、グラフェン層による表面ポテンシャルの規則性のみを用いることにより、第1基板/成長層界面に共有結合性を有することの無いエピタキシャル成長が行われる。また、共有結合性を形成しない第1基板/グラフェン層界面あるいはグラフェン層積層界面の結合が、共有結合と比較して結合力が弱いことを使って結晶成長した窒化物半導体層を第1基板から、容易に剥離できる。剥離した窒化物半導体層の表面は、結晶欠陥が無く、ナノメータオーダの平坦性を有するため、第2基板と分子間接合することができる。   According to these, a semiconductor single crystal thin film (nitride semiconductor layer) similar in symmetry to graphene such as GaN is shared at the first substrate / growth layer interface by using only the regularity of the surface potential by the graphene layer. Epitaxial growth without bonding is performed. In addition, a nitride semiconductor layer crystal-grown using the fact that the bond at the first substrate / graphene layer interface or the graphene layer stack interface that does not form the covalent bond is weaker than the covalent bond is formed from the first substrate. Easy to peel. Since the surface of the peeled nitride semiconductor layer has no crystal defects and has a flatness on the order of nanometers, it can be intermolecularly bonded to the second substrate.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、第1基板から窒化物半導体層を容易に剥離することができる。また、本発明の半導体装置によれば、窒化物半導体層と別の基板との間、あるいはグラフェン層と第2基板との間の平坦性がよく、分子間力で接合することができる。 According to the method of manufacturing a semi-conductor device of the present invention, it can be easily peeled off the nitride semiconductor layer from the first substrate. Further, according to the semiconductor device of the present invention, the flatness between the nitride semiconductor layer and another substrate, or between the graphene layer and the second substrate is good, and the bonding can be performed by intermolecular force.

本発明の一実施形態であるエピタキシャルグラフェン基板の構造図、及びエピタキシャルグラフェン層の構造を示す斜視図である。1 is a structural view of an epitaxial graphene substrate according to an embodiment of the present invention, and a perspective view showing a structure of an epitaxial graphene layer. 本発明の窒化物半導体基板を製造する製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method which manufactures the nitride semiconductor substrate of this invention. 窒化物半導体層/グラフェン層成長基板の構造図である。It is a structural diagram of a nitride semiconductor layer / graphene layer growth substrate. 窒化物半導体層の例の構造図である。2 is a structural diagram of an example of a nitride semiconductor layer. FIG. 窒化物半導体層の他の例の構造図である。FIG. 6 is a structural diagram of another example of a nitride semiconductor layer. 窒化物半導体層のさらに他の例の構造図である。FIG. 6 is a structural diagram of still another example of a nitride semiconductor layer. 窒化物半導体層/グラフェン層成長基板に支持体接着層を設けた構造図、及び支持体接着層と支持体とを設けた構造図である。FIG. 4 is a structural diagram in which a support adhesive layer is provided on a nitride semiconductor layer / graphene layer growth substrate, and a structural diagram in which a support adhesive layer and a support are provided. 支持体を引っ張ることにより、複数のグラフェン層の接合面、又は窒化物半導体層とグラフェン層との接合面で剥離する工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process peeled by the joint surface of a some graphene layer, or the joint surface of a nitride semiconductor layer and a graphene layer by pulling a support body. 窒化物半導体層とグラフェン層との界面の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the interface of a nitride semiconductor layer and a graphene layer. 真空吸着して剥離する工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process of vacuum-sucking and peeling. 窒化物半導体層を別の基板に接合する工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process of joining a nitride semiconductor layer to another board | substrate. 接合層を積層した別の基板の構造図である。It is a structural diagram of another substrate on which a bonding layer is laminated. 窒化物半導体層を積層した別の基板の構造図である。FIG. 6 is a structural diagram of another substrate on which a nitride semiconductor layer is stacked. 接合層を設けた窒化物半導体基板の構造図である。It is a structural diagram of a nitride semiconductor substrate provided with a bonding layer. 複数の分離島を形成した窒化物半導体層の平面図である。It is a top view of the nitride semiconductor layer which formed the some isolation island. 複数の分離島を形成した窒化物半導体層の平面図、及びそのA−A断面図である。It is the top view of the nitride semiconductor layer in which the some isolation island was formed, and its AA sectional drawing. 分離島を形成した窒化物半導体基板の構造図である。FIG. 3 is a structural diagram of a nitride semiconductor substrate in which an isolation island is formed. SiC基板/エピタキシャルグラフェン層/窒化物半導体層の積層体を別の基板に接合する様子を示した図である。It is the figure which showed a mode that the laminated body of a SiC substrate / epitaxial graphene layer / nitride semiconductor layer was joined to another substrate. SiC基板を引き上げて、窒化物半導体層とSiC基板とを剥離する様子を示した図である。It is the figure which showed a mode that the SiC substrate was pulled up and the nitride semiconductor layer and the SiC substrate were peeled.

(第1実施形態)
図1乃至図13は本発明の第1実施形態である半導体薄膜の剥離方法、及び窒化物半導体装置の製造方法を説明するための図である。
図1(a)は、エピタキシャルグラフェン層110を形成したエピタキシャルグラフェン(Epitaxial Graphene)基板の構成図である。エピタキシャルグラフェン基板200は、第1基板(半導体基板)であるSiC基板101の表面に、エピタキシャルグラフェン層110が形成された基板である。図1(b)は、エピタキシャルグラフェン層110の構造図であり、3層のグラフェン層111a,111b,111cが積層されて形成され、層間は共有結合することなく、ファンデルワールス力等の弱い力で物理結合している。また、各々のグラフェン層111a,111b,111cは、炭素原子Cが蜂の巣状に6角形のネットワークを組んで2次元シートを形成し、例えば、グラフェン層111aは、黒丸炭素原子Cから構成され、グラフェン層111bは、点柄丸炭素原子Cから構成され、グラフェン層111cは、白丸炭素原子Cから構成されている。
(First embodiment)
1 to 13 are views for explaining a semiconductor thin film peeling method and a nitride semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 1A is a configuration diagram of an epitaxial graphene substrate on which an epitaxial graphene layer 110 is formed. Epitaxial graphene substrate 200 is a substrate in which epitaxial graphene layer 110 is formed on the surface of SiC substrate 101 that is a first substrate (semiconductor substrate). FIG. 1B is a structural diagram of the epitaxial graphene layer 110, which is formed by stacking three graphene layers 111 a, 111 b, and 111 c, and has weak force such as van der Waals force without covalent bonding between the layers. Are physically connected. Each of the graphene layers 111a, 111b, and 111c forms a two-dimensional sheet by forming a hexagonal network of carbon atoms C in a honeycomb shape. For example, the graphene layer 111a is composed of black circle carbon atoms C, and graphene The layer 111b is composed of a stipple round carbon atom C, and the graphene layer 111c is composed of a white circle carbon atom C.

なお、グラフェンは、マスレスフェルミンオン系として特異なバンド構造を持つ新たな材料であり、筒状構造のカーボンナノチューブ(CNT:Carbon Nano-Tube)が持つバリスティック伝導やその他の興味深い電気特性は、ほぼすべて備えている。また、グラフェンは、カーボンナノチューブとは異なり、シート状構造であることから、従来のLSIの微細加工技術が適用でき、集積化が容易であるという特徴を有している。   Graphene is a new material with a unique band structure as a massless fermion system. Ballistic conduction and other interesting electrical properties of carbon nanotubes (CNT) are It has almost everything. Further, since graphene has a sheet-like structure unlike carbon nanotubes, it has a feature that it can be applied with conventional LSI microfabrication technology and can be easily integrated.

次に、図2のフローチャートを用いて、SiC基板から窒化物半導体層を剥離し、剥離した窒化物半導体層を別の基板に接合する方法の概要を説明する。
まず、SiC基板にグラフェン層を成長させ(S1)、成長したグラフェン層の表面に窒化物半導体層を形成し(S2)、窒化物半導体層を複数領域に分割し(S3)、分割された窒化物半導体層をSiC基板から剥離し(S4)、剥離した窒化物半導体層を別の基板に接合する(S5)。ここで、窒化物半導体層、特にGaNは、結晶構造が六方晶系であり、表面がグラフェン層と対称性が類似する構造であるので、グラフェン層と物理結合するのみであるので、表面に結晶欠陥が生じることなく、ナノメータオーダの平坦性で剥離することができる。このため、剥離した窒化物半導体層は分子間力により別の基板に接合することができる。
Next, an outline of a method of peeling the nitride semiconductor layer from the SiC substrate and bonding the peeled nitride semiconductor layer to another substrate will be described using the flowchart of FIG.
First, a graphene layer is grown on a SiC substrate (S1), a nitride semiconductor layer is formed on the surface of the grown graphene layer (S2), the nitride semiconductor layer is divided into a plurality of regions (S3), and divided nitride The physical semiconductor layer is peeled from the SiC substrate (S4), and the peeled nitride semiconductor layer is bonded to another substrate (S5). Here, a nitride semiconductor layer, particularly GaN, has a hexagonal crystal structure, and the surface has a structure similar in symmetry to the graphene layer. Separation can be performed with a nanometer-order flatness without causing defects. For this reason, the peeled nitride semiconductor layer can be bonded to another substrate by intermolecular force.

まず、SiC基板の表面にエピタキシャルグラフェン層110を成長させて、エピタキシャルグラフェン基板200(図1(a))を作製する。エピタキシャルグラフェン層110は、SiC基板101の表面を、高温水素エッチング処理と真空での高温加熱することによって形成される(特開2009−62247号公報参照)。   First, the epitaxial graphene layer 110 is grown on the surface of the SiC substrate to produce the epitaxial graphene substrate 200 (FIG. 1A). Epitaxial graphene layer 110 is formed by subjecting the surface of SiC substrate 101 to a high-temperature hydrogen etching process and high-temperature heating in vacuum (see JP 2009-62247 A).

次に、図3を用いて、エピタキシャルグラフェン基板200(図1(a))の表面に窒化物半導体薄膜の結晶成長を行う工程(S2(図2))について説明する。ここでは、GaN薄膜の結晶成長を具体的に説明する。エピタキシャルグラフェン基板200をMBE装置やMOCVD装置などの結晶成長装置に設置し、基板を加熱して、ガリウムGa、及び活性窒素を供給する。なお、活性窒素は、電子サイクロン共鳴(ECR:Electron Cyclotron Resonance)や高周波励起のラジカル源により供給される。   Next, a step (S2 (FIG. 2)) of growing a nitride semiconductor thin film on the surface of the epitaxial graphene substrate 200 (FIG. 1A) will be described with reference to FIG. Here, the crystal growth of the GaN thin film will be specifically described. The epitaxial graphene substrate 200 is installed in a crystal growth apparatus such as an MBE apparatus or an MOCVD apparatus, and the substrate is heated to supply gallium Ga and active nitrogen. The active nitrogen is supplied by an electron cyclone resonance (ECR) or a radical source for high frequency excitation.

これにより、ガリウムGaはグラフェンのハニカム構造の中心に吸着し、6回対称の第1層が形成される。そこに活性窒素が結合することにより、六方晶系のGaN(h−GaN)の第1層目が形成される。ガリウムGaはグラフェン層111(111a,111b,111c)との間に共有結合を持たないため、格子不整合による結晶欠陥は生じない。このため、窒化物半導体層114は、結晶欠陥が生じることなく容易に剥離でき、剥離した窒化物半導体層は、ナノメータオーダの平坦性を備えているので、分子間力による接合を別の基板に行うことができる。   Thereby, gallium Ga is adsorbed at the center of the graphene honeycomb structure, and a six-fold symmetric first layer is formed. By binding active nitrogen there, a first layer of hexagonal GaN (h-GaN) is formed. Since gallium Ga does not have a covalent bond with the graphene layer 111 (111a, 111b, 111c), crystal defects due to lattice mismatch do not occur. For this reason, the nitride semiconductor layer 114 can be easily peeled off without causing crystal defects, and the peeled nitride semiconductor layer has a flatness on the order of nanometers. It can be carried out.

第1層目のGaN層の上に第2層目、第3層目、…とGaN層を成長することによって所定の単結晶GaN層が形成できる。第1層目のGaN層に格子不整合に伴う結晶欠陥が発生しないため、形成した窒化物半導体層114は結晶欠陥が少なく極めて高品質な単結晶半導体層となる。前記工程により、図3に示すように、エピタキシャルグラフェン層110の表面に所定の構造の窒化物半導体層114を形成する。これにより窒化物半導体層/グラフェン層成長基板150が形成される。   A predetermined single crystal GaN layer can be formed by growing the second layer, the third layer,..., And the GaN layer on the first GaN layer. Since crystal defects associated with lattice mismatch do not occur in the first GaN layer, the formed nitride semiconductor layer 114 is an extremely high quality single crystal semiconductor layer with few crystal defects. Through the above process, as shown in FIG. 3, a nitride semiconductor layer 114 having a predetermined structure is formed on the surface of the epitaxial graphene layer 110. Thereby, a nitride semiconductor layer / graphene layer growth substrate 150 is formed.

図4乃至図6は、窒化物半導体層114の具体例を示す図である。
図4(a)、及び図4(b)は発光素子を構成する窒化物半導体層114の例である。
図4(a)の窒化物半導体層114Aは、n型GaN層502、n型AlGa1−sN層(1≧s≧0)503、多重量子井戸層504、p型AlGa1−tN層(1≧t≧0)505、及びp型GaN層506がこの順番に積層されている。ここで、多重量子井戸層504は、例えばGaIn1−yN/GaIn1一xN/・・・/GaIn1−xN/GaInl−yN/GaIn1−xN(1≧y>x≧0)である。
4 to 6 are diagrams illustrating specific examples of the nitride semiconductor layer 114. FIG.
4A and 4B are examples of the nitride semiconductor layer 114 constituting the light emitting element.
4A includes an n-type GaN layer 502, an n-type Al s Ga 1-s N layer (1 ≧ s ≧ 0) 503, a multiple quantum well layer 504, and a p-type Al t Ga 1. A −t N layer (1 ≧ t ≧ 0) 505 and a p-type GaN layer 506 are stacked in this order. Here, the multiple quantum well layer 504, for example, Ga y In 1-y N / Ga x In 1 one x N / ··· / Ga x In 1-x N / Ga y In l-y N / Ga x In 1-xN (1 ≧ y> x ≧ 0).

図4(b)の窒化物半導体層114Bは、窒化物半導体層114A(図4(a))のn型GaN層502とエピタキシャルグラフェン層110(図3)との間にさらに、少なくともガリウムGaを含むAlNバッファ層501を積層したものである。バッファ層501は、例えば、GaIn1−iN(1≧i≧0)やAlGa1−jN(1≧j≧0)が使用される。 The nitride semiconductor layer 114B of FIG. 4B further includes at least gallium Ga between the n-type GaN layer 502 of the nitride semiconductor layer 114A (FIG. 4A) and the epitaxial graphene layer 110 (FIG. 3). The AlN buffer layer 501 is stacked. For example, Ga i In 1-i N (1 ≧ i ≧ 0) or Al j Ga 1-j N (1 ≧ j ≧ 0) is used for the buffer layer 501.

図4(c)の窒化物半導体層114Cは、AlNバッファ層(例えば、GaIni−1N(1≧i≧0)やAlGa1−jN(1≧j≧0))601、n型GaN層602、GaIn1−xN(1≧x≧0)層603、p型AlGal−yN(1≧y≧0)層604、p型GaN層605がこの順で積層されている。AlNバッファ層601は適宜省略することもできる。 The nitride semiconductor layer 114C in FIG. 4C includes an AlN buffer layer (for example, Ga i In i-1 N (1 ≧ i ≧ 0) or Al j Ga 1-j N (1 ≧ j ≧ 0)) 601. N-type GaN layer 602, Ga x In 1-x N (1 ≧ x ≧ 0) layer 603, p-type Al y Ga l- N (1 ≧ y ≧ 0) layer 604, and p-type GaN layer 605 They are stacked in order. The AlN buffer layer 601 can be omitted as appropriate.

図5、及び図6は、発光素子ではない別の素子を形成するための半導体層の構成例である。
図5(a)の窒化物半導体層114Dは、例えば、フォトダイオードとして、使用されるものであり、バッファ層(例えば、GaIn1−iN(1≧i≧0)やAlGa1−jN(1≧j≧0))701、n型AlGa1−xN(1≧x≧0)層702、i型AlGa1−yN(1≧y≧0)層703、p型AlGa1−xN(1≧x≧0)層704、がこの順で積層されている。バッファ層701は適宜省略することもできる。
5 and 6 are configuration examples of a semiconductor layer for forming another element which is not a light emitting element.
The nitride semiconductor layer 114D in FIG. 5A is used as, for example, a photodiode, and is a buffer layer (for example, Ga i In 1-i N (1 ≧ i ≧ 0) or Al j Ga 1. −j N (1 ≧ j ≧ 0)) 701, n-type Al x Ga 1-x N (1 ≧ x ≧ 0) layer 702, i-type Al y Ga 1-y N (1 ≧ y ≧ 0) layer 703 P-type Al x Ga 1-x N (1 ≧ x ≧ 0) layers 704 are stacked in this order. The buffer layer 701 can be omitted as appropriate.

図5(b)の窒化物半導体層114Eは、例えば、HB型フォトトランジスタとして、使用されるものであり、バッファ層801(例えば、GaIn1−iN(1≧i≧0)やAlGai−jN(1≧j≧0))、n型AlGa1−xN(1≧x≧0)層802、n型AlGa1−yN(1≧y≧0)層803、p型GaN層804、p型GaN層805がこの順で積層されている。バッファ層801は適宜省略することもできる。 The nitride semiconductor layer 114E in FIG. 5B is used as, for example, an HB type phototransistor, and includes a buffer layer 801 (eg, Ga i In 1-i N (1 ≧ i ≧ 0) or Al j Ga i-j n (1 ≧ j ≧ 0)), n + -type Al x Ga 1-x n ( 1 ≧ x ≧ 0) layer 802, n first die Al y Ga 1-y n ( 1 ≧ y ≧ 0) layer 803, p-type GaN layer 804, and p + -type GaN layer 805 are laminated in this order. The buffer layer 801 can be omitted as appropriate.

図6(a)の窒化物半導体層114Fは、例えばHEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)に使用されるものであり、アンドープGaN層902、アンドープAlGal−xN(1≧x≧0)層903、n型GaN層904がこの順で積層されている。 The nitride semiconductor layer 114F in FIG. 6A is used for, for example, a HEMT (High Electron Mobility Transistor), and includes an undoped GaN layer 902, an undoped Al x Ga l-x N (1 ≧ x ≧ 0) layer 903 and n-type GaN layer 904 are laminated in this order.

図6(b)の窒化物半導体層114Gは、例えばMESFET(Meta1 Semiconductor Field Effect Transistor)に使用されるものであり、アンドープGaN層1002、及びn型GaN層1003がこの順で積層されている。なお、図6(a)、図6(b)においても、アンドープGaN層902、アンドープGaN層1002の下に、適宜バッファ層(例えば、GaIn1−iN(1≧i≧0)やAlGa1−jN(1≧j≧0))を設けることもできる。 The nitride semiconductor layer 114G in FIG. 6B is used for, for example, a MESFET (Meta1 Semiconductor Field Effect Transistor), and an undoped GaN layer 1002 and an n-type GaN layer 1003 are stacked in this order. In FIGS. 6A and 6B, a buffer layer (for example, Ga i In 1-i N (1 ≧ i ≧ 0) or the like is appropriately provided below the undoped GaN layer 902 and the undoped GaN layer 1002. Al j Ga 1-j N (1 ≧ j ≧ 0)) can also be provided.

次に、窒化物半導体層114/エピタキシャルグラフェン層110の積層領域を、SiC基板101から剥離する工程(S4(図2))について説明する。
まず、図7(a)に示すように、SiC基板101の表面に形成した窒化物半導体層114/エピタキシャルグラフェン層110の積層構造上に、窒化物半導体層114と高い密着性を確保する支持体接着層122を形成する。
支持体接着層122の表面と窒化物半導体層114の表面との接着力(接着強度)は、少なくともグラフェン層111との間の分子間力よりも大きいことが望ましい。支持体接着層122は、剥離液によって剥離できる有機塗布材料、熱やUVなどで剥離性を発現する接着剤などの接着性を有する材料が好適である。
Next, a process (S4 (FIG. 2)) of peeling the laminated region of nitride semiconductor layer 114 / epitaxial graphene layer 110 from SiC substrate 101 will be described.
First, as shown in FIG. 7A, a support body that ensures high adhesion to the nitride semiconductor layer 114 on the nitride semiconductor layer 114 / epitaxial graphene layer 110 stacked structure formed on the surface of the SiC substrate 101. An adhesive layer 122 is formed.
It is desirable that the adhesive force (adhesive strength) between the surface of the support adhesive layer 122 and the surface of the nitride semiconductor layer 114 is at least greater than the intermolecular force between the graphene layer 111. The support adhesive layer 122 is preferably an organic coating material that can be peeled off by a peeling solution, or an adhesive material such as an adhesive that exhibits peelability by heat or UV.

さらに、図7(b)に示すように、支持体接着層122の表面上に、SiC基板101から窒化物半導体層114の単層、又は窒化物半導体層114/エピタキシャルグラフェン層110の積層層を剥離・支持するための支持体124を接着する。支持体124は、剥離した窒化物半導体層114/エピタキシャルグラフェン層110を支持する機能があり、支持体接着層122との接着力を少なくともグラフェン層111a,111b,111c相互間の分子間力よりも大きくすることができる接着面を備えていればよい。支持体124は、ガラス基板、セラミックス基板、石英基板、Siなどの半導体基板が好適である。   Further, as shown in FIG. 7B, on the surface of the support adhesive layer 122, a single layer of the nitride semiconductor layer 114 from the SiC substrate 101 or a stacked layer of the nitride semiconductor layer 114 / epitaxial graphene layer 110 is formed. A support 124 for peeling and supporting is adhered. The support 124 has a function of supporting the separated nitride semiconductor layer 114 / epitaxial graphene layer 110, and has an adhesive force with the support adhesive layer 122 that is at least greater than the intermolecular force between the graphene layers 111a, 111b, and 111c. What is necessary is just to provide the adhesive surface which can be enlarged. The support 124 is preferably a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a semiconductor substrate such as Si.

図8は、支持体124を引き上げ、窒化物半導体層114とSiC基板101とを剥離する様子を示した図である(S4(図2))。
前記のように、支持体124/支持体接着層122/窒化物半導体層114/エピタキシャルグラフェン層110を構成した後、図8に示すように、支持体124とSiC基板101との間を、少なくともグラフェン層111相互間の分子間力よりも大きな張力Fで引っ張り、グラフェン層111aと、グラフェン層111bとの間で剥離する(図8(a))。あるいは、窒化物半導体層114とエピタキシャルグラフェン層110との間の分子間力よりも大きな張力Fで引っ張り、窒化物半導体層114と、グラフェン層111aとの間で剥離する(図8(b))。
なお。図8(a)では、窒化物半導体114に一層のグラフェン層111aが付いた状態で剥離するものとしたが、複数のグラフェン層、例えば、グラフェン層111a,111bが窒化物半導体114に付いた状態で剥離されるものとしてもよい。
FIG. 8 is a view showing a state where the support 124 is pulled up and the nitride semiconductor layer 114 and the SiC substrate 101 are peeled off (S4 (FIG. 2)).
As described above, after configuring the support 124 / support adhesion layer 122 / nitride semiconductor layer 114 / epitaxial graphene layer 110, as shown in FIG. 8, at least between the support 124 and the SiC substrate 101, The film is pulled with a tension F larger than the intermolecular force between the graphene layers 111, and is separated between the graphene layer 111a and the graphene layer 111b (FIG. 8A). Alternatively, the film is pulled with a tension F larger than the intermolecular force between the nitride semiconductor layer 114 and the epitaxial graphene layer 110, and is separated between the nitride semiconductor layer 114 and the graphene layer 111a (FIG. 8B). .
Note that. In FIG. 8A, the nitride semiconductor 114 is peeled off with a single graphene layer 111a attached thereto, but a plurality of graphene layers, for example, graphene layers 111a and 111b are attached to the nitride semiconductor 114. It is good also as what is peeled by.

図9は、窒化物半導体層114とグラフェン層111aとの間の分子間力を説明するための説明図である。図9(a)は、窒化物半導体層114とグラフェン層111aとの間の界面の状態を示す構造図であり、図9(b)は、例えば、SiC基板101とグラフェン層111cとが直接接合した状態を示す構造図である。
窒化物半導体層114、特に、窒化ガリウムGaNは、六角柱状の結晶構造を持ち、端面の窒素Nの原子同士が六角形状に平面的に結合している。また、グラフェン層111aは、炭素Cが六角形状に平面的に結合している(図1(b))。このため、図9(a)に示すように、炭素Cの原子間に窒素Nの六角形が配置され、窒化物半導体層114とグラフェン層111aとの間は、共有結合することなく、表面のポテンシャルの規則性のみを用いて物理結合する。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the intermolecular force between the nitride semiconductor layer 114 and the graphene layer 111a. FIG. 9A is a structural diagram showing the state of the interface between the nitride semiconductor layer 114 and the graphene layer 111a, and FIG. 9B shows, for example, a direct bonding between the SiC substrate 101 and the graphene layer 111c. FIG.
Nitride semiconductor layer 114, in particular, gallium nitride GaN, has a hexagonal columnar crystal structure, and nitrogen N atoms on the end face are planarly bonded in a hexagonal shape. In the graphene layer 111a, carbon C is planarly bonded in a hexagonal shape (FIG. 1B). For this reason, as shown in FIG. 9A, a hexagon of nitrogen N is arranged between carbon C atoms, and the nitride semiconductor layer 114 and the graphene layer 111a are not covalently bonded to each other on the surface. Physically connect using only the regularity of the potential.

図9(b)は、例えば、SiC基板101とグラフェン層111cとの接合状態を示しており、SiC基板101は、正四面体の結晶構造を有するが、2層を一周期として積層すると六方晶系の対称性を有する面が存在する。このため、SiC基板101は、六角形の対称性を有する点でグラフェン層111cと類似するが、単層の接合面では、六角形の対称性を有することはない。したがって、SiC基板101とグラフェン層111cとの間は共有結合し、ポテンシャルの規則性による弱い結合だけでなく、結合手による強い結合力を有する。   FIG. 9B shows, for example, the bonding state of the SiC substrate 101 and the graphene layer 111c. The SiC substrate 101 has a tetrahedral crystal structure, but hexagonal crystals are formed by stacking two layers as one period. There are planes with system symmetry. For this reason, the SiC substrate 101 is similar to the graphene layer 111c in that it has hexagonal symmetry, but it does not have hexagonal symmetry in the single-layer bonding surface. Therefore, the SiC substrate 101 and the graphene layer 111c are covalently bonded, and have a strong bonding force due to a bond as well as a weak bond due to the regularity of the potential.

すなわち、窒化物半導体層114とグラフェン層111aとの間、及びグラフェン層11a,111b相互間は結合が弱く、SiC基板101とグラフェン層111cとの間は、結合が強い。なお、窒化物半導体層114とグラフェン層111aとの間で変成層ができるため、窒化物半導体層114とグラフェン層111aとの間の方が、グラフェン層11a,111b相互間よりも結合量が強い。   That is, the bond between the nitride semiconductor layer 114 and the graphene layer 111a and between the graphene layers 11a and 111b is weak, and the bond between the SiC substrate 101 and the graphene layer 111c is strong. Note that since a metamorphic layer is formed between the nitride semiconductor layer 114 and the graphene layer 111a, the amount of coupling between the nitride semiconductor layer 114 and the graphene layer 111a is stronger than between the graphene layers 11a and 111b. .

したがって、例えば、図10に示すように支持基板124を真空吸着して引き上げることにより、結合が弱いグラフェン層111a,111bの境界、又は窒化物半導体層114とグラフェン層111aとの間で、結晶欠陥を生ずることなく、ナノメータオーダの平坦性で剥がすことができる。   Therefore, for example, as shown in FIG. 10, the support substrate 124 is attracted by vacuum to pull up the crystal defect between the boundary between the graphene layers 111a and 111b, which are weakly bonded, or between the nitride semiconductor layer 114 and the graphene layer 111a. Can be peeled off with a flatness of the order of nanometers.

窒化物半導体層114/グラフェン層110、あるいは、窒化物半導体層114をSiC基板101から剥離した後、図11(図11(a)、図11(b))に示すように、別の基板(第2基板)130の表面に直接密着させ接合し固定する。これにより、第2基板130の表面と窒化物半導体層114/グラフェン層111aとの間、あるいは、窒化物半導体層114の表面との間は、分子間力によって接合される(S5(図2))。
窒化物半導体層114/グラフェン層111a、あるいは、窒化物半導体層114は、図12に示すように別の基板(第2基板)130の表面に形成した接合層132の表面に直接密着させ分子間力によって接合してもよい。
After the nitride semiconductor layer 114 / graphene layer 110 or the nitride semiconductor layer 114 is peeled off from the SiC substrate 101, as shown in FIG. 11 (FIGS. 11A and 11B), another substrate ( The second substrate 130 is directly brought into close contact with the surface and bonded and fixed. As a result, the surface of the second substrate 130 and the nitride semiconductor layer 114 / graphene layer 111a or the surface of the nitride semiconductor layer 114 are joined by intermolecular force (S5 (FIG. 2)). ).
The nitride semiconductor layer 114 / graphene layer 111a or the nitride semiconductor layer 114 is directly adhered to the surface of the bonding layer 132 formed on the surface of another substrate (second substrate) 130 as shown in FIG. You may join by force.

分子間力で接合する場合、窒化物半導体層114、又はグラフェン層111aの表面は、少なくともナノメータオーダの平坦性を備えていることが好ましい。ここで、ナノメータオーダの平坦性とは、分子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)で測定した表面粗さ(山−谷の最大高低差:Rrv)が1桁の数値のナノメートルであること、すなわち、Rrvが10nmより小さい値であることを意味する。より好ましくは、別の基板130の表面に形成する接合層の表面のRrvは、3nm以下であることが好ましい。   In the case of bonding by intermolecular force, it is preferable that the surface of the nitride semiconductor layer 114 or the graphene layer 111a has at least nanometer order flatness. Here, the flatness of the nanometer order is a nanometer whose surface roughness (maximum height difference between peaks and valleys: Rrv) measured with an atomic force microscope (AFM) is a single digit. That is, it means that Rrv is a value smaller than 10 nm. More preferably, the Rrv on the surface of the bonding layer formed on the surface of another substrate 130 is preferably 3 nm or less.

別の基板130は、例えば、Si基板、AIN基板などのセラミックス基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板が好適である。また、別の基板130の表面に形成する接合層132は、例えば、SiO、SiN、SiON、PSG、BSG、SOG、金属、有機物、から選択される材料である。そして、この接合層132は、プラズマCVD法、CVD法、スパッタ法等によって形成することができる。
なお、前記接合は、分子間力による接合の他、接合界面を介した原子の拡散、化合物形成などによる接合であってもよい。
The other substrate 130 is preferably a ceramic substrate such as a Si substrate or an AIN substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, or a metal substrate. The bonding layer 132 formed on the surface of another substrate 130 is a material selected from, for example, SiO 2 , SiN, SiON, PSG, BSG, SOG, metal, and organic matter. The bonding layer 132 can be formed by a plasma CVD method, a CVD method, a sputtering method, or the like.
The bonding may be bonding by intermolecular force, atom diffusion through a bonding interface, compound formation, or the like.

前記のように窒化物半導体層114/グラフェン層110、あるいは、窒化物半導体層114を別の基板130の表面に接合し、あるいは別の基板130上に形成した接合層132の表面に接合した後、図13に示すように、窒化物半導体層114の表面から支持体接着層122/支持体124を除去する。なお、支持体接着層122/支持体124をエッチング除去する場合、支持体124は、エッチング液に対して耐食性を備えた材料を使用することにより、再利用することができる。   After bonding the nitride semiconductor layer 114 / graphene layer 110 or the nitride semiconductor layer 114 to the surface of another substrate 130 as described above, or after bonding to the surface of the bonding layer 132 formed on another substrate 130 As shown in FIG. 13, the support adhesive layer 122 / support 124 is removed from the surface of the nitride semiconductor layer 114. When the support adhesive layer 122 / support 124 is removed by etching, the support 124 can be reused by using a material having corrosion resistance to the etching solution.

図13は、窒化物半導体層114/グラフェン層110、あるいは、窒化物半導体層114を別の基板130の表面に接合した場合を示した図であり、図14は、窒化物半導体層114/グラフェン層110、あるいは、窒化物半導体層114を別の基板130上に形成した接合層132の表面に接合した場合について示している。
なお、支持体接着層122/支持体124は、支持体接着層122の剥離液による剥離、熱による剥離、UVによる剥離などによって除去される。
FIG. 13 is a diagram illustrating a case where the nitride semiconductor layer 114 / graphene layer 110 or the nitride semiconductor layer 114 is bonded to the surface of another substrate 130, and FIG. 14 is a diagram illustrating the nitride semiconductor layer 114 / graphene layer The case where the layer 110 or the nitride semiconductor layer 114 is bonded to the surface of the bonding layer 132 formed on another substrate 130 is shown.
The support adhesive layer 122 / support 124 is removed by peeling the support adhesive layer 122 with a peeling solution, peeling with heat, peeling with UV, or the like.

図13(a)に示す窒化物半導体基板160Aは、窒化物半導体層114と別の基板130とを分子間力で接合したものであり、図13(b)に示す窒化物半導体基板160Bは、グラフェン層114aが積層された窒化物半導体層114と別の基板130とを分子間力で接合したものである。また、図14(a)の窒化物半導体基板160Cは、積層された窒化物半導体層114に積層したグラフェン層111aと別の基板130とを接合層132を介して接合したものであり、図14(b)の窒化物半導体基板160Dは、窒化物半導体層114と別の基板130とを接合層132を介して接合したものである。グラフェン層111aを積層した窒化物半導体層114を別の基板130に接合した図13(b)及び図14(a)の構造は、グラフェントランジスタ等の機能性デバイスを作製することができる。   A nitride semiconductor substrate 160A shown in FIG. 13A is obtained by bonding a nitride semiconductor layer 114 and another substrate 130 with an intermolecular force, and a nitride semiconductor substrate 160B shown in FIG. The nitride semiconductor layer 114 on which the graphene layer 114a is stacked and another substrate 130 are joined by intermolecular force. Further, the nitride semiconductor substrate 160C of FIG. 14A is obtained by bonding the graphene layer 111a stacked on the stacked nitride semiconductor layer 114 and another substrate 130 via the bonding layer 132. FIG. The nitride semiconductor substrate 160D of (b) is obtained by bonding the nitride semiconductor layer 114 and another substrate 130 via the bonding layer 132. 13B and 14A in which the nitride semiconductor layer 114 in which the graphene layer 111a is stacked is bonded to another substrate 130, a functional device such as a graphene transistor can be manufactured.

本実施形態では、SiC基板101(第1基板)上に成長したエピタキシャルグラフェン層110上に窒化物半導体層114を結晶成長させ、グラフェン層111a,111b,111c相互間の分子間力より大きな力で引き上げ、あるいは、グラフェン層111a,111b,111cと窒化物半導体層114との間の分子間力よりも大きな力で引き上げることにより、窒化物半導体層114をSiC基板101から剥離するようにしたので、容易に窒化物半導体層114をSiC基板101から容易に剥離することができる。   In this embodiment, the nitride semiconductor layer 114 is crystal-grown on the epitaxial graphene layer 110 grown on the SiC substrate 101 (first substrate), and the force is larger than the intermolecular force between the graphene layers 111a, 111b, and 111c. Since the nitride semiconductor layer 114 is separated from the SiC substrate 101 by pulling up or pulling up with a force larger than the intermolecular force between the graphene layers 111a, 111b, and 111c and the nitride semiconductor layer 114, The nitride semiconductor layer 114 can be easily peeled from the SiC substrate 101.

さらに、剥離した窒化物半導体層/グラフェン層の表面(すなわち、グラフェン層111aの表面)、あるいは窒化物半導体層114の表面、は1ナノメートル以下の最大表面粗さが得られるため、窒化物半導体薄膜を第2の基板上へ、分子間力などを使って容易に接合することができる。   Furthermore, since the peeled surface of the nitride semiconductor layer / graphene layer (that is, the surface of the graphene layer 111a) or the surface of the nitride semiconductor layer 114 has a maximum surface roughness of 1 nanometer or less, the nitride semiconductor The thin film can be easily bonded onto the second substrate using intermolecular force or the like.

(第1実施形態の変形例)
前記支持体接着層122は必ずしも分離されておらず支持体124と一体の構造であってもよい。
(Modification of the first embodiment)
The support adhesive layer 122 is not necessarily separated and may have a structure integrated with the support 124.

(第2実施形態)
第2実施形態では、少なくとも窒化物半導体層114が、所定形状の複数の領域にあらかじめ分離されている点が第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる点を中心に図を参照しながら、第2実施形態について説明する。
第1実施形態と同様に、第1基板であるSiC基板101上にエピタキシャルグラフェン層110を成長し、エピタキシャルグラフェン層110上に窒化物半導体層114を形成する。窒化物半導体層114は、第1実施形態で図4,5,6で述べた構成例の窒化物半導体層114A,…,114Gを備える。
窒化物半導体層114に所定の素子形状の加工を施して、窒化物半導体層114に複数の素子を形成する。
(Second Embodiment)
The second embodiment is different from the first embodiment in that at least the nitride semiconductor layer 114 is previously separated into a plurality of regions having a predetermined shape. Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings focusing on differences from the first embodiment.
Similar to the first embodiment, the epitaxial graphene layer 110 is grown on the SiC substrate 101 which is the first substrate, and the nitride semiconductor layer 114 is formed on the epitaxial graphene layer 110. The nitride semiconductor layer 114 includes the nitride semiconductor layers 114A,..., 114G having the configuration example described in FIGS.
The nitride semiconductor layer 114 is processed into a predetermined element shape to form a plurality of elements in the nitride semiconductor layer 114.

図15において、窒化物半導体層114は、複数の素子形成領域214と、素子が形成されていない非素子形成領域216とに分割され、複数の素子形成領域214は、各々分離島314が形成され、非素子形成領域216は各素子形成領域214を分離する分離溝316が形成されている。ここでは、各々の分離島314は長方形状に形成され、2段6列に配列されている。   In FIG. 15, the nitride semiconductor layer 114 is divided into a plurality of element formation regions 214 and a non-element formation region 216 in which no elements are formed, and each of the plurality of element formation regions 214 has an isolation island 314 formed therein. In the non-element formation region 216, an isolation groove 316 that separates each element formation region 214 is formed. Here, each separation island 314 is formed in a rectangular shape and arranged in two rows and six rows.

分離溝316の形成は、フォトリソ工程、及びドライエッチング工程によって行うことができる。図16(a)は、図15と同様に複数の分離島314、及び分離溝316を示した図であり、図16(b)は、図16(a)のA−A断面図である。
図16(b)では、分離溝316はエピタキシャルグラフェン層110の上面に至る溝であるように描いているが、分離溝316は例えばSiC基板101まで至る分離溝であってもよく、SiC基板101内に至る溝であってもよい。また、分離溝の形状も垂直形状に限定されない。
The separation groove 316 can be formed by a photolithography process and a dry etching process. FIG. 16A is a view showing a plurality of separation islands 314 and separation grooves 316 similarly to FIG. 15, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
In FIG. 16B, the separation groove 316 is depicted as a groove reaching the upper surface of the epitaxial graphene layer 110, but the separation groove 316 may be a separation groove reaching the SiC substrate 101, for example. It may be a groove leading to the inside. Further, the shape of the separation groove is not limited to the vertical shape.

窒化物半導体層の分離島314を形成した後に、第1実施形態と同様に支持体接着層122と支持体124とを形成し、窒化物半導体層114を含む分離島314を、グラフェン層111a,111b相互間の分子間力を超える力で、SiC基板101から剥離する(図8(a))。あるいは、グラフェン層111aと窒化物半導体層114との間の分子間力を超える力で、SiC基板101から剥離する。すなわち、機械的に分離島314をSiC基板101から剥離する(図8(b))。   After forming the isolation island 314 of the nitride semiconductor layer, the support adhesion layer 122 and the support 124 are formed as in the first embodiment, and the isolation island 314 including the nitride semiconductor layer 114 is converted into the graphene layer 111a, It peels from the SiC substrate 101 with a force exceeding the intermolecular force between 111b (FIG. 8A). Alternatively, the peeling is performed from the SiC substrate 101 with a force exceeding the intermolecular force between the graphene layer 111a and the nitride semiconductor layer 114. That is, the isolation island 314 is mechanically peeled from the SiC substrate 101 (FIG. 8B).

図17の窒化物半導体基板160Eに示すように、剥離した窒化物半導体層114を含む分離島314を第1実施形態と同様に、別の基板130の表面の所定の接合位置に接合する。あるいは、分離島314を別の基板130上に形成した接合層132の表面の所定の接合位置に接合する。図17は、複数の分離島314を別の基板130上に形成した接合層132の表面に接合した形態を示している。第1実施形態と同様に、SiC基板101から剥離した分離島314の剥離面表面の平坦性、原子間力顕微鏡(AFM)で測定した最大表面粗さ(山−谷の高低差)が少なくとも一桁のナノメータ以下の値を示す平坦な表面が得られ、良好な接合状態を実現できる。   As shown in the nitride semiconductor substrate 160E of FIG. 17, the isolation island 314 including the separated nitride semiconductor layer 114 is bonded to a predetermined bonding position on the surface of another substrate 130 as in the first embodiment. Alternatively, the isolation island 314 is bonded to a predetermined bonding position on the surface of the bonding layer 132 formed on another substrate 130. FIG. 17 shows a form in which a plurality of isolation islands 314 are bonded to the surface of a bonding layer 132 formed on another substrate 130. As in the first embodiment, the flatness of the surface of the separation island 314 peeled from the SiC substrate 101 and the maximum surface roughness (peak-valley difference) measured by an atomic force microscope (AFM) are at least one. A flat surface showing a value on the order of nanometers or less can be obtained, and a good bonding state can be realized.

分離溝316を形成して複数の分離島形状に分離した各窒化物半導体層の分離島314が発光素子や電子素子などの素子を形成した形態とは、その形態で素子として動作させることができる形態であることを意味する。また、発光素子や電子素子などの素子を形成する途中の形態とは、素子として完成する途中の形態であることを意味し、素子形態の加工を開始する前の形態も含む。   The form in which the isolation island 314 of each nitride semiconductor layer formed into the plurality of isolation islands by forming the isolation groove 316 forms an element such as a light emitting element or an electronic element can be operated as an element in that form. Means form. Moreover, the form in the middle of forming elements, such as a light emitting element and an electronic element, means the form in the middle of completing as an element, and the form before starting processing of an element form is also included.

本発明の第2実施形態では、第1実施形態の工程に加えて窒化物半導体層114に分離溝316を形成し所定の分離島形状に加工する工程を加えたので、窒化物半導体素子形態あるいは窒化物半導体素子形態を形成する途中の形態を、SiC基板101から機械的に容易に剥離することができる。   In the second embodiment of the present invention, in addition to the process of the first embodiment, the step of forming the isolation groove 316 in the nitride semiconductor layer 114 and processing into a predetermined isolation island shape is added. A form in the middle of forming the nitride semiconductor element form can be mechanically easily separated from the SiC substrate 101.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態の半導体装置の製造方法は、第1基板であるSiC基板101の表面に成長したエピタキシャルグラフェン層110の表面に窒化物半導体層114を形成した窒化物半導体層/グラフェン層成長基板400の表面、すなわち、グラフェン層111a側と反対側の窒化物半導体層114の表面を、別の基板130の表面(、又は別の基板130の表面上に形成した接合層432の表面)に接合した後に、第1基板であるSiC基板101から窒化物半導体層114を剥離する工程を備える点が、第1実施形態、及び第2実施形態と異なる。以下、図18を参照しながら第3実施形態を説明する。
(Third embodiment)
The method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes a nitride semiconductor layer / graphene layer in which a nitride semiconductor layer 114 is formed on the surface of an epitaxial graphene layer 110 grown on the surface of a SiC substrate 101 as a first substrate. The surface of the growth substrate 400, that is, the surface of the nitride semiconductor layer 114 opposite to the graphene layer 111a side is the surface of another substrate 130 (or the surface of the bonding layer 432 formed on the surface of the other substrate 130). The second embodiment is different from the first and second embodiments in that it includes a step of peeling the nitride semiconductor layer 114 from the SiC substrate 101 which is the first substrate after bonding to the first substrate. Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to FIG.

図18(a)は、第1の基板上にグラフェン層と窒化物半導体層を形成した窒化物半導体層/グラフェン層成長基板400と、接合層432が形成された別の基板130とを接合する様子を説明するための図である。接合層432は、別の基板130と窒化物半導体層114とを、別の基板130を剥離する力よりも大きな力で接合する機能を有する。   18A, a nitride semiconductor layer / graphene layer growth substrate 400 in which a graphene layer and a nitride semiconductor layer are formed on a first substrate is bonded to another substrate 130 in which a bonding layer 432 is formed. It is a figure for demonstrating a mode. The bonding layer 432 has a function of bonding another substrate 130 and the nitride semiconductor layer 114 with a force larger than a force for peeling the other substrate 130.

図18(b)は、窒化物半導体層表面と、接合層432とを接合した後の状態を示している。
すなわち、SiC基板101、エピタキシャルグラフェン層110、窒化物半導体層114、接合層432、別の基板130がこの順で積層されている。
FIG. 18B shows a state after the nitride semiconductor layer surface and the bonding layer 432 are bonded.
That is, the SiC substrate 101, the epitaxial graphene layer 110, the nitride semiconductor layer 114, the bonding layer 432, and another substrate 130 are stacked in this order.

図19(a)に示すように、SiC基板101を、グラフェン層111a,111b相互間の分子間力、あるいはグラフェン層111aと窒化物半導体層114との間の分子間力よりも強い力Fで引っ張り、別の基板130を引き剥がす。
なお、この力Fは、SiC基板101とグラフェン層111cとの間の接合力よりも小さいとする。
As shown in FIG. 19A, the SiC substrate 101 is applied with a force F stronger than the intermolecular force between the graphene layers 111a and 111b or the intermolecular force between the graphene layer 111a and the nitride semiconductor layer 114. Pull and peel off another substrate 130.
It is assumed that this force F is smaller than the bonding force between SiC substrate 101 and graphene layer 111c.

図19(b)は、別の基板130を剥離した後の状態を示す。
窒化物半導体基板160Fは、別の基板130と、接合層432と、窒化物半導体層114とがこの順に積層されている。窒化物半導体層114は、第2実施形態で述べたように複数の領域に分割されていてもよい。また、窒化物半導体層114は、発光素子や電子素子の形態を備えていてもよい。
FIG. 19B shows a state after another substrate 130 is peeled off.
In the nitride semiconductor substrate 160F, another substrate 130, a bonding layer 432, and a nitride semiconductor layer 114 are stacked in this order. The nitride semiconductor layer 114 may be divided into a plurality of regions as described in the second embodiment. The nitride semiconductor layer 114 may have a form of a light emitting element or an electronic element.

第1基板であるSiC基板101の表面に成長したエピタキシャルグラフェン層110の表面に窒化物半導体層114を形成した窒化物半導体層/グラフェン層成長基板の表面、すなわち、グラフェン層側と反対側の窒化物半導体層114の表面を、別の基板130の表面、又は別の基板130の表面上に形成した接合層の表面に接合した後に、SiC基板101から窒化物半導体層114を剥離する工程を備えるので、第1実施形態、及び第2実施形態の効果に加えて、新たに、窒化物半導体層を剥離するための支持体を形成する工程を省略することができるという効果が生じる。   The surface of the nitride semiconductor layer / graphene layer growth substrate in which the nitride semiconductor layer 114 is formed on the surface of the epitaxial graphene layer 110 grown on the surface of the SiC substrate 101 as the first substrate, that is, the nitridation on the side opposite to the graphene layer side A step of peeling nitride semiconductor layer 114 from SiC substrate 101 after bonding the surface of physical semiconductor layer 114 to the surface of another substrate 130 or the surface of a bonding layer formed on the surface of another substrate 130. Therefore, in addition to the effects of the first embodiment and the second embodiment, there is an effect that a process of forming a support for peeling off the nitride semiconductor layer can be newly omitted.

101 SiC基板(第1基板)
110 エピタキシャルグラフェン層
111a,111b,111c グラフェン層
114,114A,114B,114C,114D,114E,114F,114G 窒化物半導体層
122 支持体接着層
124 支持体
130 別の基板(第2基板)
132,432 接合層
150 窒化物半導体層/グラフェン層成長基板
160、160A,160B、160C,160D,160E,160F 窒化物半導体基板
200 エピタキシャルグラフェン基板
214 素子形成領域
216 非素子形成領域
314 分離島
316 分離溝
400 窒化物半導体/グラフェン層成長基板
432 接合層
501,601,701,801 AlNバッファ層
502,602,904,1003 n−GaN層
503 n−AlGaN(Si)層
504 多重量子井戸層 (InGaN/GaN/・・・・/InGaN/GaN/InGaN層)
505,604 p−AlGaN(Mg)層
506,605 p−GaN(Mg)層
603 InGaN層
702 n−AlGa1−xN層
703 i−AlGa1−yN層
704 p−AlGa1−xN層
801 n−AlGaN層
802 n−AlGaN層
803 n―AlGaN層
804 p−GaN層
805 n−GaN層
902,1002 アンドープGaN層
903 アンドープAlGaN層

101 SiC substrate (first substrate)
110 Epitaxial Graphene Layer 111a, 111b, 111c Graphene Layer 114, 114A, 114B, 114C, 114D, 114E, 114F, 114G Nitride Semiconductor Layer 122 Support Adhesive Layer 124 Support 130 Another Substrate (Second Substrate)
132,432 Junction layer 150 Nitride semiconductor layer / graphene layer growth substrate 160, 160A, 160B, 160C, 160D, 160E, 160F Nitride semiconductor substrate 200 Epitaxial graphene substrate 214 Element formation region 216 Non-element formation region 314 Isolation island 316 Isolation Groove 400 Nitride semiconductor / graphene layer growth substrate 432 Junction layer 501, 601, 701, 801 AlN buffer layer 502, 602, 904, 1003 n-GaN layer 503 n-AlGaN (Si) layer 504 Multiple quantum well layer (InGaN / GaN /.../ InGaN / GaN / InGaN layer)
505,604 p-AlGaN (Mg) layer 506,605 p-GaN (Mg) layer 603 InGaN layer 702 n-Al x Ga 1- x N layer 703 i-Al y Ga 1- y N layer 704 p-Al x Ga 1-x N layer 801 n + -AlGaN layer 802 n + -AlGaN layer 803 n -- AlGaN layer 804 p-GaN layer 805 n + -GaN layer 902, 1002 Undoped GaN layer 903 Undoped AlGaN layer

Claims (5)

第1基板の表面で複数層のグラフェン層が成長する工程と、
前記グラフェン層との界面で、共有結合性を有することなく、原子レベルのポテンシャルの規則性のみを用いた結合力を伴って窒化物半導体層が形成される工程と、
前記グラフェン層相互間のポテンシャルによる接合力以上の力で、前記窒化物半導体層及び前記グラフェン層の一部が前記第1基板から剥離される工程と、
前記剥離されたグラフェン層が第2基板の表面に分子間力によって接合される工程と、
を備え、
前記第2基板に接合される前記グラフェン層の表面は、分子間力顕微鏡で測定した表面粗さが3nm以下である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of growing a plurality of graphene layers on the surface of the first substrate;
A step of forming a nitride semiconductor layer at the interface with the graphene layer with a bonding force using only the regularity of atomic level potential without having a covalent bond; and
A step of peeling a part of the nitride semiconductor layer and the graphene layer from the first substrate with a force equal to or higher than a bonding force due to a potential between the graphene layers;
The exfoliated graphene layer is bonded to the surface of the second substrate by intermolecular force;
With
The surface of the graphene layer bonded to the second substrate has a surface roughness measured by an intermolecular force microscope of 3 nm or less.
前記第1基板は、SiC基板であり、
前記窒化物半導体層は、少なくとも前記グラフェン層に接合している層が窒化物層である複合層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The first substrate is a SiC substrate;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer is a composite layer in which at least a layer bonded to the graphene layer is a nitride layer.
前記窒化物半導体層を複数の領域に分割する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of dividing the nitride semiconductor layer into a plurality of regions. 前記窒化物半導体層は、発光素子あるいは電子素子の一部又は全部の構造を備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer has a structure of a part or all of a light emitting element or an electronic element. 5. 第1基板上に形成された複数層のグラフェン層との界面で、共有結合性を有することなく、原子レベルのポテンシャルの規則性のみを用いた結合力を伴って窒化物半導体層を成長させ、前記グラフェン層相互間のポテンシャルによる接合力以上の力で、前記窒化物半導体層及び前記グラフェン層の一部を前記第1基板から剥離し、
前記剥離されたグラフェン層が第2基板の表面に分子間力によって接合され、
前記第2基板に接合される前記グラフェン層の表面は、分子間力顕微鏡で測定した表面粗さが3nm以下である
ことを特徴とする半導体装置。
Growing a nitride semiconductor layer with a bonding force using only the regularity of atomic level potential without having a covalent bond at an interface with a plurality of graphene layers formed on the first substrate , The nitride semiconductor layer and a part of the graphene layer are separated from the first substrate with a force equal to or higher than the bonding force due to the potential between the graphene layers,
The exfoliated graphene layer is bonded to the surface of the second substrate by intermolecular force,
The surface of the graphene layer bonded to the second substrate has a surface roughness measured by an intermolecular force microscope of 3 nm or less.
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