【手続補正書】
【提出日】平成21年4月21日(2009.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間基板であって、金属または合金を含むハンドル基板に接合する化合物半導体材料のエピタキシャル成長に適した薄層を備える中間基板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明は、
中間基板であって、金属または合金を含むハンドル基板に接合する化合物半導体材料のエピタキシャル成長に適した薄層を備えることを特徴構成としている。
尚、発明の１つの実施例は、ＩＩＩ族窒化物半導体層などの化合物半導体層のエピタキシャル成長に適した薄層に接合したハンドル基板を含む中間基板を提供するものである。ハンドル基板は、モリブデンまたはモリブデン合金の基板などの金属または合金の基板でよく、一方、薄層はサファイア層でよい。発明の別実施例は、化合物半導体材料の熱膨張率に厳密に一致する熱膨張率のハンドル基板に接合した化合物半導体材料のエピタキシャル成長に適した薄層を有する中間基板を提供するものである。発明の別実施例は、中間基板の製造方法に関するものであり、これは、ソース基板中に弱いインターフェースを形成し、ソース基板をハンドル基板に接合し、薄層がハンドル基板に接合したままになるようソース基板から薄層を剥離する工程を有する。方法の別の実施例では、中間基板を使用して自立基板を作る方法について記載される。
本発明の第２特徴構成は、前記ハンドル基板の熱膨張率が前記化合物半導体材料の熱膨張率に厳密に一致する請求項１の中間基板である。
本発明の第３特徴構成は、前記ハンドル基板がＭｏまたはＭｏ合金を含む請求項１の中間基板である。
本発明の第４特徴構成は、前記ハンドル基板がＭｏＷ、ＴＺＭまたは酸化ランタンが添加されたＭｏを含む請求項１の中間基板である。
本発明の第５特徴構成は、薄層がソース基板から移動され、ハンドル基板に接合される請求項１の中間基板である。
本発明の第６特徴構成は、前記第５特徴構成において、前記薄層が半導体層を含む中間基板である。
本発明の第７特徴構成は、前記第６特徴構成において、前記薄層が単結晶ＩＩＩ族窒化物層を有する中間基板である。
本発明の第８特徴構成は、前記第７特徴構成において、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層がＧａＮまたはＡｌＮを含む中間基板である。
本発明の第９特徴構成は、前記薄層がサファイア層を有する請求項１の中間基板である。
本発明の第１０特徴構成は、前記第９特徴構成において、ＩＩＩ族窒化物材料の選択的領域成長または側面過成長を可能にするために、前記サファイア層が部分的にマスキングされる中間基板である。
本発明の第１１特徴構成は、前記ハンドル基板と前記薄層の間に位置する少なくとも１つの接合層をさらに備える請求項１の中間基板である。
本発明の第１２特徴構成は、前記第１１特徴構成において、前記接合層が酸化シリコン、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウムまたは酸窒化ケイ素を含む中間基板である。
本発明の第１３特徴構成は、前記第１１特徴構成において、前記ハンドル基板と前記接合層の間に位置する粘着層をさらに備える中間基板である。
本発明の第１４特徴構成は、前記第１３特徴構成において、前記粘着層が窒化チタンである中間基板である。
本発明の第１５特徴構成は、前記ハンドル基板と前記薄層の間に位置する反射層をさらに備える請求項１の中間基板である。
本発明の第１６特徴構成は、前記ハンドル基板と前記薄層の間に位置する拡散隔膜をさらに備え、前記拡散隔膜がハンドル基板から薄層中への汚染物質の外方拡散を減少させる請求項１の中間基板である。
本発明の第１７特徴構成は、前記第１６特徴構成において、前記拡散隔膜が窒化ケイ素である中間基板である。
本発明の第１８特徴構成は、化合物半導体層のエピタキシャル成長時に前記ハンドル基板の分解を防止するために前記ハンドル基板を封入する封緘層をさらに備える請求項１の中間基板である。
本発明の第１９特徴構成は、前記第１８特徴構成において、前記封緘層が窒化ケイ素、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、アルミナまたは炭化ケイ素を含む中間基板である。
本発明の第２０特徴構成は、前記ハンドル基板が反射材料を含む請求項１の中間基板である。
本発明の第２１特徴構成は、導電性ボンドが前記薄層と前記ハンドル基板の間に存在する請求項１の中間基板である。
本発明の第２２特徴構成は、前記中間基板の前記薄層上でエピタキシャル成長した化合物半導体層をさらに備える請求項１の中間基板である。
本発明の第２３特徴構成は、前記第２２特徴構成において、前記化合物半導体層がＧａＮを含む中間基板である。
本発明の第２４特徴構成は、前記第２２特徴構成において、前記ハンドル基板を有する金属または合金が化合物半導体材料のエピタキシャル成長温度で再結晶しない中間基板である。
本発明の第２５特徴構成は、前記第２２特徴構成において、前記ハンドル基板が、化合物半導体層を損傷せずに、化学的または機械的な除去法によって除去可能である中間基板である。
本発明の第２６特徴構成は、金属または合金の最終基板と、基板上の伝導性接合層と、接合層上に位置する反射ｐ型接点と、前記ｐ型接点層上に位置する少なくとも１つの発光層を含む複数の単結晶ＩＩＩ族窒化物半導体層と、電気接触を可能にするために開口パターンが付けられた複数の単結晶ＩＩＩ族窒化物半導体層上に位置する単結晶サファイア層と、サファイア層上に位置する光透過ｎ型接点とを有する発光デバイスである。
本発明の第２７特徴構成は、前記第２６特徴構成において、フォトニック格子構造をさらに備える発光デバイスである。
本発明の第２８特徴構成は、ハンドル基板に接合した化合物半導体層のエピタキシャル成長に適したサファイアの薄層を備える中間基板である。
本発明の第２９特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記ハンドル基板が、高い融点および化合物半導体層と厳密に一致した熱膨張率を持つ熱伝導材料を含む中間基板である。
本発明の第３０特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記ハンドル基板が多結晶窒化アルミニウムまたは多結晶炭化ケイ素を含む中間基板である。
本発明の第３１特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記ハンドル基板が金属または合金を含む中間基板である。
本発明の第３２特徴構成は、前記第３１特徴構成において、前記ハンドル基板がＭｏまたはＭｏ合金を含む中間基板である。
本発明の第３３特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記サファイア層が、ウエハボンディングおよび層移動を用いて、サファイア基板から移動される中間基板である。
本発明の第３４特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記サファイア層がｒ面である中間基板である。
本発明の第３５特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記サファイア層上に形成される半導体発光デバイスまたはトランジスタをさらに備える中間基板である。
本発明の第３６特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記ハンドル基板と前記薄層の間に位置する拡散隔膜をさらに備え、拡散隔膜が前記ハンドル基板から前記薄層中への汚染物質の外方拡散を減少させる中間基板である。
本発明の第３７特徴構成は、前記第３６特徴構成において、前記拡散隔膜が窒化ケイ素である中間基板である。
本発明の第３８特徴構成は、前記第２８特徴構成において、化合物半導体層のエピタキシャル成長時にハンドル基板の分解を防止するためにハンドル基板を封入する封緘層をさらに備える中間基板である。
本発明の第３９特徴構成は、前記第３８特徴構成において、前記封緘層が窒化ケイ素、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、アルミナまたは炭化ケイ素を含む中間基板である。
本発明の第４０特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記ハンドル基板が反射材料を含む中間基板である。
本発明の第４１特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記ハンドル基板と前記薄層の間に位置する少なくとも１つの接合層をさらに備える中間基板である。
本発明の第４２特徴構成は、前記第４１特徴構成において、前記接合層が酸化シリコン、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウムまたは酸窒化ケイ素を含む中間基板である。
本発明の第４３特徴構成は、前記第４１特徴構成において、前記ハンドル基板と前記接合層の間に位置する粘着層をさらに備える中間基板である。
本発明の第４４特徴構成は、前記第４３特徴構成において、前記粘着層が窒化チタンである中間基板である。
本発明の第４５特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記ハンドル基板と前記薄層の間に位置する反射層をさらに備える中間基板である。
本発明の第４６特徴構成は、前記第２８特徴構成において、ＩＩＩ族窒化物材料の選択的領域成長または側面過成長を可能にするために、前記サファイア層が部分的にマスキングされる中間基板である。
本発明の第４７特徴構成は、前記第２８特徴構成において、前記中間基板の薄層上でエピタキシャル成長した化合物半導体層をさらに備える中間基板である。
本発明の第４８特徴構成は、前記第４７特徴構成において前記化合物半導体層がＧａＮを含む中間基板である。
本発明の第４９特徴構成は、前記第４７特徴構成において、前記ハンドル基板が、化合物半導体材料のエピタキシャル成長温度で再結晶しない金属または合金を含む中間基板である。
本発明の第５０特徴構成は、前記第４７特徴構成において、前記ハンドル基板が、化合物半導体層を損傷せずに、化学的または機械的な除去法によって除去可能である中間基板である。
本発明の第５１特徴構成は、単結晶ＩＩＩ族窒化物半導体層のエピタキシャル成長に適した第１材料の薄い単結晶層を、ＩＩＩ族窒化物半導体層の熱膨張係数に厳密に一致した熱膨張係数を持つハンドル基板上に移動する工程と、第１材料の薄い単結晶層上で厚い単結晶ＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、前記ハンドル基板を取り除く工程とを含む基板製造方法である。
本発明の第５２特徴構成は、前記第５１特徴構成において、厚い単結晶ＩＩＩ族窒化物半導体層が、厚さが１００ミクロンを越える自立単結晶ＩＩＩ族窒化物基板を形成するように、前記第１材料の薄い単結晶層を取り除く工程をさらに含む方法である。
本発明の第５３特徴構成は、前記第５１特徴構成において、前記移動工程が、前記第１材料の単結晶基板をハンドル基板に接合し、剥離またはエッチ・バックを用いて、前記第１材料の薄い単結晶層をハンドル基板に接合したままにしておく工程を有し、前記ハンドル基板が、室温と１０００℃の間で平均した５．２ｘ１０−６／Ｋ〜６．３ｘ１０−６／Ｋの線熱膨張係数を持つ金属または合金基板を有し、前記第１材料がＧａＮ、ＳｉＣ、サファイアまたはＳｉ（１１１）を含み、ＩＩＩ族窒化物材料がＧａＮを含む方法である。
本発明の第５４特徴構成は、接合中間基板の製造方法であって、
ＧａＮソース基板中に、ＧａＮソース基板のＮ末端面にイオン注入することにより弱いインターフェースを形成する工程と、
ＧａＮソース基板のＮ末端面をハンドル基板に接合する工程と、
薄いＧａＮ剥離単一結晶層が、前記ハンドル基板に接合されたままの状態で、かつ、薄いＧａＮ単一結晶層のＮ末端面が露出されるように、前記薄いＧａＮ単一結晶層をソース基板から薄層を剥離する工程と、を含む接合中間基板の製造方法である。
本発明の第５５特徴構成は、前記第５４特徴構成において、前記ハンドル基板が、室温と１０００℃の間で平均した５．２ｘ１０−６／Ｋ〜６．３ｘ１０−６／Ｋの線熱膨張係数を持つ金属または合金基板を含む方法である。
本発明の第５６特徴構成は、前記第５４特徴構成において、前記接合工程前にＧａＮソース基板のＮ末端面を研磨することをさらに含む方法である。
本発明の第５７特徴構成は、ソース基板中に弱いインターフェースを形成する工程と、前記ソース基板をハンドル基板に接合する工程と、薄層がハンドル基板に接合したままにしてソース基板から前記薄層を剥離する工程とを含み、
前記ハンドル基板が金属あるいは合金基板を含むか、前記薄層が薄いサファイア層を有するかのいずれか一方である中間基板の製造方法である。
本発明の第５８特徴構成は、前記第５７特徴構成において前記ハンドル基板が金属または合金基板を含む中間基板の製造方法である。
本発明の第５９特徴構成は、前記第５８特徴構成において、前記ハンドル基板がＭｏまたはＭｏ合金を含む方法である。
本発明の第６０特徴構成は、前記第５８特徴構成において、前記薄層が単結晶ＧａＮ、Ｓｉ（１１１）、ＳｉＣの層を含む方法である。
本発明の第６１特徴構成は、前記第５７特徴構成において、前記薄層が単結晶サファイア層を含む方法である。
本発明の第６２特徴構成は、前記第５７特徴構成において、前記ハンドル基板が金属または合金基板を備え、前記薄層が単結晶サファイア層を含む方法である。
本発明の第６３特徴構成は、前記第５７特徴構成において、前記薄層が単結晶ＩＩＩ族窒化物半導体層のエピタキシャル成長に適し、前記ハンドル基板の線熱膨張係数が、室温と１０００℃の間で平均した５．２ｘ１０−６／Ｋ〜６．３ｘ１０−６／Ｋである方法である。
本発明の第６４特徴構成は、前記第５７特徴構成において、
前記ソース基板が前記薄層の材料と同じである第１材料の基板を備え、あるいは、前記ソース基板が、第１材料とは異なる第２材料の基板上に位置する薄層の材料と同じである第１材料の単結晶層からなり、
前記弱いインターフェースを形成する工程が、前記ソース基板中に欠陥構造を形成するためにソース基板にヘリウムを注入し、その後、欠陥構造の内面に結合するか、それを安定させるか、不動態化するうちの少なくとも１つを行うためにソース基板に水素を注入する工程を含み、
前記剥離工程が、弱いインターフェースに沿ってソース基板から薄層を剥離するのに十分な温度で、接合されたソースとハンドル基板を緩冷することを含む方法である。
本発明の第６５特徴構成は、前記第５７特徴構成において、薄層上で単結晶ＩＩＩ族窒化物層をエピタキシャル成長させることをさらに含む方法である。
本発明の第６６特徴構成は、前記第６５特徴構成において、ＩＩＩ族窒化物層上で半導体発光デバイスまたはトランジスタをエピタキシャル成長させる工程と、発光デバイスまたはトランジスタと接触させて伝導性デバイス基板を形成する工程と、ハンドル基板を取り除く工程とをさらに含む方法である。
本発明の第６７特徴構成は、前記第５７特徴構成において、前記弱いインターフェースを形成する工程が、ＧａＮソース基板のＮ末端面にイオンを注入する工程を含み、前記剥離工程が、ＧａＮの単結晶層のＧａ末端面が剥離工程後に露出するようにＧａＮの単結晶層を剥離することを含む方法である。
本発明の第６８特徴構成は、前記第５７特徴構成において、ｘとｙが１未満でゼロ以上である厚い単結晶ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ半導体層を薄層上でエピタキシャル成長させる工程と、前記ハンドル基板と薄層を取り除いて、自立した単結晶ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ半導体基板を形成する工程とをさらに含む方法である。
本発明の第６９特徴構成は、前記第５７特徴構成において、前記ハンドル基板が多結晶窒化アルミニウムまたは多結晶炭化ケイ素を含む方法である。
本発明の第７０特徴構成は、前記第６９特徴構成において、前記ハンドル基板が、焼結によって製造される多結晶窒化アルミニウムを含み、ハンドル基板の窒化アルミニウム中のＣａとＹのレベルがそれぞれ２５ｐｐｍ未満かつ０．５重量％未満である方法である。
本発明の第７１特徴構成は、前記第６５特徴構成において、前記ＩＩＩ族窒化物層上に半導体デバイスを形成する工程と、デバイスを最終基板に接合する工程と、ハンドル基板を取り除く工程とをさらに含む方法である。
本発明の第７２特徴構成は、前記第７１特徴構成において、前記薄層のすくなくとも一部を取り除く工程をさらに含む方法である。
本発明の第７３特徴構成は、前記第７１特徴構成において、前記薄層が化合物半導体材料のエピタキシャル成長を支持する材料を含み、前記ハンドル基板の熱膨張率が化合物半導体材料の熱膨張率に厳密に一致する方法である。
本発明の第７４特徴構成は、前記第７３特徴構成において、前記薄層が化合物半導体材料の格子構造と同様な格子構造を持つ単結晶層を有する方法である。
本発明の第７５特徴構成は、前記第７４特徴構成において、前記薄層がＧａＮの格子構造と同様な格子構造を持つ単結晶層を有する方法である。
本発明の第７６特徴構成は、化合物半導体材料の熱膨張率に厳密に一致する熱膨張率を持つハンドル基板に接合した前記化合物半導体材料のエピタキシャル成長に適した薄層を有する中間基板である。
本発明の第７７特徴構成は、前記第７６特徴構成において、前記薄層が化合物半導体材料の格子構造と同様な格子構造を持つ単結晶層を有する中間基板である。
本発明の第７８特徴構成は、前記第７７特徴構成において、前記薄層がＧａＮの格子構造と同様な格子構造を持つ単結晶層を有する中間基板である。