JP2658493B2 - エピタキシャル層と基板の分離方法 - Google Patents

エピタキシャル層と基板の分離方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は基板上に形成したエピタキシャル層を含む半
導体素子製造工程に係り、特にエピタキシャル層と基板
の分離方法に関するものである。
[従来の技術] 通常、半導体デバイスの多くのものは、薄膜エピタキ
シャル層を含む。第2図はその一例で、GaAs系材料を使
用した赤色発光ダイオードの断面図である。
p型GaAs基板21の上にp型GaAlAsエピタキシャル層2
2,n型GaAlAsエピタキシャル層23の薄膜が形成されてい
る。薄膜の形成方法としては液相エピタキシー法(LP
E),気相エピタキシ−法(VPE),有機金属エピタキシ
−法(MOVPE),分子線エピタキシ−法(MBE)等があ
り、いずれかが採用される。
素子の動作は、通常、このエピタキシャル層で行われ
る。第2図の例では、p型GaAlAsエピタキシャル層22と
n型GaAlAsエピタキシャル層23との接合部近傍で発光す
る。
従って、素子としてはエピタキシャル層のみ必要であ
り、基板21は不必要となる場合が多い。また基板21中を
流れる漏れ電流や基板21中に熱が蓄積されることにより
素子特性が劣化する場合がある。このような理由から基
板21を取り除き、エピタキシャル層22,23のみを残す工
夫がなされている。
その方法として、従来、基板切削法,選択エッチ
ング法,CLEFT法,PFT法の4つがあった。
の基板切削法は、エピタキシャル層側をガラス板や
ウェハに貼りつけ、基板を切削ないし研磨してこれを除
去するものである。基板の厚さは、通常、数百μm以上
である。これに対して、エピタキシャル層は数μm程度
と薄い。切削・研磨によってエピタキシャル層のみ残す
には、相当な加工精度技術が要求される。特に、基板の
厚さが一様でなかったり、基板とエピタキシャル層界面
が平坦でない場合、切削・研磨によってエピタキシャル
層のみ残すのは不可能に近い。
の選択エッチングは、エピタキシャル層側をガラス
板やウェハに貼り付け、エッチング液に浸漬して基板を
溶融除去するものである。この場合、基板のみを溶解
し、エピタキシャル層及び貼り付け板には影響を及ぼさ
ない液を使用しなければならないため、エッチング液は
ごく狭い範囲に限定される。基板とエピタキシャル層,
貼り付け板の材料の組み合わせによっては、適当なエッ
チング液がない場合も多い。また、一般に半導体のエッ
チング液は毒性の強いものが多く安全上も好ましくな
い。例えば、選択エッチング液として良く使われるHF
は、極めて毒性の強いことで知られている。
CLEFT法(Cleavage of Lateral Epitaxial Films f
or Transfer法)は、カーボンストライプ上へのエピタ
キシャル層のover-growthを利用したものである。半導
体基板上にカーボン層を形成し、この上にエピタキシャ
ル層を成長させる。そして、エピタキシャル層側を固定
用基板に貼り付けた後、この固定用基板と半導体基板と
をそれぞれ2枚の支持台に貼り付け、両支持台間にくさ
びを入れて、半導体基板とエピタキシャル層とを剥離す
る。基板からエピタキシャル層を機械的に剥ぎとるの
で、危険性を伴うと共に操作性が悪い。
PFT(Peeled Film Technology:剥離薄膜法)は、例
えばGaAs基板上にGa0.3Al0.7As層を5μm、さらにその
上に必要な太陽電池構造を液相成長法により形成する。
その後、表面をワックスで覆い選択エッチング液(HF)
の中に浸す。HFは中間層のGa0.3Al0.7Asのみをエッチン
グするため、上部の薄膜(〜20μm)が基板から剥離す
る。基板はその後、何10回も使うことができるが、エッ
チング液HFは既述したように、毒性が極めて高く安全上
好ましくない。
[発明が解決しようとする課題] 上記した従来の〜の基板除去方法によると次のよ
うな欠点があった。
の研磨法,の選択エッチング法のいずれかの方法
を使用しても、基板は切削・研磨あるいは溶解されて無
くなってしまうので、再度利用することはできない。そ
の結果、基板として特に高価な化合物半導体基板を用い
る場合には、資源の有効利用が図れなかった。
のCLEFT法,のPFT法を使用すると、基板の再利用
が可能となるものの、では機械的に剥離するため再現
性や作業性に問題があり、また、ではエッチング液の
毒性が強く安全性に欠けるという問題があった。
本発明の目的は、特にPFT法を改善することによっ
て、前記した従来技術の欠点を解消し、簡易、かつ安全
に基板とエピタキシャル層とを分離することが可能なエ
ピタキシャル層と基板の分離方法を提供することにあ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明の要旨は、基板と、エピタキシャル層との間に
AlAs系より成る分離層を成長し、分離作業時に水または
酸・アルカリ系等の溶解液によってAlAs系層を分離する
ことにあり、それによって分離作業を大幅に簡便かつ正
確にし、かつ基板の再利用を可能せしめるものである。
即ち、本発明のエピタキシャル層と基板の分離方法
は、基板上にAl及びAsを含む化合物の薄膜を分離層とし
て成長し、その上にエピタキシャル層を成長した後、上
記分離層を非毒性で分離層のみを低化学反応で溶かす溶
解液に浸して除去し、分離層上のエピタキシャル層と基
板とを分離するようにしたものである。
そして、上記分離層に使用する化合物をAlAsとする
他、Alの混晶比が0.9以上のGaAlAs,InAlAs,GaAlAsP,InA
lAsPのいずれか1つとすることもできる。
また、分離層に使用する化合物の溶解液は0℃以上の
水とすることもできるが、これ以外に酸・アルカリ系薬
品液(Hcl,H2SO4,HNO3,NH4(OH),NaOH,KOH)または
その水溶液、あるいは水溶性有機溶剤(メタノール,エ
タノール,アセトン)または、水溶性有機溶剤と水との
混合液でもよい。
ここで、Alの混晶比を0.9以上としたのは、上記した
化学反応性の低い溶解液で分離層のみを有効に溶解させ
るためである。
また、上記分離層上に成長させるエピタキシャル層の
材料はGaAsまたはGaAlAsであることが好ましい。
さらに、上記基板の材料はGaAsをはじめ、その他にGa
InP,ZnSe,ZnCdSe,CuAlSe2のいずれかにすることもでき
る。
[作用] AlAsは温水,酸,アルカリ等と反応して分解しアルシ
ン等を生じる。また、Al及びAsを含む化合物もAlの混晶
比が高いと同様に分解する。
従って、基板上にAl及びAsを含む化合物、例えばAlAs
やAlの混晶化が0.9以上のGaAlAs,InAlAs,GaAlAsPまたは
InAlAsPのいずれかから成る薄膜を分離層として成長
し、更にその上にエピタキシャル層を成長してウェハを
作製する。ウェハ表面にはエピタキシャル層を保護する
保護板を貼り付ける。
そして、上記分離層に使用する化合物を溶解するが、
上記保護板,エピタキシャル層,基板を溶解せず、しか
も毒性のない溶解液、例えば水,酸・アルカリ系液,酸
・アルカリ系液の水溶液,水溶性有機溶剤,または水溶
性有機溶剤と水との混合液に上記ウェハを浸すと、分離
層が分解・除去されて分離層上のエピタキシャル層と基
板とが分離する。
[実施例] 以下、本発明の実施例を説明する。
本実施例では、GaAs基板とGaAlAsエピタキシャル層と
の間に分離層としてAlAsエピタキシャル層を介在させ、
GaAlAsエピタキシャル層側表面に、水溶性でない接着剤
にて保護板を接着し、これを常温の水に浸す。すると、
分離層が水によって分解し、基板とエピタキシャル層と
が分離する。
さて、本実施例を第1図および第3図〜第5図を用い
て具体的に説明する。なお、ここでは赤色発光ダイオー
ドのエピタキシャル層と基板とを分離した例について説
明する。
10mm角のp型GaAs基板1上にAlAsエピタキシャル層4
を10μmの厚さで成長し、その上にそれぞれ5μm厚の
n型GaAlAsエピタキシャル層3,p型GaAlAsエピタキシャ
ル層2を成長した。このとき、GaAs、AlAs、GaAlAsはい
ずれも同程度の格子定数を有するため(GaAs:5.61Å,Al
aAs:5.662Å,GaAlAsはGaAsとAlAsの中間)、結晶性のよ
いエピタキシャル層を形成することができた(第1
図)。
このエピタキシャルウェハのp型GaAlAsエピタキシャ
ル層2の表面にガラス板6を高分子接着剤5を用いて貼
り合わせた(第3図)。
これを常温で水に浸漬して、数分毎に攪拌したとこ
ろ、数時間で分離層としてのAlAsエピタキシャル層4が
分解し、エピタキシャル層2,3と基板1とを共に溶解さ
せることなく分離することができた(第4図及び第5
図)。
以上述べたように本実施例によれば、基板と、エピタ
キシャル層との間にAlAsより成る分離層を成長し、分離
作業時に水によりAlAs層を分解して分離作業を行うよう
にしたので、機械的に剥離を伴わず再現性や作業性が良
好であり、また、エッチング液も毒性がないので安全性
が確保される。
また、基板は溶解せずに残り再利用ができるため、材
料費の大幅低減と資源の有効利用が図れる。特に基板材
料として埋蔵量の少ないGaやInを用いる場合には特に有
用である。
さらに、従来の基板切削法等に比べ、基板除去作業が
著しく簡便になり製造コストを大幅に低減できる。
なお、本発明に用いるエピタキシャル用基板はAlAsを
成長することができるものならば材料は問わない。特に
GaAsのようにAlAsに格子定数が近いものであれば、良好
な結晶性が得られるため極めて有効である。格子定数が
近い結晶としては、GaAsの他GaInP、ZnSe、ZnCdSe、CuA
lSe2等が挙げられる。また、これらの結晶よりやや格子
定数の差が大きい結晶(例えばSi、InPGaP、ZnS)の場
合でも、格子不整合による欠陥が導入されるが、単結晶
を得ることは可能である。
同様にAlAsエピタキシャル層上に成長するエピタキシ
ャル層も、可能な材料なら何でも良い。良好な結晶性を
得るには、格子定数が近いものが良く、GaAs、GaAlAs、
GaInP、ZnSe、ZnCdSe、CuAlSe等のエピタキシャルには
極めて有用である。
[発明の効果] 以上、本発明によれば次のような効果を発揮する。
(1)分離作業時、危険な薬品や機械的工程が入らない
ので安全性に優れる。
(2)エピタキシャル層と異なる材料の基板との接合が
容易にできるので、新規の素子を容易に製造できる。
(3)毒性の強いHFなどのエッチング液と異なり、化学
反応の少ない水,酸・アルカリないし水溶性有機溶剤を
用いているので化学的作用により性能が劣化することが
なく、安全性も高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を適用するために分離層を介在させ
た赤色発光ダイオード用のエピタキシャル層付ウェハー
の一例を示す断面図、第2図はエピタキシャル層を基板
上に成長した赤色発光ダイオードの従来例を示す断面
図、第3図は第1図に示すエピタキシャル層付ウェハに
ガラス板を貼り付けた時の断面図、第4図は第3図に示
したウェハを水に浸漬した時の様子を示す説明図、第5
図は第4図に示した水への浸漬後、AlAs層が分解しエピ
タキシャル層と基板とを分離した時の様子を示す断面図
である。 1はp型GaAs基板、2はp型GaAlAsエピタキシャル層、
3はn型GaAlAsエピタキシャル層、4は分離層としての
AlAsエピタキシャル層、5は高分子接着剤、6はガラス
板、7は水である。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にAl及びAsを含む化合物の薄膜を分
    離層として成長し、 その上にエピタキシャル層を成長した後、 上記分離層を非毒性で分離層のみを低化学反応で溶かす
    溶解液に浸して除去し、 分離層上のエピタキシャル層と基板とを分離するように
    したことを特徴とするエピタキシャル層と基板の分離方
    法。
  2. 【請求項2】上記分離層に使用する化合物がAlAsである
    請求項1に記載のエピタキシャル層と基板の分離方法。
  3. 【請求項3】上記分離層に使用する化合物がGaAlAs,InA
    lAs,GaAlAsP,InAlAsPのいずれか1つで、そのAlの混晶
    比が0.9以上の混晶である請求項1に記載のエピタキシ
    ャル層と基板の分離方法。
  4. 【請求項4】上記溶解液が水である請求項1ないし3の
    いずれかに記載のエピタキシャル層と基板の分離方法。
  5. 【請求項5】上記溶解液が酸もしくはアルカリ系液のい
    ずれか、または、酸もしくはアルカリ系液と水との混合
    液である請求項1ないし3のいずれかに記載のエピタキ
    シャル層と基板の分離方法。
  6. 【請求項6】上記溶解液が水溶性有機溶剤または水溶性
    有機溶剤と水との混合液である請求項1ないし3のいず
    れかに記載のエピタキシャル層と基板の分離方法。
  7. 【請求項7】上記分離層上に成長させるエピタキシャル
    層の材料がGaAsまたは/およびGaAlAsである請求項1な
    いし6のいずれかに記載のエピタキシャル層と基板の分
    離方法。
  8. 【請求項8】上記基板の材料がGaAs,GaInP,ZnSe,ZnCdS
    e,CuAlSe2のいずれかである請求項1ないし7に記載の
    エピタキシャル層と基板の分離方法。
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