JP6050075B2

JP6050075B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Info

Publication number: JP6050075B2
Application number: JP2012213074A
Authority: JP
Inventors: 精鎮絹田
Original assignee: Optnics Precision Co Ltd
Current assignee: Optnics Precision Co Ltd
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: JP2014065948A

Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法および半導体デバイスに関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device.

窒化ガリウムは、青色発光ダイオードおよび白色発光ダイオードに広く利用されているとともに、耐熱性に優れること、およびバンドギャップが大きいことから、次世代の電子デバイスおよび光デバイスの材料として注目されている。 Gallium nitride is widely used for blue light-emitting diodes and white light-emitting diodes, and is attracting attention as a material for next-generation electronic devices and optical devices because of its excellent heat resistance and large band gap.

従来、窒化ガリウム半導体素子は、一般に、サファイアなどの基板の表面に適宜バッファ層を設け、このバッファ層の上に窒化ガリウム層を形成した後、ダイシングソーで基板と共に切断したあと、基板の一部を除去し、得られたチップに電極を形成するという方法で製造されてきた。 Conventionally, in a gallium nitride semiconductor device, generally, a buffer layer is appropriately provided on the surface of a substrate such as sapphire, a gallium nitride layer is formed on the buffer layer, then cut together with the substrate with a dicing saw, and then a part of the substrate And an electrode is formed on the obtained chip.

しかしながら、前記方法においては、窒化ガリウムだけでなくサファイア基板もチップ化されるため、サファイア基板は高価であるにも拘らず、再利用は殆ど不可能であった。このため、サファイア基板が使い捨てとなる分、青色発光ダイオードおよび白色発光ダイオードが高価になるという問題があった。 However, in the above method, not only gallium nitride but also a sapphire substrate is formed into chips, so that the sapphire substrate is expensive but almost impossible to reuse. Therefore, there is a problem that the blue light-emitting diode and the white light-emitting diode are expensive because the sapphire substrate is disposable.

そこで、近年、サファイア基板の表面に窒化ガリウム層を形成し、この窒化ガリウム層のサファイア基板とは反対側の面に金属層を形成した後、サファイア基板の側からレーザ光を照射してサファイア基板を剥離するレーザーリフトオフ法が検討された（非特許文献１、３）。 Therefore, in recent years, a gallium nitride layer is formed on the surface of the sapphire substrate, a metal layer is formed on the surface of the gallium nitride layer opposite to the sapphire substrate, and then a sapphire substrate is irradiated with laser light from the sapphire substrate side. The laser lift-off method which peels off was examined (nonpatent literature 1, 3).

また、金属層を形成した窒化ガリウム層からサファイア基板を剥離する別の方法として、基板に形成された一窒化クロム層などのバッファ層を化学薬品によって溶解するケミカルリフトオフ法が検討された（非特許文献２）。 In addition, as another method for peeling a sapphire substrate from a gallium nitride layer on which a metal layer is formed, a chemical lift-off method in which a buffer layer such as a chromium mononitride layer formed on the substrate is dissolved with a chemical is studied (non-patent) Reference 2).

金属層を形成した窒化ガリウム層からサファイア基板を剥離する更に別の方法としては、サファイア基板の表面に窒化ホウ素などの劈開性のバッファ層を形成しておき、このバッファ層に窒化ガリウム層および金属層を形成後、バッファ層の劈開性を利用してサファイア基板を剥離する方法がある（非特許文献３） As yet another method of peeling the sapphire substrate from the gallium nitride layer on which the metal layer is formed, a cleaving buffer layer such as boron nitride is formed on the surface of the sapphire substrate, and the gallium nitride layer and the metal are formed on the buffer layer. After forming the layer, there is a method of peeling the sapphire substrate using the cleavage property of the buffer layer (Non-patent Document 3).

このように、窒化ガリウム層の上に金属層を形成した後、窒化ガリウム基板を、後加工およびチップ化する前にサファイア基板を剥離することにより、高価なサファイア基板は再利用可能となるから、青色発光ダイオードなどの素子が従来よりも安価に製造できると考えられる。 Thus, after forming the metal layer on the gallium nitride layer, the sapphire substrate can be reused by peeling the sapphire substrate before post-processing and chipping the gallium nitride substrate. It is considered that elements such as blue light emitting diodes can be manufactured at a lower cost than in the past.

高輝度ＬＥＤの製造を可能にするエキシマレーザによるリフトオフ、LEDs Magazine Japan ２０１２年３月号、２０〜２２頁Excimer laser lift-off that enables the production of high-brightness LEDs, LEDs Magazine Japan March 2012, pages 20-22 八百隆文他１名、「ケミカル・リフト・オフによる高輝度・高出力青色〜紫外ＬＥＤ用ＧａＮテンプレート基板の開発−メタル・バッファ層により背灰で初めて実現−」、［online］、２００５年４月６日、東北大学、［平成２４年８月１７日検索］、インターネット〈URL:http://www.cir.tohoku.ac.jp/j/3activity/seika/seika04/yao.html〉Takafumi Yao et al., “Development of GaN template substrate for high-brightness, high-power blue to ultraviolet LED by chemical lift-off-realized for the first time with back ash by metal buffer layer”, [online], 2005 4 May 6, Tohoku University, [Search August 17, 2012], Internet <URL: http://www.cir.tohoku.ac.jp/j/3activity/seika/seika04/yao.html> ＮＴＴ持株会社ニュースリリース、［online］、平成２４年１２月４日、ＮＴＴ持株会社、［平成２４年８月１７日検索］、インターネット〈URL:http://www.ntt.co.jp/news2012/1204/120411b_4.html〉NTT Holding Company News Release, [online], December 4, 2012, NTT Holding Company, [Search August 17, 2012], Internet <URL: http://www.ntt.co.jp/news2012 /1204/120411b_4.html>

しかしながら、金属層を形成する金属の一例である銅は熱膨張係数が１６×１０^−６／Ｋと大きいのに対し、半導体層の一例である窒化ガリウムは熱膨張率が５．６×１０^−６／Ｋと銅と比較して小さい。したがって、半導体デバイスの製造工程において半導体層と金属層との間に大きな熱応力が生じるという問題がある。 However, copper is an example of a metal forming the metal layer whereas thermal expansion coefficient is as large as 16 × 10 -6 ^{/ K,} gallium nitride, which is an example of the semiconductor layer is a thermal expansion coefficient of 5.6 × 10 ^{- 6} / K and small compared to copper. Therefore, there is a problem that a large thermal stress is generated between the semiconductor layer and the metal layer in the manufacturing process of the semiconductor device.

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、半導体デバイスの製造工程において半導体層と金属層との間に大きな熱応力が生じることが抑止できる半導体デバイスの製造方法、および製造工程および使用時において、半導体層と金属層との間に大きな熱応力が生じることのない半導体デバイスの提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a semiconductor device manufacturing method, a manufacturing process, and a manufacturing process capable of suppressing generation of a large thermal stress between a semiconductor layer and a metal layer in the semiconductor device manufacturing process, and An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a large thermal stress is not generated between the semiconductor layer and the metal layer during use.

本発明の第１の態様は、半導体デバイスの製造方法に関し、半導体層上に金属層を形成する金属層形成工程を有し、前記金属層形成工程において、前記金属層の内部に、熱膨張係数が前記半導体層の熱膨張係数以下である材料を分散させることを特徴とする。 A first aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and includes a metal layer forming step of forming a metal layer on a semiconductor layer, and in the metal layer forming step, a thermal expansion coefficient is provided inside the metal layer. Is dispersed in a material having a thermal expansion coefficient equal to or lower than that of the semiconductor layer.

また、本発明の第２の態様もまた、半導体デバイスの製造方法に関し、単結晶基板上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層における前記単結晶基板とは反対側の面に金属層を形成する金属層形成工程と、前記半導体層から前記単結晶基板を剥離する単結晶基板剥離工程と、を有し、前記金属層形成工程においては、前記金属層の内部に、熱膨張係数が前記半導体層の熱膨張係数以下である材料を分散させることを特徴とする。 The second aspect of the present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer on a single crystal substrate; and a surface of the semiconductor layer opposite to the single crystal substrate. A metal layer forming step for forming a metal layer, and a single crystal substrate peeling step for peeling the single crystal substrate from the semiconductor layer. In the metal layer forming step, thermal expansion is performed inside the metal layer. A material having a coefficient equal to or smaller than the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer is dispersed.

半導体層と金属層とからなる半導体デバイスにおいて、半導体層と金属層との間の熱応力は、主に面方向の熱膨張係数の差に起因して生じると思料される。
しかしながら、前記半導体デバイスの製造方法においては、金属層形成工程において、金属層の内部に前記材料をある一定以上分散させることにより、金属膜の面方向の熱膨張係数は小さくなる。
これにより、前記半導体デバイスの製造方法によれば、半導体層の表面に金属層を形成した後の製造工程において半導体層と金属層との間に大きな熱応力が発生することが抑止され、且つ熱伝導度が向上し放熱に寄与する。 In a semiconductor device composed of a semiconductor layer and a metal layer, it is considered that the thermal stress between the semiconductor layer and the metal layer is mainly caused by a difference in thermal expansion coefficient in the plane direction.
However, in the semiconductor device manufacturing method, the thermal expansion coefficient in the surface direction of the metal film is reduced by dispersing the material in a certain amount or more in the metal layer in the metal layer forming step.
Thereby, according to the manufacturing method of the semiconductor device, generation of a large thermal stress between the semiconductor layer and the metal layer in the manufacturing process after forming the metal layer on the surface of the semiconductor layer is suppressed, and Improves conductivity and contributes to heat dissipation.

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記金属層形成工程で、金属層を電鋳法で形成すると共に、前記電鋳法で使用される電鋳浴に、表面を磁性層で被覆して形成した非金属製の前記材料を分散させ、前記半導体層の面と平行または垂直な方向の磁場を前記電鋳浴に印加することによって、前記材料を前記半導体層の面に沿って分散させることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect, the metal layer is formed by an electroforming method in the metal layer forming step and used in the electroforming method. In the electroforming bath, the non-metallic material formed by coating the surface with a magnetic layer is dispersed, and a magnetic field in a direction parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer is applied to the electroforming bath. The material is dispersed along the surface of the semiconductor layer.

前記半導体デバイスの製造方法においては、金属層を電鋳法で形成しているから、厚い金属層を形成する場合においても短期間で金属層を形成できる。また、表面を磁性金属で被覆して形成した非金属製の材料を電鋳浴中に分散させるとともに、この電鋳浴に、窒化ガリウム層の面と平行または垂直な方向の磁場を印加した状態で、金属と非金属製の材料とを共析させるから、得られる金属層においては、非金属製の材料が半導体層の面に沿い、且つこの面に接着した状態で分散され、金属層を薄く形成できる。 In the semiconductor device manufacturing method, since the metal layer is formed by electroforming, the metal layer can be formed in a short time even when a thick metal layer is formed. In addition, a non-metallic material formed by coating the surface with a magnetic metal is dispersed in the electroforming bath, and a magnetic field in a direction parallel or perpendicular to the surface of the gallium nitride layer is applied to the electroforming bath. Thus, the metal and the non-metallic material are co-deposited, and therefore, in the obtained metal layer, the non-metallic material is dispersed along the surface of the semiconductor layer and adhered to the surface of the semiconductor layer. Thinly formed.

本発明の第４の態様は、第１または第２の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記金属層形成工程においては、金属層を電鋳法で形成すると共に、前記電鋳法で使用される電鋳浴に、金属製の前記材料を分散させ、前記半導体層の面と平行または垂直な方向の磁場を前記電鋳浴に印加することによって、前記材料を前記半導体層の面に沿って分散させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the first or second aspect, in the metal layer forming step, the metal layer is formed by an electroforming method and used in the electroforming method. The metal material is dispersed in an electroforming bath, and a magnetic field in a direction parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer is applied to the electroforming bath, whereby the material is moved along the surface of the semiconductor layer. It is characterized by being dispersed.

前記半導体デバイスの製造方法においては、金属層を電鋳法で形成しているから、厚い金属層を形成する場合においても短期間で金属層を形成できる。また、金属製の材料を電鋳浴中に分散させるとともに、この電鋳浴に、窒化ガリウム層の面に沿った方向の磁場を印加した状態で、金属と金属製の材料とを共析させるから、得られる金属層においては、金属製の材料が半導体層の面方向に沿って分散される。 In the semiconductor device manufacturing method, since the metal layer is formed by electroforming, the metal layer can be formed in a short time even when a thick metal layer is formed. Further, the metal material is dispersed in the electroforming bath, and the metal and the metal material are co-deposited in a state where a magnetic field in the direction along the surface of the gallium nitride layer is applied to the electroforming bath. Thus, in the obtained metal layer, the metal material is dispersed along the surface direction of the semiconductor layer.

本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記半導体層が窒化ガリウム層であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the first to fourth aspects, the semiconductor layer is a gallium nitride layer.

本発明の第６の態様は、第２の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記半導体層が窒化ガリウム層であり、前記単結晶基板がサファイア基板であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the second aspect, the semiconductor layer is a gallium nitride layer, and the single crystal substrate is a sapphire substrate.

前記半導体デバイスの製造方法において半導体層として使用される窒化ガリウムは、耐熱性に優れ、バンドギャップが大きいから、耐電圧が高く、且つ動作速度の速い半導体デバイスが製造できる。 Since gallium nitride used as a semiconductor layer in the semiconductor device manufacturing method has excellent heat resistance and a large band gap, a semiconductor device having high withstand voltage and high operating speed can be manufactured.

本発明の第７の態様は、第３の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記非金属製の材料が、炭素繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ガラス繊維、およびシリコン化合物繊維からなる群から選択された非金属性繊維であることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the third aspect, the non-metallic material is selected from the group consisting of carbon fibers, alumina fibers, silica fibers, glass fibers, and silicon compound fibers. It is characterized by being a non-metallic fiber made.

前記半導体デバイスの製造方法で使用されるこれらの非金属性の繊維は、何れも通常の金属と比較して熱膨張率が小さいので、金属層中に面に沿って配置させることにより、金属層の面方向に沿った熱膨張、熱収縮を効果的に抑制できる。 These non-metallic fibers used in the manufacturing method of the semiconductor device have a smaller coefficient of thermal expansion than ordinary metals, so that the metal layer can be arranged along the surface in the metal layer. The thermal expansion and thermal shrinkage along the surface direction can be effectively suppressed.

本発明の第８の態様は、第３の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記磁性層が、前記非金属製の材料の表面にニッケル、コバルト、鉄、およびこれらの合金から選択された１種または２種以上の磁性金属を無電解鍍金して形成されたものであることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the third aspect, the magnetic layer is selected from nickel, cobalt, iron, and alloys thereof on the surface of the non-metallic material. It is formed by electroless plating of seeds or two or more kinds of magnetic metals.

前記半導体デバイスの製造方法においては、非金属製の材料の表面に磁性金属を無電解鍍金することにより、非金属製の材料の表面に磁性層を形成しているから、金属層においては、非金属製の材料と、マトリクスを形成する金属との密着性が良好である。 In the semiconductor device manufacturing method, the magnetic layer is formed on the surface of the nonmetallic material by electrolessly plating the magnetic metal on the surface of the nonmetallic material. Good adhesion between the metal material and the metal forming the matrix.

本発明の第９の態様は、第４の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記金属製の材料が熱膨張係数の低い鉄ニッケル合金繊維であることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect, the metal material is an iron-nickel alloy fiber having a low thermal expansion coefficient.

本発明の第１０の態様は、第７または第９の半導体デバイスの製造方法において、前記非金属性繊維または鉄ニッケル合金繊維の割合が、前記金属層の４０〜９０体積％であることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the seventh or ninth method for manufacturing a semiconductor device, a ratio of the nonmetallic fiber or iron-nickel alloy fiber is 40 to 90% by volume of the metal layer. And

前記半導体デバイスの製造方法においては、非金属製繊維または鉄ニッケル合金繊維の割合が金属層の４０体積％以上でなければ、金属層と窒化ガリウム層との間に大きな熱応力が発生するのを抑止できず、また、金属層の９０体積％を超えると、電着が不均一に進行するので好ましくはない。 In the method of manufacturing a semiconductor device, a large thermal stress is generated between the metal layer and the gallium nitride layer unless the ratio of non-metallic fiber or iron-nickel alloy fiber is 40 volume% or more of the metal layer. It cannot be suppressed, and if it exceeds 90% by volume of the metal layer, it is not preferable because electrodeposition proceeds non-uniformly.

本発明の第１１の態様は、第１〜第４の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記材料が非金属製または金属製の粒子であることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first to fourth aspects, the material is a non-metallic or metallic particle.

本発明の第１２の態様は、第１１の態様の半導体デバイスの製造方法において、非金属製または金属製の粒子の割合が、前記金属層の６５〜９５体積％であることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the eleventh aspect, the ratio of non-metallic or metallic particles is 65 to 95% by volume of the metal layer.

前記半導体デバイスの製造方法においては、非金属製または金属製の粒子の割合が金属層に対して６５体積％以上でなければ金属層と窒化ガリウム層との間に大きな熱応力が発生するのを抑止できず、また、金属層に対して９５体積％を超えると、電着が不均一に進行するので好ましくはない。 In the method of manufacturing a semiconductor device, a large thermal stress is generated between the metal layer and the gallium nitride layer unless the ratio of non-metallic or metal particles is 65% by volume or more with respect to the metal layer. It cannot be suppressed, and if it exceeds 95% by volume with respect to the metal layer, it is not preferable because electrodeposition proceeds non-uniformly.

本発明の第１３の態様は、第１〜第４の態様の半導体デバイスの製造方法において、前記金属層においてマトリクスを構成する金属が銅、銅合金、ニッケル、およびニッケル合金のいずれかであることを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the first to fourth aspects, the metal constituting the matrix in the metal layer is any one of copper, copper alloy, nickel, and nickel alloy. It is characterized by.

前記半導体デバイスの製造方法において金属層として使用される銅、銅合金、ニッケル、およびニッケル合金は、熱伝導性および導電性が高いから、得られる窒化ガリウム基板はＬＥＤ用として好ましく使用される。 Since copper, copper alloy, nickel, and nickel alloy used as the metal layer in the method for manufacturing a semiconductor device have high thermal conductivity and conductivity, the resulting gallium nitride substrate is preferably used for LEDs.

本発明の第１４の態様は、半導体デバイスに関し、半導体層と、前記半導体層の上に形成され、内部に、熱膨張係数が前記半導体層の熱膨張係数以下である材料が分散された金属層と、を有することを特徴とする。 A fourteenth aspect of the present invention relates to a semiconductor device, a semiconductor layer, and a metal layer formed on the semiconductor layer, in which a material having a thermal expansion coefficient equal to or smaller than the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer is dispersed. It is characterized by having.

前記半導体デバイスにおいては、金属層の内部において、半導体層の面に沿ってこの半導体層の熱膨張係数以下の熱膨張係数を有する材料が分散されているから、金属層の半導体層の面に沿った方向の熱膨張および熱収縮が抑制される。したがって、製造工程において半導体層と金属層との間に大きな熱応力が生じることが抑制される。 In the semiconductor device, a material having a thermal expansion coefficient equal to or lower than the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer is dispersed along the surface of the semiconductor layer inside the metal layer. The thermal expansion and contraction in the opposite direction is suppressed. Therefore, a large thermal stress is suppressed from being generated between the semiconductor layer and the metal layer in the manufacturing process.

以上説明したように本発明によれば、半導体層と金属層との間に大きな熱応力が生じることが抑止できる半導体デバイスの製造方法、および半導体層と金属層との間の熱応力が小さく、特に、電着により金属が成長する電鋳の採用により半導体層と金属層との間が完全に密着され熱伝導度の向上によって放熱効果が優れた半導体デバイスを提供することができる。 As described above, according to the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of large thermal stress between the semiconductor layer and the metal layer, and the thermal stress between the semiconductor layer and the metal layer are small, In particular, it is possible to provide a semiconductor device that has an excellent heat dissipation effect by improving the thermal conductivity because the semiconductor layer and the metal layer are completely brought into close contact by adopting electroforming in which metal grows by electrodeposition.

図１は、本発明の半導体デバイスの製造方法の一例に付き、主要な工程を示す工程図である。FIG. 1 is a process diagram showing main processes in an example of a semiconductor device manufacturing method of the present invention. 図２は、図１に示す半導体デバイスの製造方法で使用される電鋳装置の一例について構成を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an example of an electroforming apparatus used in the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図３は、図２に示す電鋳装置において、電鋳浴中に分散された非金属無機繊維が、電磁石が形成する磁場によって窒化ガリウム層の面に沿って配列されることを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing that the nonmetallic inorganic fibers dispersed in the electroforming bath are arranged along the surface of the gallium nitride layer by the magnetic field formed by the electromagnet in the electroforming apparatus shown in FIG. is there. 図４は、図１に示す半導体デバイスの製造方法で使用される電鋳装置の別の例について構成を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of another example of an electroforming apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device shown in FIG.

以下、本発明の半導体デバイスの製造方法の一例について図面を用いて説明する。なお、以下の例は、半導体層として窒化ガリウム層１を用いた例である。
図１（Ａ）に示すように、単結晶基板であるサファイア基板３の表面にバッファ層３Ａを形成する。バッファ層３Ａに使用されるものとしては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、一窒化クロム（ＣｒＮ）などが挙げられる。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following example, the gallium nitride layer 1 is used as the semiconductor layer.
As shown in FIG. 1A, a buffer layer 3A is formed on the surface of a sapphire substrate 3 which is a single crystal substrate. Examples of the buffer layer 3A include gallium nitride (GaN), gallium arsenide (GaAs), boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), and chromium mononitride (CrN).

次に、図１（Ｂ）に示すように、ガリウム層形成工程においてサファイア基板３のバッファ層３Ａの表面にエピタキシャル法などにより、ｐーＧａＮ層、ｐーＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、およびｎ−ＧａＮ層からなる窒化ガリウム（ＧａＮ）の層を形成する。窒化ガリウム層１の厚さは、例えば０．１〜１０μｍ、好ましくは０．８〜８μｍの範囲とすることができるが、窒化ガリウム層１の厚さは、図１（Ｄ）に示すように得られる窒化ガリウム基板１０の用途に応じて適宜設定できる。また、得られた窒化ガリウム基板１０から垂直構造型ＬＥＤを製造する場合には、バッファ層３Ａの上にｎ型窒化ガリウム層を形成し、その上にアクティブ多重量子井戸（ＭＱＷ）層を形成し、更にその上にｐ型窒化ガリウム層を形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 1B, a p-GaN layer, a p-AlGaN layer, an InGaN layer, and an n-GaN layer are formed on the surface of the buffer layer 3A of the sapphire substrate 3 by an epitaxial method or the like in the gallium layer forming step. A layer of gallium nitride (GaN) is formed. The thickness of the gallium nitride layer 1 can be, for example, in the range of 0.1 to 10 μm, preferably 0.8 to 8 μm. The thickness of the gallium nitride layer 1 is as shown in FIG. It can set suitably according to the use of the gallium nitride substrate 10 obtained. Further, when a vertical structure type LED is manufactured from the obtained gallium nitride substrate 10, an n-type gallium nitride layer is formed on the buffer layer 3A, and an active multiple quantum well (MQW) layer is formed thereon. Further, a p-type gallium nitride layer may be formed thereon.

次に、図１（Ｃ）に示すように、金属層形成工程で、窒化ガリウム層１におけるサファイア基板３とは反対側の面に、金属層２を形成する。金属層２においてマトリクスを構成する金属としては、熱伝導性および導電性の点で銅が好ましいが、銅合金、ニッケル、ニッケル合金でも良い。金属層２の厚みは、窒化ガリウム基板１０の用途に応じて適宜設定できるが、通常は２０〜１０００μｍ程度であり、好ましくは５０〜５００μｍ程度であり、更に好ましくは６０〜４００μｍ程度である。 Next, as shown in FIG. 1C, in the metal layer forming step, the metal layer 2 is formed on the surface of the gallium nitride layer 1 opposite to the sapphire substrate 3. The metal constituting the matrix in the metal layer 2 is preferably copper in terms of thermal conductivity and conductivity, but may be a copper alloy, nickel, or a nickel alloy. Although the thickness of the metal layer 2 can be suitably set according to the use of the gallium nitride substrate 10, it is usually about 20 to 1000 μm, preferably about 50 to 500 μm, and more preferably about 60 to 400 μm.

金属層２の内部には半導体層である窒化ガリウム層１と同等もしくはそれよりも小さい熱膨張係数を有する材料４が分散されている。この材料４として、非金属製または金属製の繊維を用いているが、後述するように表面を磁性層５で被覆される非金属製の材料４のが窒化ガリウム層１の面方向に沿って分散させるため、金属層２を薄く形成できる。 A material 4 having a thermal expansion coefficient equal to or smaller than that of the gallium nitride layer 1 as a semiconductor layer is dispersed inside the metal layer 2. As the material 4, a non-metallic or metallic fiber is used. As described later, the non-metallic material 4 whose surface is covered with the magnetic layer 5 extends along the surface direction of the gallium nitride layer 1. Since it is dispersed, the metal layer 2 can be formed thin.

金属層２が形成されたら、図１（Ｄ）に示すように、サファイア基板剥離工程において窒化ガリウム層１からサファイア基板３を剥離すると窒化ガリウム基板１０が得られる。
サファイア基板３の剥離には、サファイア基板３の側からレーザ光を照射してサファイア基板３を剥離するレーザーリフトオフ法、およびバッファ層３Ａを化学薬品によって溶解するケミカルリフトオフ法が使用できる。また、バッファ層３Ａが窒化ホウ素のように劈開製のあるものであれば、バッファ層３Ａの劈開性を利用してサファイア基板３を剥離してもよい。 When the metal layer 2 is formed, as shown in FIG. 1D, when the sapphire substrate 3 is peeled from the gallium nitride layer 1 in the sapphire substrate peeling step, a gallium nitride substrate 10 is obtained.
For peeling off the sapphire substrate 3, a laser lift-off method in which the sapphire substrate 3 is peeled off by irradiating a laser beam from the sapphire substrate 3 side and a chemical lift-off method in which the buffer layer 3A is dissolved by a chemical can be used. Further, if the buffer layer 3A is made of cleaved material such as boron nitride, the sapphire substrate 3 may be peeled off by utilizing the cleaving property of the buffer layer 3A.

以下、金属層形成工程について詳説する。
ここで、金属層２における非金属製の材料（繊維）４の分散割合は、金属層２と窒化ガリウム層１との面方向の熱膨張率の差を小さくして金属層２と窒化ガリウム層１との間に大きな熱応力が発生するのを抑止する観点からは、金属層の４０体積％以上が好ましい。但し、金属層に対する非金属製の材料（繊維）４の割合が９０体積％を超えると、電着が不均一に進行するという問題点が生じるから好ましくない。 Hereinafter, the metal layer forming step will be described in detail.
Here, the dispersion ratio of the non-metallic material (fiber) 4 in the metal layer 2 is such that the difference in the thermal expansion coefficient between the metal layer 2 and the gallium nitride layer 1 is reduced and the metal layer 2 and the gallium nitride layer. From the viewpoint of suppressing the generation of a large thermal stress between 1 and 40, the volume of the metal layer is preferably 40% by volume or more. However, if the ratio of the non-metallic material (fiber) 4 to the metal layer exceeds 90% by volume, it is not preferable because the problem that electrodeposition proceeds non-uniformly occurs.

ここで、金属層２は、電鋳法または無電解鍍金法によって形成できる。したがって、金属層２を電鋳法で形成する場合は電鋳浴に、無電解鍍金法で形成する場合は無電解鍍金浴に非金属製の材料（繊維）４を分散させる。したがって、金属層２における非金属製の材料（繊維）４の分散割合が上記の範囲になるようにするため、電鋳浴または無電解鍍金浴中の非金属製の材料（繊維）４の分散割合は、体積が電鋳浴または無電解鍍金浴１００に対して１〜３０の範囲が好ましい。 Here, the metal layer 2 can be formed by electroforming or electroless plating. Accordingly, when the metal layer 2 is formed by electroforming, the non-metallic material (fiber) 4 is dispersed in the electroforming bath, and when formed by the electroless plating method, the non-metallic material (fiber) 4 is dispersed. Therefore, in order to make the dispersion ratio of the nonmetallic material (fiber) 4 in the metal layer 2 fall within the above range, the dispersion of the nonmetallic material (fiber) 4 in the electroforming bath or the electroless plating bath. The ratio of the volume is preferably in the range of 1 to 30 with respect to the electroforming bath or electroless plating bath 100.

非金属製の材料（繊維）４としては、具体的には、グラファイト繊維、グラファイト繊維以外の炭素繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ガラス繊維、およびシリコン化合物繊維が挙げられる。
また、金属製の材料（繊維）４としては、具体的には、鉄ニッケル合金繊維（商品名「インバー」、「コバール」など）が挙げられる。 Specific examples of the non-metallic material (fiber) 4 include graphite fibers, carbon fibers other than graphite fibers, alumina fibers, silica fibers, glass fibers, and silicon compound fibers.
Specific examples of the metal material (fiber) 4 include iron-nickel alloy fibers (trade names “Invar”, “Kovar”, etc.).

非金属製の材料（繊維）４の直径は、通常は１〜３０μｍ程度であり、好ましくは４〜１６μｍ程度であるが、この範囲には限定されず、直径１μｍ未満の繊維、および直径が１０μｍを超える繊維も使用される。また、後述するように、窒化ガリウム層１の面に沿った方向の磁場を印加して非金属製の材料（繊維）４を配置させる場合は、図２（Ｂ）に示すように、非金属製の材料（繊維）４の表面を磁性層５で被覆することが好ましい。磁性層５は、たとえば非金属製の材料（繊維）４の表面を磁性金属で電気鍍金または無電解鍍金して形成される。 The diameter of the non-metallic material (fiber) 4 is usually about 1 to 30 μm, preferably about 4 to 16 μm, but is not limited to this range, and the diameter is less than 1 μm, and the diameter is 10 μm. More than fiber is also used. Further, as will be described later, when a non-metallic material (fiber) 4 is arranged by applying a magnetic field in a direction along the surface of the gallium nitride layer 1, as shown in FIG. The surface of the manufactured material (fiber) 4 is preferably covered with the magnetic layer 5. The magnetic layer 5 is formed, for example, by electroplating or electroless plating the surface of a non-metallic material (fiber) 4 with a magnetic metal.

磁性金属としては、ニッケル、コバルト、鉄、およびこれらの合金が挙げられる。また、非金属製の材料（繊維）４の表面を磁性金属で被覆する方法としては、鍍金および無電解鍍金が挙げられる。被覆厚みは特に限定はないが、０．１μｍ〜２μｍ、好ましくは０．４〜１．２μｍとすることができる。 Examples of the magnetic metal include nickel, cobalt, iron, and alloys thereof. Examples of the method of coating the surface of the non-metallic material (fiber) 4 with a magnetic metal include plating and electroless plating. The coating thickness is not particularly limited, but can be 0.1 μm to 2 μm, preferably 0.4 to 1.2 μm.

以下、電鋳法で金属層２を形成するのに使用される電鋳装置２０について図面を用いて説明する。
図２（Ａ）に示すように、電鋳装置２０は、電鋳浴２３を収容するとともに、サファイア基板３とその上に形成された窒化ガリウム層１とからなる窒化ガリウム基板半成品１１が、面が垂直になるように配設される電鋳槽２２と、電鋳槽２２の内部に、窒化ガリウム基板半成品１１に相対するように配置された陽極２１と、直流電源２５と、電鋳槽２２の外側における窒化ガリウム基板半成品１１の近傍にて、窒化ガリウム基板半成品１１に対して平行に配置された電磁石２４と、を備える。
陽極２１は、金属層２を形成する金属と同種の金属の板が使用される。したがって、金属層２として銅の層を形成する場合は陽極２１としては銅板が使用される。
窒化ガリウム基板半成品１１は直流電源２５の陰極に、陽極２１は直流電源２５の陽極に接続される。なお、電解電圧をかける前に窒化ガリウム基板半成品１１の面を蒸着によりニッケルでコートし、その後、銅をコートしておく必要がある。この組合せは、チタンと銅、チタンとニッケルと銅等、任意の組合せが可能である。 Hereinafter, an electroforming apparatus 20 used for forming the metal layer 2 by electroforming will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 2A, the electroforming apparatus 20 accommodates an electroforming bath 23, and a gallium nitride substrate semi-finished product 11 composed of a sapphire substrate 3 and a gallium nitride layer 1 formed thereon has a surface. Are disposed so as to be vertical, an anode 21 disposed inside the electroforming tank 22 so as to face the gallium nitride substrate semi-finished product 11, a DC power source 25, and the electroforming tank 22 And an electromagnet 24 arranged in parallel with the gallium nitride substrate semi-finished product 11 in the vicinity of the gallium nitride substrate semi-finished product 11 on the outside of the gallium nitride substrate.
As the anode 21, a metal plate of the same type as the metal forming the metal layer 2 is used. Therefore, when a copper layer is formed as the metal layer 2, a copper plate is used as the anode 21.
The gallium nitride substrate semi-finished product 11 is connected to the cathode of the DC power supply 25, and the anode 21 is connected to the anode of the DC power supply 25. Before applying the electrolysis voltage, the surface of the gallium nitride substrate semi-finished product 11 needs to be coated with nickel by vapor deposition and then coated with copper. This combination can be any combination of titanium and copper, titanium and nickel and copper, and the like.

図３（Ａ）に示すように、電鋳槽２２の外部における窒化ガリウム基板半成品１１の近傍には、Ｎ極が上方を、Ｓ極が下方を向くように電磁石２４が配設されている。
したがって、図３（Ａ）に示すように、電磁石２４に通電していないときは、非金属製の材料（繊維）４は電鋳浴２３中にアトランダムに分散している。これに対して、図３（Ｂ）に示すように、電磁石２４に通電すると、矢印ａで示すように、窒化ガリウム基板半成品１１における窒化ガリウム層１の面と平行な磁場が生じる。ここで、電鋳浴２３中に分散された非金属製の材料（繊維）４の表面には磁性層５が形成されているから、非金属製の材料（繊維）４は磁力線ａに沿って並ぶ。これにより、非金属製の材料（繊維）４は窒化ガリウム層１の面に沿って密着して配置される。 As shown in FIG. 3A, an electromagnet 24 is disposed near the semi-finished gallium nitride substrate 11 outside the electroforming tank 22 so that the N pole faces upward and the S pole faces downward.
Therefore, as shown in FIG. 3A, when the electromagnet 24 is not energized, the non-metallic material (fiber) 4 is dispersed at random in the electroforming bath 23. On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the electromagnet 24 is energized, a magnetic field parallel to the surface of the gallium nitride layer 1 in the gallium nitride substrate semi-finished product 11 is generated as indicated by an arrow a. Here, since the magnetic layer 5 is formed on the surface of the non-metallic material (fiber) 4 dispersed in the electroforming bath 23, the non-metallic material (fiber) 4 follows the magnetic field line a. line up. Thereby, the non-metallic material (fiber) 4 is disposed in close contact along the surface of the gallium nitride layer 1.

図３（Ｂ）と異なり、図３（Ｃ）に示すように、磁界が窒化ガリウム基板半成品１１の面と垂直になるように電磁石２４を窒化ガリウム基板半成品１１の面と平行に配設しても良い。この場合も、電磁石２４に通電すると、矢印ｂで示すように、窒化ガリウム基板半成品１１における窒化ガリウム層１の面と平行な磁場が生じ、非金属製の材料（繊維）４は磁力線ｂに沿って並ぶ。これにより、図３（Ｂ）と同様に非金属製の材料（繊維）４は窒化ガリウム層１の面に沿って密着して配置される。このように磁石を使うことにより、堤防長材料の密度が高い金属層が容易に得られる。 Unlike FIG. 3B, as shown in FIG. 3C, the electromagnet 24 is arranged in parallel with the surface of the gallium nitride substrate semi-finished product 11 so that the magnetic field is perpendicular to the surface of the gallium nitride substrate semi-finished product 11. Also good. Also in this case, when the electromagnet 24 is energized, a magnetic field parallel to the surface of the gallium nitride layer 1 in the gallium nitride substrate semifinished product 11 is generated as indicated by the arrow b, and the nonmetallic material (fiber) 4 follows the magnetic field lines b. Lined up. Thereby, similarly to FIG. 3B, the non-metallic material (fiber) 4 is disposed in close contact along the surface of the gallium nitride layer 1. By using the magnet in this way, a metal layer having a high density of the levee length material can be easily obtained.

なお、電鋳槽２２の内部に磁石２４を配置する代わりに、図４に示すように、電鋳槽２２の底面における窒化ガリウム基板半成品１１の近傍に撹拌装置２６を設け、この撹拌装置２６によって矢印ｃに示すように窒化ガリウム基板半成品１１における窒化ガリウム層１の面に沿った流れを形成し、この流れｃによって非金属製の材料（繊維）４を窒化ガリウム層１の面に沿って配置させてもよい。 Instead of disposing the magnet 24 inside the electroforming tank 22, as shown in FIG. 4, a stirring device 26 is provided in the vicinity of the gallium nitride substrate semi-finished product 11 on the bottom surface of the electroforming bath 22. A flow is formed along the surface of the gallium nitride layer 1 in the gallium nitride substrate semi-finished product 11 as indicated by an arrow c, and the non-metallic material (fiber) 4 is arranged along the surface of the gallium nitride layer 1 by this flow c. You may let them.

ここで、撹拌装置２６で形成される流れは実際には渦流であるから、窒化ガリウム層１の表面に生じる流れは、矢印ｃで示す窒化ガリウム層１の面に沿った方向の成分だけでなく、前記方向に直交する方向の成分も有する。
したがって、金属層２の内部において、非金属製の材料（繊維）４は互いに平行な方向ではなく、アトランダムな方向に配置される。したがって、得られる金属層２においては、窒化ガリウム層１の面に平行な方向であれば、どの方向においても熱膨張率が小さくなるから、金属層２と窒化ガリウム層１との間の熱応力の発生をより効果的に抑止できる。
また、窒化ガリウム層１の表面に生じる流れからの力によって非金属製の材料（繊維）４を配置させるから、非金属製の材料（繊維）４の表面に磁性層５を形成する必要がなく、非金属製の材料（繊維）４をそのまま使用できる。 Here, since the flow formed by the stirrer 26 is actually a vortex, the flow generated on the surface of the gallium nitride layer 1 is not only the component in the direction along the surface of the gallium nitride layer 1 indicated by the arrow c. And a component in a direction orthogonal to the direction.
Therefore, in the metal layer 2, the non-metallic material (fiber) 4 is arranged in an at-random direction, not in a direction parallel to each other. Therefore, in the obtained metal layer 2, the thermal expansion coefficient is small in any direction as long as the direction is parallel to the surface of the gallium nitride layer 1, so that the thermal stress between the metal layer 2 and the gallium nitride layer 1 is reduced. Can be more effectively suppressed.
Further, since the non-metallic material (fiber) 4 is arranged by the force from the flow generated on the surface of the gallium nitride layer 1, it is not necessary to form the magnetic layer 5 on the surface of the non-metallic material (fiber) 4. The non-metallic material (fiber) 4 can be used as it is.

金属層２として銅の層を形成する場合は、電鋳浴２３としては、硫酸銅浴、ホウフッ化銅浴、ケイフッ化銅浴、チタンフッ化銅浴、アルカノールスルフォン酸、およびピロリン酸銅浴などが使用される。電流密度および溶液温度などの電鋳条件は、電鋳浴２３の種類に応じて適宜設定できる。なお、金属層２として銅の代わりに、ニッケル、コバルト、鉄を電鋳浴２３として利用できるが、これら３つの金属の合金を含む化合物の塩として塩化物塩、硫酸塩、スルファミン酸塩などが使える。 When a copper layer is formed as the metal layer 2, the electroforming bath 23 includes a copper sulfate bath, a copper borofluoride bath, a copper silicofluoride bath, a copper copper fluoride bath, an alkanol sulfonic acid, a copper pyrophosphate bath, and the like. used. Electroforming conditions such as current density and solution temperature can be appropriately set according to the type of electroforming bath 23. In addition, nickel, cobalt, and iron can be used as the electroforming bath 23 instead of copper as the metal layer 2, but as a salt of a compound containing an alloy of these three metals, a chloride salt, a sulfate, a sulfamate, or the like can be used. It can be used.

以上、半導体層が窒化ガリウム層１であり、単結晶基板としてサファイア基板３を使用した例について説明したが、本発明の半導体デバイスの製造方法は、半導体層として窒化ガリウム以外の半導体、例えば炭化珪素を使用し、単結晶基板としてサファイア基板以外のものを使用する半導体デバイスの製造方法にも適用できる。 In the above, the example in which the semiconductor layer is the gallium nitride layer 1 and the sapphire substrate 3 is used as the single crystal substrate has been described. However, the semiconductor device manufacturing method of the present invention is not limited to a semiconductor other than gallium nitride, such as silicon carbide. And a method for manufacturing a semiconductor device using a substrate other than a sapphire substrate as a single crystal substrate.

また、非金属製の材料（繊維）４として非金属繊維を用いたが、この代わりにグラファイト粒子、グラファイト粒子以外の炭素粒子、アルミナ粒子、シリカ粒子、ガラス粒子、およびダイヤモンド粒子等の非金属製粒子を用いても良い。この場合、金属層２における非金属製粒子の分散割合は金属層２の６５〜９５体積％が好ましい。 In addition, non-metallic fibers were used as the non-metallic material (fibers) 4, but instead of non-metallic fibers such as graphite particles, carbon particles other than graphite particles, alumina particles, silica particles, glass particles, and diamond particles. Particles may be used. In this case, the dispersion ratio of the nonmetallic particles in the metal layer 2 is preferably 65 to 95% by volume of the metal layer 2.

（１）実施例１
先ず、トリメチルガリウムとアンモニアとを用いるＭＯＣＶＤ法、および塩化ガリウムとアンモニアとを用いるハイドライドＶＰＥ法により、サファイア基板３の表面に窒化ガリウムからなるバッファ層３Ａを形成し、次いで、バッファ層３Ａの上に厚さ０．５〜１０μｍの窒化ガリウム膜１を形成して窒化ガリウム基板半成品１１を得た。 (1) Example 1
First, the buffer layer 3A made of gallium nitride is formed on the surface of the sapphire substrate 3 by MOCVD using trimethylgallium and ammonia and hydride VPE using gallium chloride and ammonia, and then on the buffer layer 3A. A gallium nitride film 1 having a thickness of 0.5 to 10 μm was formed to obtain a gallium nitride substrate semi-finished product 11.

次に、得られた窒化ガリウム基板半成品１１を、図２に示す電鋳装置２０の電鋳槽２２の内部に装着し、電鋳槽２２を、電鋳浴２３で満たした。電鋳浴２３としては、表１の組成を有する硫酸銅浴とピロリン酸銅浴とを用いた。 Next, the obtained gallium nitride substrate semi-finished product 11 was mounted inside the electroforming tank 22 of the electroforming apparatus 20 shown in FIG. 2, and the electroforming tank 22 was filled with the electroforming bath 23. As the electroforming bath 23, a copper sulfate bath and a copper pyrophosphate bath having the compositions shown in Table 1 were used.

なお、非金属製の材料（繊維）４として直径５μｍ、長さ１０ｍｍのグラファイト繊維４の表面に、磁性層５として、ニッケル鍍金によって厚さ０．５μｍのニッケル層を形成したものを用いた。 A non-metallic material (fiber) 4 having a diameter of 5 μm and a length of 10 mm on the surface of graphite fiber 4 and a magnetic layer 5 having a nickel layer with a thickness of 0.5 μm formed by nickel plating was used.

電鋳浴２３中のグラファイト繊維４の分散量は、体積が電鋳浴１００当り１とした。 The dispersion amount of the graphite fibers 4 in the electroforming bath 23 was 1 in volume per 100 electroforming baths.

そして、直流電源２５の陰極を窒化ガリウム基板半成品１１に、陽極を銅板からなる陽極２１に接続し、電鋳浴の液温を１５〜６５℃に保持して電流密度１〜１０Ａ／ｄｍ^２で電鋳を行い、窒化ガリウム層１におけるサファイア基板３とは反対側の面に厚さ１００μｍの銅からなる金属層２を形成した。 Then, the cathode of the DC power source 25 is connected to the gallium nitride substrate semi-finished product 11, the anode is connected to the anode 21 made of a copper plate, the liquid temperature of the electroforming bath is maintained at 15 to 65 ° C., and the current density is 1 to 10 A / dm ² . Electroforming was performed to form a metal layer 2 made of copper having a thickness of 100 μm on the surface of the gallium nitride layer 1 opposite to the sapphire substrate 3.

金属層２が形成されたら、サファイア基板３の側から強度０．２５Ｊ／ｃｍ^２のレーザ光を照射し、サファイア基板３と窒化ガリウム層１との境界において窒化ガリウムを溶解させてサファイア基板３を剥離し、窒化ガリウム基板１０を得た。 When the metal layer 2 is formed, a laser beam having an intensity of 0.25 J / cm ² is irradiated from the sapphire substrate 3 side to dissolve the gallium nitride at the boundary between the sapphire substrate 3 and the gallium nitride layer 1, thereby The gallium nitride substrate 10 was obtained by peeling.

次いで、得られた窒化ガリウム基板１０の金属層２中のグラファイト繊維４の割合を測定した。先ず、窒化ガリウム基板１０の重量を測定し、その後、金属層２中のグラファイト繊維４を得た後、重量を測定し、質量の測定値に基づいてグラファイト繊維４の体積を求めた。その結果、金属層２におけるグラファイト繊維４の割合は金属層２の７５体積％であった。 Subsequently, the ratio of the graphite fiber 4 in the metal layer 2 of the obtained gallium nitride substrate 10 was measured. First, the weight of the gallium nitride substrate 10 was measured, and then the graphite fiber 4 in the metal layer 2 was obtained. Then, the weight was measured, and the volume of the graphite fiber 4 was determined based on the measured value of mass. As a result, the ratio of the graphite fibers 4 in the metal layer 2 was 75% by volume of the metal layer 2.

次いで、金属層２の面方向の熱膨張率を測定した。３次元測定機上にホットプレートを設置し、金属層２を加熱しながら各温度でのピッチを測定し、熱膨張率を求めた。
その結果、金属層２の熱膨張率は、５．８×１０^−６／Ｋと、グラファイト繊維４を含まない銅の面方向の熱膨張率１６×１０^−６／Ｋよりも遥かに小さく、窒化ガリウムの熱膨張率である５．６×１０^−６／Ｋに近い値を示した。 Subsequently, the thermal expansion coefficient in the surface direction of the metal layer 2 was measured. A hot plate was installed on the three-dimensional measuring machine, and the pitch at each temperature was measured while heating the metal layer 2 to obtain the coefficient of thermal expansion.
As a result, the thermal expansion coefficient of the metal layer 2 is 5.8 × 10 ⁻⁶ / K, which is much smaller than the thermal expansion coefficient 16 × 10 ⁻⁶ / K in the plane direction of copper not including the graphite fiber 4, The value was close to 5.6 × 10 ⁻⁶ / K, which is the thermal expansion coefficient of gallium nitride.

（２）実施例２
実施例１において、電鋳浴２３に分散させるグラファイト繊維４の分散量は、体積が電鋳浴１００当り０．５とした以外は、サファイア基板３の剥離、得られた窒化ガリウム基板１０の金属層２中におけるグラファイト繊維４の割合の測定、および金属層２の熱膨張率の測定については実施形態１と同様に実施した。この結果、グラファイト繊維４の割合は４５体積％、金属層２の熱膨張率は、７．５×１０^−６／Ｋであった。 (2) Example 2
In Example 1, the amount of the graphite fiber 4 dispersed in the electroforming bath 23 was peeled off from the sapphire substrate 3 and the metal of the obtained gallium nitride substrate 10 except that the volume was 0.5 per electroforming bath 100. The measurement of the ratio of the graphite fiber 4 in the layer 2 and the measurement of the coefficient of thermal expansion of the metal layer 2 were performed in the same manner as in the first embodiment. As a result, the ratio of the graphite fiber 4 was 45% by volume, and the thermal expansion coefficient of the metal layer 2 was 7.5 × 10 ⁻⁶ / K.

１窒化ガリウム層（半導体層）
２金属層
３サファイア基板（単結晶基板）
３Ａバッファ層
４材料（非金属製の繊維：グラファイト繊維）
５磁性層
１１窒化ガリウム基板半成品
２０電鋳装置
２１陽極
２２電鋳槽
２３電鋳浴
２４電磁石
２５直流電源
２６撹拌装置 1 Gallium nitride layer (semiconductor layer)
2 Metal layer 3 Sapphire substrate (single crystal substrate)
3A Buffer layer 4 Material (non-metallic fiber: graphite fiber)
5 Magnetic layer 11 Semi-finished gallium nitride substrate 20 Electroforming apparatus 21 Anode 22 Electroforming tank 23 Electroforming bath 24 Electromagnet 25 DC power supply 26 Stirring apparatus

Claims

半導体層上に、この半導体層の熱膨張係数以下の熱膨張係数を有する材料を内部に分散させて金属層を形成する金属層形成工程を有し、
前記金属層形成工程においては、前記金属層を電鋳法で形成すると共に、前記電鋳法で使用される電鋳浴に、表面を磁性層で被覆して形成した非金属製の前記材料を分散させ、前記半導体層の面と平行または垂直な方向の磁場を前記電鋳浴に印加することによって、前記材料を前記半導体層の面に沿って分散させる
半導体デバイスの製造方法。 A metal layer forming step of forming a metal layer on the semiconductor layer by dispersing therein a material having a thermal expansion coefficient equal to or lower than that of the semiconductor layer ;
In the metal layer forming step, the metal layer is formed by electroforming, and the non-metallic material formed by coating the surface with a magnetic layer on an electroforming bath used in the electroforming method. A method for manufacturing a semiconductor device , wherein the material is dispersed along the surface of the semiconductor layer by applying a magnetic field in a direction parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer to the electroforming bath .

半導体層上に、この半導体層の熱膨張係数以下の熱膨張係数を有する材料を内部に分散させて金属層を形成する金属層形成工程を有し、A metal layer forming step of forming a metal layer on the semiconductor layer by dispersing therein a material having a thermal expansion coefficient equal to or lower than that of the semiconductor layer;
前記金属層形成工程においては、前記金属層を電鋳法で形成すると共に、前記電鋳法で使用される電鋳浴に、金属製の前記材料を分散させ、前記半導体層の面と平行または垂直な方向の磁場を前記電鋳浴に印加することによって、前記材料を前記半導体層の面に沿って分散させるIn the metal layer forming step, the metal layer is formed by an electroforming method, the metal material is dispersed in an electroforming bath used in the electroforming method, and parallel to the surface of the semiconductor layer or Dispersing the material along the surface of the semiconductor layer by applying a perpendicular magnetic field to the electroforming bath
半導体デバイスの製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device.

単結晶基板上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層における前記単結晶基板とは反対側の面に前記半導体層の熱膨張係数以下の熱膨張係数を有する材料を内部に分散させて金属層を形成する金属層形成工程と、
前記半導体層から前記単結晶基板を剥離する単結晶基板剥離工程と、
を有し、
前記金属層形成工程においては、前記金属層を電鋳法で形成すると共に、前記電鋳法で使用される電鋳浴に、表面を磁性層で被覆して形成した非金属製の前記材料を分散させ、前記半導体層の面と平行または垂直な方向の磁場を前記電鋳浴に印加することによって、前記材料を前記半導体層の面に沿って分散させる
半導体デバイスの製造方法。 A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer on the single crystal substrate;
A metal layer forming step of forming a metal layer by internally dispersing a material having a thermal expansion coefficient equal to or lower than the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer on a surface of the semiconductor layer opposite to the single crystal substrate;
A single crystal substrate peeling step of peeling the single crystal substrate from the semiconductor layer;
Have
In the metal layer forming step, thereby forming the metal layer by electroforming, in which electroforming bath used in the electroforming, the material of the non-metallic formed by coating the surface with a magnetic layer A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the material is dispersed along the surface of the semiconductor layer by applying a magnetic field in a direction parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer to the electroforming bath.

単結晶基板上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層における前記単結晶基板とは反対側の面に前記半導体層の熱膨張係数以下の熱膨張係数を有する材料を内部に分散させて金属層を形成する金属層形成工程と、
前記半導体層から前記単結晶基板を剥離する単結晶基板剥離工程と、
を有し、
前記金属層形成工程においては、前記金属層を電鋳法で形成すると共に、前記電鋳法で使用される電鋳浴に、金属製の前記材料を分散させ、前記半導体層の面と平行または垂直な方向の磁場を前記電鋳浴に印加することによって、前記材料を前記半導体層の面に沿って分散させる
半導体デバイスの製造方法。 A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer on the single crystal substrate;
A metal layer forming step of forming a metal layer by internally dispersing a material having a thermal expansion coefficient equal to or lower than the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer on a surface of the semiconductor layer opposite to the single crystal substrate;
A single crystal substrate peeling step of peeling the single crystal substrate from the semiconductor layer;
Have
In the metal layer forming step, thereby forming the metal layer by electroforming, the electroforming electroforming bath used in the metal of the material is dispersed, parallel to the surface of the semiconductor layer or A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a magnetic field in a vertical direction is applied to the electroforming bath to disperse the material along the surface of the semiconductor layer.