JP2003243776A

JP2003243776A - 支持基板の剥離方法

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Publication number: JP2003243776A
Application number: JP2002039267A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Katsuragi; 健桂木
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-29
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP4075398B2

Abstract

(57)【要約】【課題】支持基板上に窒化物半導体を成長させた窒化物
半導体基板から窒化物半導体の単体基板を貫通転位を低
減させ、また厚膜の窒化物半導体として得ることを目的
とする。【解決手段】支持基板上に第１の窒化物半導体、第２の
窒化物半導体を成長後、ＬＤ素子を形成する。その後、
支持基板の外周研削を行う。ここで、外周研削の幅はφ
３０％以下であって、研削速度は２段階で行う。以上に
より支持基板を除去することができ、ＬＤ素子を有する
窒化物半導体を提供可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。剥離方法としては、支持基板上に窒化
物半導体を成長させた後、支持基板の裏面を外周研削す
ることである。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】前記外周研削は少なくとも速度差を有する
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 Late
ral 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、ＧａＡ
ｓ、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５〜５
０μｍ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Ｅ
ＬＯ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１０００〜１１０
０℃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０．３７５ａｔ
ｍ、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_ｘ
Ｇａ_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１０
００℃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−ｘ
Ｎ（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_ｘ
Ｇａ_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３０〜１０
０Å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_２Ｍ
ｇ（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_ｘ
Ｇａ _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１０
００℃とし、アンドープＧａＮを膜厚０．１０〜０．２
０μｍ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、Ｍ
ｇ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１５０
Å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− _ｙＮ（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、Ｃ
ｒ、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１０
３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１４μ
ｍ、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ＴＭ
Ｇ（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４
μｍ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５×１
０^１８／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_０．８ _７Ｎ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、ＴＭ
Ｇ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ_０．０５Ｇ
ａ_０．９５Ｎを成長させる。活性層６は、総膜厚５００
Å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_０．７
Ｎ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、Ｔ
ＭＡを止め、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭ
Ｇ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２
５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ_２Ｍ
ｇを用いて、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたＧ
ａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９
０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、Ｇ
ａＮ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１５
０Å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ＳｉＣ
ｌ_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

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化物半導体を有する支持基板から当該
支持基板を剥離する方法であって、前記支持基板を裏面から外周研削することを特徴とする
支持基板の剥離方法。
【請求項２】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。
【請求項３】前記研削速度は５０μｍ／ｍｉｎ以上２
００μｍ／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。
【請求項４】前記外周研削は少なくとも速度差を有す
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。
【請求項５】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。
【請求項６】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。