(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み１０ミクロン以上１００ミクロン以下であり、（０００１）面を表面に有し、焼結されたポリマーを含み、かつ耐熱性を有すると共に外力に対する可撓性を有するグラファイト基板と、
前記グラファイト基板の（０００１）面上に設けられたＨｆＮ，ＺｒＮ，ＡｌＮのうち少なくともいずれかの１つのバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられ、シリコンからなる半導体層とを備えることを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
厚み１０ミクロン以上１００ミクロン以下であり、（０００１）面を表面に有し、焼結されたポリマーを含み、かつ耐熱性を有すると共に外力に対する可撓性を有するグラファイト基板の（０００１）面上に、ＨｆＮ，ＺｒＮ，ＡｌＮのうち少なくともいずれかの１つのバッファ層を成長させ、前記バッファ層上にシリコンからなる半導体層を成長させることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の前記半導体基板の製造方法において、
前記半導体層を成長させた後、当該半導体層を含む層と前記グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、分離した前記半導体層を含む層を前記グラファイト基板とは異なる第２基板上に配置することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記グラファイト基板は、所定の層間結合力を有する層状化合物を含み、
前記グラファイト基板の層間結合力よりも大きい力を前記層状化合物の層間に作用させて前記グラファイト基板の層間結合を解除することで、前記半導体層を含む層と前記グラファイトの少なくとも一部を含む層とを分離することを特徴とする請求項３に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記半導体層を含む層を分離する際には、所定の構造材を用いて前記半導体層を含む層を保持し前記構造材ごと前記半導体層を含む層を分離することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
分離した前記半導体層を含む層を前記第２基板上に配置する際には、
前記構造材ごと前記半導体層を含む層を配置することを特徴とする請求項５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
厚み１０ミクロン以上１００ミクロン以下であり、（０００１）面を表面に有し、焼結されたポリマーを含み、かつ耐熱性を有すると共に外力に対する可撓性を有するグラファイト基板の（０００１）面に、ＨｆＮ，ＺｒＮ，ＡｌＮのうち少なくともいずれかの１つのバッファ層を成長させ、前記バッファ層上にシリコンからなる半導体層を成長させた後、当該半導体層を含む層と前記グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、当該半導体層を含む層を得ることを特徴とする半導体層の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体基板を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体素子を備えることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の発光素子を備えることを特徴とする表示パネル。
【請求項１１】
請求項８に記載の半導体素子を備えることを特徴とする電子素子。
【請求項１２】
請求項１に記載の半導体基板を備えることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項１３】
請求項８に記載の半導体素子、請求項９に記載の発光素子、請求項１０に記載の表示パネル、請求項１１に記載の電子素子及び請求項１２に記載の太陽電池素子のうち少なくとも１つを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、半導体層の製造方法、半導体基板の製造方法、半導体素子、発光素子、表示パネル、電子素子、太陽電池素子及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に半導体素子を作製する方法として、例えば金属基板上にシリコンなどの半導体を成長・素子作製を行い、その後、ポリマーやガラス、セラミックスといった材料と半導体薄膜を接着し、金属基板を剥離する方法が知られていた。かかる方法は、例えば透明大面積フレキシブル基板に半導体素子を形成する場合などに用いられていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】日経ナノビジネス２００６年Ｎｏ４０  ３４−３５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属基板の分離は一般に困難で、化学薬品を使って溶解させるなどの問題があり、環境に対する悪影響が懸念される手法が使われていた。また、金属表面は酸化されており、結晶成長の前処理の再現性が悪いという問題があった。【０００５】
上記のような事情に鑑み、本発明は、低コストで再現性の高い半導体基板、半導体層の製造方法、半導体基板の製造方法、半導体素子、発光素子、表示パネル、電子素子、太陽電池素子及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体基板は、耐熱性を有すると共に外力に対する可撓性を有するグラファイト基板と、前記グラファイト基板上に設けられ、シリコンからなる半導体層とを備えることを特徴とする。ここで、グラファイト基板とは板状に限定されず半導体層を形成するベースとなるグラファイト体を意味する。【０００７】
本発明によれば、グラファイト基板が耐熱性を有するため、例えば摂氏７００度以上の高温下で製造する手法を用いて低コスト化できる。グラファイト基板が外力に対する可撓性を有するため曲げることも可能となる。これにより、低コストで半導体基板が得られる。これに加えて、グラファイトは酸化されにくく、表面処理の再現性が高い。以上のことにより、低コストで再現性の高い半導体基板を得ることができる。【０００８】
上記の半導体基板は、前記グラファイト基板が焼結されたポリマーを含んでいることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板が焼結されたポリマーを含んでいることとしたので、耐熱性が高く、外力によって容易に曲げることが可能である。例えば摂氏７００度以上の高温下で処理を行うことも可能であるため、パルススパッタ堆積法や有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法など高温下で行う処理が可能となる。【０００９】
上記の半導体基板は、前記グラファイト基板の厚さを限定するものではないが、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板の厚さが１００μｍ以下であると外力に対して極めて優れた可撓性を有することとなる。また、本発明によれば、グラファイト基板の厚さが１０μｍ以上であることで外力に対して壊れにくい構成とすることができる。【００１０】
上記の半導体基板は、前記グラファイト基板と前記半導体層との間に設けられ、ＨｆＮ及びＺｒＮのうち少なくとも一方を含むバッファ層を更に備えることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板と半導体層との間に、ＨｆＮ及びＺｒＮのうち少なくとも一方を含むバッファ層を更に備えることとしたので、当該バッファ層によって光を反射することができる。これにより、半導体層を例えば光吸収層等として用いる場合、当該光吸収層における光の吸収効率を高めることができる。【００１１】
上記の半導体基板は、前記グラファイト基板と前記半導体層との間に設けられ、ＡｌＮを含む第２バッファ層を更に備えることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板と半導体層との間に、ＡｌＮを含む第２バッファ層を更に備えることとしたので、半導体層のグレインサイズを増大させることができる。これにより、半導体層の電気的特性を高めることができ、特に半導体層を光吸収層として用いる場合には当該半導体層の光吸収特性についても高めることができる。【００１２】
上記の半導体基板は、前記グラファイト基板は、（０００１）面を表面に有し、前記半導体層は、前記（０００１）面上に設けられることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板が（０００１）面を表面に有し、半導体層が（０００１）面上に設けられるため、半導体層の配向性が高められることになる。【００１３】
本発明に係る半導体基板の製造方法は、耐熱性を有すると共に外力に対する可撓性を有するグラファイト基板上に、シリコンからなる半導体層を成長させることを特徴とする。ここで、グラファイト基板とは板状に限定されず半導体層を形成するベースとなるグラファイト体を意味する。【００１４】
本発明によれば、グラファイト基板が例えば摂氏７００度以上の耐熱性を有するため、パルススパッタ堆積法などの低コストな手法を用いることができる。グラファイト基板が外力に対する可撓性を有するため曲げることも可能となる。これにより、低コストな半導体基板を製造することができる。これに加えて、グラファイトは酸化されにくく、表面処理の再現性が高い。以上のことにより、低コストで再現性の高い半導体基板を製造することができる。【００１５】
上記の半導体基板の製造方法は、焼結されたポリマーを含む前記グラファイト基板上に、前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板が焼結されたポリマーを含んでいることとしたので、耐熱性が高く、外力によって容易に曲げることが可能である。高温下で処理を行うことも可能であるため、パルススパッタ堆積法や有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法など高温下で行う処理が可能となる。【００１６】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板の厚さを限定するものではないが、好ましくは厚さが１０μｍ以上１００μｍ以下に形成された前記グラファイト基板上に、前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板の厚さが１００μｍ以下であるとしたので、外力に対して極めて優れた可撓性を有することとなる。また、本発明によれば、グラファイト基板の厚さが１０μｍ以上であることとしたので、外力に対して壊れにくくなる。このため、グラファイト基板の取り扱い時の負担が軽減されることになる。【００１７】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板は、（０００１）面を表面に有し、前記（０００１）面に前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板が（０００１）面を表面に有し、当該（０００１）面上半導体層を成長させるため、半導体層の配向性が高められることになる。【００１８】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板上に、ＨｆＮ及びＺｒＮのうち少なくとも一方を含むバッファ層を形成し、前記バッファ層上に、前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、例えば半導体層を光吸収層等として用いる場合、当該光吸収層における光の吸収効率を高めることができる。【００１９】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板上に、ＡｌＮを含む第２バッファ層を形成し、前記第２バッファ層上に、前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、半導体層のグレインサイズを増大させることができる。これにより、半導体層の電気的特性を高めることができ、特に半導体層を光吸収層として用いる場合には当該半導体層の光吸収特性についても高めることができる。【００２０】
上記の製造方法は、前記半導体層を成長させた後、当該半導体層を含む層と前記グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、当該半導体層を含む層を得ることを特徴とする。
本発明によれば、半導体層を含む層と、グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、当該半導体層を含む層を得るので、例えば半導体ウェハーに用いる材料として大面積および／または高品位のものを得ることができる。例えば直径１２インチを超える大面積のものが容易に得られる。ここにおいては、得られるものは板状に限定されず、成長させた半導体層を含む層で構成されたものをいう。またこの半導体を含む層は必要に応じ所望の半導体層のみに分離されたものを得ることもできる。【００２１】
上記の半導体基板の製造方法は、前記半導体層を成長させた後、当該半導体層を含む層と前記グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、分離した前記当該半導体層を含む層を前記グラファイト基板とは異なる第２基板上に配置することを特徴とする。ここで、第２基板とは板状に限定されず半導体層を含む層を配置するベース体を意味する。【００２２】
本発明によれば、半導体層を含む層と、グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、分離した当該半導体層を含む層をグラファイト基板とは異なる第２基板上に配置することとしたので、グラファイト基板上に限られず他の基板上においても半導体層を配置させることができる。これにより、広い用途に用いることが可能な半導体基板を製造することができる。【００２３】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板は、所定の層間結合力を有する層状化合物を含み、前記グラファイト基板の層間結合力よりも大きい力を前記層状化合物の層間に作用させて前記グラファイト基板の層間結合を解除することで、前記半導体層を含む層と前記グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離することを特徴とする。
本発明によれば、所定の層間結合力を有する層状化合物を含むグラファイト基板の当該層間結合力よりも大きい力を層間に作用させて層間結合を解除することで半導体層を含む層とグラファイト基板の少なくとも一部を含む層とに分離することとしたので、より確実に分離することができる。このように、グラファイト基板の構造を利用して半導体層を含む層とグラファイト基板の少なくとも一部を含む層とに分離することができるため、グラファイト基板を用いる意義は大きいといえる。すなわち、金属基板の分離は一般に困難で、化学薬品を使って溶解させるなどの問題があり。環境に対する悪影響が懸念される手法が使われていた。また、金属表面は酸化されており、結晶成長の前処理の再現性が悪いという問題があるが、本発明では、そのような問題は生じない。半導体層を含む層としては、例えば半導体層やバッファ層、第２バッファ層などが含まれ、グラファイト基板の一部が含まれる場合もある。【００２４】
上記の半導体基板の製造方法は、前記半導体層を含む層を分離する際には、所定の構造材を用いて前記半導体層を含む層を保持し前記構造材ごと前記半導体層を含む層を分離することを特徴とする。
本発明によれば、半導体層を含む層を分離する際には、所定の構造材を用いて半導体層を含む層を保持し構造材ごと半導体層を含む層を分離することとしたので、半導体層を含む層に含まれる半導体層にダメージを与えるのを防ぐことができる。前記構造材に可視光を透過する材料を用いると透明の構造として極めて有用な構造が可能になる。【００２５】
上記の半導体基板の製造方法は、分離した前記半導体層を含む層を前記第２基板上に配置する際には、前記構造材ごと前記半導体層を含む層を配置することを特徴とする。
本発明によれば、分離した半導体層を含む層を第２基板上に配置する際には、構造材ごと半導体層を含む層を配置することとしたので、第２基板に半導体層を含む層を配置した後も半導体層を保護することができる。前記第２基板に可視光を透過する材料を用いると透明の構造として極めて有用な構造が可能になる。【００２６】
本発明の半導体層の製造方法は、耐熱性を有すると共に外力に対する可撓性を有するグラファイト基板（ここで、グラファイト基板とは板状に限定されず半導体層を形成するベースとなるグラファイト体を意味する。）に、半導体層を成長させた後、当該半導体層を含む層と前記グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、当該半導体層を含む層を得ることを特徴とする。
本発明によれば、半導体層を含む層と、グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、当該半導体層を含む層を得るので、例えば大面積および／または高品位のものを得ることができる。例えば直径１２インチを超える大面積のものが容易に得られる。ここにおいては、得られるものは板状に限定されず、成長させた半導体層を含む層で構成されたものをいう。またこの半導体を含む層は必要に応じ所望の半導体層のみに分離されたものを得ることもできる。【００２７】
本発明の半導体基板の製造方法は、耐熱性を有すると共に外力に対する可撓性を有するグラファイト基板（ここで、グラファイト基板とは板状に限定されず半導体層を形成するベースとなるグラファイト体を意味する。）に、前記半導体層を成長させた後、当該半導体層を含む層と前記グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、分離した前記当該半導体層を含む層を前記グラファイト基板とは異なる第２基板上に配置することを特徴とする。ここで、第２基板とは板状に限定されず半導体層を含む層を配置するベース体を意味する。【００２８】
本発明によれば、半導体層を含む層と、グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、分離した当該半導体層を含む層をグラファイト基板とは異なる第２基板上に配置することとしたので、グラファイト基板上に限られず他の基板上においても半導体層を配置させることができる。これにより、広い用途に用いることが可能な半導体基板を製造することができる。【００２９】
上記の半導体基板の製造方法は、前記半導体層は、１３族窒化物からなることを特徴とする。
本発明によれば、１３族窒化物からなる半導体層においても、当該半導体層を含む層と、グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、分離した半導体層を含む層をグラファイト基板とは異なる第２基板上に配置することとしたので、グラファイト基板上に限られず他の基板上においても半導体層を配置させることができる。これにより、広い用途に用いることが可能な半導体基板を製造することができる。前記他の基板材に可視光を透過する材料を用いると例えば発光素子の構造として極めて有用な構造が可能になる。【００３０】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板は、所定の層間結合力を有する層状化合物を含み、前記グラファイト基板の層間結合力よりも大きい力を前記層状化合物の層間に作用させて前記グラファイト基板の層間結合を解除することで、前記半導体層を含む層と前記グラファイトの少なくとも一部を含む層とを分離することを特徴とする。
本発明によれば、上記同様、所定の層間結合力を有する層状化合物を含むグラファイト基板の当該層間結合力よりも大きい力を層間に作用させて層間結合を解除することで半導体層を含む層とグラファイト基板の少なくとも一部を含む層とに分離することとしたので、より確実に分離することができる。このように、グラファイト基板の構造を利用して半導体層を含む層とグラファイト基板の少なくとも一部を含む層とに分離することができるため、グラファイト基板を用いる意義は大きいといえる。すなわち、金属基板の分離は一般に困難で、化学薬品を使って溶解させるなどの問題があり、環境に対する悪影響が懸念される手法が使われていた。また、金属表面は酸化されており、結晶成長の前処理の再現性が悪いという問題があるが、本発明では、そのような問題は生じない。半導体層を含む層としては、例えば半導体層やバッファ層、第２バッファ層などが含まれ、グラファイト基板の一部が含まれる場合もある。【００３１】
上記の半導体基板の製造方法は、前記半導体層を含む層を分離する際には、所定の構造材を用いて前記半導体層を含む層を保持し前記構造材ごと前記半導体層を含む層を分離することを特徴とする。
本発明によれば、半導体層を含む層を分離する際には、所定の構造材を用いて半導体層を含む層を保持し構造材ごと半導体層を含む層を分離することとしたので、半導体層を含む層に含まれる半導体層にダメージを与えるのを防ぐことができる。前記構造材に可視光を透過する材料を用いると透明の構造として極めて有用な構造が可能になる。例えば発光素子の場合には有効である。【００３２】
上記の半導体基板の製造方法は、分離した前記半導体層を含む層を前記第２基板上に配置する際には、前記構造材ごと前記半導体層を含む層を配置することを特徴とする。
本発明によれば、分離した半導体層を含む層を第２基板上に配置する際には、構造材ごと半導体層を含む層を配置することとしたので、第２基板に半導体層を含む層を配置した後も半導体層を保護することができる。前記第２基板に可視光を透過する材料を用いると透明の構造として極めて有用な構造が可能になる。例えば発光素子の場合には有効である。【００３３】
上記の半導体基板の製造方法は、焼結されたポリマーを含む前記グラファイト基板上に、前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板が焼結されたポリマーを含んでいることとしたので、耐熱性が高く、外力によって容易に曲げることが可能である。例えば摂氏７００度以上の高温下で処理を行うことも可能であるため、パルススパッタ堆積法や有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法など高温下で行う処理が可能となる。【００３４】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板の厚さを限定するものではないが、好ましくは厚さが１０μｍ以上１００μｍ以下に形成された前記グラファイト基板上に、前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、グラファイト基板の厚さが１００μｍ以下であるとしたので、外力に対して極めて優れた可撓性を有することとなる。また、本発明によれば、グラファイト基板の厚さが１０μｍ以上であることとしたので、外力に対して壊れにくくなる。このため、グラファイト基板の取り扱い時の負担が軽減されることになる。【００３５】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板は、（０００１）面を表面に有し、前記（０００１）面に前記半導体層を成長させることを特徴とする。
グラファイト基板が（０００１）面を表面に有し、当該（０００１）面上半導体層を成長させるため、半導体層の配向性が高められることになる。【００３６】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板上に、ＨｆＮ及びＺｒＮのうち少なくとも一方を含むバッファ層を形成し、前記バッファ層上に、前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、半導体層を光吸収層等として用いる場合、当該光吸収層における光の吸収効率を高めることができる。【００３７】
上記の半導体基板の製造方法は、前記グラファイト基板上に、ＡｌＮを含む第２バッファ層を形成し、前記第２バッファ層上に、前記半導体層を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、半導体層のグレインサイズを増大させることができる。これにより、半導体層の電気的特性を高めることができ、特に半導体層を光吸収層として用いる場合には当該半導体層の光吸収特性についても高めることができる。【００３８】
本発明に係る半導体素子は、上記の半導体基板を備えることを特徴とする。
本発明によれば、低コストで再現性の高い半導体基板を備えるため、安価で良質な半導体素子を得ることができる。【００３９】
本発明に係る発光素子は、上記の半導体素子を備えることを特徴とする。
本発明によれば、安価で良質な半導体素子を備えるため、発光特性の良い発光素子を得ることができる。【００４０】
本発明に係る表示パネルは、上記の発光素子を備えることを特徴とする。
本発明によれば、発光特性の良い発光素子を備えるため、表示特性の高い表示パネルを得ることができる。【００４１】
本発明に係る電子素子は、上記の半導体素子を備えることを特徴とする。
本発明によれば、安価で良質な半導体素子を備えるため、電気的特性の高い電子素子を得ることができる。【００４２】
本発明に係る太陽電池素子は、上記の半導体基板を備えることを特徴とする。
本発明によれば、低コストで再現性の高い半導体基板を備えるため、安価で良質な太陽電池素子を得ることができる。【００４３】
本発明に係る電子機器は、上記の半導体素子、上記の発光素子、上記の表示パネル、上記に記載の電子素子及び上記の太陽電池素子のうち少なくとも１つを備えることを特徴とする。
本発明によれば、上記の半導体素子、上記の発光素子、上記の表示パネル、上記に記載の電子素子及び上記の太陽電池素子のうち少なくとも１つを備えるため、良質な電子機器を得ることができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、低コストで再現性の高い半導体基板、半導体基板の製造方法、半導体素子、発光素子、表示パネル、電子素子、太陽電池素子及び電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体基板の構成を示す図。
【図２】ジルコニウムナイトライドの光反射率を示すグラフ。
【図３】ジルコニウムナイトライドの光反射率と反射波長の対応関係とを示す図。
【図４Ａ】本実施形態に係る半導体基板の製造装置の構成を示す図。
【図４Ｂ】本実施形態に係る半導体基板の製造装置の構成を示す図。
【図５】本実施形態に係る半導体基板の製造過程を示す図。
【図６】同、製造過程図。
【図７】同、製造過程図。
【図８Ａ】本発明の実施例１に係る半導体層の特性を示す図。
【図８Ｂ】本発明の実施例１に係る半導体層の特性を示す図。
【図９】本発明の実施例２に係るグラファイト層及びＡｌＮ層のＸＲＤ測定グラフ。
【図１０】本実施例に係るＡｌＮ層のＥＢＳＤ測定図。
【図１１】本実施例に係るＡｌＮ層のＥＢＳＤ極点図。
【図１２】本実施例に係るグラファイト層及びＧａＮ層のＸＲＤ測定グラフ。
【図１３】本実施例に係るＧａＮ層の表面のＳＥＭ像。
【図１４】本実施例に係るＧａＮ層のＥＢＳＤ測定図。
【図１５Ａ】本実施例に係るＧａＮ層のＥＢＳＤ極点図。
【図１５Ｂ】本実施例に係るＧａＮ層のＥＢＳＤ極点図。
【図１６】本実施例に係るＧａＮ層の室温でのＰＬ測定の結果を示すグラフ。
【図１７】従来のＧａＮ層の室温でのＰＬ測定の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体基板１の構成を示す図である。
同図に示すように、半導体基板１は、グラファイト基板２上にバッファ層３が設けられ、当該バッファ層３上に半導体層４が積層された構成になっている。この半導体基板１は、発光素子や電子素子などに搭載される。本実施形態では、半導体層４は、例えば単結晶シリコンからなる半導体層である。
【００４７】
グラファイト基板２は、ポリオキサジアゾールなどのポリマーを約３０００℃程度で焼結させて作製したグラファイトフィルムからなる。当該グラファイトフィルムは、フィルム面内方向に約１７００Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有しており、この熱伝導率の値はＣｕの４倍程度である。また、耐熱性が高いため、高温下においても処理可能になっている。さらに、フィルム面内方向に５×１０−５Ｓ／ｃｍ程度という高い電気伝導率を有している。
このグラファイト基板２は、厚さが例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に形成することができる。１００μｍ以下とすることにより、外力に対する可撓性を有することとなる。このため、曲げることができるようになっている。また、グラファイト基板２の厚さを１０μｍ以上とすることにより、外力に対して壊れにくい構成となる。グラファイト基板２の厚さとしてより好ましくは、より壊れにくい２５μｍ以上１００μｍ以下の範囲にすることができる。グラファイトシート２は、５０ｃｍ２以上の大面積化が可能である。グラファイト基板２は、バッファ層３に接する面が、（０００１）面となるように形成されている。
【００４８】
バッファ層３は、ジルコニウムナイトライド（ＺｒＮ（１１１））からなる層であり、グラファイト基板２の（０００１）面と半導体層４との間に介在する。図２は、ジルコニウムナイトライドの光反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長、グラフの縦軸は光反射率を示している。
【００４９】
図３は、ジルコニウムナイトライドの光反射率と当該光の波長との対応関係を示す表である。
図２及び図３に示すように、ジルコニウムナイトライドにおいて青色光の波長範囲である４７０ｎｍでの光反射率は６５．６％になっている。これをもとにすると、ジルコニウムナイトライドからなるバッファ層３においては、青色光を照射したときにはほぼ６５％以上の光を反射することが可能であるといえる。
【００５０】
図４Ａは、バッファ層３の製造装置であるスパッタ装置の構成を示す図である。スパッタ装置１０は、チャンバ１１と、基板加熱機構１２と、基板保持部１３と、スパッタガン１４と、パルス電源１５と、制御部１６とを有している。
このスパッタ装置１０においては、グラファイト基板２をチャンバ１１内の基板保持部１３上に保持させた状態で基板加熱機構１２によって当該グラファイト基板２を加熱することができるようになっている。また、グラファイト基板２が基板保持部１３上に保持された状態で、複数のスパッタガン１４からスパッタビームがグラファイト基板２へ向けて射出されるようになっている。
【００５１】
複数のスパッタガン１４は、例えばＧａ及びＧａ合金のビームを射出するスパッタガン１４ａ、Ａｌ及びＡｌ合金のビームを射出するスパッタガン１４ｂ、Ｉｎ及びＩｎ合金のビームを射出するスパッタガン１４ｃ、Ｓｉ及びＳｉ合金のビームを射出するスパッタガン１４ｄ、Ｈｆ及びＨｆ合金のビームを射出するスパッタガン１４ｅを有している。各スパッタガン１４ａ〜１４ｅからのビームを構成する金属の種類については、適宜交換することが可能になっている。したがって、例えばＺｒやＭｇ及びこれらの金属からなるビームを射出できるように構成しても構わない。
【００５２】
複数のスパッタガン１４はそれぞれパルス電源１５に接続されている。パルス電源１５は、スパッタガン１４へパルス電圧を印加する電源である。各スパッタガン１４ａ〜１４ｅに対応するパルス電源１５ａ〜１５ｅが設けられている。これらのパルス電源１５ａ〜１５ｅから出力されるパルス電圧の出力タイミングや出力期間、周波数、振幅などは、制御コンピュータなどの制御部１６によって制御されるようになっている。
【００５３】
図４Ｂは、上記の半導体層４の製造装置であるＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）装置の構成を示す図である。
同図に示すように、ＭＢＥ装置２０は、チャンバ２１と、基板加熱機構２２と、基板保持部２３と、電子銃２４と、ターゲットホルダＴＨとを有している。
【００５４】
このＭＢＥ装置２０においては、グラファイト基板２をチャンバ２１内の基板保持部２３上に保持させた状態で基板加熱機構２２によって当該グラファイト基板２を加熱することができるようになっている。また、グラファイト基板２が基板保持部２３上に保持された状態で、電子銃２４から電子線がターゲットホルダＴＨ上のターゲットＴへ向けて射出されるようになっている。チャンバ２１は、外部に対して密閉可能に設けられている。チャンバ２１内は図示しないターボ分子ポンプなどによって減圧できるようになっている。チャンバ２１の真空はターボ分子ポンプにより維持されるようになっている。
【００５５】
また、チャンバ２１は、不図示の液体窒素シュラウドを内部壁面に有している。液体窒素シュラウドは、チャンバ２１内の残留不純物ガスを壁面に吸着させる。チャンバ２１のベースプレッシャーは、例えば１×１０−１０Ｔｏｒｒ程度に設定可能である。ターゲットホルダとしては、例えば耐高温用のＴａ製坩堝が用いられている。ターゲットホルダＴＨ内の中に収められているターゲットＴは、例えば固体Ｓｉソースである。ＭＢＥ装置２０では、この固体Ｓｉソースを高出力電子銃から放出された電子線で加熱することでＳｉを蒸発させ、蒸発させたＳｉをグラファイト基板２に付着させることで、グラファイト基板２上にＳｉの薄膜を成長させる構成となっている。チャンバ２１には反射高エネルギー電子線回折（ＲＨＥＥＤ）装置が設置されており、基板や薄膜表面の結晶性が観察可能になっている。
【００５６】
次に、本実施形態に係る半導体基板１を製造する工程を説明する。
【００５７】
まず、バッファ層３の形成工程を説明する。本実施形態では、基板−ターゲット間にパルス直流電圧を印加するＰＳＤ法（パルススパッタ堆積法）を例に挙げて説明する。特に本実施形態では、大面積化が可能なグラファイト基板２上に半導体薄膜を形成するため、ＰＳＤ法を行う意義は大きいといえる。
【００５８】
まず、チャンバ１１内にアルゴンガス及び窒素ガスを供給する。アルゴンガス及び窒素ガスによってチャンバ１１内が所定の圧力になった後、グラファイト基板２を基板保持部１３に保持する。グラファイト基板２を基板保持部１３に保持させた後、基板加熱機構１２によって、グラファイト基板２の周囲温度を調節する。グラファイト基板２の周囲温度を調節したら、パルス電源１５を駆動させ、スパッタガン１４ｅからグラファイト基板２の（０００１）面へ向けてＨｆのビームを射出する。
【００５９】
パルス電圧が印加されている間、射出されたＨｆ原子は高エネルギーを有した状態でグラファイト基板２上に供給される。グラファイト基板２の表面では、チャンバ内の窒素が窒素ラジカルになっている。グラファイト基板２の（０００１）面上には高エネルギーを有するＨｆ原子が大量に供給され、当該グラファイト基板２の表面は金属リッチの状態になる。
【００６０】
金属リッチの状態では、Ｈｆ原子は安定な格子位置にマイグレーションする。安定な格子位置にマイグレーションしたＨｆ原子は、チャンバ１１内で活性化した窒素ラジカルと反応して金属窒化物（ＨｆＮ）の結晶となる。パルス電圧が印加される毎に、結晶構造の安定したＨｆＮが間欠的に堆積されることになる。このようにして、バッファ層３がグラファイト基板２の（０００１）面上に形成される。
【００６１】
次に、バッファ層３上にＳｉ薄膜を成長させる。本実施形態では、ＭＢＥ法によってＳｉ薄膜を成長させる例に挙げて説明する。特に本実施形態では、大面積化が可能なグラファイト基板２上に半導体薄膜を形成するため、ＭＢＥ法を行う意義は大きいといえる。
【００６２】
まず、ターボ分子ポンプによってチャンバ２１内をベースプレッシャーとし、バッファ層３を形成したグラファイト基板２を基板保持部２３に保持させる。また、ターゲットＴをターゲットホルダＴＨ上に設置する。グラファイト基板２及びターゲットＴを配置した後、加熱装置１７によって、グラファイト基板２の周囲温度を調節する。グラファイト基板２の周囲温度を調節した後、電子銃２４の電子電流を調整して、ターゲットホルダＴＨ内のターゲットＴに電子線を照射する。電子線の照射を受けたターゲットＴは、蒸発してグラファイト基板２のバッファ層３上に付着する。本実施形態では、Ｓｉ原子がバッファ層３上に付着し、Ｓｉの薄膜がバッファ層３上に成長する。この薄膜が半導体層４となる。
【００６３】
次に、グラファイト基板２上に形成されたバッファ層３及び半導体層４を剥離する。まず、例えば図５に示すように、バッファ層３及び半導体層４を覆うように、グラファイト基板２上に例えばポリマーやガラス等の構造材５を配置する。次に、図６に示すように、当該構造材５をグラファイト基板２から引き剥がすことによって、構造材５ごとグラファイト基板２からバッファ層３及び半導体層４を剥離する。グラファイト基板２は、層間結合の弱い層状化合物であるため、構造材５、バッファ層３及び半導体層４は、グラファイト基板２から容易に剥離される。このように、バッファ層３及び半導体層４を構造材５に転写することができる。
【００６４】
上記により、半導体層を含む層と、グラファイト基板の少なくとも一部を含む層とを分離し、当該半導体層を含む層を得るので、例えば大面積および／または高品位のものを得ることができる。例えば直径１２インチを超える大面積のものが容易に得られる。ここにおいては、得られるものは板状に限定されず、成長させた半導体層を含む層で構成されたものをいう。またこの半導体を含む層は必要に応じ所望の半導体層のみに分離されたものを得ることもできる。
【００６５】
次に、図７に示すように、グラファイト基板２から剥離した構造材５、バッファ層３及び半導体層４を例えばガラス基板や石英基板、樹脂フィルムなどの第２基板６上に固定させる。この場合、例えばバッファ層３に接着材などを付与しておき、当該接着材を介して第２基板６に固定させることができる。勿論、他の方法によって固定させることとしても構わない。このようにして、第２基板６上にバッファ層３及び半導体層４を形成することができる。
【００６６】
以上のように、本実施形態によれば、グラファイト基板２が耐熱性を有するため、高温下で製造する手法を用いて低コスト化できる。グラファイト基板２が外力に対する可撓性を有するため曲げることも可能となる。これにより、低コストな半導体基板１が得られる。これに加えて、グラファイトは酸化されにくく、表面処理の再現性が高い。以上のことにより、低コストで再現性の高い半導体基板１を得ることができる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、半導体層４が、層間結合の弱い層状化合物であるグラファイト基板２の（０００１）面上に設けられているため、容易に剥離することができる。これに加えて、グラファイト基板２を構成するグラファイトは酸化されにくく、表面処理の再現性が高い。以上のことにより、低コストで再現性の高い半導体基板を製造することができる。更に、当該構造材５を用いてバッファ層３及び半導体層４を剥離することにより、容易に剥離することができると共に、当該バッファ層３及び半導体層４を別の第２基板６上に配置した後には構造材５によってバッファ層３及び半導体層４を保護することができる。
【００６８】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、バッファ層３をパルススパッタ法によって形成し、半導体層４をＭＢＥ法によって形成しているが、これに限られることはなく、例えばＰＬＤ法（パルスレーザ堆積法）やＰＥＤ法（パルス電子線堆積法）を含むＰＸＤ法（Pulsed Excitation Deposition：パルス励起堆積法）有機金属成長法、分子線エピタキシー法、ＣＶＤ法など、他の薄膜形成方法によって形成しても構わない。
【００６９】
また、上記実施形態では、グラファイト基板２上にＨｆＮ（１１１）からなるバッファ層３を形成することとしたが、これに限られることは無く、例えばＺｒＮ（１１１）からなるバッファ層３を形成する構成であっても構わない。また、バッファ層３を形成することなく、グラファイト基板２上に直接半導体層４を成長させる構成であっても構わないし、半導体層４を積層する構成（例えば、ＧａＮ層／ＡｌＮ層／グラファイト、など）であっても構わない。
【００７０】
また、上記実施形態では、半導体層４として、シリコンを成長させる例を挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば１３族窒化物半導体を成長させる構成としても構わない。１３族窒化物としては、例えばＧａＮ（ガリウムナイトライド）、ＡｌＮ（アルミニウムナイトライド）、ＩｎＮ（インジウムナイトライド）などが挙げられ、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。この場合、例えばパルススパッタ法など、上記手法を用いて形成することができる。
【００７１】
本発明の半導体基板１は適用範囲が広く、非晶質基板上への発光ダイオード、半導体レーザなどの半導体素子などに用いることができる。また、当該半導体素子を用いた非晶質基板上への透明回路としても用いることができる。
【００７２】
このほかにも、例えばフラットパネルディスプレイ、太陽電池、タッチパネルなどの透明電極へ適用が考えられる。また、反射防止膜に用いられる電磁波の遮蔽、静電気により埃がつかないようにするフィルム、帯電防止膜、熱線反射ガラス、紫外線反射ガラスへ適用も考えられる。
【００７３】
用途の例として、色素増感太陽電池の電極；ディスプレイパネル、有機ＥＬパネル、発光素子、発光ダイオード（ＬＥＤ）、白色ＬＥＤやレーザの透明電極；面発光レーザの透明電極；照明装置；通信装置；特定の波長範囲だけ光を通すというアプリケーションも考えられる。
【００７４】
さらに具体的な用途として次のものを挙げることができる。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）における透明導電膜；カラーフィルタ部における透明導電性膜；ＥＬ（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイにおける透明導電性膜；プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）における透明導電膜；ＰＤＰ光学フィルタ；電磁波遮蔽のための透明導電膜；近赤外線遮蔽のための透明導電膜；表面反射防止のための透明導電膜；色再現性の向上のための透明導電膜；破損対策のための透明導電膜；光学フィルタ；タッチパネル；抵抗膜式タッチパネル；電磁誘導式タッチパネル；超音波式タッチパネル；光学式タッチパネル；静電容量式タッチパネル；携帯情報端末向け抵抗膜式タッチパネル；ディスプレイと一体化したタッチパネル（インナータッチパネル）；太陽電池；アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系太陽電池；微結晶Ｓｉ薄膜太陽電池；ＣＩＧＳ太陽電池；色素増感太陽電池（ＤＳＣ）；電子部品の静電気対策用透明導電材料；帯電防止用透明導電材；調光材料；調光ミラー；発熱体（面ヒーター、電熱ガラス）；電磁波遮蔽ガラス。更に、これらを搭載した携帯電話や情報端末、電子計算機、ＯＡ機器など、種々の電子機器に対しても本発明の適用は可能である。
【００７５】
（実施例１）
次に、本発明の実施例を説明する。
【００７６】
本実施例では、半導体層４としてＳｉを用い、バッファ層３としてＨｆＮを用いた例を挙げて説明する。バッファ層３は、パルススパッタ法により、以下の条件で約５０ｎｍ程度成長させた。
【００７７】
ターゲット：Ｈｆ（純度９９ｗｔ％）
成長温度：１０００℃
基板：  （０００１）面を表面に有するグラファイトからなるグラファイト基板
成長圧力：３×１０−３Ｔｏｒｒ
ガス流量比：Ｎ２／Ａｒ＝１：４
ターゲットバイアス：３００Ｖ
供給電流：０．３Ａ
【００７８】
グラファイト基板上にバッファ層としてＨｆＮを成長させた後、Ｓｉを成長するためのＭＢＥ装置に試料を搬送し、Ｓｉを成長させた。本実施例では、電子銃の出力は電圧８ｋＶ、電子電流を３００ｍＡとし、３００ｍＡで使用時の成長レートはおよそ６オングストローム／ｓｅｃとした。本実施例では成長中のグラファイト基板２の温度は９００℃となるようにコントロールし、３μｍのＳｉ結晶を成長した。
【００７９】
図８Ａは、電子線後方散乱回折の＜１１１＞極点図である。図８Ａは、そのＲＨＥＥＤ像を示す。図８Ａに示すように、ＥＢＳＤ＜１１１＞極点図が明瞭な３回回転対称性を持っていることから分かる様にＳｉは良質な（１１１）面結晶となった。また、図８Ｂに示すように、ＲＨＥＥＤ像がコントラストの強いストリーク（線状）パターンであることからも表面が平坦で良質な（１１１）結晶が成長していることがわかる。
【００８０】
（実施例２）
本実施例では、上記実施形態の手法（パルススパッタ法）によってグラファイト基板２上にＡｌＮ層を形成し、当該ＡｌＮ層上にＧａＮ層をさらに形成した。ＡｌＮ成長時には温度１０００℃〜１２００℃程度で加熱し、加熱時間を３０ｍｉｎ〜６０ｍｉｎ程度とした。ＧａＮ成長時には、温度６５０℃〜７５０℃程度で加熱し、加熱時間を６０ｍｉｎ〜１２０ｍｉｎとした。
【００８１】
また、このようにして作製した半導体基板（ＧａＮ／ＡｌＮ／グラファイト）について、反射型高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）、フォトルミネッセンス（ＰＬ）の評価法で評価した。
【００８２】
図９は、グラファイト層及びＡｌＮ層についてのＸＲＤによる測定結果を示すグラフである。
同図に示すように、グラファイト層は（００２）方向に成長しており、ＡｌＮ層は（０００２）方向に成長しており、ＡｌＮ層はｃ軸配向性を示していると認められる。
【００８３】
図１０はＡｌＮ層のＥＢＳＤ測定図である。
同図に示すように、ＡｌＮ層には１μｍ以上のグレインサイズを有する結晶が多く形成されていることが分かる。
【００８４】
図１１は、ＡｌＮ層の一部についての｛１０−１２｝ＥＢＳＤ極点図である。
同図に示すように、正六角形の頂点上に明確なパターンが認められる。このことからＡｌＮ層の結晶性が良好であることが分かる。
【００８５】
図１２は、グラファイト層及びＧａＮ層についてのＸＲＤによる測定結果を示すグラフである。
同図に示すように、ＧａＮ層はＡｌＮ層と同様に（０００２）方向に成長しており、ｃ軸配向性を示していると認められる。
【００８６】
図１３は、ＧａＮ層の表面のＳＥＭ像である。
同図に示すように、ＧａＮ層の表面には特段に大きな凹凸は見られず、比較的平坦な表面に形成されていることが分かる。
【００８７】
図１４は、ＧａＮ層のＥＢＳＤ測定図である。
同図に示すように、ＧａＮ層には１μｍ以上のグレインサイズを有する結晶が多く形成されていることがわかる。
【００８８】
図１５Ａ及び１５Ｂは、ＧａＮ層のＥＢＳＤ極点図である。図１５ＡはＧａＮ層の一部分についての｛１０−１２｝ＥＢＳＤ極点図であり、図１５ＢはＧａＮ層の他部分についての｛１０−１２｝ＥＢＳＤ極点図である。
図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、正六角形の頂点上に明確なパターンが認められる。このことからそれぞれのグレインは高い結晶性を有していることが分かる。
【００８９】
図１６は、ＧａＮ層の室温でのＰＬ測定の結果を示すグラフである。図１７は、従来のＭＯＣＶＤで作製したＧａＮの室温でのＰＬ測定の結果を示すグラフである。両図共に、グラフの縦軸がＰＬ強度であり、グラフの横軸が発光エネルギーである。
図１６に示すように、本実施例で得られたＧａＮ層については、発光エネルギーが３．４ｅＶ付近において強いピークが認められる。このピークの半値幅を測定したら、６３ｍｅＶであった。また、図１７に示すように、従来のＧａＮ基板については、３．４ｅＶ付近において強いピークが認められる。このピークの半値幅を測定したら、６６ｍｅＶであった。図１６と図１７との結果とを比較すると、本実施例で得られたＧａＮ層の発光特性は、従来のＧａＮ基板の発光特性に比べて同等以上であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、低コストで再現性の高い半導体基板、半導体基板の製造方法、半導体素子、発光素子、表示パネル、電子素子、太陽電池素子及び電子機器に係るものであり、産業上適用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１…半導体基板  ２…グラファイト基板  ３…バッファ層  ４…半導体薄膜  ５…構造材  ６…第２基板
【図１】
0005545576.tif 000002
【図２】
0005545576.tif 000003
【図３】
0005545576.tif 000004
【図４Ａ】
0005545576.tif 000005
【図４Ｂ】
0005545576.tif 000006
【図５】
0005545576.tif 000007
【図６】
0005545576.tif 000008
【図７】
0005545576.tif 000009
【図９】
0005545576.tif 000010
【図１２】
0005545576.tif 000011
【図１６】
0005545576.tif 000012
【図１７】
0005545576.tif 000013
【図８Ａ】
0005545576.tif 000014
【図８Ｂ】
0005545576.tif 000015
【図１０】
0005545576.tif 000016
【図１１】
0005545576.tif 000017
【図１３】
0005545576.tif 000018
【図１４】
0005545576.tif 000019
【図１５Ａ】
0005545576.tif 000020
【図１５Ｂ】
0005545576.tif 000021