(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-07
(45)【発行日】2024-11-15
(54)【発明の名称】複合基板
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20241108BHJP
B23K 20/00 20060101ALI20241108BHJP
B23K 20/24 20060101ALI20241108BHJP
H01L 21/302 20060101ALI20241108BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 B
B23K20/00 310A
B23K20/24
H01L21/302 201B
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2024552105
(86)(22)【出願日】2024-03-29
(86)【国際出願番号】 JP2024013065
【審査請求日】2024-08-30
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002365
【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】坂井 淳二
【審査官】早川 朋一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０１８９９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１０７３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２３－０００５００（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０７７２１２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／０２
Ｂ２３Ｋ ２０／００
Ｂ２３Ｋ ２０／２４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、
前記機能性基板は、第１の層と、前記第１の層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有し、
前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガス元素を含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、
前記機能性基板は、ＩｎＰの結晶体からなる第１機能層と、ＩｎＰの非晶質体からなる第２機能層と、を有し、
前記第１の層は前記第１機能層であり、
前記第２の層は前記第２機能層であり、
前記機能性基板は、前記第２の層と前記支持基板との間にＩｎＰの酸化膜を有する、複合基板。
【請求項2】
ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、
前記機能性基板は、第１の層と、前記第１の層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有し、
前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガス元素を含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、
前記機能性基板は、ＩｎＰの結晶体からなる第１機能層と、前記第１機能層上にエピタキシャル成長により形成された前記材料の結晶体からなる第２機能層と、前記材料の非晶質体からなる第３機能層と、を有し、
前記第１の層は前記第１機能層および前記第２機能層であり、
前記第２の層は前記第３機能層であり、
前記機能性基板は、前記第２の層と前記支持基板との間に前記材料の酸化膜を有する、複合基板。
【請求項3】
ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、
前記機能性基板は、第１の層と、前記第１の層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有し、
前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガス元素を含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、
前記機能性基板は、前記材料の結晶体からなる第２機能層と、前記材料の非晶質体からなる第３機能層と、を有し、
前記第１の層は前記第２機能層であり、
前記第２の層は前記第３機能層であり、
前記機能性基板は、前記第２の層と前記支持基板との間に前記材料の酸化膜を有する、複合基板。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか一項に記載の複合基板において、前記酸化膜の厚みは１ｎｍ未満である、複合基板。
【請求項5】
請求項１～３のいずれか一項に記載の複合基板において、前記希ガス元素の含有率は、前記第２の層と前記第２支持層とでそれぞれピークを有する、複合基板。
【請求項6】
請求項５に記載の複合基板において、前記半導体材料はＳｉＣであり、
前記第２の層における前記ピークと前記第２支持層における前記ピークとの間の距離は、２．２ｎｍ以上６．１ｎｍ以下である、複合基板。
【請求項7】
請求項５に記載の複合基板において、前記半導体材料はＳｉであり、
前記第２の層における前記ピークと前記第２支持層における前記ピークとの間の距離は、２．５ｎｍ以上６．９ｎｍ以下である、複合基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複合基板に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ＩｎＰ（リン化インジウム）を用いて構成された機能性基板と、ＳｉやＳｉＣ等の半導体材料からなる支持基板とを接合することにより形成され、半導体レーザ、フォトダイオード、変調器等のフォトニクスデバイスや、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）、ＨＢＴ（Heterojunction Bipolar Transistor）等の高周波トランジスタなどの用途に使用される複合基板が知られている。このような複合基板の作製方法として、機能性基板と支持基板の各接合面に対して高速原子ビーム（ＦＡＢ：Fast Atom Beam）を照射することで活性化処理を行った後、これらの接合面同士を直接接合する方法が知られている。しかしながら、この方法ではＩｎＰ基板側においてＰが選択的にスパッタされ、表面にＩｎ層が形成される。その結果、表面のＩｎ層がＩｎＰ基板から剥がれやすくなり、複合基板の接合強度が低下するという課題があった（非特許文献１参照）。
【0003】
そこで、上記課題を解決するものとして、特許文献１の技術が知られている。特許文献１には、ＩｎＰ基板上にインジウム酸化物のバリア層を形成し、このバリア層とシリコン基板とをアモルファス層を介して接合する方向が開示されている。この方法により、高速原子ビームがＩｎＰ基板に直接照射されるのをバリア層で防いで表面へのＩｎ層形成を抑制できるため、剥がれの生じない十分な接合強度を得られる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【文献】M. M. R. Howlader, T. Watanabe, and T. Suga, "Characterization of the bonding strength and interface current of p-Si/n-InP wafers bonded by surface activated bonding method at room temperature", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, VOLUME 91, NUMBER 5,p. 3062-3066
【特許文献】
【0005】
【文献】日本国特開２０２３－５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、ＩｎＰを用いた複合基板により構成されるフォトニクスデバイスや高周波トランジスタなどでは、微細化、高集積化、高出力化が求められており、それに伴って単位面積あたりの発熱密度がますます増大している。これらのデバイスでは、動作中にＩｎＰ温度が上昇しすぎると、所望の性能を発揮することができず、また信頼性や寿命の低下にもつながる。そのため、デバイスの熱を効率よく逃がせる構造とする必要がある。しかしながら、特許文献１の複合基板の構造では、接合界面に熱伝導率が低いバリア層が存在するため、ＩｎＰ基板で発生した熱を効率よく支持基板側に逃がすことが難しい。
【0007】
また近年では、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成された半導体材料を含む基板と支持基板とを接合した複合基板上に、フォトニクスデバイスや高周波トランジスタなどのデバイスを構成したものも実用化されている。このような構造の複合基板においても同様に、デバイスの熱を支持基板側に効率よく逃がせる構造とする必要がある。
【0008】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ＩｎＰやＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体を含む機能性基板と支持基板とが接合層を介して接合された複合基板において、機能性基板の熱を効率よく支持基板側に逃がすことが可能な複合基板およびその製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第１の態様による複合基板は、ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、前記機能性基板は、第１の層と、前記第１の層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有し、前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガス元素を含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、前記機能性基板は、ＩｎＰの結晶体からなる第１機能層と、ＩｎＰの非晶質体からなる第２機能層と、を有し、前記第１の層は前記第１機能層であり、前記第２の層は前記第２機能層であり、前記機能性基板は、前記第２の層と前記支持基板との間にＩｎＰの酸化膜を有する。
本発明の第２の態様による複合基板は、ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、前記機能性基板は、第１の層と、前記第１の層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有し、前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガス元素を含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、前記機能性基板は、ＩｎＰの結晶体からなる第１機能層と、前記第１機能層上にエピタキシャル成長により形成された前記材料の結晶体からなる第２機能層と、前記材料の非晶質体からなる第３機能層と、を有し、前記第１の層は前記第１機能層および前記第２機能層であり、前記第２の層は前記第３機能層であり、前記機能性基板は、前記第２の層と前記支持基板との間に前記材料の酸化膜を有する。
本発明の第３の態様による複合基板は、ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、前記機能性基板は、第１の層と、前記第１の層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有し、前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガス元素を含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、前記機能性基板は、前記材料の結晶体からなる第２機能層と、前記材料の非晶質体からなる第３機能層と、を有し、前記第１の層は前記第２機能層であり、前記第２の層は前記第３機能層であり、前記機能性基板は、前記第２の層と前記支持基板との間に前記材料の酸化膜を有する。
本発明の第２の態様による複合基板は、ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、前記機能性基板は、第１の層と、前記第１の層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有し、前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガス元素を含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、前記機能性基板は、ＩｎＰの結晶体からなる第１機能層と、前記第１機能層上にエピタキシャル成長により形成された前記材料の結晶体からなる第２機能層と、前記材料の非晶質体からなる第３機能層と、を有し、前記第１の層は前記第１機能層および前記第２機能層であり、前記第２の層は前記第３機能層であり、前記機能性基板は、前記第２の層と前記支持基板との間に前記材料の酸化膜を有する。
本発明の第３の態様による複合基板は、ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、前記機能性基板は、第１の層と、前記第１の層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有し、前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガス元素を含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、前記機能性基板は、前記材料の結晶体からなる第２機能層と、前記材料の非晶質体からなる第３機能層と、を有し、前記第１の層は前記第２機能層であり、前記第２の層は前記第３機能層であり、前記機能性基板は、前記第２の層と前記支持基板との間に前記材料の酸化膜を有する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、ＩｎＰやＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体を含む機能性基板と支持基板とが接合層を介して接合された複合基板において、機能性基板の熱を効率よく支持基板側に逃がすことが可能な複合基板およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図2】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図3】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図4】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図5】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図6】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図7】本発明の第３の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図8】本発明の第４の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図9】実施例と比較例の観察写真を示す図である。
【図10】実施例と比較例のそれぞれにおけるＦＡＢ照射時間、加工時の接合界面の剥がれの有無、酸化膜の厚みおよびＡｒピーク間の距離をまとめた表である。
【図11】支持基板がＳｉＣで構成される場合の機能性基板へのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を示すグラフである。
【図12】支持基板がＳｉで構成される場合の機能性基板へのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。また、図面は説明をより明確にするため、実施の形態に比べ、各部の幅、厚み、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【0013】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における複合基板１００は、例えば半導体レーザ、フォトダイオード、変調器等のフォトニクスデバイスや、ＨＥＭＴ、ＨＢＴ等の高周波トランジスタなど、様々な用途に利用されるものであり、ＩｎＰ層１０と酸化膜２０を有する機能性基板１が支持基板３０に接合された構造を有している。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における複合基板１００は、例えば半導体レーザ、フォトダイオード、変調器等のフォトニクスデバイスや、ＨＥＭＴ、ＨＢＴ等の高周波トランジスタなど、様々な用途に利用されるものであり、ＩｎＰ層１０と酸化膜２０を有する機能性基板１が支持基板３０に接合された構造を有している。
【0014】
機能性基板１の材料には、例えばＩｎＰの結晶体が用いられる。ＩｎＰ層１０における結晶構造の一部は、複合基板１００の製造工程中に非晶質体に変化し、非晶質体の状態でＩｎＰ層１０に含まれている。この点については後述する。
【0015】
酸化膜２０は、機能性基板１が支持基板３０に接合される前に、ＩｎＰ層１０を構成するＩｎＰの一部が空気中で自然酸化することによりＩｎＰ層１０の表面に形成された酸化物の層であり、複合基板１００においてＩｎＰ層１０と支持基板３０の間に配置される。
【0016】
支持基板３０は、ＩｎＰ層１０と酸化膜２０を含む機能性基板１を支持する。支持基板３０としては、任意の適切な基板が用いられ得る。支持基板３０は、単結晶体で構成されてもよく、多結晶体で構成されてもよい。機能性基板１の酸化膜２０と支持基板３０は、互いに直接接合されている。
【0017】
支持基板３０を構成する材料には、例えばＳｉＣやＳｉなどの半導体材料を用いることができる。あるいは、ＡｌＮやダイヤモンド、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）などを用いて支持基板３０を構成してもよい。ＳＯＩを支持基板３０として用いる場合、このＳＯＩ基板（支持基板３０）がＳｉで構成された光回路や電気回路等を含んでいてもよい。支持基板３０の厚みとしては、例えば０．２～１ｍｍであるが、これ以外にも任意の適切な厚みが採用され得る。
【0018】
なお図示しないが、複合基板１００は、任意の層をさらに有していてもよい。このような層の種類・機能、数、組み合わせ、配置等は、目的に応じて適切に設定され得る。
【0019】
複合基板１００は、任意の適切な形状で製造され得る。１つの実施形態においては、いわゆるウェハの形態で複合基板１００が製造され得る。また、複合基板１００のサイズは、例えばウェハ（基板）の直径が５０ｍｍ～１５０ｍｍなど、目的に応じて適切に設定され得る。
【0020】
【0021】
図２（ａ）は、複合基板１００の製造工程のうち準備工程を示している。この工程では、所定厚みのＩｎＰ結晶体からなる機能性基板１を用意する。この機能性基板１は、ＩｎＰの結晶体からなるＩｎＰ層１０と、ＩｎＰ層１０の表面に形成された自然酸化によるＩｎＰの酸化膜２０とを有している。
【0022】
図２（ｂ）は、複合基板１００の製造工程のうち酸化膜除去・活性化工程を示している。この工程では、例えば所定厚みの半導体材料からなる半導体基板３０Ａを用意し、図２（ａ）の準備工程で用意した機能性基板１と、半導体基板３０Ａとに対して、それぞれの表面にＡｒ等の希ガスを原子種に用いた高速原子ビーム（以下、ＦＡＢと称する）を所定時間照射する。これにより、機能性基板１における酸化膜２０の一部を除去して薄くするとともに、機能性基板１および半導体基板３０Ａの表面を活性化する。このときのＦＡＢの照射時間は、例えば５秒～１２秒程度が好ましい。
【0023】
図２（ｃ）は、複合基板１００の製造工程のうちスパッタリング工程を示している。この工程では、図２（ｂ）の酸化膜除去・活性化工程で機能性基板１と半導体基板３０Ａにそれぞれ照射されたＦＡＢのうち、機能性基板１側のＦＡＢ照射を停止し、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに所定時間継続する。このときのＦＡＢの照射時間は、例えば３０秒～６００秒程度が好ましい。これにより、半導体基板３０Ａを構成する半導体材料をスパッタして機能性基板１（酸化膜２０）の表面に付着させ、機能性基板１側に半導体基板３０Ａと同じ半導体材料からなるスパッタ膜３０Ｂを形成する。
【0024】
図３（ｄ）は、複合基板１００の製造工程のうち接合工程を示している。この工程では、図２（ｃ）のスパッタリング工程でスパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１と半導体基板３０Ａとを接合する。これにより、半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂが一体化して支持基板３０が形成され、機能性基板１と支持基板３０の接合体が得られる。
【0025】
図３（ｅ）は、図３（ｄ）の接合工程後に得られる接合体を示している。図３（ｄ）の接合工程により、上記のように半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂが一体化することで、これらの接合界面４０を内部に有する支持基板３０が形成され、図３（ｅ）のような接合体が得られる。
【0026】
図３（ｅ）の接合体において、機能性基板１のＩｎＰ層１０には、第１機能層１１と、第１機能層１１よりも支持基板３０側に配置された第２機能層１２と、が形成される。第１機能層１１は主にＩｎＰの結晶体で構成され、第２機能層１２は主にＩｎＰの非晶質体で構成される。第２機能層１２は、図２（ｂ）の酸化膜除去・活性化工程でＦＡＢとして照射されたＡｒ等の希ガス原子を含む層である。
【0027】
また、図３（ｅ）の接合体において、支持基板３０には、接合界面４０に接しない第１支持層３１と、第１支持層３１よりも機能性基板１側に配置されて接合界面４０に接する第２支持層３２と、第２支持層３２よりも機能性基板１側に配置されて接合界面４０に接する接合層３３と、が形成される。第２支持層３２は、主に半導体材料の非晶質体で構成され、図２（ｂ）の酸化膜除去・活性化工程や図２（ｃ）のスパッタリング工程でＦＡＢとして照射されたＡｒ等の希ガス原子を含む層である。接合層３３は、接合前のスパッタ膜３０Ｂに相当し、機能性基板１との接合部分を形成する層である。
【0028】
なお、機能性基板１における第２機能層１２や、支持基板３０における第２支持層３２および接合層３３は、図２（ｃ）のスパッタリング工程でこれらの層に混入した他の原子種、例えば、半導体基板３０Ａの固定に用いられる治具や台座部分を構成するＦｅ原子やＡｌ原子などを含有する場合がある。
【0029】
図３（ｆ）は、複合基板１００の製造工程のうち薄板加工工程を示している。この工程では、図３（ｅ）に示した接合体に対して、機能性基板１のＩｎＰ層１０を所定の厚みまで研磨して薄板化する。例えば、研削加工、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）加工、ガスクラスターイオンビームを用いた表面平坦化加工などを用いて、ＩｎＰ層１０を研磨して薄板化することができる。
【0030】
以上の各工程により、図１に示した構造の複合基板１００が製造される。
【0031】
なお、図３（ｄ）の接合工程と図３（ｆ）の薄板加工工程との間に、接合体を所定温度に加熱するアニーリング工程を実施してもよい。このときの加熱温度は、例えば７５～２５０℃程度が好ましく、より好ましくは１００～２５０℃である。これにより、複合基板１００の接合強度を向上することができる。
【0032】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における複合基板１１０は、第１の実施形態で説明した図１の複合基板１００に対して、ＩｎＰ層１０と支持基板３０の間に酸化膜２０が配置されていない構造を有している。すなわち、複合基板１１０は、複合基板１００における機能性基板１に替えて、ＩｎＰ層１０で構成されて酸化膜２０を含まない機能性基板１ａを有している。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における複合基板１１０は、第１の実施形態で説明した図１の複合基板１００に対して、ＩｎＰ層１０と支持基板３０の間に酸化膜２０が配置されていない構造を有している。すなわち、複合基板１１０は、複合基板１００における機能性基板１に替えて、ＩｎＰ層１０で構成されて酸化膜２０を含まない機能性基板１ａを有している。
【0033】
なお本実施形態でも前述の第１の実施形態と同様に、複合基板１１０は、任意の層をさらに有していてもよい。このような層の種類・機能、数、組み合わせ、配置等は、目的に応じて適切に設定され得る。また、複合基板１１０は、目的に応じて任意の適切な形状で製造され得る。
【0034】
【0035】
図５（ａ）は、複合基板１１０の製造工程のうち準備工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図２（ａ）の工程と同様に、所定厚みのＩｎＰ結晶体からなる機能性基板１を用意する。この機能性基板１は、ＩｎＰの結晶体からなるＩｎＰ層１０と、ＩｎＰ層１０の表面に形成された自然酸化によるＩｎＰの酸化膜２０とを有している。
【0036】
図５（ｂ）は、複合基板１１０の製造工程のうち酸化膜除去・活性化工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図２（ｂ）の工程と同様に、例えば所定厚みの半導体材料からなる半導体基板３０Ａを用意し、図５（ａ）の準備工程で用意した機能性基板１と、半導体基板３０Ａとに対して、それぞれの表面にＡｒ等の希ガスを原子種に用いたＦＡＢを所定時間照射する。本実施形態では、機能性基板１において酸化膜２０が全て除去されてＩｎＰ層１０が表面に露出されるまで、酸化膜２０へのＦＡＢ照射を継続する。このときのＦＡＢの照射時間は、例えば１３秒～２４秒程度が好ましい。これにより、ＩｎＰ層１０と酸化膜２０を有する機能性基板１から、ＩｎＰ層１０のみを有して酸化膜２０を含まない機能性基板１ａが形成される。
【0037】
図５（ｃ）は、複合基板１１０の製造工程のうちスパッタリング工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図２（ｃ）の工程と同様に、図５（ｂ）の酸化膜除去・活性化工程で機能性基板１と半導体基板３０Ａにそれぞれ照射されたＦＡＢのうち、機能性基板１側のＦＡＢ照射を停止し、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに所定時間継続する。これにより、半導体基板３０Ａを構成する半導体材料をスパッタして酸化膜２０が完全に除去された機能性基板１ａの表面、すなわちＩｎＰ層１０の表面に付着させ、機能性基板１ａ側に半導体基板３０Ａと同じ半導体材料からなるスパッタ膜３０Ｂを形成する。
【0038】
図６（ｄ）は、複合基板１１０の製造工程のうち接合工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図３（ｄ）の工程と同様に、図５（ｃ）のスパッタリング工程でスパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１ａと半導体基板３０Ａとを接合する。これにより、半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂが接合されて一体化して支持基板３０が形成され、機能性基板１ａと支持基板３０の接合体が得られる。
【0039】
図６（ｅ）は、図６（ｄ）の接合工程後に得られる接合体を示している。図６（ｄ）の接合工程により、上記のように半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂが一体化することで、これらの接合界面４０を内部に有する支持基板３０が形成され、図６（ｅ）のような接合体が得られる。
【0040】
図６（ｅ）の接合体においても、第１の実施形態で説明した図３（ｅ）の接合体と同様に、機能性基板１ａ（ＩｎＰ層１０）には、第１機能層１１と、第１機能層１１よりも支持基板３０側に配置された第２機能層１２と、が形成される。また、支持基板３０には、接合界面４０に接しない第１支持層３１と、第１支持層３１よりも機能性基板１ａ側に配置されて接合界面４０に接する第２支持層３２と、第２支持層３２よりも機能性基板１ａ側に配置されて接合界面４０に接する接合層３３と、が形成される。
【0041】
図６（ｆ）は、複合基板１１０の製造工程のうち薄板加工工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図３（ｆ）の工程と同様に、図６（ｅ）に示した接合体に対して、機能性基板１ａ（ＩｎＰ層１０）を所定の厚みまで研磨して薄板化する。
【0042】
以上の各工程により、図４に示した構造の複合基板１１０が製造される。
【0043】
【0044】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態において、図７（ａ）に示す複合基板１２０の機能性基板１ｂは、ＩｎＰの結晶体からなるＩｎＰ層１０と、エピタキシャル層５０と、酸化膜６０とを有している。また、図７（ｂ）に示す複合基板１２１は、図７（ａ）の複合基板１２０からＩｎＰ層１０を除去することで形成されたものである。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態において、図７（ａ）に示す複合基板１２０の機能性基板１ｂは、ＩｎＰの結晶体からなるＩｎＰ層１０と、エピタキシャル層５０と、酸化膜６０とを有している。また、図７（ｂ）に示す複合基板１２１は、図７（ａ）の複合基板１２０からＩｎＰ層１０を除去することで形成されたものである。
【0045】
エピタキシャル層５０は、ＩｎＰ層１０上にエピタキシャル成長により形成可能な各種材料（例えば、ＩｎＰ、ＢｅＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＺｎＣｄＳｅ、ＭｇＺｎＣｄＳｅ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓＳｂ、ＩｎＡｌＡｓ等、以下「エピタキシャル材料」と称する）の結晶体からなる層である。これらの材料の結晶体からなる層をエピタキシャル成長によってＩｎＰ層１０上に形成することで、エピタキシャル層５０が形成される。なお、エピタキシャル層５０において複数種類のエピタキシャル材料が混在していてもよい。
【0046】
酸化膜６０は、機能性基板１ｂが支持基板３０に接合される前に、エピタキシャル層５０を構成ずるエピタキシャル材料の一部が空気中で自然酸化することによりエピタキシャル層５０の表面に形成された酸化物の層であり、エピタキシャル層５０と支持基板３０の間に配置される。
【0047】
本実施形態の複合基板１２０は、第１の実施形態で説明した図２（ａ）～図３（ｆ）の各工程と同様の工程で製造される。すなわち、ＩｎＰ層１０、エピタキシャル層５０および酸化膜６０を有する所定厚みの機能性基板１ｂを用意し、この機能性基板１ｂに対して図２（ｂ）の酸化膜除去・活性化工程を行うことで、酸化膜６０の一部を除去して薄くするとともに、機能性基板１ｂおよび半導体基板３０Ａの表面を活性化する。その後、図２（ｃ）のスパッタリング工程と図３（ｄ）の接合工程を実施することで、機能性基板１ｂと支持基板３０との接合体を形成し、この接合体に対して図３（ｆ）の薄板加工工程を実施することで、図７（ａ）に示した構造の複合基板１２０が製造される。
【0048】
複合基板１２０において、機能性基板１ｂは、ＩｎＰの結晶体からなるＩｎＰ層１０で構成される第１機能層５１と、エピタキシャル層５０内に形成された第２機能層５２および第３機能層５３と、を有する。第２機能層５２は主にエピタキシャル材料の結晶体で構成され、第３機能層５３は主にエピタキシャル材料の非晶質体で構成される。なお、第３機能層５３は、酸化膜除去・活性化工程でＦＡＢとして照射されたＡｒ等の希ガス原子を含む層であり、第２機能層５２よりも支持基板３０側に配置されている。
【0049】
また、複合基板１２０において、支持基板３０内には、第１、第２の実施形態でそれぞれ説明した複合基板１００，１１０と同様に、接合界面４０と、第１支持層３１、第２支持層３２および接合層３３とが形成されている。これらは、前述の接合工程で得られる接合体において形成されるものである。
【0050】
さらに、複合基板１２０からＩｎＰ層１０を除去することで、図７（ｂ）に示した構造の複合基板１２１が製造される。ＩｎＰ層１０の除去は、例えばウェットエッチングにより行うことができる。この複合基板１２１において、機能性基板１ｂは、エピタキシャル層５０内に形成された第２機能層５２および第３機能層５３を有する。第２機能層５２は主にエピタキシャル材料の結晶体で構成され、第３機能層５３は主にエピタキシャル材料の非晶質体で構成される。支持基板３０の構造は、複合基板１２０と同様である。
【0051】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態において、図８（ａ）に示す複合基板１３０は、第３の実施形態で説明した図７（ａ）の複合基板１２０に対して、エピタキシャル層５０と支持基板３０の間に酸化膜６０が配置されていない構造を有している。すなわち、複合基板１３０は、複合基板１２０における機能性基板１ｂに替えて、ＩｎＰ層１０およびエピタキシャル層５０で構成されて酸化膜６０を含まない機能性基板１ｃを有している。また、図８（ｂ）に示す複合基板１３１は、図８（ａ）の複合基板１３０からＩｎＰ層１０を除去することで形成されたものである。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態において、図８（ａ）に示す複合基板１３０は、第３の実施形態で説明した図７（ａ）の複合基板１２０に対して、エピタキシャル層５０と支持基板３０の間に酸化膜６０が配置されていない構造を有している。すなわち、複合基板１３０は、複合基板１２０における機能性基板１ｂに替えて、ＩｎＰ層１０およびエピタキシャル層５０で構成されて酸化膜６０を含まない機能性基板１ｃを有している。また、図８（ｂ）に示す複合基板１３１は、図８（ａ）の複合基板１３０からＩｎＰ層１０を除去することで形成されたものである。
【0052】
本実施形態の複合基板１３０は、第２の実施形態で説明した図５（ａ）～図６（ｆ）の各工程と同様の工程で製造される。すなわち、ＩｎＰ層１０、エピタキシャル層５０および酸化膜６０を有する所定厚みの機能性基板１ｂを用意し、この機能性基板１ｂに対して図５（ｂ）の酸化膜除去・活性化工程を行うことで、酸化膜６０を全て除去して機能性基板１ｃを形成するとともに、機能性基板１ｃおよび半導体基板３０Ａの表面を活性化する。その後、図５（ｃ）のスパッタリング工程と図６（ｄ）の接合工程を実施することで、機能性基板１ｃと支持基板３０との接合体を形成し、この接合体に対して図６（ｆ）の薄板加工工程を実施することで、図８（ａ）に示した構造の複合基板１３０が製造される。
【0053】
なお、本実施形態の複合基板１３０においても、第３の実施形態で説明した複合基板１２０と同様に、機能性基板１ｃは、ＩｎＰの結晶体からなるＩｎＰ層１０で構成される第１機能層５１と、エピタキシャル層５０内に形成された第２機能層５２および第３機能層５３と、を有する。また、支持基板３０内には、接合界面４０と、第１支持層３１、第２支持層３２および接合層３３とが形成されている。
【0054】
さらに、複合基板１３０からＩｎＰ層１０を除去することで、図８（ｂ）に示した構造の複合基板１３１が製造される。第３の実施形態と同様に、ＩｎＰ層１０の除去は、例えばウェットエッチングにより行うことができる。この複合基板１３１において、機能性基板１ｃは、エピタキシャル層５０内に形成された第２機能層５２および第３機能層５３を有する。第２機能層５２は主にエピタキシャル材料の結晶体で構成され、第３機能層５３は主にエピタキシャル材料の非晶質体で構成される。支持基板３０の構造は、複合基板１３０と同様である。
【実施例】
【0055】
以下、本発明による複合基板の構造を検証するための実施例を具体的に説明する。なお、特に明記しない限り、下記の手順は室温にて行った。
【0056】
（実施例１）
図２および図３を参照しつつ説明した製造工程に従って、接合体を作製した。具体的には、所定サイズのＩｎＰウェハとＳｉＣウェハを用意し、ＩｎＰウェハを機能性基板１、ＳｉＣウェハを半導体基板３０Ａとしてそれぞれ使用した。
図２および図３を参照しつつ説明した製造工程に従って、接合体を作製した。具体的には、所定サイズのＩｎＰウェハとＳｉＣウェハを用意し、ＩｎＰウェハを機能性基板１、ＳｉＣウェハを半導体基板３０Ａとしてそれぞれ使用した。
【0057】
そして、機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面をそれぞれ洗浄した後、上下に向けてＦＡＢガンがそれぞれ設置された真空チャンバー内において、これらの基板が各ＦＡＢガンの照射範囲内にそれぞれ位置し、かつ、両基板の表面同士が互いに対向する向きとなるように、機能性基板１および半導体基板３０Ａを配置した。この状態で真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きし、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、Ａｒガスを用いたＦＡＢ（加速電圧０．９ｋＶ、電流１００ｍＡ）を同時に１．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０の一部が除去され、元の厚さよりも薄くなった。
【0058】
その後、機能性基板１側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに１８０秒間（合計で１８１．５秒間）継続した。なお、このとき機能性基板１側のＦＡＢ照射の停止前後で真空チャンバーの内圧が変化しないようにするため、機能性基板１側のＦＡＢガンへのＡｒガスの供給を継続した状態で、当該ＦＡＢガンから機能性基板１の表面へのＦＡＢ照射を停止するようにした。その結果、機能性基板１（酸化膜２０）の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
【0059】
次いで、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１と半導体基板３０Ａとを直接接合した。具体的には、両基板のビーム照射面を重ね合わせ、常温において１００００Ｎで２分間加圧して両基板を接合し、接合体を得た。これにより、図１に示した構造の複合基板１００を得た。
【0060】
（実施例２）
図２および図３を参照しつつ説明した製造工程に従い、実施例１よりも機能性基板１へのＦＡＢ照射時間を長くして接合体を作製した。具体的には、実施例１と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に６．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０の一部が除去され、元の厚さよりも薄く、かつ実施例１よりもさらに薄くなった。
図２および図３を参照しつつ説明した製造工程に従い、実施例１よりも機能性基板１へのＦＡＢ照射時間を長くして接合体を作製した。具体的には、実施例１と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に６．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０の一部が除去され、元の厚さよりも薄く、かつ実施例１よりもさらに薄くなった。
【0061】
その後、機能性基板１側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに１８０秒間（合計で１８６．５秒間）継続した。なお、このとき実施例１と同様に、機能性基板１側のＦＡＢ照射の停止前後で真空チャンバーの内圧が変化しないようにするため、機能性基板１側のＦＡＢガンへのＡｒガスの供給を継続した状態で、当該ＦＡＢガンから機能性基板１の表面へのＦＡＢ照射を停止するようにした。その結果、機能性基板１（酸化膜２０）の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
【0062】
次いで、実施例１と同様に、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１と半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図１に示した構造の複合基板１００を得た。
【0063】
（実施例３）
図２および図３を参照しつつ説明した製造工程に従い、実施例１，２よりも機能性基板１へのＦＡＢ照射時間を長くして接合体を作製した。具体的には、実施例１と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に１０．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０の一部が除去され、元の厚さよりも薄く、かつ実施例２よりもさらに薄くなった。
図２および図３を参照しつつ説明した製造工程に従い、実施例１，２よりも機能性基板１へのＦＡＢ照射時間を長くして接合体を作製した。具体的には、実施例１と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に１０．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０の一部が除去され、元の厚さよりも薄く、かつ実施例２よりもさらに薄くなった。
【0064】
その後、機能性基板１側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに１８０秒間（合計で１９０．５秒間）継続した。なお、このとき実施例１，２と同様に、機能性基板１側のＦＡＢ照射の停止前後で真空チャンバーの内圧が変化しないようにするため、機能性基板１側のＦＡＢガンへのＡｒガスの供給を継続した状態で、当該ＦＡＢガンから機能性基板１の表面へのＦＡＢ照射を停止するようにした。その結果、機能性基板１（酸化膜２０）の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
【0065】
次いで、実施例１，２と同様に、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１と半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図１に示した構造の複合基板１００を得た。
【0066】
（実施例４）
図５および図６を参照しつつ説明した製造工程に従って、接合体を作製した。具体的には、実施例１と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に１４．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０が全て除去され、ＩｎＰ層１０のみを有して酸化膜２０を含まない機能性基板１ａが形成された。
図５および図６を参照しつつ説明した製造工程に従って、接合体を作製した。具体的には、実施例１と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に１４．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０が全て除去され、ＩｎＰ層１０のみを有して酸化膜２０を含まない機能性基板１ａが形成された。
【0067】
その後、機能性基板１ａ側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに１８０秒間（合計で１９４．５秒間）継続した。なお、このとき実施例１～３と同様に、機能性基板１ａ側のＦＡＢ照射の停止前後で真空チャンバーの内圧が変化しないようにするため、機能性基板１ａ側のＦＡＢガンへのＡｒガスの供給を継続した状態で、当該ＦＡＢガンから機能性基板１ａの表面へのＦＡＢ照射を停止するようにした。その結果、機能性基板１ａの表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
【0068】
次いで、実施例１～３と同様に、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１ａと半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図４に示した構造の複合基板１１０を得た。
【0069】
（実施例５）
図５および図６を参照しつつ説明した製造工程に従い、実施例４よりも機能性基板１へのＦＡＢ照射時間を長くして接合体を作製した。具体的には、実施例１と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に１８．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０が全て除去され、ＩｎＰ層１０のみを有して酸化膜２０を含まない機能性基板１ａが形成された。
図５および図６を参照しつつ説明した製造工程に従い、実施例４よりも機能性基板１へのＦＡＢ照射時間を長くして接合体を作製した。具体的には、実施例１と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に１８．５秒間照射した。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０が全て除去され、ＩｎＰ層１０のみを有して酸化膜２０を含まない機能性基板１ａが形成された。
【0070】
その後、機能性基板１ａ側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに１８０秒間（合計で１９８．５秒間）継続した。なお、このとき実施例１～４と同様に、機能性基板１ａ側のＦＡＢ照射の停止前後で真空チャンバーの内圧が変化しないようにするため、機能性基板１ａ側のＦＡＢガンへのＡｒガスの供給を継続した状態で、当該ＦＡＢガンから機能性基板１ａの表面へのＦＡＢ照射を停止するようにした。その結果、機能性基板１ａの表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
【0071】
次いで、実施例１～４と同様に、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１ａと半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図４に示した構造の複合基板１１０を得た。
【0072】
なお、上記実施例１～５では、ＦＡＢガンから機能性基板１，１ａおよび半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射を所定時間行った後、機能性基板１，１ａ側のＦＡＢ照射を先に止めることとした。これにより、スパッタ膜３０Ｂの形成に要する時間を、機能性基板１，１ａを冷却する時間に充てることが可能となるため、接合後の複合基板１００，１１０における反りの影響を小さくすることができる。特に、機能性基板１，１ａが半導体基板３０Ａよりも大きな熱膨張係数を有する場合には、機能性基板１，１ａ側のＦＡＢ照射を先に止めることで、接合後の反りの軽減に関してより高い効果を発揮することが可能となる。
【0073】
（比較例１）
本発明の効果を確認するために、比較例１として、実施例１～５と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、機能性基板１側のＦＡＢ照射を行わずに、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射のみを１８０秒間実施した。このときの半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射条件は、実施例１～５と同様とした。その結果、機能性基板１の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
本発明の効果を確認するために、比較例１として、実施例１～５と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、機能性基板１側のＦＡＢ照射を行わずに、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射のみを１８０秒間実施した。このときの半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射条件は、実施例１～５と同様とした。その結果、機能性基板１の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
【0074】
次いで、実施例１～５と同様に、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１と半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図１に示した構造の複合基板１００を得た。
【0075】
（比較例２）
さらに、比較例２として、実施例１～５と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、機能性基板１と半導体基板３０Ａの両方に対してＦＡＢ照射を２４．５秒間実施し、その後、機能性基板１側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに１８０秒間（合計で２０４．５秒間）継続した。このときの半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射条件は、実施例１～５と同様とした。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０が全て除去され、ＩｎＰ層１０のみを有して酸化膜２０を含まない機能性基板１ａが形成されるとともに、機能性基板１ａの表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
さらに、比較例２として、実施例１～５と同様の機能性基板１および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、機能性基板１と半導体基板３０Ａの両方に対してＦＡＢ照射を２４．５秒間実施し、その後、機能性基板１側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに１８０秒間（合計で２０４．５秒間）継続した。このときの半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射条件は、実施例１～５と同様とした。その結果、機能性基板１の表面に形成されている酸化膜２０が全て除去され、ＩｎＰ層１０のみを有して酸化膜２０を含まない機能性基板１ａが形成されるとともに、機能性基板１ａの表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。
【0076】
次いで、実施例１～５と同様に、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１ａと半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図４に示した構造の複合基板１１０を得た。この比較例２の複合基板１１０では、薄板加工工程において接合界面４０に剥がれが生じた。これは、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射時間が長すぎることで、接合界面４０の表面粗さが増大して接合強度が低下したためと考えられる。
【0077】
（積層構造の確認）
実施例１～５と比較例１でそれぞれ作製した複合基板１００，１１０の接合界面４０を含む断面に対して、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察を行うことにより、複合基板１００，１１０の積層構造を確認した。図９（ａ）は比較例１、図９（ｂ）は実施例１、図９（ｃ）は実施例２、図９（ｄ）は実施例３、図９（ｅ）は実施例４、図９（ｆ）は実施例５の観察写真をそれぞれ示している。なお、図９（ａ）～図９（ｄ）に示した比較例１および実施例１～３は、接合後の機能性基板１が酸化膜２０を有する複合基板１００にそれぞれ該当し、図９（ｅ），図９（ｆ）に示した実施例４，５は、接合後の機能性基板１ａが酸化膜２０を有しない複合基板１１０にそれぞれ該当する。
実施例１～５と比較例１でそれぞれ作製した複合基板１００，１１０の接合界面４０を含む断面に対して、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察を行うことにより、複合基板１００，１１０の積層構造を確認した。図９（ａ）は比較例１、図９（ｂ）は実施例１、図９（ｃ）は実施例２、図９（ｄ）は実施例３、図９（ｅ）は実施例４、図９（ｆ）は実施例５の観察写真をそれぞれ示している。なお、図９（ａ）～図９（ｄ）に示した比較例１および実施例１～３は、接合後の機能性基板１が酸化膜２０を有する複合基板１００にそれぞれ該当し、図９（ｅ），図９（ｆ）に示した実施例４，５は、接合後の機能性基板１ａが酸化膜２０を有しない複合基板１１０にそれぞれ該当する。
【0078】
図９（ｂ），図９（ｃ），図９（ｄ）に示す実施例１～３の観察写真から、機能性基板１において、ＩｎＰ層１０の内部には２つの層が形成されていることが分かる。これらの層を支持基板３０に遠い側から順に、第１機能層１１、第２機能層１２とする。また、支持基板３０の内部には３つの層が形成されていることが分かる。これらの層を機能性基板１に遠い側から順に、第１支持層３１、第２支持層３２、接合層３３とする。接合層３３は、機能性基板１の酸化膜２０に接しており、第２支持層３２と接合層３３の間には、前述の接合工程で形成された接合界面４０が存在している。すなわち、接合工程において、接合前の半導体基板３０Ａにおける第２支持層３２の表面と、接合前の機能性基板１において酸化膜２０上に形成されたスパッタ膜３０Ｂの表面とが互いに接合されることで、スパッタ膜３０Ｂが接合層３３となり、接合界面４０を支持基板３０の内部に有する機能性基板１と支持基板３０の接合体が形成される。
【0079】
同様に、図９（ｅ），図９（ｆ）に示す実施例４，５の観察写真からも、機能性基板１ａ（ＩｎＰ層１０）の内部には第１機能層１１と第２機能層１２が形成され、支持基板３０の内部には第１支持層３１、第２支持層３２および接合層３３が形成されるとともに、第２支持層３２と接合層３３の間に接合界面４０が存在していることが分かる。
【0080】
また、図９（ｂ）～図９（ｆ）の観察写真から、ＩｎＰの結晶体からなる第１機能層１１に対して、第２機能層１２は結晶構造を有しておらず、ＩｎＰの非晶質体により構成されていることが分かる。すなわち実施例１～５では、接合前の機能性基板１，１ａにおいて酸化膜除去・活性化工程でＦＡＢが照射された表面から所定深さまでの部分に相当する第２機能層１２は、機能性基板１，１ａの材料であるＩｎＰが非晶質化した層として形成されていることが分かる。
【0081】
同様に、図９（ｂ）～図９（ｆ）の観察写真から、ＳｉＣの結晶体からなる第１支持層３１に対して、第２支持層３２や接合層３３では結晶構造を有しておらず、ＳｉＣの非晶質体により構成されていることが分かる。すなわち実施例１～５では、接合前の半導体基板３０Ａにおいて酸化膜除去・活性化工程およびスパッタリング工程でＦＡＢが照射された表面から所定深さまでの部分に相当する第２支持層３２と、スパッタリング工程で機能性基板１，１ａの表面に形成されたスパッタ膜３０Ｂに相当する接合層３３とは、支持基板３０の材料であるＳｉＣが非晶質化した層としてそれぞれ形成されていることが分かる。
【0082】
一方、図９（ａ）に示す比較例１の観察写真では、機能性基板１においてＩｎＰ層１０が結晶構造を有する第１機能層１１のみで構成されており、実施例１～５のような第２機能層１２がＩｎＰ層１０に形成されていない。すなわち比較例１では、接合前の機能性基板１には酸化膜除去・活性化工程が実施されないため、ＩｎＰの非晶質膜からなる第２機能層１２が形成されていないことが分かる。
【0083】
（酸化膜の厚み）
実施例１～３でそれぞれ作製した複合基板１００について、図９（ｂ），図９（ｃ），図９（ｄ）の観察写真から酸化膜２０の厚みをそれぞれ計測したところ、実施例１では０．９ｎｍ、実施例２，３では０．６ｎｍであった。一方、比較例１では、図９（ａ）の観察写真から酸化膜２０の厚みを計測したところ、１ｎｍであった。すなわち、実施例１～３では、酸化膜除去・活性化工程において酸化膜２０の一部がＦＡＢ照射によって除去されることにより、元の酸化膜２０よりも厚みが少なくなっていることが分かる。なお、実施例４，５では、酸化膜除去・活性化工程において酸化膜２０が全て除去されているため、酸化膜２０の厚みは０である。
実施例１～３でそれぞれ作製した複合基板１００について、図９（ｂ），図９（ｃ），図９（ｄ）の観察写真から酸化膜２０の厚みをそれぞれ計測したところ、実施例１では０．９ｎｍ、実施例２，３では０．６ｎｍであった。一方、比較例１では、図９（ａ）の観察写真から酸化膜２０の厚みを計測したところ、１ｎｍであった。すなわち、実施例１～３では、酸化膜除去・活性化工程において酸化膜２０の一部がＦＡＢ照射によって除去されることにより、元の酸化膜２０よりも厚みが少なくなっていることが分かる。なお、実施例４，５では、酸化膜除去・活性化工程において酸化膜２０が全て除去されているため、酸化膜２０の厚みは０である。
【0084】
（接合層の厚み）
比較例１および実施例１～５でそれぞれ作製した複合基板１００，１１０について、図９（ａ）～図９（ｄ）の観察写真から接合層３３の厚みをそれぞれ計測したところ、比較例１では０．４ｎｍであり、実施例１では０．８ｎｍであり、実施例２～４では０．６ｎｍであり、実施例５では０．７ｎｍであった。
比較例１および実施例１～５でそれぞれ作製した複合基板１００，１１０について、図９（ａ）～図９（ｄ）の観察写真から接合層３３の厚みをそれぞれ計測したところ、比較例１では０．４ｎｍであり、実施例１では０．８ｎｍであり、実施例２～４では０．６ｎｍであり、実施例５では０．７ｎｍであった。
【0085】
比較例１および実施例１～５では、機能性基板１，１ａ側のＦＡＢ照射を停止した後のスパッタリング工程での半導体基板３０Ａ側へのＦＡＢ照射時間は、いずれの場合も１８０秒間である。前述のように接合層３３は、スパッタリング工程において機能性基板１，１ａ側に形成される接合前のスパッタ膜３０Ｂに相当する部分であるため、接合層３３の厚みは、半導体基板３０Ａ側へのＦＡＢ照射時間によって定まると考えられる。したがって、測定誤差等を考慮すると、比較例１，２および実施例１～５における実際の接合層３３の厚みは略等しく、０．６ｎｍ程度と考えられる。
【0086】
（Ａｒピーク間距離）
実施例１～５および比較例２でそれぞれ作製した複合基板１００，１１０の接合界面４０を含む断面に対してＥＤＸ分析を行うことにより、複合基板１００，１１０の構造分析を実施した。その結果、ＦＡＢ照射に用いられた希ガスの元素であるＡｒの含有率は、機能性基板１，１ａ側では第２機能層１２、支持基板３０側では第２支持層３２において、それぞれピークを有していることが分かった。このピーク間の距離は、実施例１では２．２ｎｍ、実施例２では２．８ｎｍ、実施例３では３．２ｎｍ、実施例４では３．５ｎｍ、実施例５では４．０ｎｍ、比較例２では４．６ｎｍであった。
実施例１～５および比較例２でそれぞれ作製した複合基板１００，１１０の接合界面４０を含む断面に対してＥＤＸ分析を行うことにより、複合基板１００，１１０の構造分析を実施した。その結果、ＦＡＢ照射に用いられた希ガスの元素であるＡｒの含有率は、機能性基板１，１ａ側では第２機能層１２、支持基板３０側では第２支持層３２において、それぞれピークを有していることが分かった。このピーク間の距離は、実施例１では２．２ｎｍ、実施例２では２．８ｎｍ、実施例３では３．２ｎｍ、実施例４では３．５ｎｍ、実施例５では４．０ｎｍ、比較例２では４．６ｎｍであった。
【0087】
なお、比較例１で作製した複合基板１００では、機能性基板１側のＦＡＢ照射を行っていないため、ＦＡＢ照射に用いられた希ガスの元素であるＡｒの含有率は、支持基板３０側の第２支持層３２においてのみピークを有し、機能性基板１側にはピークが存在しない。
【0088】
図１０は、実施例１～５および比較例１，２のそれぞれにおけるＦＡＢ照射時間、加工時の接合界面４０の剥がれの有無、酸化膜２０の厚みおよびＡｒピーク間の距離をまとめた表である。図１０の表から、機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間が長くなるほど、Ａｒピーク間距離が増大していることが分かる。
【0089】
（ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係）
図１１は、支持基板３０がＳｉＣで構成される場合の機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を示すグラフである。図１１において、横軸は機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間を表し、縦軸はＡｒピーク間距離を表している。また、黒丸で示した各プロット点７１ａ～７１ｆは、各実施例および各比較例で得られたＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせを示している。具体的には、プロット点７１ａは実施例１、プロット点７１ｂは実施例２、プロット点７１ｃは実施例３、プロット点７１ｄは実施例４、プロット点７１ｅは実施例５、プロット点７１ｆは比較例２のＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせをそれぞれ示している。ただし、前述のように比較例１では機能性基板１側にピークが存在しないため、図１１において比較例１はプロット対象から除外されており、これに対応するプロット点は存在しない。
図１１は、支持基板３０がＳｉＣで構成される場合の機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を示すグラフである。図１１において、横軸は機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間を表し、縦軸はＡｒピーク間距離を表している。また、黒丸で示した各プロット点７１ａ～７１ｆは、各実施例および各比較例で得られたＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせを示している。具体的には、プロット点７１ａは実施例１、プロット点７１ｂは実施例２、プロット点７１ｃは実施例３、プロット点７１ｄは実施例４、プロット点７１ｅは実施例５、プロット点７１ｆは比較例２のＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせをそれぞれ示している。ただし、前述のように比較例１では機能性基板１側にピークが存在しないため、図１１において比較例１はプロット対象から除外されており、これに対応するプロット点は存在しない。
【0090】
プロット点７１ａ～７１ｆを線形補間すると、直線７１が得られる。この直線７１は、接合層３３の厚みが０．６ｎｍの場合における機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を表している。
【0091】
前述のように、接合層３３の厚みは、スパッタリング工程での半導体基板３０Ａ側へのＦＡＢ照射時間によって定まり、この接合層３３の厚みに応じてＡｒピーク間距離も変化する。すなわち、接合層３３の厚みが増減すると、その分だけＡｒピーク間距離も増減すると考えられる。また、複合基板１００，１１０では、接合層３３の厚みが大きいほど機能性基板１，１ａと支持基板３０の接合強度が高くなる。一方、熱伝導性や光伝搬性などを考慮すると、接合層３３の厚みはなるべく小さいことが好ましい。これらの条件から、支持基板３０がＳｉＣで構成される場合には、複合基板１００，１１０における接合層３３の厚みは、０．６ｎｍ～２．７ｎｍ程度の範囲内にあることが望ましい。
【0092】
図１１において、白丸で示した各プロット点７２ａ～７２ｆは、プロット点７１ａ～７１ｆをそれぞれグラフの縦軸方向に沿って、Ａｒピーク間距離の値が２．１ｎｍ増加するようにスライドさせたときのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせを示している。これらのプロット点７２ａ～７２ｆを線形補間すると、直線７２が得られる。この直線７２は、接合層３３の厚みが０．６＋２．１＝２．７ｎｍの場合における機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を表している。
【0093】
図１１に示すグラフ上で、プロット点７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７２ａ，７２ｂおよび７２ｃで囲まれた範囲７３は、例えば実施例１～３のように、酸化膜除去・活性化工程でのＦＡＢ照射により酸化膜２０が元の厚みよりも薄く加工された複合基板１００について、ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせが取り得る範囲を示している。また、プロット点７１ｄ，７１ｅ，７２ｄおよび７２ｅで囲まれた範囲７４は、例えば実施例４，５のように、酸化膜除去・活性化工程でのＦＡＢ照射により酸化膜２０が全て除去された複合基板１１０について、接合強度を保持しつつ、ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせが取り得る範囲を示している。なお、範囲７３と範囲７４の間の範囲では、複合基板１００または複合基板１１０のいずれかに対応している。
【0094】
以上説明したように、支持基板３０がＳｉＣで構成される場合には、実施例１～５に代表される本発明の第１，第２の実施形態に係る複合基板１００，１１０では、ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせが、範囲７３，７４およびこれらの間の範囲のいずれかに含まれている。すなわち、第１，第２の実施形態に係る複合基板１００，１１０では、機能性基板１，１ａ側の第２機能層１２と支持基板３０側の第２支持層３２におけるＡｒピーク間距離の値が、プロット点７１ａからプロット点７２ｅまでの範囲、具体的には２．２ｎｍ以上６．１ｎｍ以下になっている。したがって、支持基板３０において用いられる半導体材料がＳｉＣの場合、Ａｒピーク間距離は２．２ｎｍ以上６．１ｎｍ以下であることが好ましい。
【0095】
なお、図１１では支持基板３０がＳｉＣで構成される場合のＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせを示しているが、支持基板３０が他の半導体材料、例えばＳｉで構成されている場合においても、これらの間には同様の関係が成り立つ。ただし、ＳｉＣとＳｉとでは、ＦＡＢ照射時に支持基板３０内にＡｒが入り込む深さが異なるため、この深さの違いを考慮して、ＦＡＢ照射時間ごとのＡｒピーク間距離の値を補正する必要がある。
【0096】
図１２は、支持基板３０がＳｉで構成される場合の機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を示すグラフである。図１２でも図１１と同様に、横軸は機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間を表し、縦軸はＡｒピーク間距離を表している。また、黒丸で示した各プロット点８１ａ～８１ｆは、前述の各実施例および各比較例で得られたＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせからそれぞれ計算した、支持基板３０がＳｉの場合のＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせを示している。これらのプロット点８１ａ～８１ｆは、図１１のプロット点７１ａ～７１ｆにそれぞれ対応している。同様に、白丸で示した各プロット点８２ａ～８２ｆも、支持基板３０がＳｉの場合のＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせを示している。これらのプロット点８２ａ～８２ｆは、図１１のプロット点７２ａ～７２ｆにそれぞれ対応している。
【0097】
支持基板３０がＳｉの場合、前述の条件から、複合基板１００，１１０における接合層３３の厚みは、０．３ｎｍ～３ｎｍ程度の範囲内にあることが望ましい。図１２において、プロット点８１ａ～８１ｆを線形補間すると、直線８１が得られる。この直線８１は、接合層３３の厚みが０．３ｎｍの場合における機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を表している。同様に、プロット点８２ａ～８２ｆを線形補間すると、直線８２が得られる。この直線８２は、接合層３３の厚みが３ｎｍの場合における機能性基板１，１ａへのＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を表している。
【0098】
図１２に示すグラフ上で、プロット点８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８２ａ，８２ｂおよび８２ｃで囲まれた範囲８３は、図１１の範囲７３と同様に、酸化膜除去・活性化工程でのＦＡＢ照射により酸化膜２０が元の厚みよりも薄く加工された複合基板１００について、ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせが取り得る範囲を示している。また、プロット点８１ｄ，８１ｅ，８２ｄおよび８２ｅで囲まれた範囲８４は、図１１の範囲８３と同様に、酸化膜除去・活性化工程でのＦＡＢ照射により酸化膜２０が全て除去された複合基板１１０について、接合強度を保持しつつ、ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせが取り得る範囲を示している。なお、範囲８３と範囲８４の間の範囲では、複合基板１００または複合基板１１０のいずれかに対応している。
【0099】
以上説明したように、支持基板３０がＳｉで構成される場合には、本発明の第１，第２の実施形態に係る複合基板１００，１１０では、ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の値の組み合わせが、範囲８３，８４およびこれらの間の範囲のいずれかに含まれている。すなわち、第１，第２の実施形態に係る複合基板１００，１１０では、機能性基板１，１ａ側の第２機能層１２と支持基板３０側の第２支持層３２におけるＡｒピーク間距離の値が、プロット点８１ｂからプロット点８２ｅまでの範囲、具体的には２．５ｎｍ以上６．９ｎｍ以下になっている。したがって、支持基板３０において用いられる半導体材料がＳｉの場合、Ａｒピーク間距離は２．５ｎｍ以上６．９ｎｍ以下であることが好ましい。
【0100】
なお、上記ではＩｎＰの結晶体を材料として構成される機能性基板１，１ａを有する複合基板１００，１１０について、ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係を説明したが、第３，第４の実施形態で説明したように、ＩｎＰ層１０上にエピタキシャル材料からなるエピタキシャル層５０が形成された機能性基板１ｂ，１ｃを有する複合基板１２０，１２１，１３０，１３１についても、ＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の間に同様の関係が成り立つ。すなわち、図１１，１２のグラフでそれぞれ示したＦＡＢ照射時間とＡｒピーク間距離の関係は、支持基板３０がＳｉＣまたはＳｉで構成される複合基板１２０，１２１，１３０，１３１についても適用可能である。
【0101】
以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【0102】
（１）複合基板１００～１３１は、ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃと、半導体材料からなり、機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃと接合されて機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃを支持する支持基板３０と、を有する。機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃは、第１の層（第１機能層１１、または第１機能層５１および第２機能層５２）と、第１の層よりも支持基板３０に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層（第２機能層１２または第３機能層５３）と、を有する。支持基板３０は、第１支持層３１と、第１支持層３１よりも機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃに近い側に配置され、希ガス元素を含んだ半導体材料の非晶質体からなる第２支持層３２と、機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃに接しており、半導体材料の非晶質体からなる接合層３３と、を有する。このようにしたので、ＩｎＰやＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体を含む機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃと支持基板３０とが接合層３３を介して接合された複合基板１００～１３１において、機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃの熱を効率よく支持基板３０側に逃がすことが可能な複合基板１００～１３１を実現することができる。
【0103】
また、フォトニクス分野では、Ｓｉからなる光回路を含むＳＯＩ基板とＩｎＰ基板とを直接接合し、この光回路上にＩｎＰを用いた半導体レーザ等のデバイスを作成して光トランシーバーを形成することで、デバイスの小型化を図る技術も開発されている。このような構造のフォトニクスデバイスでは、ＳＯＩ基板とＩｎＰ基板の接合界面を光が伝搬することから、この界面には他の物質が何も挟まれていないか、または何らかの物質が挟まれていたとしても、当該物質には使用する波長帯においてエネルギーロスが小さいことが求められる。そのため、前述の特許文献１に記載された複合基板のように、接合界面にインジウム酸化物等のバリア層が存在することは望ましくない。この点に関して、複合基板１００～１３１では酸化膜２０が除去されているか、または厚みが薄くなっているため、上記の要求を容易に達成可能である。
【0104】
（２）複合基板１００，１１０において、機能性基板１，１ａは、ＩｎＰの結晶体からなる第１機能層１１と、ＩｎＰの非晶質体からなる第２機能層１２と、を有する。この構成において、第１の層は第１機能層１１であり、第２の層は第２機能層１２である。このようにしたので、ＩｎＰの結晶体を材料に用いて構成された機能性基板１，１ａと支持基板３０を直接接合した場合でも、十分な接合強度を得ることが可能な複合基板１００，１１０を実現することができる。
【0105】
（３）複合基板１００において、機能性基板１は、第２の層（第２機能層１２）と支持基板３０との間にＩｎＰの酸化膜２０を有する。このようにしたので、ＩｎＰの自然酸化により形成された酸化膜２０を残しつつ、機能性基板１の熱を効率よく支持基板３０側に逃がすことが可能な複合基板１００を実現できる。
【0106】
（４）複合基板１２０，１３０において、機能性基板１ｂ，１ｃは、ＩｎＰの結晶体からなる第１機能層５１と、第１機能層５１上にエピタキシャル成長により形成された材料の結晶体からなる第２機能層５２と、この材料の非晶質体からなる第３機能層５３と、を有する。この構成において、第１の層は第１機能層５１および第２機能層５２であり、第２の層は第３機能層５３である。このようにしたので、ＩｎＰの結晶体からなるＩｎＰ層１０上にエピタキシャル成長により形成された各種エピタキシャル材料からなるエピタキシャル層５０を有する機能性基板１ｂ，１ｃと支持基板３０を直接接合した場合でも、十分な接合強度を得ることが可能な複合基板１２０，１３０を実現することができる。
【0107】
（５）複合基板１２０において、機能性基板１ｂは、第２の層（第３機能層５３）と支持基板３０との間にエピタキシャル材料の酸化膜６０を有する。このようにしたので、エピタキシャル材料の自然酸化により形成された酸化膜６０を残しつつ、機能性基板１ｂの熱を効率よく支持基板３０側に逃がすことが可能な複合基板１２０を実現できる。
【0108】
（６）複合基板１２１，１３１において、機能性基板１ｂ，１ｃは、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体からなる第２機能層５２と、この材料の非晶質体からなる第３機能層５３と、を有する。この構成において、第１の層は第２機能層５２であり、第２の層は第３機能層５３である。このようにしたので、複合基板１２０，１３０からＩｎＰ層１０をそれぞれ除去して形成される複合基板１２１，１３１においても同様に、機能性基板１ｂ，１ｃと支持基板３０との間に十分な接合強度を得ることができる。
【0109】
（７）複合基板１２１において、機能性基板１ｂは、第２の層（第３機能層５３）と支持基板３０との間にエピタキシャル材料の酸化膜６０を有する。このようにしたので、複合基板１２０と同様に、エピタキシャル材料の自然酸化により形成された酸化膜６０を残しつつ、機能性基板１ｂの熱を効率よく支持基板３０側に逃がすことができる。
【0110】
（８）複合基板１００，１２０，１２１において、酸化膜２０，６０の厚みは１ｎｍ未満であることが好ましい。このようにすれば、接合前の機能性基板１，１ｂにおいて自然酸化により形成された酸化膜２０，６０の一部を除去して薄くし、機能性基板１，１ｂから支持基板３０への熱伝導性を向上させることができる。
【0111】
（９）複合基板１００～１３１において、希ガス元素であるＡｒの含有率は、第２の層（第２機能層１２または第３機能層５３）と第２支持層３２とでそれぞれピークを有する。支持基板３０において用いられる半導体材料がＳｉＣである場合には、これらのピーク間の距離は、２．２ｎｍ以上６．１ｎｍ以下であることが好ましい。また、支持基板３０において用いられる半導体材料がＳｉである場合には、これらのピーク間の距離は、２．５ｎｍ以上６．９ｎｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、接合強度を十分に保持しつつ、機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃの熱を効率よく支持基板３０側に逃がすことが可能な複合基板１００～１３１を実現できる。
【0112】
（１０）ＩｎＰからなる機能性基板１，１ａと、半導体材料から構成されて機能性基板１，１ａを支持する支持基板３０と、を含んで構成される複合基板１００，１１０の製造方法は、機能性基板１の表面に形成されたＩｎＰの酸化膜２０と、半導体材料からなる半導体基板３０Ａの表面とにＦＡＢをそれぞれ照射して、酸化膜２０の少なくとも一部を除去するとともに、機能性基板１，１ａおよび半導体基板３０Ａの表面を活性化するする酸化膜除去・活性化工程（図２（ｂ）、図５（ｂ））と、酸化膜除去・活性化工程に続いて実施され、機能性基板１，１ａの表面に対するＦＡＢの照射を停止した後、半導体基板３０Ａの表面に対するＦＡＢの照射を継続して、機能性基板１，１ａの表面に半導体材料をスパッタリングするスパッタリング工程（図２（ｃ）、図５（ｃ））と、スパッタリング工程により半導体材料がスパッタリングされた機能性基板１，１ａと半導体基板３０Ａとを接合して接合体を得る接合工程（図３（ｄ）、図６（ｄ））と、を含む。このようにしたので、半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂとを一体化することで支持基板３０を形成し、複合基板１００，１１０を作製することができる。
【0113】
（１１）ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成された材料を有する機能性基板１ｂ，１ｃと、半導体材料から構成されて機能性基板１ｂ，１ｃを支持する支持基板３０と、を含んで構成される複合基板１２０，１３０の製造方法は、機能性基板１ｂの表面に形成されたエピタキシャル材料の酸化膜６０と、半導体材料からなる半導体基板３０Ａの表面とにＦＡＢをそれぞれ照射して、酸化膜６０の少なくとも一部を除去するとともに、機能性基板１ｂ，１ｃおよび半導体基板３０Ａの表面を活性化するする酸化膜除去・活性化工程と、酸化膜除去・活性化工程に続いて実施され、機能性基板１ｂ，１ｃの表面に対するＦＡＢの照射を停止した後、半導体基板３０Ａの表面に対するＦＡＢの照射を継続して、機能性基板１ｂ，１ｃの表面に半導体材料をスパッタリングするスパッタリング工程と、スパッタリング工程により半導体材料がスパッタリングされた機能性基板１ｂ，１ｃと半導体基板３０Ａとを接合して接合体を得る接合工程と、を含む。このようにしたので、半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂとを一体化することで支持基板３０を形成し、複合基板１２０，１３０を作製することができる。
【0114】
なお、以上説明した本発明の各実施形態では、酸化膜除去・活性化工程において、第１のＦＡＢガンから機能性基板１，１ｂの表面へのＦＡＢの照射と、第２のＦＡＢガンから半導体基板３０Ａの表面へのＦＡＢの照射と、を同時に行っている。これにより、半導体基板３０Ａの表面に形成されている酸化膜などの不純物が、機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃの表面に付着してしまうことを抑制できる。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、先に第１のＦＡＢガンから機能性基板１，１ｂ側へのＦＡＢ照射を開始し、それより所定時間だけ遅らせて第２のＦＡＢガンから半導体基板３０Ａ側へのＦＡＢ照射を開始して、その後に機能性基板１，１ａ，１ｂ，１ｃ側のＦＡＢ照射を先に止めるという方法を採用してもよい。このようにしても、前述と同様な効果が得られる。
【0115】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、任意の構成要素を用いて実施可能である。
【0116】
上記の実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【0117】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ：機能性基板
１０：ＩｎＰ層
１１：第１機能層
１２：第２機能層
２０：酸化膜
３０：支持基板
３０Ａ：半導体基板
３０Ｂ：スパッタ膜
３１：第１支持層
３２：第２支持層
３３：接合層
４０：接合界面
５０：エピタキシャル層
５１：第１機能層
５２：第２機能層
５３：第３機能層
６０：酸化膜
１００，１１０，１２０，１２１，１３０，１３１：複合基板
１０：ＩｎＰ層
１１：第１機能層
１２：第２機能層
２０：酸化膜
３０：支持基板
３０Ａ：半導体基板
３０Ｂ：スパッタ膜
３１：第１支持層
３２：第２支持層
３３：接合層
４０：接合界面
５０：エピタキシャル層
５１：第１機能層
５２：第２機能層
５３：第３機能層
６０：酸化膜
１００，１１０，１２０，１２１，１３０，１３１：複合基板
【要約】
複合基板は、ＩｎＰと、ＩｎＰの結晶体上にエピタキシャル成長により形成可能な材料の結晶体と、の少なくとも一方を含んで構成される機能性基板と、半導体材料からなり、機能性基板と接合されて機能性基板を支持する支持基板と、を有する。機能性基板は、第１の層と、第１の層よりも支持基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有する。支持基板は、第１支持層と、第１支持層よりも機能性基板に近い側に配置され、希ガス元素を含んだ半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、機能性基板に接しており、半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】