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公開番号2025115135
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-06
出願番号2024009500
出願日2024-01-25
発明の名称III族窒化物半導体およびその製造方法
出願人豊田合成株式会社,学校法人名城大学
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類H10H 20/85 20250101AFI20250730BHJP()
要約【課題】サファイアからなる基板とIII族窒化物半導体からなる半導体層の積層体から基板を分離することが可能なIII族窒化物半導体の製造方法を提供する。
【解決手段】III族窒化物半導体の製造方法は、サファイアからなる基板上に、AlGaNまたはAlNの核を発生させて結晶核層を形成する結晶核層形成工程と、結晶核層上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、基板の裏面側からレーザー光を照射し、基板を透過させて結晶核層にレーザー光を吸収させ、これにより結晶核層を発熱させ、結晶核層の熱を基板に伝導させて基板のうち結晶核層との界面近傍の領域を分解してボイドを形成するボイド形成工程と、ボイドの位置で結晶核層から基板を分離する基板分離工程と、を有する。
【選択図】図9

特許請求の範囲【請求項１】
サファイアからなる基板上に、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮの核を発生させて結晶核層を形成する結晶核層形成工程と、
前記結晶核層上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記基板の裏面側からレーザー光を照射し、前記基板を透過させて前記結晶核層に前記レーザー光を吸収させ、これにより前記結晶核層を発熱させ、前記結晶核層の熱を前記基板に伝導させて前記基板のうち前記結晶核層との界面近傍の領域を分解してボイドを形成するボイド形成工程と、
前記ボイドの位置で前記結晶核層から前記基板を分離する基板分離工程と、を有する、ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記基板分離工程では、前記結晶核層の前記基板側の面に前記基板の一部を残して凸部を形成する、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記結晶核層のＡｌ組成をｘ、前記レーザー光のエネルギー密度（Ｊ／ｃｍ
２
）をｙとして、前記レーザー光のエネルギー密度ｙは、ｙ≧３ｘ－１．１を満たす、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記レーザー光のエネルギー密度は、１．６Ｊ／ｃｍ
２
以上である、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記レーザー光のエネルギー密度は、５Ｊ／ｃｍ
２
以下である、請求項３または請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記結晶核層の前記核は、Ａｌ組成が５０％以上のＡｌＧａＮまたはＡｌＮである、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項７】
前記半導体層は、前記結晶核層上に形成された低温三次元成長層と、前記低温三次元成長層上に形成された高温三次元成長層とを有し、
前記半導体層形成工程は、
前記結晶核層形成工程よりも低い温度で、前記核からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて隣り合う前記核からの結晶同士を合体させ、前記低温三次元成長層を形成する低温三次元成長層形成工程と、
前記低温三次元成長層形成工程よりも高い温度であって前記結晶核層形成工程の温度以下で、前記低温三次元成長層からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて前記高温三次元成長層を形成する高温三次元成長層形成工程と、を有する請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項８】
前記結晶核層形成工程の温度は１１００℃以上１２００℃以下であり、
前記低温三次元成長層形成工程の温度は９００℃以上１１００℃以下であり、
前記高温三次元成長層形成工程の温度は１０５０℃以上１２００℃以下である、請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項９】
前記半導体層は、前記結晶核層上に形成された低温三次元成長層と、前記低温三次元成長層上に形成された高温三次元成長層とを有し、
前記半導体層形成工程は、
前記結晶核層よりも遅い成長速度で、前記核からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて隣り合う前記核からの結晶同士を合体させ、前記低温三次元成長層を形成する低温三次元成長層形成工程と、
前記低温三次元成長層よりも速い成長速度であって前記結晶核層の成長速度以下で、前記低温三次元成長層からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて前記高温三次元成長層を形成する高温三次元成長層形成工程と、を有する請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項１０】
前記結晶核層の成長速度は５ｎｍ／ｍｉｎ以上１００ｎｍ／ｍｉｎ以下であり、
前記低温三次元成長層の成長速度は２ｎｍ／ｍｉｎ以上２０ｎｍ／ｍｉｎ以下であり、
前記高温三次元成長層の成長速度は５ｎｍ／ｍｉｎ以上５０ｎｍ／ｍｉｎ以下である、請求項９に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
基板上に形成された半導体層から基板を分離する技術としてレーザーリフトオフ（ＬＬＯ）が知られている。レーザーリフトオフは、基板上に半導体層を形成した後、基板の裏面側からレーザー光を照射し、基板と半導体層の界面において半導体層を分解し、半導体層から基板を分離する方法である。
【０００３】
特許文献１には、サファイアからなる成長基板上にＡｌＮからなるバッファ層を介してｎ型層、発光層、ｐ型層を形成した発光素子において、成長基板の裏面側からレーザーを照射してバッファ層を分解し、成長基板を分離することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－６１０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザーリフトオフは、基板がサファイアで半導体層がＧａＮである場合には技術が確立され商業化もされている。一方、ＡｌＮはＧａＮに比べて結合エネルギーが大きいため、Ａｌ－Ｎボンドを容易に切ることができない。そのため、基板がサファイアで半導体層がＡｌＮである場合にはレーザーリフトオフ技術が確立されていない。特許文献１ではバッファ層であるＡｌＮを熱分解させて成長基板を分離しているが、ＡｌＮを熱分解させるためにはレーザーの出力を非常に高くする必要があり、実現が困難である。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、サファイアからなる基板とＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層の積層体から基板を分離することが可能なＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
サファイアからなる基板上に、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮの核を発生させて結晶核層を形成する結晶核層形成工程と、
前記結晶核層上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記基板の裏面側からレーザー光を照射し、前記基板を透過させて前記結晶核層に前記レーザー光を吸収させ、これにより前記結晶核層を発熱させ、前記結晶核層の熱を前記基板に伝導させて前記基板のうち前記結晶核層との界面近傍の領域を分解してボイドを形成するボイド形成工程と、
前記ボイドの位置で前記結晶核層から前記基板を分離する基板分離工程と、を有する、ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法にある。
【０００８】
本発明の他態様は、
ＡｌＧａＮまたはＡｌＮの核を発生させて成長させた層である結晶核層と、
前記結晶核層の一方の表面に形成され、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層と、
前記結晶核層の他方の表面上に形成され、サファイアからなる複数の凸部と、を有し、
隣接する前記凸部間に前記結晶核層の表面が露出する、ＩＩＩ族窒化物半導体にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記態様では、レーザー光によってサファイアからなる基板の方にボイドを形成しており、結晶核層の方にはボイドを形成する必要がない。そのため、レーザー光の出力を抑えることができる。
【００１０】
以上のように、上記態様によれば、サファイアからなる基板とＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層の積層体から基板を分離することが可能なＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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