JP5875249B2 - Semiconductor substrate, semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法に関する。特に、サファイア基板からの窒化ガリウム層のリフトオフ方法に関し、そのリフトオフ方法を適用する半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor substrate, a semiconductor device, and manufacturing methods thereof. In particular, the present invention relates to a lift-off method of a gallium nitride layer from a sapphire substrate, and relates to a semiconductor substrate, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof to which the lift-off method is applied.

窒化ガリウム(GaN)系半導体を用いた発光ダイオード(以下、LEDという)は、信号機や液晶パネルのバックライト等の様々な機器に利用されている。 Light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) using gallium nitride (GaN) semiconductors are used in various devices such as traffic lights and backlights of liquid crystal panels.

窒化ガリウム(GaN)基板の製造は非常に困難でありコストも高いため、LEDやレーザダイオード等の半導体デバイスは、サファイア等の異種基板上でGaN層を成長させて製造される場合が多い。非特許文献1では、石英基板上、W、Mo、Ta、及びNbの高融点金属基板上、及びSi基板上のそれぞれに、プラズマ分子線エピタキシ(plasma assisted molecular beam epitaxy)を用いてGaNを結晶成長させる例を示している。 Since manufacture of a gallium nitride (GaN) substrate is very difficult and expensive, semiconductor devices such as LEDs and laser diodes are often manufactured by growing a GaN layer on a dissimilar substrate such as sapphire. In Non-Patent Document 1, GaN is crystallized on each of a quartz substrate, a refractory metal substrate of W, Mo, Ta, and Nb, and a Si substrate using plasma assisted molecular beam epitaxy. An example of growth is shown.

しかし、GaN層と基板との間の格子不整合及び熱膨張係数のミスマッチが発生し、高転位密度や欠陥の増大をもたらし、LEDの発光性能の向上を妨げている。GaN基板用に成長させたGaNバルク結晶をGaN基板として剥離するため、機械研磨やレーザ剥離等が用いられているが、実用的なサイズのGaN基板を再現良く得ることは非常に困難であった。さらに、サファイア基板は、GaN基板に比べて熱伝導率が低く、デバイスの熱放熱性を低下させる。さらに、サファイア基板に薄いGaN層を形成した場合、サファイア基板からGaN層を剥離するのは極めて困難であった。 However, lattice mismatch and thermal expansion coefficient mismatch between the GaN layer and the substrate occur, resulting in high dislocation density and increased defects, which hinder the improvement of the light emitting performance of the LED. Mechanical polishing, laser peeling, etc. are used to peel the GaN bulk crystal grown for the GaN substrate as the GaN substrate, but it was very difficult to obtain a practical size GaN substrate with good reproducibility. . Furthermore, the sapphire substrate has a lower thermal conductivity than the GaN substrate, and reduces the heat dissipation of the device. Furthermore, when a thin GaN layer is formed on a sapphire substrate, it is extremely difficult to peel the GaN layer from the sapphire substrate.

“Polycrystalline GaN for light emitter and field electron emitter applications” S. Hasegawa, S. Nishida, T. Yamashita, H. Asahi, Thin Solid Films 487 (2005) 260-267.“Polycrystalline GaN for light emitter and field electron emitter applications” S. Hasegawa, S. Nishida, T. Yamashita, H. Asahi, Thin Solid Films 487 (2005) 260-267.

本発明は上述の問題を解決するもので、異種材料の基板上に形成した平坦かつ薄い半導体基板であって、異種材料の基板からの剥離が容易な半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention solves the above-described problem, and provides a semiconductor substrate, a semiconductor device, and a method of manufacturing the same, which are flat and thin semiconductor substrates formed on a substrate of a different material, and can be easily separated from the substrate of the different material. The issue is to provide.

本発明の一実施形態によると、第1の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板と、前記基板の第1の面に形成した第1の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a substrate having a plurality of hemispherical protrusions arranged on the first surface at a predetermined interval, and a first semiconductor layer formed on the first surface of the substrate, A semiconductor substrate is provided.

前記半導体基板において、前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第1の面との比が1以上であってもよい。 In the semiconductor substrate, a ratio of a total surface area of the plurality of hemispherical protrusions to the first surface may be 1 or more.

前記半導体基板において、前記半球状の凸部の底面の幅が5μm以下であってもよい。 In the semiconductor substrate, a width of a bottom surface of the hemispherical convex portion may be 5 μm or less.

前記半導体基板において、前記基板がサファイア基板であり、前記第1の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。 In the semiconductor substrate, the substrate may be a sapphire substrate, and the first semiconductor layer may be a gallium nitride layer.

前記半導体基板において、前記第1の半導体層の前記第1の面とは反対側の第2の面に形成した第2の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の一部に形成された所定形状のパターンを有する空洞部と、を有してもよい。 In the semiconductor substrate, a second semiconductor layer formed on a second surface opposite to the first surface of the first semiconductor layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer And a cavity having a pattern of a predetermined shape formed in part.

前記半導体基板において、前記所定形状のパターンは前記所定の間隔の幅を有し、前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第1の半導体層の第2の面の位置に前記空洞部が配置されてもよい。 In the semiconductor substrate, the pattern of the predetermined shape has a width of the predetermined interval, and the cavity is formed at a position of the second surface of the first semiconductor layer corresponding to the interval of the plurality of hemispherical protrusions. A part may be arranged.

前記半導体基板において、前記所定形状のパターンは第1の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第1の方向と直交する第2の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成してもよい。 In the semiconductor substrate, the pattern having the predetermined shape has a rectangular shape having a long side in the first direction, and a plurality of patterns are arranged in a second direction orthogonal to the first direction to form the metal material layer. May be.



また、本発明の一実施形態によると、第1の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板と、前記基板の第1の面に形成した第1の半導体層と、を有することを特徴とする半導体基板が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a substrate having a plurality of curved concave portions disposed on the first surface at predetermined intervals, a first semiconductor layer formed on the first surface of the substrate, A semiconductor substrate is provided.

前記半導体基板において、前記曲面形状の凹部の底面の幅が5μm以下であってもよい。 In the semiconductor substrate, the width of the bottom surface of the curved concave portion may be 5 μm or less.

前記半導体基板において、前記基板がサファイア基板であり、前記第1の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。 In the semiconductor substrate, the substrate may be a sapphire substrate, and the first semiconductor layer may be a gallium nitride layer.

また、本発明の一実施形態によると、基板の第1の面に所定の間隔で複数の半球状の凸部を形成し、前記基板の第1の面に第1の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法が提供される。 According to an embodiment of the present invention, the plurality of hemispherical protrusions are formed on the first surface of the substrate at a predetermined interval, and the first semiconductor layer is formed on the first surface of the substrate. A method for manufacturing a semiconductor substrate is provided.

前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部を形成することは、前記基板の第1の面をエッチングすることにより行ってもよい。 In the method for manufacturing the semiconductor substrate, the plurality of hemispherical protrusions may be formed by etching the first surface of the substrate.

前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部の表面積の合計と前記第1の面との比が1以上となるように、前記基板の第1の面に前記半球状の凸部を形成してもよい。 In the method for manufacturing the semiconductor substrate, the hemispherical protrusions on the first surface of the substrate so that a ratio of a total surface area of the plurality of hemispherical protrusions to the first surface is 1 or more. A part may be formed.

前記半導体基板の製造方法において、前記半球状の凸部の底面の幅が5μm以下となるように、前記基板の第1の面に前記半球状の凸部を形成してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the hemispherical protrusions may be formed on the first surface of the substrate such that the width of the bottom surface of the hemispherical protrusions is 5 μm or less.

前記半導体基板の製造方法において、前記第1の半導体層は、有機金属気相成長法を用いて形成してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the first semiconductor layer may be formed using a metal organic chemical vapor deposition method.

前記半導体基板の製造方法において、前記基板がサファイア基板であり、前記第1の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the substrate may be a sapphire substrate, and the first semiconductor layer may be a gallium nitride layer.

前記半導体基板の製造方法において、形成した前記第1の半導体層を前記基板から剥離してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the formed first semiconductor layer may be peeled from the substrate.

前記半導体基板の製造方法において、前記第1の半導体層の前記第1の面とは反対側の第2の面に、所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、有機金属気相成長法を用いて前記第2の面に第2の半導体層を形成して、前記金属材料層と接する前記第1の半導体層に空洞部を形成してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, a metal material layer having a predetermined pattern is formed on a second surface of the first semiconductor layer opposite to the first surface, and a metal organic vapor phase epitaxy method is formed. May be used to form a second semiconductor layer on the second surface and form a cavity in the first semiconductor layer in contact with the metal material layer.

前記半導体基板の製造方法において、前記金属材料層は、タンタル、チタンまたはクロムで形成されてもよい。 In the semiconductor substrate manufacturing method, the metal material layer may be formed of tantalum, titanium, or chromium.

前記半導体基板の製造方法において、前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第1の半導体層の第2の面の位置に、前記所定の間隔の幅を有する前記所定形状のパターンで前記金属材料層を形成してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the pattern of the predetermined shape having a width of the predetermined interval at a position of the second surface of the first semiconductor layer corresponding to the interval between the plurality of hemispherical protrusions. The metal material layer may be formed.

前記半導体基板の製造方法において、前記所定形状のパターンは第1の方向を長辺とする矩形形状を有し、前記第1の方向と直交する第2の方向に複数配置されて前記金属材料層を形成してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the pattern of the predetermined shape has a rectangular shape having a first side as a long side, and a plurality of the patterns are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and the metal material layer May be formed.



前記半導体基板の製造方法において、前記第1の半導体層に形成された前記空洞部を利用して前記基板を剥離して、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層から形成された半導体基板を製造してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, a semiconductor formed from the first semiconductor layer and the second semiconductor layer by peeling the substrate using the cavity formed in the first semiconductor layer. A substrate may be manufactured.

また、本発明の一実施形態によると、基板の第1の面に所定の間隔で複数の曲面形状の凹部を形成し、前記基板の第1の面に第1の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a plurality of curved concave portions are formed at a predetermined interval on the first surface of the substrate, and the first semiconductor layer is formed on the first surface of the substrate. A method for manufacturing a semiconductor substrate is provided.

前記半導体基板の製造方法において、前記曲面形状の凹部の底面の幅が5μm以下となるように、前記基板の第1の面に前記曲面形状の凹部を形成してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the curved concave portion may be formed on the first surface of the substrate such that a width of a bottom surface of the concave concave portion is 5 μm or less.

前記半導体基板の製造方法において、前記基板がサファイア基板であり、前記第1の半導体層が窒化ガリウム層であってもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the substrate may be a sapphire substrate, and the first semiconductor layer may be a gallium nitride layer.

前記半導体基板の製造方法において、形成した前記第1の半導体層を前記基板から剥離してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate, the formed first semiconductor layer may be peeled from the substrate.

前記半導体基板の製造方法において、レーザ・リフトオフ法を用いて、前記第1の半導体層を前記基板から剥離してもよい。 In the method for manufacturing the semiconductor substrate, the first semiconductor layer may be peeled off from the substrate by using a laser lift-off method.

前記半導体基板の製造方法において、機械剥離法を用いて、前記第1の半導体層を前記基板から剥離してもよい。 In the method for manufacturing the semiconductor substrate, the first semiconductor layer may be peeled from the substrate using a mechanical peeling method.

また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板から剥離した前記第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に形成された第1の化合物半導体層と、前記第1の化合物半導体層上に形成された活性層と、前記第活性層上に形成された第2の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。 According to one embodiment of the present invention, the first semiconductor layer peeled from any one of the semiconductor substrates, the first compound semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer A semiconductor device comprising an active layer formed on one compound semiconductor layer and a second compound semiconductor layer formed on the first active layer is provided.

また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板から剥離した前記第2の半導体層と、前記第2の半導体層上に形成された第1の化合物半導体層と、前記第1の化合物半導体層上に形成された活性層と、前記第活性層上に形成された第2の化合物半導体層と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。 According to one embodiment of the present invention, the second semiconductor layer peeled off from any one of the semiconductor substrates, the first compound semiconductor layer formed on the second semiconductor layer, and the first A semiconductor device comprising an active layer formed on one compound semiconductor layer and a second compound semiconductor layer formed on the first active layer is provided.

また、本発明の一実施形態によると、前記の何れかの半導体基板の前記第1の半導体層から前記基板を剥離し、前記第1の半導体層上に第1の化合物半導体層を形成し、前記第1の化合物半導体層上に活性層を形成し、前記第活性層上に第2の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 Further, according to one embodiment of the present invention, the substrate is peeled from the first semiconductor layer of any one of the semiconductor substrates, a first compound semiconductor layer is formed on the first semiconductor layer, There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein an active layer is formed on the first compound semiconductor layer, and a second compound semiconductor layer is formed on the first active layer.

また、本発明の一実施形態によると、半導体基板の前記第2の半導体層から前記基板を剥離し、前記第2の半導体層上に第1の化合物半導体層を形成し、前記第1の化合物半導体層上に活性層を形成し、前記第活性層上に第2の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to an embodiment of the present invention, the substrate is peeled from the second semiconductor layer of a semiconductor substrate, a first compound semiconductor layer is formed on the second semiconductor layer, and the first compound is formed. An active layer is formed on a semiconductor layer, and a second compound semiconductor layer is formed on the first active layer. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明によると、異種材料の基板上に形成した平坦かつ薄い半導体基板であって、異種材料の基板からの剥離が容易な半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法が提供される。   According to the present invention, there are provided a semiconductor substrate and a semiconductor device which are flat and thin semiconductor substrates formed on a substrate made of a different material and which can be easily separated from the substrate of the different material, and methods for manufacturing the same.

本発明の一実施形態に係る積層基板100を示す模式図であり、(a)は積層基板100の上面図であり、(b)は(a)の丸で囲んだ一部分の断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the laminated substrate 100 which concerns on one Embodiment of this invention, (a) is a top view of the laminated substrate 100, (b) is sectional drawing of the part enclosed with the circle of (a). 本発明の一実施形態に係る半球状の凸部11の配置パターンを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the arrangement pattern of the hemispherical convex part 11 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板100の製造工程を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a manufacturing process of semiconductor substrate 100 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板100の製造工程を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a manufacturing process of semiconductor substrate 100 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板200の模式図であり、(a)は半導体基板200の上面図であり、(b)は(a)の破線部における半導体基板200の断面図である。1A is a schematic view of a semiconductor substrate 200 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a top view of the semiconductor substrate 200, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 200 at a broken line portion of FIG. 本発明の一実施形態に係る半導体基板200の製造工程を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a manufacturing process of semiconductor substrate 200 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板200の製造工程を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a manufacturing process of semiconductor substrate 200 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板300の模式図であり、(a)は半導体基板300の上面図であり、(b)は(a)の破線部における半導体基板300の断面図である。1A and 1B are schematic views of a semiconductor substrate 300 according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a top view of the semiconductor substrate 300, and FIG. 本発明の一実施形態に係る半導体基板300の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate 300 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板300の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate 300 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板400の模式図であり、(a)は半導体基板400の上面図であり、(b)は(a)の破線部における半導体基板400の断面図である。1A and 1B are schematic views of a semiconductor substrate 400 according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a top view of the semiconductor substrate 400, and FIG. 本発明の一実施形態に係る半導体基板400の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate 400 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板400の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate 400 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板半導体基板500の模式図であり、(a)は半導体基板500の上面図であり、(b)は(a)の破線部における半導体基板500の断面図である。1A is a schematic view of a semiconductor substrate 500 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a top view of the semiconductor substrate 500, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 500 taken along a broken line in FIG. is there. 本発明の一実施形態に係る半導体基板500の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate 500 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体基板500の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate 500 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置1000の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of semiconductor device 1000 concerning one embodiment of the present invention.

以下に本発明の半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法について、添付の図面を参照して詳細に説明する。本発明の半導体基板、半導体装置及びそれらの製造方法は、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び後述する実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, a semiconductor substrate, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The semiconductor substrate, the semiconductor device, and the manufacturing method thereof according to the present invention are not construed as being limited to the description of the following embodiments and examples. Note that in the drawings referred to in this embodiment mode and examples to be described later, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and description thereof is not repeated.

上述したように、従来は異種材料の基板上に形成した薄い半導体基板を基板上から剥離するのは困難であった。例えば、10μm程度のGaN層をサファイア基板上に形成した場合、応力のみでGaN層をサファイア基板から剥離するのは困難であり、従来は100μm程度のGaN層を形成する必要があった。本発明者らは、特定のパターンを有するサファイア基板であるPSS(Processed Sapphire Substrate)基板を用いて、有機金属気相成長法(以下、MOCVDという)によりGaN層を形成することにより、10μm程度のGaN層を形成した場合にも基板からの隔離が可能となることを見出した。 As described above, conventionally, it has been difficult to peel a thin semiconductor substrate formed on a substrate made of a different material from the substrate. For example, when a GaN layer of about 10 μm is formed on a sapphire substrate, it is difficult to peel the GaN layer from the sapphire substrate only by stress, and it has been necessary to form a GaN layer of about 100 μm conventionally. The present inventors have formed a GaN layer by metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as MOCVD) using a PSS (Processed Sapphire Substrate) substrate which is a sapphire substrate having a specific pattern. It has been found that isolation from the substrate is possible even when a GaN layer is formed.

(実施形態1)
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体基板100の模式図である。図1(a)は半導体基板100の上面図であり、図1(b)は図1(a)の破線部における半導体基板100の断面図である。半導体基板100は、PSS基板110(以下、基板110という)と第1の半導体層20とを有する。本実施形態において基板110と第1の半導体層20とは組成が異なり、第1の半導体層20としてはGaNを用いるが、本発明はこれに限定されず、LEDに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第1の半導体層20を形成するための基板110の第1の面10aであるc面には、底面の幅wを有する複数の半球状の凸部11が所定の間隔iで配置される。ここで、間隔iは、2つの半球状の凸部11の間の最短距離を意味する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view of a semiconductor substrate 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a top view of the semiconductor substrate 100, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 100 taken along a broken line in FIG. The semiconductor substrate 100 includes a PSS substrate 110 (hereinafter referred to as the substrate 110) and a first semiconductor layer 20. In the present embodiment, the composition of the substrate 110 and the first semiconductor layer 20 is different, and GaN is used as the first semiconductor layer 20, but the present invention is not limited to this, and any composition that can be applied to an LED is used. Either may be sufficient. A plurality of hemispherical protrusions 11 having a bottom surface width w are arranged at a predetermined interval i on the c-plane which is the first surface 10a of the substrate 110 for forming the first semiconductor layer 20. Here, the interval i means the shortest distance between the two hemispherical convex portions 11.

図2は、本実施形態に係る半球状の凸部11の配置パターンを説明する模式図である。半球状の凸部11の底面を半径がw/2の円形状としたときに、1辺の長さがw+iの正三角形の頂点に、半球状の凸部11の中心が配置される。すなわち、本実施形態に係る半球状の凸部11の配置パターンは、この3つの半球状の凸部11の配置を基板110の第1の面10aの第1の方向と、第1の方向と直交する第2の方向とに繰り返すことのより構成される。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an arrangement pattern of the hemispherical convex portions 11 according to the present embodiment. When the bottom surface of the hemispherical convex portion 11 has a circular shape with a radius of w / 2, the center of the hemispherical convex portion 11 is arranged at the apex of an equilateral triangle having a side length of w + i. That is, the arrangement pattern of the hemispherical projections 11 according to the present embodiment includes the arrangement of the three hemispherical projections 11 in the first direction of the first surface 10a of the substrate 110 and the first direction. It is configured by repeating in a second direction orthogonal to each other.

基板110のc面では基板110と第1の半導体層20とは結合力が大きく、剥離しにくい。一方、半球状の凸部11の曲面では、第1の半導体層20は基板110にただ載っている程度であり、基板110と第1の半導体層20との結合力は極めて小さく、剥離しやすい。したがって、本実施形態は、基板110のc面10aに、半球状の凸部11を所定の間隔iで配置することにより、基板110から第1の半導体層20を剥離しやすくするものである。ここで、半球状の凸部11の表面積と基板110のc面の面積について着目すると、本実施形態に係る基板110は、基板110のc面の面積に対する半球状の凸部11の表面積の合計の比が、1以上であることが好ましい。このような半球状の凸部11の表面積の合計と基板110のc面との比を有する基板110は、形成した第1の半導体層20を容易に剥離することができる。 On the c-plane of the substrate 110, the substrate 110 and the first semiconductor layer 20 have a high bonding force and are difficult to peel off. On the other hand, on the curved surface of the hemispherical convex portion 11, the first semiconductor layer 20 is merely on the substrate 110, and the bonding force between the substrate 110 and the first semiconductor layer 20 is extremely small and easily peeled off. . Therefore, in the present embodiment, the first semiconductor layer 20 is easily separated from the substrate 110 by arranging the hemispherical protrusions 11 on the c-plane 10a of the substrate 110 at a predetermined interval i. Here, paying attention to the surface area of the hemispherical convex portion 11 and the area of the c-plane of the substrate 110, the substrate 110 according to the present embodiment is the sum of the surface area of the hemispherical convex portion 11 with respect to the area of the c-plane of the substrate 110. The ratio is preferably 1 or more. The substrate 110 having such a ratio of the total surface area of the hemispherical protrusions 11 to the c-plane of the substrate 110 can easily peel the formed first semiconductor layer 20.

本実施形態においては、上述の比となるように、基板110のc面の面積、半球状の凸部11の底面の幅w、間隔iを任意に設定することができる。ここで、本実施形態に係る半球状の凸部11の底面の幅は、5μm以下が好ましい。半球状の凸部11の底面の幅を5μm以下にすると、基板110から第1の半導体層20が剥離しやすくなる。このような半球状の凸部11のパターンは、基材をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に1μmであるとされている。したがって、本実施形態に係る半球状の凸部11のパターンを基板110に形成する場合、間隔iは1μm以上とすることが好ましい。例えば、図1に示した基板110において、2つの半球状の凸部11の間の間隔iを1μmとすると、半球状の凸部11の底面の幅wを3μmにすることにより、上述の比のパターンを形成することができる。 In the present embodiment, the area of the c-plane of the substrate 110, the width w of the bottom surface of the hemispherical convex portion 11, and the interval i can be arbitrarily set so as to have the above-described ratio. Here, the width of the bottom surface of the hemispherical convex portion 11 according to the present embodiment is preferably 5 μm or less. When the width of the bottom surface of the hemispherical convex portion 11 is 5 μm or less, the first semiconductor layer 20 is easily peeled from the substrate 110. Such a pattern of the hemispherical projections 11 can be formed by etching the substrate, and for example, photolithography can be applied. Photolithography is a technique widely used for pattern formation, but the limit of pattern formation with high accuracy is generally 1 μm. Therefore, when forming the pattern of the hemispherical convex part 11 which concerns on this embodiment in the board | substrate 110, it is preferable that the space | interval i shall be 1 micrometer or more. For example, in the substrate 110 shown in FIG. 1, when the distance i between the two hemispherical convex portions 11 is 1 μm, the width w of the bottom surface of the hemispherical convex portion 11 is set to 3 μm. The pattern can be formed.

以下に、本実施形態に係る半導体基板100の製造方法について説明する。図3A及び図3Bは、半導体基板100の製造工程を示す模式図である。基材10を準備し(図3A(a))、基材10をエッチングして、上述した半球状の凸部11のパターンを基板110のc面に形成する(図A3(b))。上述したように、本実施形態に係る基板110のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板110は、基板110のc面の面積に対する半球状の凸部11の表面積の合計の比が、1以上となるように、基板110のc面10aに、半球状の凸部11を所定の間隔iで配置する。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板110から第1の半導体層20を剥離しやすくすることができる。 Below, the manufacturing method of the semiconductor substrate 100 which concerns on this embodiment is demonstrated. 3A and 3B are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor substrate 100. FIG. The base material 10 is prepared (FIG. 3A (a)), the base material 10 is etched, and the pattern of the hemispherical convex part 11 mentioned above is formed in the c surface of the board | substrate 110 (FIG. A3 (b)). As described above, photolithography can be used for pattern formation of the substrate 110 according to the present embodiment. The substrate 110 according to the present embodiment has a hemispherical protrusion on the c-plane 10a of the substrate 110 such that the ratio of the total surface area of the hemispherical protrusion 11 to the area of the c-plane of the substrate 110 is 1 or more. The parts 11 are arranged at a predetermined interval i. By disposing such a pattern, the first semiconductor layer 20 can be easily peeled from the substrate 110 in a peeling step described later.

エッチングして半球状の凸部11のパターンを形成した基板110の上面(c面)に第1の半導体層20を形成する(図3A(c))。第1の半導体層20の形成には、有機金属気相成長法(以下、MOCVDという)を適用することができる。第1の半導体層20を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第1の半導体層20の形成は、第1の半導体層20の上面(第1の面である基板110のc面とは反対側の第2の面)が平坦になるまで行う。例えば、先に例示したような間隔iを1μm、半球状の凸部11の底面の幅wを3μmとして半球状の凸部11のパターンを基板110に形成する場合、第1の半導体層20は10μm程度の厚みにすると平坦化することができる。このようにして、本実施形態に係る半導体基板100を製造することができる。 The first semiconductor layer 20 is formed on the upper surface (c surface) of the substrate 110 on which the pattern of the hemispherical protrusions 11 is formed by etching (FIG. 3A (c)). For the formation of the first semiconductor layer 20, metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD) can be applied. The conditions for forming the first semiconductor layer 20 can be arbitrarily set depending on the material used and the thickness of the layer to be formed. The formation of the first semiconductor layer 20 is performed until the upper surface of the first semiconductor layer 20 (the second surface opposite to the c-plane of the substrate 110 which is the first surface) becomes flat. For example, when the pattern of the hemispherical protrusion 11 is formed on the substrate 110 with the interval i as exemplified above being 1 μm and the width w of the bottom surface of the hemispherical protrusion 11 being 3 μm, the first semiconductor layer 20 is If the thickness is about 10 μm, it can be flattened. In this way, the semiconductor substrate 100 according to this embodiment can be manufactured.

得られた半導体基板100は、基板110を容易に剥離することができる。半導体基板100の第1の半導体層20の上面に接着層180を介して、第2の基板170を貼り合わせる(図3B(d))。第2の基板170としては、例えば、シリコン(Si)基板や炭化シリコン(SiC)基板及び金属等が挙げられる。また、接着層180としては、例えば、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、金(Au)及び金と錫(Sn)の合金、及び半導体製造分野で公知の接着剤等が挙げられる。 The obtained semiconductor substrate 100 can easily peel off the substrate 110. A second substrate 170 is bonded to the upper surface of the first semiconductor layer 20 of the semiconductor substrate 100 via an adhesive layer 180 (FIG. 3B (d)). Examples of the second substrate 170 include a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, and a metal. Examples of the adhesive layer 180 include gallium (Ga), indium (In), aluminum (Al), gold (Au), an alloy of gold and tin (Sn), and an adhesive known in the semiconductor manufacturing field. Can be mentioned.

第2の基板170を貼り合わせた半導体基板100から、基板110を剥離する(図3B(e))。基板110から第1の半導体層20を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板101は、半球状の凸部11と接した部位で、第1の半導体層20が凹部を有する。このような凹部を第1の半導体層20に有する半導体基板101を用いて、LEDのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が2倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。 The substrate 110 is peeled from the semiconductor substrate 100 to which the second substrate 170 is bonded (FIG. 3B (e)). As a method of peeling the first semiconductor layer 20 from the substrate 110, for example, a laser lift-off method can be used. In the semiconductor substrate 101 manufactured in this way, the first semiconductor layer 20 has a recess at a portion in contact with the hemispherical protrusion 11. When a semiconductor device such as an LED is manufactured using the semiconductor substrate 101 having such a recess in the first semiconductor layer 20, an excellent semiconductor device in which the light extraction efficiency is approximately doubled can be obtained.

また、半導体基板101は、研磨法を用いて第1の半導体層20を平坦化することもできる(図3B(f))。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板110から第1の半導体層20を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板105を得ることもできる。 The semiconductor substrate 101 can also planarize the first semiconductor layer 20 by using a polishing method (FIG. 3B (f)). In the present embodiment, the first semiconductor layer 20 may be peeled from the substrate 110 using a mechanical peeling method without using the laser lift-off method. In this way, a flat and thin semiconductor substrate 105 can be obtained.

以上説明したように、本実施形態によると、第1の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板に、第1の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, a flat and thin semiconductor can be obtained by forming the first semiconductor layer on the substrate having a plurality of hemispherical protrusions arranged on the first surface at predetermined intervals. Although it is a substrate, a semiconductor substrate that can be easily separated from the substrate can be provided.

(実施形態2)
実施形態1においては、半球状の凸部を有する基板に第1の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第1の半導体層の上面(第1の面である基板110のc面とは反対側の第2の面)に所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、MOCVDを用いて第2の半導体層を形成することにより、第1の半導体層に空洞部を形成する例について説明する。本実施形態において説明する半導体基板は、第1の半導体層を10μmよりも薄く形成した場合に、基板から第1の半導体層を容易に剥離することができる。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the example in which the first semiconductor layer is formed on the substrate having the hemispherical protrusion has been described. However, in the present embodiment, the upper surface of the first semiconductor layer (the substrate which is the first surface) 110) (a second surface opposite to the c-plane of 110) is formed with a metal material layer having a pattern of a predetermined shape, and the second semiconductor layer is formed using MOCVD, whereby a cavity is formed in the first semiconductor layer. An example of forming the part will be described. In the semiconductor substrate described in this embodiment, when the first semiconductor layer is formed to be thinner than 10 μm, the first semiconductor layer can be easily separated from the substrate.

図4は、本発明の一実施形態に係る半導体基板200の模式図である。図4(a)は半導体基板200の上面図であり、図4(b)は図4(a)の破線部における半導体基板200の断面図である。半導体基板200は、基板210、第1の半導体層220、第2の半導体層240及び空洞部250を有する。本実施形態において基板210と第1の半導体層220とは組成が異なり、第1の半導体層220としてはGaNを用いるが、本発明はこれに限定されず、LEDに適用可能な組成であれば何れであってもよい。また、第2の半導体層240は第1の半導体層220と同じ組成であるが、異なる組成であってもよい。半導体基板100において説明したように、半導体基板200においても、第1の半導体層220を形成するための基板210の第1の面であるc面には、底面の幅wを有する複数の半球状の凸部21が所定の間隔iで配置される。 FIG. 4 is a schematic view of a semiconductor substrate 200 according to an embodiment of the present invention. 4A is a top view of the semiconductor substrate 200, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 200 taken along a broken line in FIG. 4A. The semiconductor substrate 200 includes a substrate 210, a first semiconductor layer 220, a second semiconductor layer 240, and a cavity 250. In this embodiment, the substrate 210 and the first semiconductor layer 220 have different compositions, and GaN is used as the first semiconductor layer 220. However, the present invention is not limited to this, and any composition that can be applied to an LED is used. Either may be sufficient. The second semiconductor layer 240 has the same composition as the first semiconductor layer 220, but may have a different composition. As described in the semiconductor substrate 100, also in the semiconductor substrate 200, the c-plane which is the first surface of the substrate 210 for forming the first semiconductor layer 220 has a plurality of hemispheres having a bottom surface width w. Convex portions 21 are arranged at a predetermined interval i.

第1の半導体層220と第2の半導体層240との半球状の凸部21を取り囲む位置に空洞部250が形成される。本実施形態において、空洞部250は、2つの半球状の凸部21の間隔iに相当する位置に形成される。図4(a)に示したように、本実施形態に係る空洞部250は、中心が半球状の凸部21の中心と一致し、ハニカム構造の断面と同様に、基板210の第1の面であるc面を充填するように配置される六角形のパターンの頂点に配置したパターンを有する。その他の構成は、半導体基板100と同様であるため、詳細な説明は省略する。 A cavity portion 250 is formed at a position surrounding the hemispherical convex portion 21 of the first semiconductor layer 220 and the second semiconductor layer 240. In the present embodiment, the hollow portion 250 is formed at a position corresponding to the interval i between the two hemispherical convex portions 21. As shown in FIG. 4A, the cavity 250 according to the present embodiment has the center coincident with the center of the hemispherical convex portion 21, and the first surface of the substrate 210 is the same as the cross section of the honeycomb structure. A pattern arranged at the apex of a hexagonal pattern arranged so as to fill the c-plane. Since other configurations are the same as those of the semiconductor substrate 100, detailed description thereof is omitted.

以下に、本実施形態に係る半導体基板200の製造方法について説明する。図5A及び図5Bは、半導体基板200の製造工程を示す模式図である。図5A(a)〜図5A(c)の工程は半導体基板100と同様であるため、詳細な説明は省略する。形成した第1の半導体層220の上面に所定形状のパターンを有する金属材料層230を形成する(図5A(d))。金属材料層230において、円柱状の金属材料は所定の間隔iと等しい幅(底面の幅)を有する。金属材料層230には、第1の半導体層220を構成する元素と反応する金属を用いる。例えば、第1の半導体層220がGaNである場合は、タンタル、チタンまたはクロムを金属材料層230として好適に用いることができる。金属材料層230の形成には、電子ビーム蒸着(以下、EB蒸着という)及びリフトオフ法を好適に用いることができる。本実施形態において、間隔iと等しい幅(底面の幅)を有する円柱状の金属材料層230を、半球状の凸部21を取り囲むように、半球状の凸部21の間隔に相当する位置に配置する。また、金属材料層230において、底面の円の中心が六角形の頂点に配置するパターンを形成するように金属材料を配置する。 Below, the manufacturing method of the semiconductor substrate 200 which concerns on this embodiment is demonstrated. 5A and 5B are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor substrate 200. FIG. 5A (a) to 5A (c) are the same as those of the semiconductor substrate 100, and detailed description thereof is omitted. A metal material layer 230 having a pattern of a predetermined shape is formed on the upper surface of the formed first semiconductor layer 220 (FIG. 5A (d)). In the metal material layer 230, the columnar metal material has a width (bottom surface width) equal to the predetermined interval i. A metal that reacts with an element included in the first semiconductor layer 220 is used for the metal material layer 230. For example, when the first semiconductor layer 220 is GaN, tantalum, titanium, or chromium can be suitably used as the metal material layer 230. For the formation of the metal material layer 230, electron beam evaporation (hereinafter referred to as EB evaporation) and a lift-off method can be preferably used. In the present embodiment, the cylindrical metal material layer 230 having a width equal to the interval i (the width of the bottom surface) is placed at a position corresponding to the interval between the hemispherical projections 21 so as to surround the hemispherical projections 21. Deploy. Further, in the metal material layer 230, the metal material is arranged so as to form a pattern in which the center of the bottom circle is arranged at the apex of the hexagon.

次に、第2の半導体層240を形成する。第2の半導体層240の形成にはMOCVDを用いる。第2の半導体層240を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第2の半導体層240を形成するときに、第1の半導体層220を構成する元素と金属材料層230とが反応し、金属材料層230の底面と接する第1の半導体層220の一部が分解して、空洞部250が形成される(図5A(e))。例えば、第1の半導体層220がGaNで、金属材料層230がタンタルである場合、第1の半導体層220を構成する窒素がタンタルと反応して窒化タンタル(TaN)となることによりGaNが分解して、金属材料層230の底面と接する第1の半導体層220の一部に空洞部250が形成される。このとき、第1の半導体層220の上面及び金属材料層230の側面には、第2の半導体層240が形成される。 Next, the second semiconductor layer 240 is formed. MOCVD is used to form the second semiconductor layer 240. The conditions for forming the second semiconductor layer 240 can be arbitrarily set depending on the material used and the thickness of the layer to be formed. When forming the second semiconductor layer 240, an element constituting the first semiconductor layer 220 reacts with the metal material layer 230, and a part of the first semiconductor layer 220 in contact with the bottom surface of the metal material layer 230 is formed. By decomposing, the cavity 250 is formed (FIG. 5A (e)). For example, when the first semiconductor layer 220 is GaN and the metal material layer 230 is tantalum, nitrogen constituting the first semiconductor layer 220 reacts with tantalum to become tantalum nitride (TaN), thereby decomposing GaN. Thus, the cavity 250 is formed in a part of the first semiconductor layer 220 in contact with the bottom surface of the metal material layer 230. At this time, the second semiconductor layer 240 is formed on the upper surface of the first semiconductor layer 220 and the side surfaces of the metal material layer 230.

空洞部250が形成された後に金属材料層230を除去する。金属材料層230は、例えば、Taで形成された場合は、フッ化水素(以下、HFという)を用いたエッチングにより除去することができる。HFによるエッチングは、例えば、50%のHF水溶液に空洞部250が形成された半導体基板を浸漬することにより行うことができる。半導体基板を浸漬する時間は、例えば、24時間程度である。本実施形態においては、一例としてHFを用いたエッチングについて説明したが、金属材料層230がエッチングされ、且つ第1の半導体層220及び第2の半導体層240が溶けない溶液を用いることができる。金属材料層230を除去した後に第2の半導体層240を更に成長させて、本実施形態に係る半導体基板200を製造することができる(図5B(f))。 After the cavity 250 is formed, the metal material layer 230 is removed. For example, when the metal material layer 230 is made of Ta, it can be removed by etching using hydrogen fluoride (hereinafter referred to as HF). Etching with HF can be performed, for example, by immersing the semiconductor substrate in which the cavity 250 is formed in a 50% HF aqueous solution. The time for immersing the semiconductor substrate is, for example, about 24 hours. In this embodiment, etching using HF has been described as an example. However, a solution in which the metal material layer 230 is etched and the first semiconductor layer 220 and the second semiconductor layer 240 are not dissolved can be used. After removing the metal material layer 230, the second semiconductor layer 240 is further grown to manufacture the semiconductor substrate 200 according to the present embodiment (FIG. 5B (f)).

得られた半導体基板200は、基板210を容易に剥離することができる。半導体基板200の第1の半導体層220の上面に接着層180を介して、第2の基板170を貼り合わせる(図5B(g))。第2の基板170及び接着層180は、実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板200は、半球状の凸部21からは容易に外れ、空洞部250の底部付近で断裂して、基板210を容易に剥離することができる(図5B(h))。基板210から第1の半導体層220及び第2の半導体層240を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板201は、半球状の凸部21と接した部位で、第1の半導体層220が凹部を有する。このような凹部を第1の半導体層220に有する半導体基板201を用いて、LEDのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が2倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。 The obtained semiconductor substrate 200 can easily peel off the substrate 210. The second substrate 170 is bonded to the upper surface of the first semiconductor layer 220 of the semiconductor substrate 200 via the adhesive layer 180 (FIG. 5B (g)). Since the second substrate 170 and the adhesive layer 180 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. The semiconductor substrate 200 can be easily detached from the hemispherical convex portion 21, and can be torn near the bottom of the cavity portion 250 to easily peel off the substrate 210 (FIG. 5B (h)). As a method for peeling the first semiconductor layer 220 and the second semiconductor layer 240 from the substrate 210, for example, a laser lift-off method can be used. The semiconductor substrate 201 manufactured as described above is a portion in contact with the hemispherical convex portion 21, and the first semiconductor layer 220 has a concave portion. When a semiconductor device such as an LED is manufactured using the semiconductor substrate 201 having such a recess in the first semiconductor layer 220, an excellent semiconductor device in which light extraction efficiency is approximately doubled can be obtained.

また、半導体基板201は、研磨法を用いて第1の半導体層220を平坦化することもできる(図5B(i))。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板210から第1の半導体層220を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板205を得ることもできる。 The semiconductor substrate 201 can also planarize the first semiconductor layer 220 by using a polishing method (FIG. 5B (i)). In the present embodiment, the first semiconductor layer 220 may be peeled from the substrate 210 using a mechanical peeling method without using the laser lift-off method. In this way, a flat and thin semiconductor substrate 205 can be obtained.

本実施形態において、第1の半導体層を10μmよりも薄く形成する場合には、例えば、図4に示した基板210において、底面の幅が1μmの半球状の凸部21を基板210に形成すればよい。第1の半導体層220を2μm成長させた後に、1μmの幅を有する金属材料を配置した金属材料層230を形成し、合計で第2の半導体層240を3μm成長させることにより、表面が平坦な半導体基板200を形成することができる。 In the present embodiment, when the first semiconductor layer is formed thinner than 10 μm, for example, in the substrate 210 shown in FIG. 4, the hemispherical convex portion 21 having a bottom surface width of 1 μm is formed on the substrate 210. That's fine. After the first semiconductor layer 220 is grown by 2 μm, a metal material layer 230 in which a metal material having a width of 1 μm is formed, and the second semiconductor layer 240 is grown in total by 3 μm, so that the surface is flat. The semiconductor substrate 200 can be formed.

以上説明したように、本実施形態によると、第1の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板に第1の半導体層を形成し、第1の半導体層の第2の面に配置された所定形状のパターンを有する金属材料層を形成し、第2の面に第2の半導体層を形成することにより、金属材料層と接する第1の半導体層に空洞部が形成される。基板に形成した半球状の凸部と、第1の半導体層に形成された空洞部とを利用して、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。第1の半導体層を10μmよりも薄く形成した場合にも、基板から第1の半導体層を容易に剥離することができる。 As described above, according to the present embodiment, the first semiconductor layer is formed on the substrate having a plurality of hemispherical protrusions arranged on the first surface at a predetermined interval, and the first semiconductor layer Forming a metal material layer having a pattern of a predetermined shape disposed on the second surface and forming a second semiconductor layer on the second surface, whereby a cavity is formed in the first semiconductor layer in contact with the metal material layer. It is formed. To provide a semiconductor substrate that can be easily peeled off from a substrate while being a flat and thin semiconductor substrate by using a hemispherical convex portion formed on the substrate and a cavity formed in the first semiconductor layer. Can do. Even when the first semiconductor layer is formed thinner than 10 μm, the first semiconductor layer can be easily peeled from the substrate.

(実施形態3)
実施形態2においては、円柱状の金属材料を半球状の凸部を取り囲むように、半球状の凸部の間隔に相当する位置に配置することにより空洞部を形成した例を説明したが、本実施形態においては、所定形状のパターンが第1の方向を長辺とする矩形形状を有し、第1の方向と直交する第2の方向に複数配置されて金属材料層を形成する例について説明する。本実施形態において説明する半導体基板は、第1の半導体層を10μmよりも薄く形成した場合に、基板から第1の半導体層を容易に剥離することができる。
(Embodiment 3)
In the second embodiment, the example in which the hollow portion is formed by arranging the cylindrical metal material at a position corresponding to the interval between the hemispherical convex portions so as to surround the hemispherical convex portions has been described. In the embodiment, an example is described in which a pattern having a predetermined shape has a rectangular shape having a long side in the first direction, and a plurality of layers are arranged in a second direction orthogonal to the first direction to form a metal material layer. To do. In the semiconductor substrate described in this embodiment, when the first semiconductor layer is formed to be thinner than 10 μm, the first semiconductor layer can be easily separated from the substrate.

図6は、本発明の一実施形態に係る半導体基板300の模式図である。図6(a)は半導体基板300の上面図であり、図6(b)は図6(a)の破線部における半導体基板300の断面図である。半導体基板300は、基板210、第1の半導体層320、第2の半導体層340及び空洞部350を有する。本実施形態において基板210と第1の半導体層320とは組成が異なり、第1の半導体層320としてはGaNを用いるが、本発明はこれに限定されず、LEDに適用可能な組成であれば何れであってもよい。また、第2の半導体層340は第1の半導体層320と同じ組成であるが、異なる組成であってもよい。半導体基板100において説明したように、半導体基板300においても、第1の半導体層320を形成するための基板210の第1の面であるc面には、底面の幅wを有する複数の半球状の凸部21が所定の間隔iで配置される。 FIG. 6 is a schematic diagram of a semiconductor substrate 300 according to an embodiment of the present invention. 6A is a top view of the semiconductor substrate 300, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 300 taken along a broken line in FIG. 6A. The semiconductor substrate 300 includes a substrate 210, a first semiconductor layer 320, a second semiconductor layer 340, and a cavity 350. In this embodiment, the substrate 210 and the first semiconductor layer 320 have different compositions, and GaN is used as the first semiconductor layer 320. However, the present invention is not limited to this, and any composition that can be applied to an LED is used. Either may be sufficient. The second semiconductor layer 340 has the same composition as the first semiconductor layer 320, but may have a different composition. As described in the semiconductor substrate 100, also in the semiconductor substrate 300, the c-plane which is the first surface of the substrate 210 for forming the first semiconductor layer 320 has a plurality of hemispheres having a bottom surface width w. Convex portions 21 are arranged at a predetermined interval i.

第1の半導体層320と第2の半導体層340とには、第1の方向を長辺とする矩形形状を有し、第1の方向と直交する第2の方向に複数配置された空洞部350が形成される。半導体基板300において、その他の構成は、半導体基板100又は半導体基板200と同様であるため、詳細な説明は省略する。 The first semiconductor layer 320 and the second semiconductor layer 340 each have a rectangular shape having a long side in the first direction, and a plurality of cavities arranged in a second direction orthogonal to the first direction 350 is formed. Since the other configuration of the semiconductor substrate 300 is the same as that of the semiconductor substrate 100 or the semiconductor substrate 200, detailed description thereof is omitted.

次に、MOCVDを用いて、第2の半導体層340を形成する。第2の半導体層340を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第2の半導体層340を形成するときに、第1の半導体層320を構成する元素と金属材料層330とが反応し、金属材料層330の底面と接する第1の半導体層320の一部が分解して、空洞部350が形成される(図7A(e))。 Next, the second semiconductor layer 340 is formed using MOCVD. The conditions for forming the second semiconductor layer 340 can be arbitrarily set depending on the material used and the thickness of the layer to be formed. When the second semiconductor layer 340 is formed, an element included in the first semiconductor layer 320 reacts with the metal material layer 330 so that a part of the first semiconductor layer 320 in contact with the bottom surface of the metal material layer 330 is formed. By decomposing, a cavity 350 is formed (FIG. 7A (e)).

空洞部350が形成された後に金属材料層330を除去する。金属材料層330は、実施形態2で説明した金属材料層230と同様に除去することができるため、詳細な説明は省略する。金属材料層330を除去した後に第2の半導体層340を更に成長させて、本実施形態に係る半導体基板300を製造することができる(図7B(f))。 After the cavity 350 is formed, the metal material layer 330 is removed. Since the metal material layer 330 can be removed in the same manner as the metal material layer 230 described in Embodiment 2, detailed description thereof is omitted. After removing the metal material layer 330, the second semiconductor layer 340 can be further grown to manufacture the semiconductor substrate 300 according to this embodiment (FIG. 7B (f)).

得られた半導体基板300は、基板210を容易に剥離することができる。半導体基板300の第2の半導体層340の上面に接着層180を介して、第2の基板170を貼り合わせる(図7B(g))。第2の基板170及び接着層180は、実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板300は、半球状の凸部21からは容易に外れ、空洞部350の底部付近で断裂して、基板210を容易に剥離することができる(図7B(h))。基板210から第1の半導体層320及び第2の半導体層340を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板301は、半球状の凸部21と接した部位で、第1の半導体層320が凹部を有する。このような凹部を第1の半導体層320に有する半導体基板301を用いて、LEDのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が2倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。 The obtained semiconductor substrate 300 can easily peel off the substrate 210. The second substrate 170 is bonded to the upper surface of the second semiconductor layer 340 of the semiconductor substrate 300 through the adhesive layer 180 (FIG. 7B (g)). Since the second substrate 170 and the adhesive layer 180 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. The semiconductor substrate 300 can be easily detached from the hemispherical convex portion 21, and can be torn near the bottom of the cavity portion 350 to easily peel off the substrate 210 (FIG. 7B (h)). As a method for peeling the first semiconductor layer 320 and the second semiconductor layer 340 from the substrate 210, for example, a laser lift-off method can be used. The semiconductor substrate 301 manufactured in this way is a portion in contact with the hemispherical convex portion 21, and the first semiconductor layer 320 has a concave portion. When a semiconductor device such as an LED is manufactured using the semiconductor substrate 301 having such a recess in the first semiconductor layer 320, an excellent semiconductor device in which the light extraction efficiency is approximately doubled can be obtained.

また、半導体基板301は、機械剥離法を用いて第1の半導体層320を平坦化することもできる(図7B(i))。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、研磨法を用いて基板210から第1の半導体層320を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板305を得ることもできる。 In addition, the semiconductor substrate 301 can planarize the first semiconductor layer 320 by a mechanical peeling method (FIG. 7B (i)). In the present embodiment, the first semiconductor layer 320 may be peeled from the substrate 210 by using a polishing method without using the laser lift-off method. In this way, a flat and thin semiconductor substrate 305 can be obtained.

本実施形態において、第1の半導体層を10μmよりも薄く形成する場合には、例えば、図6に示した基板210において、底面の幅が1μmの半球状の凸部21を基板210に形成すればよい。第1の半導体層320を2μm成長させた後に、1μmの幅を有する金属材料を配置した金属材料層330を形成し、第2の半導体層340を3μm成長させることにより、表面が平坦な半導体基板300を形成することができる。 In the present embodiment, when the first semiconductor layer is formed to be thinner than 10 μm, for example, in the substrate 210 shown in FIG. 6, the hemispherical convex portion 21 having a bottom width of 1 μm is formed on the substrate 210. That's fine. After the first semiconductor layer 320 is grown by 2 μm, a metal material layer 330 on which a metal material having a width of 1 μm is formed is formed, and the second semiconductor layer 340 is grown by 3 μm, so that the semiconductor substrate having a flat surface is formed. 300 can be formed.

(実施形態4)
上述の実施形態1〜3においては、半球状の凸部を有する基板に第1の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第1の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板に第1の半導体層を形成する例について説明する。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments described above, the example in which the first semiconductor layer is formed on the substrate having the hemispherical convex portion has been described. However, in the present embodiment, the first semiconductor layer is disposed on the first surface at a predetermined interval. An example in which the first semiconductor layer is formed over a substrate having a plurality of curved concave portions will be described.

図8は、本発明の一実施形態に係る半導体基板400の模式図である。図8(a)は半導体基板400の上面図であり、図8(b)は図8(a)の破線部における半導体基板400の断面図である。半導体基板400は、PSS基板410(以下、基板410という)と第1の半導体層420とを有する。本実施形態において基板410と第1の半導体層420とは組成が異なり、第1の半導体層420としてはGaNを用いるが、本発明はこれに限定されず、LEDに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第1の半導体層420を形成するための基板410の第1の面10aであるc面には、複数の曲面形状の凹部460が所定の間隔iで配置される。ここで、間隔iは、2つの曲面形状の凹部460の間の最短距離を意味する。本実施形態においては、基板410のc面に曲面形状の凹部460の配置パターンを基板の第1の面に所定の間隔で形成することにより、基板410から第1の半導体層420を剥離しやすくする。 FIG. 8 is a schematic view of a semiconductor substrate 400 according to an embodiment of the present invention. 8A is a top view of the semiconductor substrate 400, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 400 taken along a broken line in FIG. 8A. The semiconductor substrate 400 includes a PSS substrate 410 (hereinafter referred to as a substrate 410) and a first semiconductor layer 420. In this embodiment, the substrate 410 and the first semiconductor layer 420 have different compositions, and GaN is used as the first semiconductor layer 420. However, the present invention is not limited to this, and any composition that can be applied to an LED is used. Either may be sufficient. A plurality of curved concave portions 460 are arranged at a predetermined interval i on the c-plane which is the first surface 10a of the substrate 410 for forming the first semiconductor layer 420. Here, the interval i means the shortest distance between two concave portions 460 having a curved surface shape. In the present embodiment, the first semiconductor layer 420 can be easily peeled from the substrate 410 by forming the arrangement pattern of the curved concave portions 460 on the c-plane of the substrate 410 at predetermined intervals on the first surface of the substrate. To do.

基板410のc面では基板410と第1の半導体層420とは結合力が大きく、剥離しにくい。一方、曲面形状の凹部460の曲面では、第1の半導体層420は基板410にただ載っている程度であり、基板410と第1の半導体層420との結合力は極めて小さく、剥離しやすい。したがって、本実施形態においては、基板410のc面10aに、曲面形状の凹部460を所定の間隔iで配置することにより、基板410から第1の半導体層420を剥離しやすくなる。図8においては、曲面形状の凹部460を半球形状の凹部として示したが、本実施形態に係る曲面形状の凹部460は平坦な底面を有しなければよく、任意の形状を適用可能である。例えば、すり鉢状の形状や円錐形状であってもよい。 On the c-plane of the substrate 410, the substrate 410 and the first semiconductor layer 420 have a high bonding force and are difficult to peel off. On the other hand, in the curved surface of the curved concave portion 460, the first semiconductor layer 420 is merely on the substrate 410, and the bonding force between the substrate 410 and the first semiconductor layer 420 is extremely small and easily peeled off. Therefore, in the present embodiment, the first semiconductor layer 420 can be easily separated from the substrate 410 by disposing the curved concave portions 460 at the predetermined interval i on the c-plane 10a of the substrate 410. In FIG. 8, the curved concave portion 460 is shown as a hemispherical concave portion, but the curved concave portion 460 according to the present embodiment does not have to have a flat bottom surface, and any shape can be applied. For example, a mortar shape or a cone shape may be used.

例えば、図8のように、曲面形状の凹部460を半球形状の凹部とした場合には、本実施形態に係る基板410は、基板410のc面の面積に対する曲面形状の凹部460の表面積の合計の比が、1以上であることが好ましい。このような曲面形状の凹部460の表面積の合計と基板410のc面との比を有する基板410は、形成した第1の半導体層420を容易に剥離することができる。曲面形状の凹部460の底面を半径がw/2のとしたときに、1辺の長さがw+iの正三角形の頂点に、曲面形状の凹部460の中心が配置される。すなわち、本実施形態に係る曲面形状の凹部460の配置パターンは、この3つの曲面形状の凹部460の配置を基板410の第1の面10aの第1の方向と、第1の方向と直交する第2の方向とに繰り返すことのより構成される。本実施形態においては、上述の比となるように、基板410のc面の面積、曲面形状の凹部460の底面の幅w、間隔iを任意に設定することができる。 For example, as shown in FIG. 8, when the curved concave portion 460 is a hemispherical concave portion, the substrate 410 according to this embodiment has a total surface area of the curved concave portion 460 with respect to the area of the c-plane of the substrate 410. The ratio is preferably 1 or more. The substrate 410 having the ratio of the total surface area of the curved concave portions 460 to the c-plane of the substrate 410 can easily peel the formed first semiconductor layer 420. When the radius of the bottom surface of the concave portion 460 having a curved surface is w / 2, the center of the concave portion 460 having a curved surface shape is arranged at the apex of an equilateral triangle having a side length of w + i. That is, in the arrangement pattern of the curved concave portions 460 according to the present embodiment, the arrangement of the three curved concave portions 460 is orthogonal to the first direction of the first surface 10a of the substrate 410 and the first direction. It consists of repeating in the second direction. In the present embodiment, the area of the c-plane of the substrate 410, the width w of the bottom surface of the curved recess 460, and the interval i can be arbitrarily set so as to achieve the above-described ratio.

ここで、本実施形態に係る曲面形状の凹部460の底面の幅は、5μm以下が好ましい。曲面形状の凹部460の底面の幅を5μm以下にすると、基板410から第1の半導体層420が剥離しやすくなる。このような曲面形状の凹部460のパターンは、基材10をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に1μmであるとされている。したがって、本実施形態に係る曲面形状の凹部460のパターンを基板410に形成する場合、間隔iは1μm以上とすることが好ましい。例えば、図8に示した基板410において、間隔iを1μmとすると、曲面形状の凹部460の底面の幅wを3μmにすることにより、上述の比のパターンを形成することができる。 Here, the width of the bottom surface of the curved concave portion 460 according to the present embodiment is preferably 5 μm or less. When the width of the bottom surface of the curved concave portion 460 is 5 μm or less, the first semiconductor layer 420 is easily peeled from the substrate 410. Such a curved pattern of the concave portion 460 can be formed by etching the base material 10, and for example, photolithography can be applied. Photolithography is a technique widely used for pattern formation, but the limit of pattern formation with high accuracy is generally 1 μm. Therefore, when the curved concave portion 460 pattern according to this embodiment is formed on the substrate 410, the interval i is preferably 1 μm or more. For example, in the substrate 410 shown in FIG. 8, when the interval i is 1 μm, the width w of the bottom surface of the curved concave portion 460 can be set to 3 μm, whereby the pattern having the above ratio can be formed.

以下に、本実施形態に係る半導体基板400の製造方法について説明する。図9A及び図9Bは、半導体基板400の製造工程を示す模式図である。基材10を準備し(図9A(a))、基材10をエッチングして、上述した曲面形状の凹部460のパターンを基板410のc面に形成する(図9A(b))。上述したように、本実施形態に係る基板410のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板410は、基板410のc面の面積に対する曲面形状の凹部460の表面積の合計の比が、1以上となるように、基板410のc面10aに、曲面形状の凹部460を所定の間隔iで配置する。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板410から第1の半導体層420を剥離しやすくすることができる。 Below, the manufacturing method of the semiconductor substrate 400 which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 9A and FIG. 9B are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor substrate 400. The base material 10 is prepared (FIG. 9A (a)), the base material 10 is etched, and the pattern of the curved-surface-shaped recessed part 460 mentioned above is formed in the c surface of the board | substrate 410 (FIG. 9A (b)). As described above, photolithography can be used for pattern formation of the substrate 410 according to this embodiment. In the substrate 410 according to this embodiment, the curved concave portion 460 is formed on the c surface 10a of the substrate 410 so that the total ratio of the surface area of the curved concave portion 460 to the area of the c surface of the substrate 410 is 1 or more. Are arranged at a predetermined interval i. By arranging such a pattern, the first semiconductor layer 420 can be easily peeled from the substrate 410 in a peeling step described later.

エッチングして曲面形状の凹部460のパターンを形成した基板410の上面(c面)に第1の半導体層420を形成する(図9A(c))。第1の半導体層420の形成には、MOCVDを適用することができる。第1の半導体層420を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第1の半導体層420の形成は、第1の半導体層420の上面(第1の面である基板410のc面とは反対側の第2の面)が平坦になるまで行う。例えば、先に例示したような間隔iを1μm、曲面形状の凹部460の底面の幅wを3μmとして曲面形状の凹部460のパターンを基板410に形成する場合、第1の半導体層420は10μm程度の厚みにすると平坦化することができる。このようにして、本実施形態に係る半導体基板400を製造することができる。 A first semiconductor layer 420 is formed on the upper surface (c surface) of the substrate 410 on which the pattern of the concave portion 460 having a curved shape is formed by etching (FIG. 9A (c)). MOCVD can be applied to the formation of the first semiconductor layer 420. The conditions for forming the first semiconductor layer 420 can be arbitrarily set depending on the material used and the thickness of the layer to be formed. The formation of the first semiconductor layer 420 is performed until the upper surface of the first semiconductor layer 420 (the second surface opposite to the c-plane of the substrate 410 which is the first surface) becomes flat. For example, when the pattern i of the curved concave portion 460 is formed on the substrate 410 with the interval i as exemplified above being 1 μm and the width w of the bottom surface of the curved concave portion 460 being 3 μm, the first semiconductor layer 420 is about 10 μm. The thickness can be flattened. In this way, the semiconductor substrate 400 according to this embodiment can be manufactured.

得られた半導体基板400は、基板410を容易に剥離することができる。半導体基板400の第1の半導体層420の上面に接着層180を介して、第2の基板170を貼り合わせる(図9B(d))。第2の基板170及び接着層180は、実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。このように準備した半導体基板400は、基板410を容易に剥離することができる(図9B(e))。基板410から第1の半導体層420を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板401は、曲面形状の凹部460と接した部位で、第1の半導体層420が凸部を有する。このような凸部を第1の半導体層420に有する半導体基板401を用いて、LEDのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が2倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。 The obtained semiconductor substrate 400 can easily peel off the substrate 410. The second substrate 170 is bonded to the upper surface of the first semiconductor layer 420 of the semiconductor substrate 400 with the adhesive layer 180 interposed therebetween (FIG. 9B (d)). Since the second substrate 170 and the adhesive layer 180 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. The semiconductor substrate 400 thus prepared can easily peel the substrate 410 (FIG. 9B (e)). As a method of peeling the first semiconductor layer 420 from the substrate 410, for example, a laser lift-off method can be used. In the semiconductor substrate 401 manufactured in this manner, the first semiconductor layer 420 has a convex portion at a portion in contact with the curved concave portion 460. When a semiconductor device such as an LED is manufactured using the semiconductor substrate 401 having such a convex portion in the first semiconductor layer 420, an excellent semiconductor device in which the light extraction efficiency is approximately doubled can be obtained. .

また、半導体基板401は、研磨法を用いて平坦化することもできる(図9B(f))。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板410から第1の半導体層420を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板405を得ることもできる。 In addition, the semiconductor substrate 401 can be planarized using a polishing method (FIG. 9B (f)). In the present embodiment, the first semiconductor layer 420 may be peeled from the substrate 410 using a mechanical peeling method without using the laser lift-off method. In this way, a flat and thin semiconductor substrate 405 can be obtained.

以上説明したように、本実施形態によると、第1の面に所定の間隔で配置した複数の曲面形状の凹部を有する基板に、第1の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, a flat and thin semiconductor substrate is formed by forming the first semiconductor layer on the substrate having the plurality of curved concave portions arranged on the first surface at predetermined intervals. However, a semiconductor substrate that can be easily peeled off from the substrate can be provided.

(実施形態5)
上述の実施形態4においては、曲面形状の凹部を有する基板に第1の半導体層を形成する例を説明したが、本実施形態においては、第1の面に所定の間隔で配置した複数の溝部を有する基板に第1の半導体層を形成する例について説明する。
(Embodiment 5)
In the above-described fourth embodiment, the example in which the first semiconductor layer is formed on the substrate having the curved concave portion has been described. However, in the present embodiment, a plurality of groove portions arranged at predetermined intervals on the first surface. An example in which the first semiconductor layer is formed over the substrate having the structure will be described.

図10は、本発明の一実施形態に係る半導体基板500の模式図である。図10(a)は半導体基板500の上面図であり、図10(b)は図10(a)の破線部における半導体基板500の断面図である。半導体基板500は、PSS基板510(以下、基板510という)と第1の半導体層520とを有する。本実施形態において基板510と第1の半導体層520とは組成が異なり、第1の半導体層520としてはGaNを用いるが、本発明はこれに限定されず、LEDに適用可能な組成であれば何れであってもよい。第1の半導体層520を形成するための基板510の第1の面10aであるc面には、所定の幅wの溝部560が所定の間隔iで複数配置される。本実施形態においては、基板510のc面に溝部560の配置パターンを基板の第1の面に所定の間隔で形成することにより、基板510から第1の半導体層520を剥離しやすくする。 FIG. 10 is a schematic view of a semiconductor substrate 500 according to an embodiment of the present invention. 10A is a top view of the semiconductor substrate 500, and FIG. 10B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 500 taken along a broken line in FIG. 10A. The semiconductor substrate 500 includes a PSS substrate 510 (hereinafter referred to as a substrate 510) and a first semiconductor layer 520. In this embodiment, the substrate 510 and the first semiconductor layer 520 have different compositions, and GaN is used as the first semiconductor layer 520. However, the present invention is not limited to this, and any composition that can be applied to an LED is used. Either may be sufficient. A plurality of grooves 560 having a predetermined width w are arranged at a predetermined interval i on the c-plane which is the first surface 10a of the substrate 510 for forming the first semiconductor layer 520. In the present embodiment, the first semiconductor layer 520 is easily peeled from the substrate 510 by forming the arrangement pattern of the groove portions 560 on the first surface of the substrate at a predetermined interval on the c-plane of the substrate 510.

本実施形態に係る溝部560は、幅wを十分に狭くすることにより、溝部560の底面(c面)に第1の半導体層520が成長しないようにする。また、図10に示したように、本実施形態に係る溝部560の上部において、空洞部555は、基板510のc面と接する第1の半導体層520の第1の面とは反対側の第2の面方向に凹む。この空洞部555の凹みは、基板510のc面上に成長した第1の半導体層が徐々にc面と平行な方向へ成長することにより生じる。 The groove part 560 according to the present embodiment makes the first semiconductor layer 520 not grow on the bottom surface (c-plane) of the groove part 560 by sufficiently narrowing the width w. Also, as shown in FIG. 10, in the upper portion of the groove portion 560 according to the present embodiment, the cavity portion 555 has a first side opposite to the first surface of the first semiconductor layer 520 in contact with the c-plane of the substrate 510. 2 is recessed in the surface direction. The dent of the cavity 555 is generated when the first semiconductor layer grown on the c-plane of the substrate 510 gradually grows in a direction parallel to the c-plane.

ここで、本実施形態に係る溝部560の幅wは、5μm以下が好ましい。溝部560の幅wを5μm以下にすると、溝部560の底面に第1の半導体層520が成長することなく空洞部555が形成され、基板510から第1の半導体層520が剥離しやすくなる。溝部560の幅wが5μm以上であると、溝部560の底面に第1の半導体層520が成長し、基板510から第1の半導体層520が剥離しにくくなる。また、このような溝部560のパターンは、基材10をエッチングすることにより形成することができ、例えばフォトリソグラフィを適用できる。フォトリソグラフィはパターン形成に汎用される技術であるが、精度良くパターン形成する限界は、一般に1μmであるとされている。したがって、本実施形態に係る溝部560のパターンを基板510に形成する場合、幅wは1μm以上とすることが好ましい。 Here, the width w of the groove 560 according to the present embodiment is preferably 5 μm or less. When the width w of the groove portion 560 is 5 μm or less, the cavity portion 555 is formed without the first semiconductor layer 520 growing on the bottom surface of the groove portion 560, and the first semiconductor layer 520 is easily peeled from the substrate 510. When the width w of the groove portion 560 is 5 μm or more, the first semiconductor layer 520 grows on the bottom surface of the groove portion 560, and the first semiconductor layer 520 is hardly peeled from the substrate 510. Moreover, such a pattern of the groove part 560 can be formed by etching the base material 10, and for example, photolithography can be applied. Photolithography is a technique widely used for pattern formation, but the limit of pattern formation with high accuracy is generally 1 μm. Therefore, when the pattern of the groove 560 according to the present embodiment is formed on the substrate 510, the width w is preferably 1 μm or more.

以下に、本実施形態に係る半導体基板500の製造方法について説明する。図11A及び図11Bは、半導体基板500の製造工程を示す模式図である。基材10を準備し(図11A(a))、基材10をエッチングして、上述した溝部560のパターンを基板510のc面に形成する(図11A(b))。上述したように、本実施形態に係る基板510のパターン形成には、フォトリソグラフィを用いることができる。本実施形態に係る基板510は、幅wの溝部560を所定の間隔iで配置する。上述したように、本実施形態に係る溝部560の幅wは、5μm以下が好ましい。次の工程のMOCVDを500TORR以上で実施する場合には、幅wを2mm以下にすることが好ましい。このようなパターンを配置することにより、後述する剥離工程において基板510から第1の半導体層520を剥離しやすくすることができる。 Below, the manufacturing method of the semiconductor substrate 500 concerning this embodiment is demonstrated. FIG. 11A and FIG. 11B are schematic views showing the manufacturing process of the semiconductor substrate 500. The base material 10 is prepared (FIG. 11A (a)), the base material 10 is etched, and the pattern of the groove part 560 mentioned above is formed in the c surface of the board | substrate 510 (FIG. 11A (b)). As described above, photolithography can be used for pattern formation of the substrate 510 according to this embodiment. In the substrate 510 according to the present embodiment, the groove portions 560 having a width w are arranged at a predetermined interval i. As described above, the width w of the groove 560 according to this embodiment is preferably 5 μm or less. When the MOCVD of the next step is performed at 500 TORR or more, the width w is preferably 2 mm or less. By disposing such a pattern, the first semiconductor layer 520 can be easily peeled from the substrate 510 in a peeling step described later.

エッチングして溝部560のパターンを形成した基板510の上面(c面)に第1の半導体層520を形成する(図11A(c))。第1の半導体層420の形成には、MOCVDを適用することができる。第1の半導体層520を形成する条件は、用いる材料や形成する層の厚さにより任意に設定可能である。第1の半導体層520の形成は、第1の半導体層520の上面(第1の面である基板510のc面とは反対側の第2の面)が平坦になるまで行う。このようにして、本実施形態に係る半導体基板500を製造することができる。 A first semiconductor layer 520 is formed on the upper surface (c surface) of the substrate 510 on which the pattern of the groove portion 560 is formed by etching (FIG. 11A (c)). MOCVD can be applied to the formation of the first semiconductor layer 420. The conditions for forming the first semiconductor layer 520 can be arbitrarily set depending on the material to be used and the thickness of the layer to be formed. The formation of the first semiconductor layer 520 is performed until the upper surface of the first semiconductor layer 520 (the second surface opposite to the c-plane of the substrate 510 which is the first surface) becomes flat. In this way, the semiconductor substrate 500 according to this embodiment can be manufactured.

得られた半導体基板500は、基板510を容易に剥離することができる。半導体基板500の第1の半導体層520の上面に接着層180を介して、第2の基板170を貼り合わせる(図5B(d))。第2の基板170及び接着層180は、実施形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。半導体基板500は、基板510を容易に剥離することができる(図11B(d))。基板510から第1の半導体層520を剥離する方法としては、例えば、レーザ・リフトオフ法を用いることができる。このように製造された半導体基板501は、溝部560と接した部位で、第1の半導体層520が凹部を有する。このような凹部を第1の半導体層520に有する半導体基板501を用いて、LEDのような半導体装置を製造すると、光の取り出し効率が2倍程度となる優れた半導体装置を得ることができる。 The obtained semiconductor substrate 500 can easily peel off the substrate 510. The second substrate 170 is bonded to the upper surface of the first semiconductor layer 520 of the semiconductor substrate 500 with the adhesive layer 180 interposed therebetween (FIG. 5B (d)). Since the second substrate 170 and the adhesive layer 180 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. The semiconductor substrate 500 can easily peel off the substrate 510 (FIG. 11B (d)). As a method of peeling the first semiconductor layer 520 from the substrate 510, for example, a laser lift-off method can be used. In the semiconductor substrate 501 manufactured in this way, the first semiconductor layer 520 has a recess at a portion in contact with the groove 560. When a semiconductor device such as an LED is manufactured using the semiconductor substrate 501 having such a recess in the first semiconductor layer 520, an excellent semiconductor device in which light extraction efficiency is approximately doubled can be obtained.

また、半導体基板501は、研磨法を用いて平坦化することもできる(図11B(f))。本実施形態においては、レーザ・リフトオフ法を用いずに、機械剥離法を用いて基板510から第1の半導体層520を剥離してもよい。このようにして、平坦かつ薄い半導体基板505を得ることもできる。 Further, the semiconductor substrate 501 can be planarized using a polishing method (FIG. 11B (f)). In the present embodiment, the first semiconductor layer 520 may be peeled from the substrate 510 by using a mechanical peeling method without using the laser lift-off method. In this way, a flat and thin semiconductor substrate 505 can be obtained.

以上説明したように、本実施形態によると、所定の幅を有する溝部560を第1の面に所定の間隔で配置した基板に、第1の半導体層を形成することにより、平坦かつ薄い半導体基板でありながら、基板からの剥離が容易な半導体基板を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, a flat and thin semiconductor substrate is formed by forming the first semiconductor layer on the substrate in which the groove portions 560 having a predetermined width are arranged on the first surface at predetermined intervals. However, a semiconductor substrate that can be easily peeled off from the substrate can be provided.

(半導体装置)
上述した実施形態に係る半導体基板100〜500を用いて半導体装置、特にLEDを製造することができる。以下では、一例として、半導体基板105を用いた半導体装置1000について説明する。図12は、本実施形態に係る半導体装置1000の断面図である。半導体装置1000は、半導体基板105の第1の半導体層20の面にオーミックコンタクト層1110を配置、第2の基板の面にオーミックコンタクト層1130を配置する。
(Semiconductor device)
A semiconductor device, in particular, an LED can be manufactured using the semiconductor substrates 100 to 500 according to the above-described embodiments. Hereinafter, as an example, a semiconductor device 1000 using the semiconductor substrate 105 will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device 1000 according to the present embodiment. In the semiconductor device 1000, the ohmic contact layer 1110 is disposed on the surface of the first semiconductor layer 20 of the semiconductor substrate 105, and the ohmic contact layer 1130 is disposed on the surface of the second substrate.

オーミックコンタクト層1110は、例えば、10nmのチタン(Ti)層、10nmのAl層、10μmのAl層を積層することにより形成することができる。また、オーミックコンタクト層1130は、例えば、第2の基板170がSi基板であるとき、50nmのAu層と50nmのアンチモン(Sb)層で形成することができる。接着層180は、例えば、3μmのAu層で形成する。ここで、第1の半導体層20と接着層180の間には、図示しないが、10nmのAu層と10nmのニッケル(Ni)層によりオーミックコンタクト層が形成される。第1の半導体層20のオーミックコンタクト層1110はN型半導体であり、第1の半導体層20の接着層180側はP型半導体である。 The ohmic contact layer 1110 can be formed, for example, by laminating a 10 nm titanium (Ti) layer, a 10 nm Al layer, and a 10 μm Al layer. The ohmic contact layer 1130 can be formed of, for example, a 50 nm Au layer and a 50 nm antimony (Sb) layer when the second substrate 170 is a Si substrate. The adhesive layer 180 is formed of, for example, a 3 μm Au layer. Here, although not shown, an ohmic contact layer is formed between the first semiconductor layer 20 and the adhesive layer 180 by a 10 nm Au layer and a 10 nm nickel (Ni) layer. The ohmic contact layer 1110 of the first semiconductor layer 20 is an N-type semiconductor, and the adhesive layer 180 side of the first semiconductor layer 20 is a P-type semiconductor.

以上のように、半導体基板105を利用して半導体装置1000を製造することにより、LEDの製造コストを低減することが可能になる。なお、本実施形態においては、半導体基板100から形成した半導体基板105に半導体装置1000を製造する例を説明したが、半導体装置1000は、半導体基板200〜500及びそれらから隔離した基板、平坦化した基板の何れも好適に用いることができる。 As described above, by manufacturing the semiconductor device 1000 using the semiconductor substrate 105, the manufacturing cost of the LED can be reduced. In the present embodiment, an example in which the semiconductor device 1000 is manufactured on the semiconductor substrate 105 formed from the semiconductor substrate 100 has been described. However, the semiconductor device 1000 is planarized with the semiconductor substrates 200 to 500 and a substrate isolated from them. Any of the substrates can be suitably used.

10:基材、10a:c面、11:半球状の凸部、20:第1の半導体層、21:半球状の凸部、100:半導体基板、101:半導体基板、105:半導体基板、110:基板、170:第2の基板、180:接着層、200:半導体基板、201:半導体基板、205:半導体基板、210:基板、220:第1の半導体層、230:金属材料層、240:第2の半導体層、250:空洞部、300:半導体基板、301:半導体基板、305:半導体基板、320:第1の半導体層、330:金属材料層、340:第2の半導体層、350:空洞部、400:半導体基板、401:半導体基板、405:半導体基板、410:基板、420:第1の半導体層、460:曲面形状の凹部、500:半導体基板、501:半導体基板、505:半導体基板、510:基板、520:第1の半導体層、555:空洞部、560:溝部、1000:半導体装置、1110:、1130:オーミックコンタクト層   10: base material, 10a: c-plane, 11: hemispherical convex portion, 20: first semiconductor layer, 21: hemispherical convex portion, 100: semiconductor substrate, 101: semiconductor substrate, 105: semiconductor substrate, 110 : Substrate, 170: second substrate, 180: adhesive layer, 200: semiconductor substrate, 201: semiconductor substrate, 205: semiconductor substrate, 210: substrate, 220: first semiconductor layer, 230: metal material layer, 240: Second semiconductor layer, 250: cavity, 300: semiconductor substrate, 301: semiconductor substrate, 305: semiconductor substrate, 320: first semiconductor layer, 330: metal material layer, 340: second semiconductor layer, 350: Cavity, 400: Semiconductor substrate, 401: Semiconductor substrate, 405: Semiconductor substrate, 410: Substrate, 420: First semiconductor layer, 460: Concave portion with curved surface, 500: Semiconductor substrate, 501: Semiconductor substrate, 50 : A semiconductor substrate, 510: substrate, 520: first semiconductor layer, 555: cavity, 560: groove, 1000: semiconductor device, 1110: 1130: the ohmic contact layer

Claims (22)

第1の面に所定の間隔で配置した複数の半球状の凸部を有する基板と、
前記基板の第1の面に形成した第1の半導体層と、
前記基板の前記第1の面と接する前記第1の半導体層の第1の面とは反対側の第2の面に形成した第2の半導体層と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との一部に形成された空洞部と、を有し、
前記空洞部は前記複数の凸部の間に配置され、略円形の形状であることを特徴とする半導体基板。
A substrate having a plurality of hemispherical protrusions arranged at predetermined intervals on the first surface;
A first semiconductor layer formed on a first surface of the substrate;
A second semiconductor layer formed on a second surface opposite to the first surface of the first semiconductor layer in contact with the first surface of the substrate;
A cavity formed in a part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the hollow portion is disposed between the plurality of convex portions and has a substantially circular shape.
前記所定形状のパターンは前記所定の間隔の幅を有し、
前記複数の半球状の凸部の間隔に相当する前記第1の半導体層の第2の面の位置に前記空
洞部が配置されることを特徴とする請求項2に記載の半導体基板。
The pattern of the predetermined shape has a width of the predetermined interval;
3. The semiconductor substrate according to claim 2, wherein the cavity is disposed at a position of a second surface of the first semiconductor layer corresponding to an interval between the plurality of hemispherical protrusions.
前記第1の面に対する前記複数の半球状の凸部の表面積の合計の比が1以上であることを特徴とする請求項1ないし3の何れか一に記載の半導体基板。 4. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein a ratio of a total surface area of the plurality of hemispherical protrusions to the first surface is 1 or more. 5. 前記半球状の凸部の底面の幅が5μm以下であることを特徴とする請求項4に記載の半導体基板。 The semiconductor substrate according to claim 4, wherein a width of a bottom surface of the hemispherical convex portion is 5 μm or less. 前記基板がサファイア基板であり、前記第1の半導体層が窒化ガリウム層であることを特
徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載の半導体基板。
6. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the substrate is a sapphire substrate, and the first semiconductor layer is a gallium nitride layer.
基板の第1の面に所定の間隔で複数の半球状の凸部を形成し、
前記基板の第1の面に第1の半導体層を形成し、
前記基板の前記第1の面と接する前記第1の面とは反対側の第2の面に、金属材料層を形成し、
前記金属材料層と接する前記第1の半導体層に前記複数の凸部の間に配置され、略円形の形状である空洞部を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
Forming a plurality of hemispherical protrusions at a predetermined interval on the first surface of the substrate;
Forming a first semiconductor layer on a first surface of the substrate;
Forming a metal material layer on a second surface opposite to the first surface in contact with the first surface of the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: forming a cavity portion that is disposed between the plurality of protrusions in the first semiconductor layer in contact with the metal material layer and has a substantially circular shape.
前記金属材料層が、前記複数の半球状の凸部の間隔と略等しい間隔であって、略円柱形の形状を有することを特徴とする請求項8に記載の半導体基板の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 8, wherein the metal material layer has a substantially cylindrical shape at an interval substantially equal to an interval between the plurality of hemispherical protrusions. 前記複数の半球状の凸部を形成することは、前記基板の第1の面をエッチングすることに
より行うことを特徴とする請求項7ないし9の何れか一に記載の半導体基板の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 7, wherein forming the plurality of hemispherical protrusions is performed by etching the first surface of the substrate.
前記第1の面に対する前記複数の半球状の凸部の表面積の合計の比が1以上となるように、前
記基板の第1の面に前記半球状の凸部を形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体基板の製造方法。
The hemispherical protrusions are formed on the first surface of the substrate so that a total ratio of the surface areas of the plurality of hemispherical protrusions to the first surface is 1 or more. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 10.
前記半球状の凸部の底面の幅が5μm以下となるように、前記基板の第1の面に前記半球
状の凸部を形成することを特徴とする請求項11に記載の半導体基板の製造方法。
The semiconductor substrate manufacturing method according to claim 11, wherein the hemispherical protrusions are formed on the first surface of the substrate such that a width of a bottom surface of the hemispherical protrusions is 5 μm or less. Method.
前記第1の半導体層は、有機金属気相成長法を用いて形成することを特徴とする請求項12に記載の半導体基板の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 12, wherein the first semiconductor layer is formed by metal organic vapor phase epitaxy. 前記基板がサファイア基板であり、前記第1の半導体層が窒化ガリウム層であることを特
徴とする請求項13に記載の半導体基板の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 13, wherein the substrate is a sapphire substrate, and the first semiconductor layer is a gallium nitride layer.
形成した前記第1の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求項7乃至14の何れか一に記載の半導体基板の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 7, wherein the formed first semiconductor layer is peeled from the substrate. 前記第1の半導体層の前記第1の面とは反対側の第2の面に、所定形状のパターンを有す
る金属材料層を形成し、
有機金属気相成長法を用いて前記第2の面に第2の半導体層を形成して、前記金属材料層
と接する前記第1の半導体層に空洞部を形成することを特徴とする請求項14に記載の半
導体基板の製造方法。
Forming a metal material layer having a pattern of a predetermined shape on a second surface opposite to the first surface of the first semiconductor layer;
The second semiconductor layer is formed on the second surface by metal organic vapor phase epitaxy, and a cavity is formed in the first semiconductor layer in contact with the metal material layer. 14. A method for producing a semiconductor substrate according to 14.
前記金属材料層は、タンタル、チタンまたはクロムで形成されることを特徴とする請求項
16に記載の半導体基板の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 16, wherein the metal material layer is formed of tantalum, titanium, or chromium.
前記第1の半導体層に形成された前記空洞部を利用して前記基板を剥離して、前記第1の
半導体層及び前記第2の半導体層から形成された半導体基板を製造することを特徴とする
請求項16又は17に記載の半導体基板の製造方法。
The semiconductor substrate formed from the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is manufactured by peeling the substrate using the cavity formed in the first semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 16 or 17.
レーザ・リフトオフ法を用いて、前記第1の半導体層を前記基板から剥離することを特徴
とする請求項15又は18に記載の半導体基板の製造方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 15, wherein the first semiconductor layer is peeled from the substrate by using a laser lift-off method.
機械剥離法を用いて、前記第1の半導体層を前記基板から剥離することを特徴とする請求
項15又は18に記載の半導体基板の製造方法。
19. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 15, wherein the first semiconductor layer is peeled from the substrate using a mechanical peeling method.
請求項1乃至6の何れか一に記載の半導体基板の前記第1の半導体層から前記基板を剥離し、
前記第1の半導体層上に第1の化合物半導体層を形成し、
前記第1の化合物半導体層上に活性層を形成し、
前記活性層上に第2の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
The substrate is peeled from the first semiconductor layer of the semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 6,
Forming a first compound semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming an active layer on the first compound semiconductor layer;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a second compound semiconductor layer on the active layer.
請求項2に記載の半導体基板の前記第2の半導体層から前記基板を剥離し、
前記第2の半導体層上に第1の化合物半導体層を形成し、
前記第1の化合物半導体層上に活性層を形成し、
前記活性層上に第2の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
The substrate is peeled from the second semiconductor layer of the semiconductor substrate according to claim 2,
Forming a first compound semiconductor layer on the second semiconductor layer;
Forming an active layer on the first compound semiconductor layer;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a second compound semiconductor layer on the active layer.
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