JP7620571B2 - AlN laminate - Google Patents
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Description
本明細書に開示する技術は、AlN単結晶層とAlN多結晶層とが積層する積層板に関する。The technology disclosed in this specification relates to a laminate comprising an AlN single crystal layer and an AlN polycrystalline layer.
紫外発光デバイスの基板として、AlN単結晶板が用いられることがある。例えば、非特許文献1には、AlN単結晶板上に作製される紫外発光デバイスの製造方法が開示されている。非特許文献1では、AlN単結晶板上に紫外発光デバイスの機能層が成膜される。AlN単結晶板上に機能層が成膜された後、紫外光透過率を向上させるために、AlN単結晶板は、機械研磨により薄膜化される。An AlN single crystal plate may be used as a substrate for an ultraviolet light-emitting device. For example, Non-Patent Document 1 discloses a method for manufacturing an ultraviolet light-emitting device fabricated on an AlN single crystal plate. In Non-Patent Document 1, a functional layer of an ultraviolet light-emitting device is formed on the AlN single crystal plate. After the functional layer is formed on the AlN single crystal plate, the AlN single crystal plate is thinned by mechanical polishing to improve the ultraviolet light transmittance.
非特許文献1に記載される紫外発光デバイスでは、AlN単結晶板を基板として用いている。紫外発光デバイスの機能層を成膜する工程では基板の破損を防ぐために肉厚の基板が用いられるが、肉厚のAlN単結晶板は高価なため、AlN単結晶板にサポート基板としてAlN多結晶板を貼り合わせた積層板が、紫外発光デバイスを作製するためのハンドリング基板として用いられることがある。そのため、積層板のAlN単結晶板側の表面上に機能層を成膜した後、機械研磨によりAlN多結晶板は除去される。しかしながら、AlN多結晶板を機械研磨で薄膜化すると、機械研磨の際に機能層に影響が生じることがある。よって、従来は、AlN多結晶板を機械研磨で薄膜化する際は、機能層に影響が及ぶことを抑制するため、慎重に機械研磨を行うことが必要である。その結果、紫外発光デバイスを製造するために要する時間が増大する。そのため、容易に薄膜化可能な積層板が必要とされている。In the ultraviolet light-emitting device described in Non-Patent Document 1, an AlN single crystal plate is used as a substrate. In the process of forming the functional layer of the ultraviolet light-emitting device, a thick substrate is used to prevent damage to the substrate, but since a thick AlN single crystal plate is expensive, a laminate in which an AlN polycrystalline plate is bonded to an AlN single crystal plate as a support substrate is sometimes used as a handling substrate for producing an ultraviolet light-emitting device. Therefore, after forming a functional layer on the surface of the AlN single crystal plate side of the laminate, the AlN polycrystalline plate is removed by mechanical polishing. However, when the AlN polycrystalline plate is thinned by mechanical polishing, the functional layer may be affected during mechanical polishing. Therefore, in the past, when the AlN polycrystalline plate is thinned by mechanical polishing, it is necessary to perform mechanical polishing carefully to prevent the functional layer from being affected. As a result, the time required to manufacture an ultraviolet light-emitting device increases. Therefore, a laminate that can be easily thinned is needed.
本明細書は、AlN単結晶層とAlN多結晶層とが積層する積層板において、積層板を容易に薄膜化するための技術を開示する。This specification discloses a technology for easily thinning a laminate plate having an AlN single crystal layer and an AlN polycrystalline layer stacked thereon.
本明細書に開示する積層板は、AlN多結晶層と、AlN多結晶層上に形成されているAlN単結晶層と、AlN単結晶層とAlN多結晶層との界面部分に接しており、金属成分が複数分散して導入されている金属成分含有領域と、を備える。The laminate disclosed in this specification comprises an AlN polycrystalline layer, an AlN single crystal layer formed on the AlN polycrystalline layer, and a metal component-containing region in contact with the interface between the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer, into which multiple metal components are introduced in a dispersed manner.
上記の積層板は、AlN単結晶層とAlN多結晶層との界面部分に金属成分が複数分散して導入されている。そのため、例えば、積層板にレーザ照射し、金属成分含有領域を昇華(気化)させることにより、金属成分含有領域内に微細なクラックを発生させ、積層板を薄膜化することができる。すなわち、上記積層板は、レーザリフトオフ等の機械研磨以外の方法で、AlN多結晶層を除去することができる。そのため、AlN多結晶層を容易に除去できると共に、AlN多結晶層を除去する際に紫外発光デバイス等の機能層に与える影響を低減することができる。In the above laminate, multiple metal components are dispersed and introduced into the interface between the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer. Therefore, for example, by irradiating the laminate with a laser and sublimating (vaporizing) the metal component-containing region, fine cracks are generated in the metal component-containing region, and the laminate can be thinned. In other words, the AlN polycrystalline layer of the above laminate can be removed by a method other than mechanical polishing, such as laser lift-off. Therefore, the AlN polycrystalline layer can be easily removed, and the effect on the functional layer of the ultraviolet light-emitting device, etc., when removing the AlN polycrystalline layer can be reduced.
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。The main features of the embodiments described below are listed below. Note that the technical elements described below are independent technical elements that exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing.
本明細書に開示する積層板は、AlN単結晶層とAlN多結晶層の積層体である。単結晶AlNは、例えばサファイアと比較して、AlxGayN(0≦x≦1,0<y≦1)等の窒化物半導体と格子定数が近い若しくは同じである。そのため、本明細書に開示する積層板のAlN単結晶層は、窒化物半導体を機能層として有する紫外発光デバイス(UV LED)の成長基板として有用である。また、AlN単結晶板は、例えばサファイアと比較して、AlxGayN(0≦x≦1,0<y≦1)等の窒化物半導体と熱膨張係数が近い若しくは同じである。そのため、紫外発光デバイスを作製する際のハンドリング基板として有用である。なお、紫外発光デバイスを作製する際のハンドリング基板としてAlN単結晶板のみを用いる場合、強度を確保するために肉厚のAlN単結晶板を用いる必要があるが、肉厚のAlN単結晶板は高価である。本明細書に開示する積層板は、AlN単結晶層の裏面側(紫外発光デバイスの機能層が設けられない側)にAlN多結晶層が設けられている。AlN多結晶層は、比較的安価に入手(あるいは、製造)することができる。そのため、AlN単結晶層とAlN多結晶層を積層することによって、高価な肉厚のAlN単結晶板を用いることなく、窒化物半導体と比較的格子定数が近く、高強度の成長基板を実現することができる。 The laminate disclosed in this specification is a laminate of an AlN single crystal layer and an AlN polycrystalline layer. Compared to, for example, sapphire, single crystal AlN has a lattice constant close to or the same as that of a nitride semiconductor such as Al x Ga y N (0≦x≦1, 0<y≦1). Therefore, the AlN single crystal layer of the laminate disclosed in this specification is useful as a growth substrate for an ultraviolet light-emitting device (UV LED) having a nitride semiconductor as a functional layer. In addition, compared to, for example, sapphire, the AlN single crystal plate has a thermal expansion coefficient close to or the same as that of a nitride semiconductor such as Al x Ga y N (0≦x≦1, 0<y≦1). Therefore, it is useful as a handling substrate when manufacturing an ultraviolet light-emitting device. In addition, when only an AlN single crystal plate is used as a handling substrate when manufacturing an ultraviolet light-emitting device, it is necessary to use a thick AlN single crystal plate to ensure strength, but a thick AlN single crystal plate is expensive. The laminate disclosed in this specification has an AlN polycrystalline layer on the back side (the side on which the functional layer of the ultraviolet light-emitting device is not provided) of the AlN single crystal layer. The AlN polycrystalline layer can be obtained (or manufactured) relatively inexpensively. Therefore, by laminating the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer, a growth substrate with a lattice constant relatively close to that of a nitride semiconductor and high strength can be realized without using an expensive thick AlN single crystal plate.
また、本明細書に開示する積層板は、AlN単結晶層とAlN多結晶層との界面部分に、金属成分が分散して導入されている金属成分含有領域を有する。そのため、例えば、積層板のAlN単結晶層上に紫外発光デバイスを作製した後に、AlN多結晶層側から積層板にレーザを照射することにより、金属成分含有領域内の金属成分にレーザを吸収させ、金属成分含有領域よりも裏面側(紫外発光デバイスの機能層が設けられていないAlN多結晶層側)をリフトオフすることができる。リフトオフされる(除去される)積層板の厚さに依らず短時間で積層板を薄膜化できるので、紫外発光デバイスの製造時間を短縮することができる。すなわち、肉厚の積層板を用いて紫外発光デバイスを作製した場合であっても、紫外発光デバイスを製造するために要する時間が増大することを抑制することができる。また、レーザリフトオフによる積層板の薄膜化は、機械研磨による薄膜化と比較して、紫外発光デバイスの機能層に加わる力(振動)を低減することができ、機能層に与える影響を低減することができる。なお、金属成分含有領域は、積層板をSEM等を用いて観察することによって金属成分含有領域以外の部分と区別することができる。なお、本明細書に開示する積層板は、特に限定されないが、厚さ(AlN単結晶層とAlN多結晶層を含む表裏面の距離)が0.5~10.0mmであってよい。なお、金属成分含有領域は、AlN単結晶層とAlN多結晶層との界面に接触する部分に設けられていればよい。すなわち、金属成分含有領域は、AlN単結晶層内に設けられていてもよく、AlN多結晶層内に設けられていてもよく、あるいは、AlN単結晶層とAlN多結晶層の双方に跨って設けられていてもよい。 The laminate disclosed in this specification has a metal component-containing region in which metal components are dispersed and introduced at the interface between the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer. Therefore, for example, after an ultraviolet light-emitting device is produced on the AlN single crystal layer of the laminate, the laminate is irradiated with a laser from the AlN polycrystalline layer side, so that the metal components in the metal component-containing region absorb the laser, and the back side (the AlN polycrystalline layer side where the functional layer of the ultraviolet light-emitting device is not provided) from the metal component-containing region can be lifted off. Since the laminate can be thinned in a short time regardless of the thickness of the laminate to be lifted off (removed), the manufacturing time of the ultraviolet light-emitting device can be shortened. In other words, even if an ultraviolet light-emitting device is produced using a thick laminate, the time required to manufacture the ultraviolet light-emitting device can be suppressed from increasing. Furthermore, thinning of the laminate by laser lift-off can reduce the force (vibration) applied to the functional layer of the ultraviolet light-emitting device compared to thinning by mechanical polishing, and can reduce the effect on the functional layer. The metal component-containing region can be distinguished from the other regions by observing the laminate using an SEM or the like. The laminate disclosed in this specification is not particularly limited, but may have a thickness (distance between the front and back surfaces including the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer) of 0.5 to 10.0 mm. The metal component-containing region may be provided in a portion that contacts the interface between the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer. That is, the metal component-containing region may be provided in the AlN single crystal layer, may be provided in the AlN polycrystalline layer, or may be provided across both the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer.
本明細書に開示する積層板では、金属成分含有領域の厚さは、例えば、0.1μm以上、かつ、5.0μm以下であってもよい。すなわち、積層板の表面から裏面から至る厚さ方向において、金属成分含有領域は局所的に設けられている。金属成分含有領域の厚さが0.1μm以上であれば、積層板にレーザを照射した際に、金属成分が十分にレーザを吸収し、金属成分が昇華し、金属成分含有領域内に微細なクラックを発生させ、AlN多結晶層をリフトオフすることができる。また、5.0μm以下であれば、金属成分含有領域に発生するクラックが金属成分含有領域以外の部分に伸びることを抑制することができ(クラックを金属成分含有領域内に収まり易くすることができ)、紫外発光デバイスへの悪影響無く、積層板を好適にレーザリフトオフすることができる。なお、金属成分含有領域の厚さは、0.2μm以上であってよく、0.3μm以上であってよく、0.5μm以上であってよく、0.7μm以上であってよく、1.0μm以上であってよく、1.5μm以上であってもよい。また、金属成分含有領域の厚さは、4.5μm以下であってよく、4.0μm以下であってよく、3.5μm以下であってよく、3.0μm以下であってもよい。In the laminate disclosed in this specification, the thickness of the metal component-containing region may be, for example, 0.1 μm or more and 5.0 μm or less. That is, the metal component-containing region is provided locally in the thickness direction from the front surface to the back surface of the laminate. If the thickness of the metal component-containing region is 0.1 μm or more, when the laminate is irradiated with a laser, the metal component sufficiently absorbs the laser, the metal component sublimes, fine cracks are generated in the metal component-containing region, and the AlN polycrystalline layer can be lifted off. In addition, if the thickness is 5.0 μm or less, it is possible to suppress the cracks generated in the metal component-containing region from extending to parts other than the metal component-containing region (the cracks can be easily contained within the metal component-containing region), and the laminate can be suitably laser lifted off without adversely affecting the ultraviolet light-emitting device. The thickness of the metal component-containing region may be 0.2 μm or more, 0.3 μm or more, 0.5 μm or more, 0.7 μm or more, 1.0 μm or more, or 1.5 μm or more. The thickness of the metal component-containing region may be 4.5 μm or less, 4.0 μm or less, 3.5 μm or less, or 3.0 μm or less.
本明細書に開示する積層板では、金属成分含有領域内において、隣り合う金属成分間の距離は、1μm以上、かつ、300μm以下であってもよい。換言すると、金属成分間の隙間が、1μm以上、かつ、300μm以下であってもよい。このような構成によると、1μm以上であれば、金属成分含有領域に発生するクラックによる紫外発光デバイスへの悪影響を抑制することができる。また、300μm以下であれば、金属成分含有領域に発生するクラックが連結し、レーザリフトオフによりAlN単結晶板の裏面側を確実に分離することができる。なお、「隣り合う金属成分」とは、AlN多結晶層の厚み方向の端面に沿った(略平行)な方向で隣り合う金属成分のことを意味する。隣り合う金属成分間の距離は、2μm以上であってよく、5μm以上であってよく、10μm以上であってよく、20μm以上であってよく、25μm以上であってもよい。また、金属成分含有領域内の金属成分間の距離は、275μm以下であってよく、250μm以下であってよく、200μm以下であってよく、150μm以下であってよく、100μm以下であってもよい。In the laminate disclosed in this specification, the distance between adjacent metal components in the metal component-containing region may be 1 μm or more and 300 μm or less. In other words, the gap between the metal components may be 1 μm or more and 300 μm or less. According to this configuration, if the gap is 1 μm or more, the adverse effect on the ultraviolet light-emitting device caused by cracks occurring in the metal component-containing region can be suppressed. Also, if the gap is 300 μm or less, the cracks occurring in the metal component-containing region are connected, and the back side of the AlN single crystal plate can be reliably separated by laser lift-off. Note that "adjacent metal components" means metal components adjacent in a direction along (approximately parallel to) the end face in the thickness direction of the AlN polycrystalline layer. The distance between adjacent metal components may be 2 μm or more, 5 μm or more, 10 μm or more, 20 μm or more, or 25 μm or more. Furthermore, the distance between metal components within the metal component-containing region may be 275 μm or less, 250 μm or less, 200 μm or less, 150 μm or less, or 100 μm or less.
本明細書に開示する積層板では、金属成分含有領域は、Al、Ga、Cu、Fe、Mo、Ni、Ta、Tiから選択される少なくとも1つの金属成分を含有してもよく、上記金属成分の少なくとも1つを主成分として含有してもよい。また、「金属成分の少なくとも1つを主成分」とは、金属成分含有領域に、上記金属成分が50重量%以上含まれることを意味する。これらの元素は、所定の範囲の波長の光、具体的には245~1200nmの光を吸収する性能が高く、レーザ光が吸収されやすい。そのため、このような構成によると、積層板を好適にレーザリフトオフすることができる。なお、金属成分含有領域内における金属成分は、例えば、単体金属であってもよいし、上記金属成分を含む合金であってもよいし、上記金属成分を含む酸化物、複合酸化物、窒化物、複合窒化物、及び、複合酸窒化物であってもよい。In the laminate disclosed in this specification, the metal component-containing region may contain at least one metal component selected from Al, Ga, Cu, Fe, Mo, Ni, Ta, and Ti, or may contain at least one of the above metal components as a main component. In addition, "at least one of the metal components as a main component" means that the metal component-containing region contains 50% by weight or more of the above metal components. These elements have high performance in absorbing light in a predetermined range of wavelengths, specifically light of 245 to 1200 nm, and are easily absorbed by laser light. Therefore, with such a configuration, the laminate can be suitably laser lifted off. The metal component in the metal component-containing region may be, for example, a simple metal, an alloy containing the above metal component, or an oxide, composite oxide, nitride, composite nitride, or composite oxynitride containing the above metal component.
本明細書に開示する積層板では、金属成分含有領域は、特に、Al、Ga、Cu、Niから選択される少なくとも1つの金属成分を含有してもよい。上記の金属成分の材料は、比較的容易に入手可能であり、また、特にレーザ光を吸収し易いため、好適にレーザリフトオフすることができる。In the laminate disclosed herein, the metal component-containing region may contain at least one metal component selected from Al, Ga, Cu, and Ni. The above metal component materials are relatively easy to obtain and are particularly prone to absorbing laser light, making them suitable for laser lift-off.
本明細書に開示する積層板では、金属成分は、粒子状の形態を成していてよい。この場合、金属成分(金属成分を含む粒子)は、アスペクト比が1より大きく、かつ、10以下であってもよい。この場合、金属成分は、金属成分含有領域内において、長辺が第一面(または、第一面及び第二面)に沿うように(略平行に)存在していてよい。具体的には、金属成分の長辺が、第一面に対して20度未満の角度を成すように配置されていてよい。金属成分のアスペクト比が1より大きければ、第一面に沿った面の面積が十分に大きくなり、レーザの吸収効率が向上し、レーザリフトオフを効率よく行うことができると共に、金属成分含有領域に発生するクラックが第一面(または、第一面及び第二面)と略平行に沿って発生し易くなるため、紫外発光デバイスへの悪影響を抑制できる。また、アスペクト比が10以下であれば、AlN単結晶板内に金属成分を容易に導入することができる。なお、アスペクト比は、0.5以上であってよく、1.0以上であってよく、1.5以上であってよく、2.0以上であってもよい。また、アスペクト比は、8以下であってよく、7以下であってよく、5以下であってよく、3以下であってもよい。In the laminate disclosed in this specification, the metal component may be in the form of particles. In this case, the metal component (particles containing a metal component) may have an aspect ratio greater than 1 and less than or equal to 10. In this case, the metal component may be present in the metal component-containing region such that the long side is along (approximately parallel to) the first surface (or the first surface and the second surface). Specifically, the long side of the metal component may be arranged to form an angle of less than 20 degrees with respect to the first surface. If the aspect ratio of the metal component is greater than 1, the area of the surface along the first surface is sufficiently large, the laser absorption efficiency is improved, and laser lift-off can be performed efficiently, and cracks occurring in the metal component-containing region tend to occur approximately parallel to the first surface (or the first surface and the second surface), thereby suppressing adverse effects on the ultraviolet light-emitting device. In addition, if the aspect ratio is 10 or less, the metal component can be easily introduced into the AlN single crystal plate. The aspect ratio may be 0.5 or more, 1.0 or more, 1.5 or more, or 2.0 or more. The aspect ratio may be 8 or less, 7 or less, 5 or less, or 3 or less.
また、金属成分含有領域に上記金属成分を含む材料を導入すると、金属成分含有領域のヤング率は、AlN単結晶層及びAlN多結晶層のヤング率より小さくなる。そのため、AlN単結晶層とAlN多結晶層との界面部分に金属成分含有領域が設けられていると、AlN単結晶層とAlN多結晶層の熱膨張係数の差に起因する歪みを緩和することができる。そのため、熱処理等の際、AlN単結晶層とAlN多結晶層の熱膨張係数の差に基づいてAlN多結晶層からAlN単結晶層に加わる力を低減することができる。その結果、AlN単結晶層に反りやクラックが発生することを低減することができる。 In addition, when a material containing the above-mentioned metal component is introduced into the metal component-containing region, the Young's modulus of the metal component-containing region becomes smaller than that of the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer. Therefore, when a metal component-containing region is provided at the interface between the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer, the distortion caused by the difference in thermal expansion coefficient between the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer can be alleviated. Therefore, during heat treatment, etc., the force applied from the AlN polycrystalline layer to the AlN single crystal layer based on the difference in thermal expansion coefficient between the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer can be reduced. As a result, the occurrence of warping and cracks in the AlN single crystal layer can be reduced.
(実施例1)
以下、実施例に係る積層板10について説明する。積層板10は、紫外発光デバイス1を作製するためのハンドリング基板として用いられる。そこで、積層板10について詳細に説明する前に、積層板10をハンドリング基板として用いる紫外発光デバイス1について簡単に説明する。
Example 1
Hereinafter, a laminate 10 according to an embodiment will be described. The laminate 10 is used as a handling substrate for producing an ultraviolet light-emitting device 1. Before describing the laminate 10 in detail, a brief description will be given of an ultraviolet light-emitting device 1 that uses the laminate 10 as a handling substrate.
紫外発光デバイス1は、紫外発光ダイオード(UV LED)であり、AlN単結晶層12とn型窒化物半導体層2とp型窒化物半導体層3と発光層4を備えている。n型窒化物半導体層2は、AlN単結晶層12の表面に設けられている。発光層4は、n型窒化物半導体層2の表面のうちの一部(図1では右側)に設けられている。したがって、n型窒化物半導体層2の表面は、一部に発光層4が設けられ、その他の部分は露出している。発光層4の表面には、p型窒化物半導体層3が設けられている。すなわち、発光層4は、n型窒化物半導体層2とp型窒化物半導体層3の間に設けられる。p型窒化物半導体層3の表面と、n型窒化物半導体層2の表面の露出している部分には、図示しない電極がそれぞれ設けられている。なお、図示は省略するが、実際には、n型窒化物半導体層2は、複数の層により形成されていてもよく、p型窒化物半導体層3は、複数の層により形成されていてもよく、発光層4は、複数の層により形成されていてもよい。n型窒化物半導体層2の各層とp型窒化物半導体層3の各層と発光層4の各層の材料及び層数は、紫外発光デバイス1の用途に応じて適宜選択することができる。The ultraviolet light emitting device 1 is an ultraviolet light emitting diode (UV LED) and includes an AlN
紫外発光デバイス1を作製する際には、まず、本実施例の積層板10の表面(詳細には、AlN単結晶層12の表面)にn型窒化物半導体層2が成膜される。次いで、成膜されたn型窒化物半導体層2の表面に発光層4が成膜され、成膜された発光層4の表面にp型窒化物半導体層3が成膜される。その後、発光層4及びp型窒化物半導体層3の一部を除去し、n型窒化物半導体層2の表面の一部を露出させる。良質な窒化物半導体層2、3、4を成膜するため、積層板10の表面(AlN単結晶層12の表面)に窒化物半導体層2、3、4を成膜する。また、n型窒化物半導体層2とp型窒化物半導体層3と発光層4の成膜及び加工をし易くするために、紫外発光デバイス1を作製する際のハンドリング基板として、肉厚の積層板10が用いられる。一方、積層板10には、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14が積層されているため、紫外発光デバイス1の基板として、積層板10をそのまま用いると、AlN多結晶層14により発光(紫外光)が積層板10を透過し難くなる。そのため、n型窒化物半導体層2とp型窒化物半導体層3と発光層4の成膜後、積層板10は、必要な厚みに薄膜化される。すなわち、積層板10は、基板として必要なAlN単結晶層12のみが残されるように、不要な部分であるAlN多結晶層14が除去される。以下では、n型窒化物半導体層2とp型窒化物半導体層3と発光層4をまとめて「機能層」と称することがある。When the ultraviolet light-emitting device 1 is manufactured, first, the n-type nitride semiconductor layer 2 is formed on the surface of the
図2に示すように、積層板10は、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14を備えている。AlN単結晶層12は、単結晶AlNにより構成されている。AlN多結晶層14は、多結晶AlNにより構成されている。本実施例では、例えば、単結晶AlNと多結晶AlNは以下のように規定する。XRD装置(Bruker-AXS製D8-DISCOVER)を用い、CuKα線を用いて電圧40kV、電流40mA、コリメータ径0.5mm、アンチスキャッタリングスリット3mm、ωステップ幅0.01°の条件下、計数時間1秒でAlN単結晶層の(002)面のXRCプロファイルを測定する。そして、得られたXRCプロファイルに基づく半値幅を利用して測定を行い、測定値が10000arcsec未満であるものを単結晶AlNと称し、測定値が10000arcsec以上であるものを多結晶AlNと称する。AlN単結晶層12及びAlN多結晶層14はいずれも、例えば、昇華法により形成することができる。なお、AlN単結晶層12及びAlN多結晶層14の形成方法は特に限定されるものではなく、AlN単結晶層12及びAlN多結晶層14は、例えば、CVD法、HVPE法、MBE法、スパッタリング法等の気相成膜法、水熱法、Naフラックス法等の液相成膜法、単結晶AlNと多結晶AlNを表面活性化法を用いて接合する常温接合等の他の方法を用いて形成することもできる。
As shown in FIG. 2, the laminate 10 includes an AlN
また、積層板10は、表面20と裏面22の間に設けられる金属成分含有領域16を備えている。具体的には、金属成分含有領域16は、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14との間の界面部分(以下、単に「界面部分」ともいう)に配置されており、本実施例では、金属成分含有領域16は、界面部分のうちAlN単結晶層12とAlN多結晶層14の両方に跨って配置されている。なお、本実施例では、積層板10において、ハンドリング基板として積層板10を用いて紫外発光デバイス1を作製する際に、機能層が成膜される面(すなわち、厚み方向におけるAlN単結晶層12の露出面)を表面20といい、その反対側の面(すなわち、厚み方向におけるAlN多結晶層14の露出面)を裏面22という。金属成分含有領域16は、積層板10の厚み方向において局所的に設けられており、裏面14に略平行に設けられている。
The laminate 10 also has a metal component-containing
金属成分含有領域16は、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の界面において、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の両方に跨って配置されている。金属成分含有領域16では、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14内に複数の金属粒子が分散して導入されている。具体的には、金属成分含有領域16における金属粒子は、アスペクト比が1より大きく、かつ、10以下に調整されており、長辺が表面12及び裏面14に沿うように配置されている。また、各金属粒子は、隣り合う金属成分間の距離が1μmから300μmとなるように、間隔を空けて配置されている。なお、金属粒子(金属成分)の導入方法は特に限定されない。例えば、AlN単結晶層12を形成する原料(固体原料又は原料ガス)に金属成分を含む原料を混入させることにより金属成分含有領域16を形成することができる。あるいは、AlN多結晶層14の表面に金属成分を含む原料を付着させ、AlN多結晶層14の表面にAlN単結晶層12を形成することによって、金属成分をAlN単結晶層12とAlN多結晶層14の界面部分の近傍に拡散させことによっても金属成分含有領域16を形成することができる。また、金属粒子は、Al、Ga、Cu、Fe、Mo、Ni、Ta、Tiから選択される単体金属である。金属成分含有領域16は、上記金属成分の少なくとも1つを主成分として含有している。なお、金属粒子は、上記金属元素を含む合金であってもよいし、上記金属元素を含む酸化物や複合酸化物であってもよいし、上記金属成分を含む窒化物や複合窒化物であってもよいし、上記金属成分を含む複合酸窒化物であってもよい。The metal component-containing
不純物金属成分含有領域16は、金属成分が導入されていることによりレーザ光が積層板10の表面20から裏面22(あるいは、裏面22から表面20)に透過することを阻害する。すなわち、具体的には、積層板10の裏面22から紫外レーザ光を照射すると、金属成分含有領域16の金属粒子が紫外レーザ光を吸収する。その結果、金属成分含有領域16の金属成分が昇華(気化)し、金属成分含有領域16内に微細なクラックを発生させ、AlN多結晶層14を除去(リフトオフ)することができる。なお、金属成分含有領域16に導入される金属粒子は、レーザ光を吸収しやすいものが選択される。具体的には、金属成分含有領域16には、245nm~1200nmの波長の光を吸収しやすい金属粒子が導入される。The impurity metal component-containing
以下表1に、245nm~1200nmの波長の光を吸収しやすい金属の一例を示す。表1に示す金属(Al、Ga、Cu、Fe、Mo、Ni、Ta、Ti)は、245nm~1200nmの波長のレーザ光を好適に吸収する。表1には、400nm及び800nmの波長の光に対する上記金属の吸光度を示す。表1に示す金属(Al、Ga、Cr、Cu、Fe、Mo、Ni、Ta、Ti)は、245nm~1200nmの波長の光をよく吸収する。そのため、これらの元素を含む金属粒子は、245nm~1200nmの波長のレーザ光が照射されると、レーザ光を吸収して気化する。金属成分含有領域16は、積層板10の裏面22に略平行に設けられているため、積層板10は、上記の元素を含む金属粒子が導入された部分(すなわち、界面部分)で分離される。したがって、上記の元素の少なくとも1つを含む金属粒子が界面部分に導入された積層板10は、レーザリフトオフにより金属成分含有領域16(すなわち、界面部分)で薄膜化される。それにより、積層板10からAlN多結晶層14を分離することができる。また、金属成分含有領域16は、界面部分のAlN単結晶層12とAlN多結晶層14の両方に配置されているため、積層板10は、AlN多結晶層14の略全体を分離する。そのため、レーザリフトオフ後の機械研磨の時間を短縮することができる。Table 1 below shows an example of a metal that easily absorbs light with a wavelength of 245 nm to 1200 nm. The metals shown in Table 1 (Al, Ga, Cu, Fe, Mo, Ni, Ta, Ti) absorb laser light with a wavelength of 245 nm to 1200 nm. Table 1 shows the absorbance of the above metals for light with wavelengths of 400 nm and 800 nm. The metals shown in Table 1 (Al, Ga, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, Ta, Ti) absorb light with a wavelength of 245 nm to 1200 nm well. Therefore, when irradiated with laser light with a wavelength of 245 nm to 1200 nm, metal particles containing these elements absorb the laser light and vaporize. Since the metal component-containing
また、金属成分含有領域16に上記元素が導入されていると、金属成分含有領域16が、界面部分におけるAlN単結晶層12とAlN多結晶層14の熱膨張係数の差に起因する歪みを緩和することができる。AlN単結晶層12を構成する単結晶AlNと、AlN多結晶層14を構成する多結晶AlNとは、熱膨張係数が比較的近いものの、僅かに異なっている。そのため、紫外発光デバイス1を作製する際の熱処理工程において、AlN単結晶層12(金属成分含有領域16が設けられていない部分)とAlN多結晶層14(金属成分含有領域16が設けられていない部分)の変形量(伸び量)に差が生じる。金属成分含有領域16が設けられていない場合、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の界面部分に歪みが生じ、AlN単結晶層12に反りやクラック等の劣化が生じることがある。本実施例の積層板10は、界面部分に金属成分含有領域16を備えている。金属成分含有領域16のヤング率は、AlN単結晶層12及びAlN多結晶層14のヤング率より小さい。そのため、金属成分含有領域16により界面部分におけるAlN単結晶層12とAlN多結晶層14の熱膨張係数の差に起因する歪みを緩和することができる。AlN単結晶層12の劣化を抑制することができ、良質なAlN単結晶層12の表面に紫外発光デバイス1を形成することができるので、紫外発光デバイス1の機能層に与える悪影響を低減することができる。In addition, when the above elements are introduced into the metal component-containing
本実施例では、例えば、積層板10の厚さL1は、0.5mm~10.0mmに調整されており、金属成分含有領域16の厚さL2は、0.1μm~5.0μmに調整されている。積層板10の厚さL1とは、表面20と裏面22との間の長さであり、表面20と裏面22に対して垂直な方向の長さを示す。別言すると、積層板10の厚さL1は、AlN単結晶層12の露出面から界面部分を介してAlN多結晶層14の露出面までの長さである。また、金属成分含有領域16の厚さL2も、表面20と裏面22に対して垂直な方向の長さを示す。金属成分含有領域16の厚さL2を0.1μm以上にすることによって、金属粒子(金属成分)がレーザ光を確実に吸収し(レーザ光が金属成分含有領域16を透過せず)、金属成分含有領域16に微細なクラックを発生させる効果を得ることができる。すなわち、金属成分含有領域16においてレーザリフトオフすることができる。また、厚さL2を0.1μm以上にすることによって、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の熱膨張係数の差によって生じる不具合(AlN単結晶層12の劣化)を低減する効果をより確実に得ることができる。また、厚さL2を5.0μm以下にすることによって、レーザ光の照射によるクラックの生成を金属成分含有領域16内に収めることができる。そのため、紫外発光デバイスへの悪影響を抑制することができる。In this embodiment, for example, the thickness L1 of the laminate 10 is adjusted to 0.5 mm to 10.0 mm, and the thickness L2 of the metal component-containing
(実施例2)
上記の実施例1では、金属成分含有領域16は、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の両方に配置されていたが、このような構成に限定されない。金属成分含有領域は、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の界面部分に配置されていればよく、例えば、図3に示すように、不純物領域116は、AlN単結晶層12内に配置されていてもよい。なお、本実施例では、金属成分含有領域116が実施例1の金属成分含有領域16と相違しており、その他の構成は略同一となっている。そこで、実施例1の積層板10と同一の構成については、その説明を省略する。
Example 2
In the above-mentioned first embodiment, the metal component-containing
図3に示すように、積層板110の金属成分含有領域116は、AlN単結晶層12に配置されている。すなわち、金属成分は、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の界面部分において、AlN単結晶層12に導入されている。なお、金属成分含有領域116に導入される金属成分の種類や、金属成分含有領域116の厚さL2については、実施例1の金属成分含有領域16と同一であるため、詳細な説明は省略する。3, the metal component-containing
本実施例においても、積層板110は、レーザリフトオフにより金属成分含有領域116で分離される。すなわち、金属成分含有領域116は、界面部分において、AlN単結晶層12に配置されているため、積層板110は、レーザリフトオフによりAlN多結晶層14の全体が分離される。そのため、レーザリフトオフにより積層板10からAlN多結晶層14を好適に分離することができる。また、金属成分含有領域116が、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の熱膨張係数の差によって生じる不具合(AlN単結晶層12の劣化)を低減する。In this embodiment, the laminate 110 is also separated at the metal component-containing
(実施例3)
また、金属成分含有領域は、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の界面部分に配置されていればよく、例えば、図4に示すように、金属成分含有領域216は、AlN多結晶層14内に配置されていてもよい。なお、本実施例では、金属成分含有領域216が実施例1の金属成分含有領域16と相違しており、その他の構成は略同一となっている。そこで、実施例1の積層板10と同一の構成については、その説明を省略する。
Example 3
Furthermore, the metal component-containing region only needs to be located at the interface between the AlN
図4に示すように、積層板210の金属成分含有領域216は、AlN多結晶層14内に配置されている。すなわち、金属成分は、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の界面部分において、AlN多結晶層14内に導入されている。なお、金属成分含有領域216に導入される金属成分の種類や、金属成分含有領域116の厚さL2については、実施例1の金属成分含有領域16と同一であるため、詳細な説明は省略する。4, the metal component-containing
本実施例においても、金属成分含有領域216が、AlN単結晶層12とAlN多結晶層14の熱膨張係数の差によって生じる不具合を低減することができる。また、積層板210は、レーザリフトオフにより金属成分含有領域216で分離される。すなわち、金属成分含有領域216がAlN多結晶層14内に設けられていても、金属成分含有領域216がAlN単結晶層12とAlN多結晶層14の界面部分に接して配置されているため、積層板110は、レーザリフトオフにより界面部分で分離される。そのため、レーザリフトオフによりAlN多結晶層14がほぼ除去されているので、機械研磨のみで薄肉化する従来の手法と比較して機械研磨の時間を大幅に短縮することができる。In this embodiment, the metal component-containing
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。 Specific examples of the technology disclosed in this specification have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples exemplified above. Furthermore, the technical elements described in this specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing.
Claims (4)
前記AlN多結晶層上に形成されているAlN単結晶層と、
前記AlN単結晶層と前記AlN多結晶層との界面部分に接しており、金属成分が複数分散して導入されている金属成分含有領域と、を備え、
前記金属成分は、Gaを主成分としている、積層板。 an AlN polycrystalline layer;
an AlN single crystal layer formed on the AlN polycrystalline layer;
a metal component-containing region in contact with an interface between the AlN single crystal layer and the AlN polycrystalline layer, into which a plurality of metal components are introduced in a dispersed manner;
The metal component is a laminate having Ga as a main component .
The laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal component has an aspect ratio greater than 1 and less than or equal to 10, and the long side is present along the thickness direction end face of the AlN polycrystalline layer.
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