JP4075398B2

JP4075398B2 - 支持基板の剥離方法

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Publication number: JP4075398B2
Application number: JP2002039267A
Authority: JP
Inventors: 健桂木
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003243776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）の単体基板を得る方法であって、特に研削を利用した剥離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、サファイアのような窒化物半導体と格子定数の異なる基板上に、窒化物半導体を成長させた窒化物半導体基板よりサファイアを除去することで得られる窒化物半導体の単体基板が注目されている。窒化物半導体の単体基板とすることで反りを少なくすることができ、更に劈開性が容易になるためである。
【０００３】
窒化物半導体の単体基板を得る方法、つまり窒化ガリウム等の窒化物半導体と基板とを分離（剥離）する方法にはレーザ照射を利用したものがある。サファイア等の基板上に窒化ガリウムを成長させた後、サファイア基板側からＫｒｆパルスエキシマレーザを照射する。これにより、サファイアと窒化ガリウムとが接している密着面で窒化ガリウムがレーザ光を吸収して窒化ガリウムの分解が生じ、窒化ガリウムからサファイア基板を剥離するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記レーザ照射による基板の除去方法であれば、例えば、窒化ガリウムの単体基板を形成する場合に窒化ガリウムの分解によって発生する窒素ガスのガス圧によりサファイアが割れ、この割れが原因でサファイアと接触している窒化ガリウム面に欠陥が生じる。このような欠陥傷が窒化ガリウム等の表面にあると、例えばマイクロクラックと呼ばれる微小な割れなどが発生する場合がある。このような割れが発生すると、発光素子などにおいては寿命特性などの素子特性の低下や、歩留まりの低下等を引き起こすことが考えられる。またレーザ照射装置は高価であり、ここで使用するガスが有毒であるため環境によくない。また、サファイア上に窒化物半導体を成長後、サファイア側を全面研削すればサファイアと窒化物半導体との格子定数差により反りが大きくなり割れや欠けがサファイアから窒化物半導体まで伝播してしまう。このため、全面研削による窒化物半導体の単体基板を得るのは困難である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、基板上に成長させた窒化物半導体に割れや欠け等のダメージを与えることなく異種基板を除去する方法を提供することである。さらに、本発明で得られる窒化物半導体の単体基板は、低転位であって結晶性のよい窒化物半導体である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は窒化物半導体の単体基板を得る方法に剥離方法を用いる。窒化物半導体を有する支持基板から当該支持基板を前記窒化物半導体との応力差によって剥離する方法であって、前記支持基板上に断面形状がＴ字形状となるＴ字柱の窒化物半導体と、該Ｔ字柱の両翼下部に空洞を介在させた状態で、前記Ｔ字柱の窒化物半導体上に、更に窒化物半導体と、を成長させる工程と、前記窒化物半導体を有する支持基板と砥石とを回転させながら互いに押し当て前記支持基板を裏面から外周研削する工程と、を備えるものである。支持基板を全面研削すれば支持基板上に形成した窒化物半導体にダメージを与えることになり、窒化物半導体には割れや欠け、更には支持基板の割れからせん断応力が発生することで窒化物半導体のえぐれ傷等が生じる。そのため、本発明では研削する領域を支持基板の外周とした。発光素子や受光素子等に用いる窒化物半導体の直下となる内心部の支持基板は研削しないことで、前記ダメージを抑制し、研削時に発生する窒化物半導体の割れや欠け、えぐれ傷、すべり等による窒化物半導体の特性低下や歩留まり低下を低減させる。
【０００７】
前記支持基板の剥離方法は、外周研削の研削幅が以下の式で示す範囲であることを特徴とする。支持基板の径（１）、第１の窒化物半導体の径（２）、第２の窒化物半導体の径（３）、研削範囲（４）の関係は、（１）≧（２）≧（４）≧（３）とする。前記研削幅は支持基板や窒化物半導体の径によって変化するため、上記式を満たせば特に限定されないが、外周研削の研削幅が上記（２）以上（３）以下であれば、支持基板の剥離作用が起こりやすい。これは、支持基板と窒化物半導体との接触面にある応力が支持基板の外周研削により変化したためである。研削幅つまり研削範囲が（３）より狭ければ支持基板が剥離するほどの前記応力変化が発生せず、また（２）を越える範囲であれば切削抵抗等による第１・第２の窒化物半導体へのダメージや窒化物半導体の直下の支持基板の割れが生じるため研削が困難となる。
【０００８】
前記支持基板の剥離方法における研削速度は５０μｍ／ｍｉｎ以上２００μｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする。前記範囲であれば、窒化物半導体の特性を低下させることなく、単体基板を得ることができる。研削速度（砥石の送り速度）が５０μｍ／ｍｉｎより遅ければ研削速度が遅くなり研削時間が大幅に増える。また外周研削にムラができ、支持基板が外周部位毎のバランスが保てずに剥離前に支持基板が割れてしまう。この割れは窒化物半導体にも伝播することになる。また２００μｍ／ｍｉｎより速ければ、短時間で研削ができるものの、窒化物半導体への負荷も大きいため特性低下となる。
【０００９】
前記外周研削の研削速度は少なくとも２段階あり、後半の研削速度を前半の研削速度より上げることを特徴とする。好ましくは、支持基板の研削により支持基板の外周膜厚が研削前の１／２以下になれば研削速度を上げる。具体的には後半の研削速度は８０μｍ／ｍｉｎ以上２００μｍ／ｍｉｎ以下とする。この範囲であれば、支持基板と窒化物半導体との接触界面での剥離がしやすくなる。支持基板が割れて剥離するのではなく、支持基板と窒化物半導体との応力差を大きくして剥離するために窒化物半導体を割れ等がなく得ることができる。
【００１０】
前記窒化物半導体は支持基板上に少なくとも第１の窒化物半導体、その上に第２の窒化物半導体を具備したものである。前記第１の窒化物半導体の膜厚は限定しなくてもよいが、１００μｍ以上とすれば剥離後のデバイス加工が容易となり好ましい。これにより、研削時に生じる第２の窒化物半導体へのダメージ低減効果を有する。
【００１１】
また第１の窒化物半導体の径φ１と第２の窒化物半導体の径φ２とはφ２≦φ１である。支持基板の外周研削は第１の窒化物半導体より内側を研削する。これは、支持基板と窒化物半導体との内部応力差を考慮したからである。第１の窒化物半導体の外周にはダメージを直接受ける領域ができる。このダメージが割れ等となって窒化物半導体の成長方向に伝播する。前記伝播を防ぐには第２の窒化物半導体の径を小さくする必要があり、以上の理由から前記φ２≦φ１となる。より好ましくは研削除去後に形成される支持基板の径よりも第２の窒化物半導体の径φ２が小さいものとする。第２の窒化物半導体に発光層又は活性層を含む場合には研削範囲の直下方向（支持基板上の窒化物半導体形成方向）には第２の窒化物半導体を存在させないためである。また、支持基板と第１の窒化物半導体、第２の窒化物半導体のそれぞれの接触面には転位低減層を介してもよい。
【００１２】
転位低減層とは、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法などの横方向成長で転位を低減させた結晶性の良好な層である。以下に転位低減層の一例を示す。まず、マスクをパターン形成した後、マスクの開口部から窒化物半導体を成長させる。窒化物半導体はマスク上では横方向に成長が進む。ここで成長を止め、マスクを除去することにより窒化物半導体のＴ字柱を形成する。Ｔ字柱の両翼部分は低転位である。その後、Ｔ字柱上に平坦層を成長させるものである。平坦層には貫通転位が延びず低転位の領域を広範囲で形成することができる。また前記Ｔ字柱は支持基板等の下層との接触界面が柱部のみである。そのため、格子定数や熱膨張係数の違う材質同士の接着面には応力が少なく、更にＴ字両翼の下部には空間が形成されることでエアギャップの効果を有し、ウェハー全体の反りを均等に緩和させることができる。このような転位低減層は研削工程を容易にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本実施形態における支持基板の剥離方法は、前記支持基板を裏面から外周研削するものである。外周研削の条件としては、前記外周研削の研削幅が外周φ３０％以下である。また研削速度は５０μｍ／ｍｉｎ以上２００μｍ／ｍｉｎ以下である。さらに外周研削の研削速度は少なくとも２段階であることが好ましい。
【００１４】
前記窒化物半導体は支持基板上に少なくとも第１の窒化物半導体、その上に第２の窒化物半導体を具備したものである。また前記第１の窒化物半導体の径φ１と、第２の窒化物半導体の径φ２はφ２≦φ１であることが好ましい。窒化物半導体はＬＥＤやＬＤ等の発光素子、また受光素子など特に限定されるものではない。
【００１５】
上記構成とすることで、窒化物半導体の単体基板を得ることが出来る。支持基板は剥離除去するため、当該支持基板には硬く劈開性や放熱性の悪い性質を有する材料を用いることが可能となる。この外周研削は、支持基板を最後まで削る必要はなく、支持基板の膜厚に対して３／４以上削れば支持基板と窒化物半導体とを分離することができる。時間の効率もよくなる。研削工程を以下に示す。窒化物半導体の成長面を保護膜でコーティング後、この面を研削治具（例えば、ＳＵＳ製）へマウントする。マウント（貼り合わせ）にはワックス等を用いる。上記マウントは治具に対して中心にされていることが好ましい。外周研削は厚みが３／４まで到達後、支持基板は完全に除去される。その後、端部をダイサーカットする。このダイサーカットで窒化物半導体の厚み誤差を少なくする。次に窒化物半導体のアンマウントを１５０℃で行い、ワックス洗浄をする。さらに、窒化物半導体の剥離面の鏡面研磨を行う。これは、研削時に発生した小傷の除去、または劈開を容易にするためである。
【００１６】
以下、図を用いて支持基板の剥離方法を各工程ごとに説明する。
【００１７】
図１は支持基板１上に第１の窒化物半導体２、第２の窒化物半導体３、第３の窒化物半導体４を形成したものである。ここでは、第１の窒化物半導体２と第２の窒化物半導体３とを転位低減層とし、第３の窒化物半導体４をＬＤ素子としたがこれに限定されない。転位低減層を介して多層構造としてもよく、また２層構造として第２の窒化物半導体３がＬＤ素子であってもよい。支持基板１としては、窒化物半導体をエピタキシャル成長することが可能であれば、特に限定されない。サファイアは劈開性が良くないが、剥離することで後工程では窒化物半導体の単体基板となるため、使用可能となる。支持基板の具体例には、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）のような絶縁性基板、その他にはＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、または窒化物半導体と格子接合する酸化物基板等である。
【００１８】
支持基板１の径は特に限定されない。膜厚は上に形成する窒化物半導体の膜厚にもよるが、好ましくは３００μｍ以上である。この膜厚より薄ければ窒化物半導体を形成後に支持基板の反りが大きくなり、後のデバイス工程が困難となる。
【００１９】
また、支持基板１上に転位低減層を介して窒化物半導体を形成してもよい。この転位低減層にはバッファー層や横方向成長層、その他に２段階成長層がある。まず、バッファー層（図示されない）は一般式Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファー層の成長温度は３００℃〜９００℃の温度で、膜厚１０オングストローム〜５μｍ、好ましくは１０オングストローム〜０．５μｍで成長させる。このバッファー層を多層膜で成長させてもよい。バッファー層は支持基板１と第１の窒化物半導体２との格子定数差を緩和する効果がある。そのため、第１の窒化物半導体を低転位で成長させることができる。
【００２０】
前記転位低減層の１つである横方向成長層には幾つかの成長方法がある。第１の方法には、窒化物半導体が成長しにくい材質から成るマスクをパターン形成後、マスクの開口部より窒化物半導体を成長させる。この窒化物半導体はマスク上で横方向に成長する。隣り合う窒化物半導体同士が横方向成長することで接合し平坦化させて横方向成長層とする。第２の方法には、窒化物半導体に凹凸を形成後、さらに窒化物半導体を成長させるものである。この方法は、マスクを使用しなくとも窒化物半導体の側面より横方向に成長させて横方向成長層とするものである。第３の方法には、図３に示すようにマスクをパターン形成後、マスクの開口部より成長させた窒化物半導体を横方向成長が接合する前に成長を止める。その後、マスクを除去させ空洞を形成する。次に窒化物半導体を再成長させて横方向成長層とする。
【００２１】
２段階成長層は窒化物半導体の成長速度差を利用して転位を減らすものである。成長速度の速い第１の層上に成長速度の遅い第２の層を形成することで下から延びてきた転位の進行方向を横方向に変えて転位同士でループを形成して転位低減させるものである。
【００２２】
本発明の実施形態において転位低減層は支持基板にバファー層を成長後、前記第３の方法による横方向成長層を形成するものが好ましい。前記第３の方法は転位を低減するだけでなく、横方向成長層下には空洞を有するため支持基板と窒化物半導体との熱膨張係数の差から生じるウェハーの反りが緩和する。さらに、前記空洞は規則的に形成されており、反りの緩和はウェハー全体を均等にすることができる。そのため、窒化物半導体を形成後の研削を容易であって、かつ再現性を良くする。以下に第３の方法を詳細に示す。
【００２３】
まず、図３（ａ）に示すように、支持基板１上にバッファー層を介して部分的にマスクを形成する。尚、前記バッファー層は省略してもよい。
【００２４】
前記マスクの材料には、マスク上で窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有する材料を使用する。例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の酸化物、窒化物、又はこれらの多層膜、その他には１２００℃以上の融点を有する金属であるタングステンやモリブデン等を用いることができる。
【００２５】
このマスクの形成方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及び、蒸着法を用い、マスクを支持基板上に成膜し、その後、レジストを塗布して、フォトリソグラフィによりマスクを所定の形状であるストライプ状、ドット状、格子状、又は多角形状にするためにエッチングする。マスク幅はストライプ幅を５〜５０μｍとし、マスクの開口部の幅も５〜５０μｍとする。また、マスクの形状が格子状であれば、格子幅も同様に５〜５０μｍとできる。このマスクは後工程でＴ字柱を形成した後、除去して空洞を形成する。そのため、この空洞を形成するにはマスクの膜厚には０．０５μｍ〜１０μｍが必要となる。マスクをストライプ状に形成する場合には、支持基板をサファイア基板とすれば、オリフラ面をサファイアのＡ面とし、このオリフラ面の垂直軸に対して左右どちらかに、θ＝０°〜２°、好ましくはθ＝０．１°〜１°ずらしてストライプを形成すると、窒化物半導体に荒れが生じることなく、より平坦化させることができる。
【００２６】
次に、図３（ｂ）に示すように、マスクの開口部より窒化物半導体を成長させ、断面形状がＴ字形状となるＴ字柱を形成する。支持基板との接合部である成長起点から、窒化物半導体を成長させる時に、貫通転位は最初縦方向に成長する。その後、窒化物半導体はマスク上を横方向に成長すると、貫通転位も成長方向を横方向に変更することで転位を低減することができる。
【００２７】
このＴ字柱は、一般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）であって、ノンドープ、ｐ型不純物ドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物とｎ型不純物を同時ドープしたものがある。これらにより、後工程において支持基板を研削で剥離後、窒化物半導体の単体基板とした場合に、この支持基板の剥離除去面をｎ型窒化物半導体層、又はｐ型窒化物半導体層とすることができる。これにより、この支持基板の除去面にｎ型電極、又はｐ型電極を形成したＬＥＤ、ＬＤ素子等を形成することができる。また、Ｔ字柱の膜厚としては、マスクの膜厚や形状、幅によっても異なるがマスクの膜厚に対して少なくとも１．５倍以上とする。具体的には２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上とする。
【００２８】
次に、Ｔ字柱を形成した後、図３（ｃ）に示すようにマスクを除去する。このマスクの除去方法としては、ドライエッチングやウェットエッチングがある。マスクを除去すれば、Ｔ字柱の両翼下部に空間ができる。この空間はエアギャップとしての効果を有するため、支持基板と窒化物半導体との歪みを緩和することができ、さらに基板全体の反りを緩和させることもできる。Ｔ字両翼部の下方部、及び隣接する窒化物半導体同士の中央には空間を有するために、外周研削を行うことにより発生する応力を緩和することができる。
【００２９】
また、マスクは支持基板が露出するまでエッチング除去する以外には、マスクを底面に薄膜で残す状態とすることもできる。これはマスクが薄膜で残っていたとしてもＴ字両翼の下部に空間があれば、支持基板と窒化物半導体との歪みを緩和する効果を有するからである。その他、Ｔ字柱の両側に保護膜を残してもよい。
【００３０】
次に、図３（ｄ）に示すように、Ｔ字柱の上面及び両翼の側面から平坦層を成長させる。ＣＬ（カソード・ルミネッセンス）法で測定すると単位面積あたりの転位数は５×１０^６個／ｃｍ^２以下となる。この平坦層としては、一般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表すことができる。また、ノンドープ、ｐ型不純物ドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物とｎ型不純物を同時ドープしたものが挙げられる。平坦層は、Ｔ字柱上の成長であると同時に、空間部上の成長でもある。そのため、マスク上での連続成長で窒化物半導体の平坦面を形成するＥＬＯ法では選択性が低いために用いることができなかったＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を用いることもできる。
【００３１】
上記平坦層は図３（ｅ）に示すように、Ｔ字柱の開口部である底面から成長させてもよい。Ｔ字柱の両翼下に空間を有するのであればウェハーの反り緩和効果があるためである。第３の方法は、平坦層を再成長させるためマスク幅を広くすることが可能となる。マスク幅を１００μｍ以上としても、Ｔ字柱の両翼を長くすれば平坦化することは可能であり、横方法成長した低転位領域を広範囲で得ることができる。
【００３２】
以上より得られる転位低減層を支持基板上に介して第１の窒化物半導体を形成する。第１の窒化物半導体の膜厚は好ましくは１００μｍ以上である。これにより研削時のダメージを第１の窒化物半導体で吸収することができ、研削後に得られる第２の窒化物半導体の結晶特性を維持することができる。この第１の窒化物半導体を２段階成長で形成してもよい。これにより、更に転位低減が期待できる。転位低減層は２層以上形成して多層形成してもよい。
【００３３】
ＨＶＰＥ法によって窒化物半導体を形成する方法を以下に示す。
【００３４】
まず、ウェハーをＨＶＰＥ装置にセットする。Ｇａ源として、Ｇａメタルをボートに用意し、キャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてハロゲンガスであるＨＣｌガスを流すことによりＧａＣｌを生成する。次に、別の導入管よりキャリアガスに窒素、及び／又は水素を用いてＮ源であるアンモニアガスを流すことによりＧａＣｌとアンモニアガスとを反応させＧａＮを形成する。また、ドーピングガスはさらに別の導入管らＳｉ系化合物を流すことでドーピングを行い、ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化ガリウム系化合物半導体を基板上に成長させる。Ｓｉ系化合物としてはＳｉＣｌ₄等がある。基板領域の温度は電気炉で１０００〜１１００℃に設定した。第１の窒化物半導体の成長速度は５０〜１００μｍ／ｈｏｕｒとする。ＧａＣｌ_３分圧は１．２５×１０^−３ａｔｍ、ＮＨ_３分圧は０．３７５ａｔｍ、ＳｉＣｌ_４分圧は２．８７×１０^−７ａｔｍとする。
【００３５】
また、窒化物半導体は２段階成長をすることができる。ＳｉＣｌ_４分圧を前記条件の半分以下（例えば、１．０×１０^−８ａｔｍ）とした以外は成長条件を同様にする。成長速度は前記速度を越えない範囲であって５０±２５μｍ／ｈｏｕｒであり、トータル膜厚は１００μｍ以上とする。２段階成長であれば転位をより低減させることができる。
【００３６】
上記に示す方法により、第１の窒化物半導体を転位低減層とし、第２の窒化物半導体をＨＶＰＥ層として形成後、第２の窒化物半導体上に第３の窒化物半導体を形成する。この第３の窒化物半導体は活性層を備えたＬＤ素子とすれば、ｎ−コンタクト層、クラック防止層、ｎ−クラッド層、ｎ−光ガイド層、量子井戸構造から成る活性層、キャップ層、ｐ−光ガイド層、ｐ−クラッド層、ｐ−コンタクト層から成るＬＤ素子である。
【００３７】
ｎ−コンタクト層としては、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、成長温度を１０００℃〜１０５０℃でＳｉドープのＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を膜厚２〜１０μｍで成長させる。クラック防止層としては、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を１０００℃以下にしてＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を膜厚０．１〜２μｍで成長させる。なお、クラック防止層は省略可能である。ｎ−クラッド層としては、成長温度を１０００℃以上にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）より成るＡ層、シランガスをドープしたＳｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるＢ層をそれぞれ２０±１０Åの膜厚で２００回繰り返して積層し、総膜厚１．５μｍ以下の超格子多層膜とする。ｎ−光ガイド層は、同温でアンドープのＧａＮを膜厚０．１〜０．３μｍで成長させる。
【００３８】
活性層は、シランガスをドープしたＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を障壁層（Ｂ）、アンドープのＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を井戸層（Ｗ）として、障壁層を５０〜２００Å、井戸層を３０〜１００Åとして、（Ｂ）／（Ｗ）／（Ｂ）／（Ｗ）〜／（Ｂ）として好ましくは２ペア以上とし総膜厚を３００〜６００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とする。
【００３９】
キャップ層には不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを約１０．５×１０^１８／ｃｍ^３以下ドープしたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を膜厚５０〜１５０Åで成長させる。ｐ−光ガイド層としては、成長温度を約１０００℃とし、アンドープＧａＮを膜厚０．１０〜０．２０μｍで成長させる。続いて、１０００℃でアンドープのＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）より成るＡ層、ＭｇドープＧａＮより成るＢ層をそれぞれ２０±１０オングストロームで成長させ、この積層を数十回繰り返し行い、総膜厚を約０．５μｍで成長させる。ｐ−コンタクト層としてはＭｇドープのＧａＮで、膜厚が約１５０Åとする。
【００４０】
本発明において、窒化物半導体の一般式としては、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）であるが、ＩＩＩ族元素にＢを用いたり、Ｖ族元素であるＮの一部をＡｓ、Ｐで置換した混晶物を用いることができる。またＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）等、窒化物半導体を成長させるのに公知である方法を適用することができる。また、窒化物半導体の成長時に用いるｎ型不純物としては、具体的にはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、ｐ型不純物としては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａ等が挙げられる。また、第２の窒化物半導体層を成長させるとき、ｎ型導電性を得るには良好なオーミック性を確保する必要がある。ｎ型不純物は、５×１０^１６／ｃｍ^３〜５×１０^２１／ｃｍ^３の範囲でドープすることが好ましい。
【００４１】
第３の窒化物半導体を形成後、ｎ型コンタクト層の露出面にｎ電極を形成し、ｐ型コンタクト層の露出面にｐ電極を形成する。両電極を形成後、ＺｎＯ等でコーティングを行う。また窒化物半導体の単体基板を形成後、裏面に一方の電極を形成する電極対構造とすることもできる。
【００４２】
次に、研削装置を用いてウェハーの支持基板側を外周研削する。この外周研削とは、砥石とウェハーとを回転させながら、お互い押し当てて支持基板の外周のみを研削するものである。ウェハーの窒化物半導体の表面側を土台にマウント（張り合わせ）を行い、固定させてから研削を行うものである。この張り合わせに用いる接着剤には、ワックスやメタル、エポキシ樹脂等を使用する。
【００４３】
さらに、前記工程で得られた窒化物半導体の単体基板を支持基板を除去した側の窒化物半導体をさらに表面をミラーで平坦な面とするために表面研磨をする。ここで得られる窒化物半導体の単体基板はＣＬ測定において貫通転位密度が５×１０^６個／ｃｍ^２以下である。さらに、研磨等によりこの単体基板の表面の微細な小傷を除去する。よって、窒化物半導体の単体基板を得ることができる。また、本発明によれば、デバイス工程後の基板でも支持基板を除去することが可能である。
【００４４】
実施形態２．
本実施形態は、実施形態１において第２の窒化物半導体を成長させた後、第３の窒化物半導体として転位低減層を成長後、第４の窒化物半導体としてＬＤ素子を成長させ、その後、支持基板を除去するものである。本実施形態２においても、前記実施形態と同様の効果を有する。
【００４５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれに限定されない。
［実施例１］
Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とする膜厚２ｍｍであり２インチφのサファイア基板を支持基板１０１に用い、支持基板１０１上にバッファ層１０２を介して、ＣＶＤ法によりＳｉＯ_２よりなるマスク１０３を０．５μｍの膜厚で成膜し、ストライプ状のフォトマスクを形成し、エッチングによりストライプ幅１４μｍ、窓部６μｍのＳｉＯ_２よりなるマスク１０３を形成する。このマスク１０３のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向とする。
【００４６】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、温度を５１０℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、マスク１０３の開口部上に窒化ガリウムよりなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法により、減圧条件で温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、窒化ガリウムよりなるＴ字柱１０４を１０μｍの膜厚で成長させる。この時、Ｔ字柱は、ＳｉＯ_２マスクの開口部を成長起点とし、Ｔ字形状となるように形成する。
【００４７】
次に、ドライエッチングである等方性エッチングにより、温度１２０℃で、エッチングガスに酸素、ＣＦ_４を用い、ＳｉＯ_２マスク１０３を取り除く。さらに、横方向成長させた窒化物半導体の側面および上面より、常圧でＭＯＣＶＤ法により、温度を１０５０℃にし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、窒化ガリウムよりなる平坦層１０５を１５μｍの膜厚で成長させる。以上により得られた転位低減層の表面を、ＣＬ（カソードルミネセンス）により観測すると、マスクの開口部上には転位が見られるが、マスクが形成されていた上部に成長させた平坦層の表面には結晶欠陥が見られず良好な結晶性を有している。
【００４８】
上記に示す方法により、第１の窒化物半導体を転位低減層とし、第２の窒化物半導体をＨＶＰＥ層として膜厚１００ｕｍでＧａＮを形成後、第２の窒化物半導体上に第３の窒化物半導体を形成する。この第３の窒化物半導体は活性層を備えたＬＤ素子とする。
【００４９】
ＬＤ素子はｎ−コンタクト層、クラック防止層、ｎ−クラッド層、ｎ−光ガイド層、量子井戸構造から成る活性層、キャップ層、ｐ−光ガイド層、ｐ−クラッド層、ｐ−コンタクト層の順で形成する。以下に詳細な条件を示す。
【００５０】
［ｎ型コンタクト層］
第２の窒化物半導体上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの膜厚で成長させる。
【００５１】
［クラック防止層］
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を９００℃にしてＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【００５２】
［ｎ型クラッド層］
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。この操作を２００回繰り返しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。
【００５３】
［ｎ型光ガイド層］
次に、シランガスを止め、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型ガイド層５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型光ガイド層は、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００５４】
［活性層］
次に、温度を９００℃にし、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎよりなる井戸層を２５Åの膜厚で成長させることにより、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層として、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎを成長させる。活性層６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００５５】
［ｐ型キャップ層（図示されていない）］
次に、活性層と同じ温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
【００５６】
［ｐ型光ガイド層］
次に、Ｃｐ_２Ｍｇ、ＴＭＡを止め、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００５７】
［ｐ型クラッド層］
次に、１０５０℃でアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ_２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層８を成長させる。ｐ型クラッド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層８を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるので、しきい値を低下させる上で非常に有効である。
【００５８】
［ｐ型コンタクト層］
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層９を１５０Åの膜厚で成長させる。
反応終了後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００５９】
その後、アニーリング後、窒化物半導体を積層させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ_２よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用いＣｌ_２ガスによりエッチングし、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層の表面を露出させる。次に、レジストをマスクとして形成し、ＲＩＥを用いＣｌ_２ガス、及びＳｉＣｌ_４ガスとによりエッチングすることにより、ストライプ状の導波路領域としてリッジストライプをリッジのストライプ幅を１．８μｍで形成する。このエッチングはｐ側ガイド層までエッチングして、ストライプ状の光導波路領域となるリッジを形成する。その後、スパッタ装置を用いて絶縁膜であるＺｒＯ_２を膜厚５５０Åで形成する。その後、剥離液を用いてリッジ上部を露出させる。次に前記リッジ最上面の露出したｐ型コンタクト層上にｐ電極をＮｉ／Ａｕで１００μｍのストライプ幅で形成し、また、エッチングにより露出したｎ型コンタクト層上にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ型電極を形成する。このｐ電極は、リッジ上にストライプ形成されており、同じくストライプ形成されているｎ電極とは平行な方向で形成する。
【００６０】
その後、窒化物半導体面をＺｒＯでコーティングした後、ウェハーの窒化物半導体表面をワックスにより土台に固定させる。次に、図２に示すように砥石と窒化物半導体基板とを回転させながら砥石を押し当てることにより外周研削を行う。外周研削幅は６．５ｍｍとする。まず、研削速度を５０μｍ／ｍｉｎとして、サファイア基板の研削により外周基板の厚さが０．５ｍｍになった時に研削速度を１００μｍ／ｍｉｎまで上げる。この場合、外周研削時の水平応力によって、支持基板を最後まで研削することなく、途中で窒化物半導体と分離することができる。さらに、窒化物半導体を土台から取り除き、ワックスを洗浄後、剥離面を研磨により鏡面とする。
【００６１】
以上により得られたＬＤ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極にワイヤーボンディングをすることで窒化物半導体レーザダイオードとする。この窒化物半導体レーザダイオードは、室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃｍ^２、５〜８０ｍＷの出力においてリップルが発生せず、５０００時間以上の寿命特性を有する発振波長４０５ｎｍの連続発振の窒化物半導体レーザダイオードである。
【００６２】
【発明の効果】
本発明における窒化物半導体から成る単体基板の製造方法であれば、容易に窒化物半導体の単体基板をＬＤ素子を形成後に低転位で得ることができる。さらに、窒化物半導体基板を表面が平坦な単体基板として得ることができれば、劈開が容易にでき、裏面に例えばｎ側電極を形成した発光素子等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、支持基板上に窒化物半導体を成長させたものを模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本件発明における支持基板の外周研削を模式的に示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は、転位低減層の製造工程を模式的に示す断面図である。
【符号の簡単な説明】
１、１０１・・・支持基板
２・・・第１の窒化物半導体
３・・・第２の窒化物半導体
４・・・第３の窒化物半導体
５・・・研削砥石
１０２・・・バッファー層
１０３・・・マスク
１０４・・・Ｔ字柱
１０５・・・平坦層

Claims

窒化物半導体を有する支持基板から当該支持基板を前記窒化物半導体との応力差によって剥離する方法であって、
前記支持基板上に断面形状がＴ字形状となるＴ字柱の窒化物半導体と、該Ｔ字柱の両翼下部に空洞を介在させた状態で、前記Ｔ字柱の窒化物半導体上に、更に窒化物半導体と、を成長させる工程と、
前記窒化物半導体を有する支持基板と砥石とを回転させながら互いに押し当て前記支持基板を裏面から外周研削する工程と、を備えることを特徴とする支持基板の剥離方法。
前記外周研削の研削幅が外周Φ３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の支持基板の剥離方法。
前記研削速度は５０μｍ／ｍｉｎ以上２００μｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１に記載の支持基板の剥離方法。
前記外周研削の研削速度は少なくとも２段階あり、後半の研削速度を前半の研削速度より上げることを特徴とする請求項１乃至３に記載の支持基板の剥離方法。
前記窒化物半導体は支持基板上に少なくとも第１の窒化物半導体、その上に第２の窒化物半導体を具備したものであることを特徴とする請求項１に記載の支持基板の剥離方法。
前記第１の窒化物半導体の径Φ１と、第２の窒化物半導体の径Φ２はΦ２≦Φ１であることを特徴とする請求項５に記載の支持基板の剥離方法。