JP2006156454A - Method of crystal growing and method of manufacturing gallium nitride compound thin film - Google Patents

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JP2006156454A JP2004340457A JP2004340457A JP2006156454A JP 2006156454 A JP2006156454 A JP 2006156454A JP 2004340457 A JP2004340457 A JP 2004340457A JP 2004340457 A JP2004340457 A JP 2004340457A JP 2006156454 A JP2006156454 A JP 2006156454A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To grasp exactly a generation state of a warpage when a gallium nitride compound semiconductor is crystal grown on a sapphire substrate and to cope with this. <P>SOLUTION: When a crystal layer made of a gallium nitride compound semiconductor is crystal grown on a sapphire substrate, the sapphire substrate is laid on a supporting fixture which performs mirror polishing of the front surface, and the warpage is grasped by observing a Newton ring. In the case of the crystal growth of the gallium nitride compound semiconductor on the sapphire substrate, the thickness of the sapphire substrate is increased to the thickness of the crystal layer which performs the crystal growth. More particularly, when the thickness of the sapphire substrate is d, the diameter of the sapphire substrate is r (numerical value when expressing with inches), and the thickness of the crystal layer is t, the thickness of the sapphire substrate is set so that d≥50×r×t is satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発光ダイオード(LED)等において利用される窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法及び窒化ガリウム系化合物薄膜の製造方法に関するものであり、特に、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層を成長させる結晶成長方法の改良に関する。   The present invention relates to a crystal growth method of a gallium nitride compound semiconductor and a method of manufacturing a gallium nitride compound thin film used in a light emitting diode (LED) or the like, and in particular, a gallium nitride compound semiconductor is formed on a sapphire substrate. The present invention relates to an improvement of a crystal growth method for growing a crystal layer.

窒化ガリウム系化合物半導体は、例えば発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等に広く利用されており、特にLEDはディスプレイや照明の分野において爆発的な利用が予想されることから、非常に注目を集めている。   Gallium nitride compound semiconductors are widely used for light emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs), and the like, and particularly LEDs are expected to be used explosively in the field of displays and lighting. Collecting.

ところで、窒化ガリウム系化合物半導体は、例えばSiCやSi、あるいはサファイアといった材料から構成される基板上に結晶成長させるのが一般的であるが、格子整合する基板がなく、さらに窒化ガリウム系化合物半導体と基板との熱膨張係数も大きく異なることから、反り等が発生し、基板に温度分布が発生するという問題を抱えている。   By the way, a gallium nitride compound semiconductor is generally grown on a substrate made of a material such as SiC, Si, or sapphire, for example, but there is no lattice-matched substrate, and further, a gallium nitride compound semiconductor and Since the coefficient of thermal expansion differs greatly from that of the substrate, there is a problem that warpage or the like occurs and temperature distribution occurs in the substrate.

例えば、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法としては、有機金属化学気相成長法(MOCVD)や分子線エピタキシャル成長法(MBE)等が一般的であるが、これら方法で結晶成長させる場合、SiCコートグラファイト等からなる支持具(いわゆるサセプタ)上に基板を配置し、サセプタからの熱伝導で基板を加熱する。この時、サセプタそのものは、分割ヒータと熱電対や放射温度計等による温度制御法によって、温度分布が1℃程度になるような極めて均一な温度に制御されているが、基板と結晶層との間の応力によって反りが生じ、サセプタから基板の一部が浮き上がり、基板表面温度が均一でなくなる可能性がある。また、例えば発光素子の一般的な結晶成長では、第1クラッド層、活性層、第2クラッド層を順次成長させる必要があるが、これらの層は成長温度が異なり、このような温度変化によって熱膨張係数差による応力が顕著になる傾向にある。基板の反りは温度によって大きく変化し、上記のような温度変化は、反りを誘発する大きな原因となり、基板表面に大きな温度分布を生ずるおそれがある。   For example, as a crystal growth method for a gallium nitride compound semiconductor, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD), a molecular beam epitaxial growth method (MBE), or the like is generally used. A substrate is placed on a support (so-called susceptor) made of graphite or the like, and the substrate is heated by heat conduction from the susceptor. At this time, the susceptor itself is controlled to a very uniform temperature so that the temperature distribution becomes about 1 ° C. by a temperature control method using a divided heater, a thermocouple, a radiation thermometer, etc. There is a possibility that warpage occurs due to the stress in between, and a part of the substrate is lifted from the susceptor, and the substrate surface temperature is not uniform. Further, for example, in general crystal growth of a light emitting device, it is necessary to sequentially grow a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer. These layers have different growth temperatures. The stress due to the difference in expansion coefficient tends to become remarkable. The warpage of the substrate greatly varies depending on the temperature, and the temperature change as described above is a major cause of the warpage and may cause a large temperature distribution on the substrate surface.

以上のような要因によって基板表面に温度分布が生ずると、均一な結晶成長の妨げになり、特性上、大きな問題が生ずる可能性がある。例えば発光素子(LEDやLD等)では、活性層を成長する際の温度分布は、発光波長や発光効率の分布となるため、歩留まりが大きく低下する。このため、特に大面積を有する基板内で高い歩留まりで高品質のデバイスを作製することは困難である。   If a temperature distribution is generated on the substrate surface due to the above factors, uniform crystal growth may be hindered, which may cause a serious problem in characteristics. For example, in a light-emitting element (such as an LED or LD), the temperature distribution during growth of the active layer is a distribution of emission wavelength and emission efficiency, so the yield is greatly reduced. For this reason, it is difficult to manufacture a high-quality device with a high yield, particularly in a substrate having a large area.

そこで、このような問題に対する対策として、結晶層の厚さを薄くすることが検討されている(例えば、特許文献1等を参照)。特許文献1記載の発明では、窒化ガリウム系化合物半導体層の厚さを2.5μm以下とすることで、結晶層のクラックの発生やサファイア基板の反りを解消するようにしている。
特開2003−179263号公報
Therefore, as a countermeasure against such a problem, it has been studied to reduce the thickness of the crystal layer (see, for example, Patent Document 1). In the invention described in Patent Document 1, the generation of cracks in the crystal layer and the warpage of the sapphire substrate are eliminated by setting the thickness of the gallium nitride compound semiconductor layer to 2.5 μm or less.
JP 2003-179263 A

しかしながら、発光ダイオード等においては、光の取り出し効率を向上するためには、窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層の厚さを厚くすることが必要とされており、上記特許文献1記載の技術では対応することができない。また、レーザダイオードにおいては、選択成長を用いて低欠陥密度とすることが必要であるが、この場合にも窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層の膜厚が大きくなり、やはり特許文献1記載の技術では対応することができない。厚さの厚い結晶層では、反りが大きくなり、基板表面における成長温度に分布を生じ、特に波長分布等に影響を与えるが、上記特許文献1記載の技術は、抜本的な対応策とはなり得ない。   However, in a light emitting diode or the like, in order to improve the light extraction efficiency, it is necessary to increase the thickness of the crystal layer made of a gallium nitride compound semiconductor. I can't respond. Further, in the laser diode, it is necessary to reduce the defect density by using selective growth. In this case as well, the film thickness of the crystal layer made of the gallium nitride compound semiconductor is increased, which is also described in Patent Document 1. Technology cannot handle it. A thick crystal layer has a large warp and causes a distribution in the growth temperature on the substrate surface, particularly affecting the wavelength distribution and the like. However, the technique described in Patent Document 1 is a drastic countermeasure. I don't get it.

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものである。すなわち、本発明は、先ず第1に、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を結晶成長させる際に、反りの発生状態を的確に把握することができ、これに応じて的確に対処することが可能な結晶成長方法を提供することを目的とする。また、本発明は、第2に、結晶層の膜厚が厚い場合にも反りを低減することができ、高い歩留まりで均一な特性を有するデバイスを作製することが可能な結晶成長方法及び窒化ガリウム系化合物薄膜の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such a conventional situation. That is, according to the present invention, first, when a gallium nitride compound semiconductor is crystal-grown on a sapphire substrate, it is possible to accurately grasp the state of occurrence of warpage, and to cope with it appropriately. The object is to provide a possible crystal growth method. Second, the present invention provides a crystal growth method and gallium nitride that can reduce warpage even when the film thickness of the crystal layer is large and can produce a device having uniform characteristics with a high yield. An object of the present invention is to provide a method for producing a system compound thin film.

上述の目的を達成するために、本発明の結晶成長方法は、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層を結晶成長させるに際し、サファイア基板を表面を鏡面研磨した支持具上に載置し、ニュートンリングを観察することにより反りを把握することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the crystal growth method of the present invention places a sapphire substrate on a support whose surface is mirror-polished when a crystal layer made of a gallium nitride compound semiconductor is grown on the sapphire substrate. The warp is grasped by observing the Newton ring.

結晶成長中のサファイア基板においては、基板と結晶の材料の組み合わせによる応力、温度等による熱膨張係数の違いによる応力、基板の厚みや結晶層の厚みによる歪みの違い等、様々な要因によって反りの状態が変化する。そこで、本発明では、結晶成長中にサファイア基板の反りの状態をニュートンリングの観察によりモニタするようにしている。これにより、各種フィードバックの迅速化が実現される。例えば、ニュートンリングの観察により把握される反りの状態に応じて、支持具の温度制御を行えば、サファイア基板における温度分布が解消され、均一な特性の結晶層の結晶成長が実現される。   The sapphire substrate during crystal growth is warped due to various factors such as stress due to the combination of substrate and crystal material, stress due to differences in thermal expansion coefficient due to temperature, etc., and differences in strain due to substrate thickness and crystal layer thickness. The state changes. Therefore, in the present invention, the state of warping of the sapphire substrate is monitored by Newton ring observation during crystal growth. Thereby, speeding up of various feedbacks is realized. For example, if temperature control of the support is performed according to the state of warp grasped by observation of Newton rings, the temperature distribution in the sapphire substrate is eliminated, and crystal growth of a crystal layer with uniform characteristics is realized.

また、本発明者らが検討を重ねた結果、サファイア基板上での窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長に際しては、結晶成長させる結晶層の厚さに対してサファイア基板の厚さを厚くすることで、例えば結晶層における波長分布が低減されることがわかった。これを規定したのが請求項9記載の発明であり、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層を結晶成長させるに際し、上記サファイア基板の厚さをd、サファイア基板の直径をr(インチで表した時の数値)、結晶層の厚さをtとしたときに、
d≧50×r×t
となるようにサファイア基板の厚さを選定することを特徴とする。
Further, as a result of repeated studies by the present inventors, in the case of crystal growth of a gallium nitride compound semiconductor on a sapphire substrate, the thickness of the sapphire substrate is increased relative to the thickness of the crystal layer to be crystal-grown. For example, it has been found that the wavelength distribution in the crystal layer is reduced. This is defined in the invention according to claim 9, and when the crystal layer made of the gallium nitride compound semiconductor is grown on the sapphire substrate, the thickness of the sapphire substrate is d and the diameter of the sapphire substrate is r ( (Value in inches), where t is the thickness of the crystal layer,
d ≧ 50 × r × t
The thickness of the sapphire substrate is selected so that

サファイア基板の厚さを厚くすれば、結晶層の厚さが厚い場合にも反りの発生が抑えられ、基板面内における温度分布が抑制され、波長分布等の特性分布が解消される。半導体では大型基板を使用することがコスト低減に有効であるが、大型基板ではその分、反りの影響が大きくなる。このような場合にも、サファイア基板の厚さを上記式を満たすように選定すれば、高い歩留まりが実現される。   If the thickness of the sapphire substrate is increased, the occurrence of warpage can be suppressed even when the crystal layer is thick, the temperature distribution in the substrate surface is suppressed, and the characteristic distribution such as the wavelength distribution is eliminated. In a semiconductor, using a large substrate is effective in reducing the cost. However, in a large substrate, the influence of warpage is increased accordingly. Even in such a case, if the thickness of the sapphire substrate is selected so as to satisfy the above formula, a high yield can be realized.

さらに、本発明においては、以上の知見に基づき、窒化ガリウム系化合物薄膜を高い歩留まりで製造し得る製造方法を提供する。これが請求項10記載の発明であり、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる窒化ガリウム系化合物薄膜を形成する窒化ガリウム系化合物薄膜の製造方法において、表面を鏡面研磨した支持具上に載置された両面研磨したサファイア基板に、前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜を前記サファイア基板の厚さを変えて成長させ、ニュートンリングが薄膜の略全面に現れるように前記サファイア基板の厚さを選定する基板選定工程と、前記基板選定工程で選定した厚さ以上の厚さを有するサファイア基板上に前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜を成長する薄膜形成工程と、を有することを特徴とする。   Furthermore, the present invention provides a manufacturing method capable of manufacturing a gallium nitride-based compound thin film with a high yield based on the above knowledge. This is the invention according to claim 10, and in the method for producing a gallium nitride compound thin film comprising a gallium nitride compound semiconductor made of a gallium nitride compound semiconductor on a sapphire substrate, the surface is placed on a support whose surface is mirror-polished. The thin film made of the gallium nitride compound semiconductor is grown on the double-side polished sapphire substrate by changing the thickness of the sapphire substrate, and the thickness of the sapphire substrate is selected so that the Newton ring appears on almost the entire surface of the thin film. And a thin film forming step of growing a thin film made of the gallium nitride compound semiconductor on a sapphire substrate having a thickness greater than or equal to the thickness selected in the substrate selecting step.

なお、上記製造方法において、「ニュートンリングが薄膜の略全面に現れる」とは、例えば成膜された薄膜の中央部付近のみ、あるいは外周部分のみにおいてニュートンリングが観察される状態ではなく、ニュートンリングの模様が局在化しておらず、薄膜全面にニュートンリングが広がるように観察される状態を言う。この場合、ニュートンリングとして観察される模様は、必ずしも完全な同心円でなくてもよい。   In the above manufacturing method, “Newton ring appears almost on the entire surface of the thin film” means, for example, that the Newton ring is not observed only in the vicinity of the central portion or only in the outer peripheral portion of the thin film. The pattern is not localized, and the state is observed such that Newton rings spread over the entire surface of the thin film. In this case, the pattern observed as a Newton ring is not necessarily a perfect concentric circle.

本発明によれば、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を結晶成長させる際に、反りの発生状態を的確に把握することができ、これに応じて温度制御等、的確に対処することが可能である。その結果、均一な特性の結晶層の結晶成長を実現することが可能である。   According to the present invention, when a gallium nitride compound semiconductor is crystal-grown on a sapphire substrate, it is possible to accurately grasp the state of occurrence of warping, and it is possible to appropriately cope with temperature control and the like accordingly. It is. As a result, it is possible to realize crystal growth of a crystal layer with uniform characteristics.

また、本発明によれば、結晶層の膜厚が厚い場合にも反りを低減することができ、例えば大型基板を用いた場合にも、高い歩留まりで均一な特性を有する結晶層を形成することができ、均一な特性を有するデバイスを作製することが可能である。反りの低減は、レーザアブレーション技術を適用する上でも好適であり、サファイア基板を剥離して有効利用する上でも非常に有効である。   Further, according to the present invention, warpage can be reduced even when the crystal layer is thick, and for example, even when a large substrate is used, a crystal layer having uniform characteristics can be formed with a high yield. It is possible to manufacture a device having uniform characteristics. The reduction of the warp is suitable for applying the laser ablation technique, and is very effective for effectively using the sapphire substrate by peeling off.

以下、本発明を適用した結晶成長方法について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a crystal growth method to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

先ず、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光デバイスの成長シーケンスの一例を図1に示す。この成長シーケンスは、ピーク波長525nmの発光ダイオード(LED)における成長シーケンスの例である。   First, an example of a growth sequence of a light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor is shown in FIG. This growth sequence is an example of a growth sequence in a light emitting diode (LED) having a peak wavelength of 525 nm.

図1に示すように、発光ダイオードを構成する窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長においては、先ず、温度を上昇してサーマルクリーニング行う。このサーマルクリーニングは、サファイア基板の表面を清浄化するための操作である。   As shown in FIG. 1, in the crystal growth of the gallium nitride compound semiconductor constituting the light emitting diode, first, the temperature is raised and thermal cleaning is performed. This thermal cleaning is an operation for cleaning the surface of the sapphire substrate.

次に、サファイア基板上に比較的低温でGaNからなる下地層L1を形成し、その上にGaN:Siからなる第1クラッド層L2を結晶成長させる。この第1クラッド層L2を構成するGaN:Siは、n型GaNであり、したがって第1クラッド層L2はnクラッド層ということになる。なお、第1クラッド層L2の結晶成長温度は、先の下地層L1の結晶成長温度よりも高い。   Next, the base layer L1 made of GaN is formed on the sapphire substrate at a relatively low temperature, and the first cladding layer L2 made of GaN: Si is crystal-grown thereon. GaN: Si constituting the first cladding layer L2 is n-type GaN, and therefore the first cladding layer L2 is an n-cladding layer. Note that the crystal growth temperature of the first cladding layer L2 is higher than the crystal growth temperature of the previous underlayer L1.

第1クラッド層l2の結晶成長の後、この上に活性層(InGaN/GaN多重量子井戸)L3、及び第2クラッド層(GaN:Mg)L4を結晶成長する。活性層L3の結晶成長温度は、第1クラッド層L2の結晶成長温度よりも低く、第2クラッド層L4の結晶成長温度は活性層L3の結晶成長温度よりも高い。   After crystal growth of the first cladding layer l2, an active layer (InGaN / GaN multiple quantum well) L3 and a second cladding layer (GaN: Mg) L4 are crystal-grown thereon. The crystal growth temperature of the active layer L3 is lower than the crystal growth temperature of the first cladding layer L2, and the crystal growth temperature of the second cladding layer L4 is higher than the crystal growth temperature of the active layer L3.

上述の成長シーケンスは、サファイア基板を支持具であるサセプタ上に載置した状態で行うが、本発明では、サセプタの表面を鏡面研磨しておき、ニュートンリングを観察することでサファイア基板の反りの状態を把握し、結晶成長の各種条件設定にフィードバックすることにより、均一な結晶成長を実現するようにする。   The growth sequence described above is performed in a state where the sapphire substrate is placed on a susceptor as a support, but in the present invention, the surface of the susceptor is mirror-polished and the Newton ring is observed to warp the sapphire substrate. By grasping the state and feeding back to various crystal growth condition settings, uniform crystal growth is realized.

図2は、結晶成長前(図1のA点)のニュートンリングの様子を示すものである。図2(a)に示すように、SiCコートグラファイトからなるサセプタ1上に直径2インチ、厚さ430μmのサファイア基板2を載置した場合、ニュートンリングは図2(b)に示すようなものであった。僅かな反りや密着性の相違等により模様は異なるが、ニュートンリングがサファイア基板2全面に見られた。これは、サファイア基板2が全面で非常に小さな隙間でサセプタ1に密着していることを示している。なお、ニュートンリングの様子を見るために、予めサセプタ1の表面を鏡面に研磨するとともに、サファイア基板2についても、その両面を鏡面に研磨した。   FIG. 2 shows the state of Newton's ring before crystal growth (point A in FIG. 1). As shown in FIG. 2A, when a sapphire substrate 2 having a diameter of 2 inches and a thickness of 430 μm is placed on a susceptor 1 made of SiC-coated graphite, the Newton ring is as shown in FIG. there were. Although the pattern is different due to slight warpage and adhesion difference, a Newton ring was seen on the entire surface of the sapphire substrate 2. This indicates that the sapphire substrate 2 is in close contact with the susceptor 1 with a very small gap on the entire surface. In order to see the state of the Newton ring, the surface of the susceptor 1 was polished to a mirror surface in advance, and the sapphire substrate 2 was also polished to a mirror surface.

図3は、第1クラッド層L2形成後(図1のB点)のニュートンリングの様子を示すものである。図3(a)に示すように、サファイア基板2上に窒化ガリウム系化合物半導体膜3を結晶成長させた場合、ニュートンリングは図3(b)に示すようなものであった。結晶成長させた窒化ガリウム系化合物半導体膜(第1クラッド層L2)は、SiドープGaN層であり、厚さ5μm結晶成長させた。   FIG. 3 shows the state of the Newton ring after the formation of the first cladding layer L2 (point B in FIG. 1). As shown in FIG. 3A, when the gallium nitride compound semiconductor film 3 was grown on the sapphire substrate 2, the Newton ring was as shown in FIG. The crystal-grown gallium nitride compound semiconductor film (first cladding layer L2) was a Si-doped GaN layer, and was grown with a thickness of 5 μm.

図3(b)から明らかなように、第1クラッド層L2を結晶成長させた場合、ほぼ中央付近に密なニュートンリングが発生し、サファイア基板2の周辺部ではニュートンリングは見られない。これは、サファイア基板2が大きく反っており、サファイア基板2が中央でのみサセプタ1と接していることを示している。   As apparent from FIG. 3B, when the first cladding layer L2 is crystal-grown, a dense Newton ring is generated almost in the vicinity of the center, and no Newton ring is seen in the periphery of the sapphire substrate 2. This indicates that the sapphire substrate 2 is greatly warped, and the sapphire substrate 2 is in contact with the susceptor 1 only at the center.

図4は、活性層L3形成後(図1のC点)のニュートンリングの様子を示すものである。図4(a)に示すように、サファイア基板2上に窒化ガリウム系化合物半導体膜3として第1クラッド層L2に加えて活性層L3を結晶成長させた場合、ニュートンリングは図4(b)に示すようなものであった。結晶成長させた活性層L3は、InGaN/GaN多重量子井戸構造を有する活性層である。   FIG. 4 shows the state of the Newton ring after the formation of the active layer L3 (point C in FIG. 1). As shown in FIG. 4A, when the active layer L3 is grown on the sapphire substrate 2 as the gallium nitride compound semiconductor film 3 in addition to the first cladding layer L2, the Newton ring is shown in FIG. 4B. It was as shown. The crystallized active layer L3 is an active layer having an InGaN / GaN multiple quantum well structure.

図3(b)に示す状態に比べて反りは軽減されているものの、図4(b)に示すように、やはりサファイア基板2が中央でのみサセプタ1と接していることがわかる。   Although the warpage is reduced as compared with the state shown in FIG. 3B, it can be seen that the sapphire substrate 2 is in contact with the susceptor 1 only at the center as shown in FIG. 4B.

図5は、第2クラッド層L4形成後(図1のD点)のニュートンリングの様子を示すものである。図5(a)に示すように、サファイア基板2上に窒化ガリウム系化合物半導体膜3としてさらに第2クラッド層L4を結晶成長させた場合、ニュートンリングは図5(b)に示すようなものであった。結晶成長させた第2クラッド層L4は、MgドープGaN層である。この場合のニュートンリングは、図5(b)に示すように、図3(b)とほぼ同様である。   FIG. 5 shows the state of the Newton ring after the formation of the second cladding layer L4 (point D in FIG. 1). As shown in FIG. 5A, when a second cladding layer L4 is further grown as a gallium nitride compound semiconductor film 3 on the sapphire substrate 2, the Newton ring is as shown in FIG. 5B. there were. The second clad layer L4 that has been crystal-grown is an Mg-doped GaN layer. The Newton ring in this case is substantially the same as FIG. 3B, as shown in FIG.

さらに、図6は、結晶成長後、室温まで降温した場合(図1のE点)のニュートンリングの様子を示すものである。室温まで降温した場合には、サファイア基板2の周辺部にのみ密なニュートンリングが発生し、サファイア基板2の中央部ではニュートンリングが見られない。これは、反りが上記結晶成長時とは逆転し、サファイア基板2の周辺部のみがサセプタ1に接している状態となっていることを示している。   Further, FIG. 6 shows a state of Newton ring when the temperature is lowered to room temperature after crystal growth (point E in FIG. 1). When the temperature is lowered to room temperature, a dense Newton ring is generated only in the peripheral portion of the sapphire substrate 2, and no Newton ring is seen in the central portion of the sapphire substrate 2. This indicates that the warpage is reversed from that during the crystal growth, and only the peripheral portion of the sapphire substrate 2 is in contact with the susceptor 1.

以上の成長シーケンスの場合、結晶成長した窒化ガリウム系化合物半導体膜(窒化ガリウム系発光デバイス)のサファイア基板2全面における波長分布は、標準偏差で10nm程度であった。成長シーケンスの各段階での反りの状態を上記ニュートンリングを観察して把握するようにすれば、結晶成長条件、例えば反りの状態に応じてサセプタ1の温度制御を行えば、サファイア基板2における温度分布が解消され、均一な特性の結晶成長を実現することができる。上記のようにニュートンリングを観察することで、迅速なフィードバックが可能である。   In the case of the above growth sequence, the wavelength distribution of the crystal-grown gallium nitride compound semiconductor film (gallium nitride light emitting device) on the entire surface of the sapphire substrate 2 was about 10 nm with a standard deviation. If the state of warping at each stage of the growth sequence is grasped by observing the Newton ring, the temperature of the sapphire substrate 2 can be controlled by controlling the temperature of the susceptor 1 according to crystal growth conditions, for example, the state of warping. Distribution is eliminated and crystal growth with uniform characteristics can be realized. By observing the Newton ring as described above, quick feedback is possible.

ところで、結晶成長中のサファイア基板2においては、基板と結晶の材料の組み合わせによる応力、温度等による熱膨張係数の違いによる応力、基板の厚みや結晶層の厚みによる歪みの違い等、様々な要因によって反りの状態が変化する。本発明者らが種々検討を重ねた結果、結晶層(窒化ガリウム系化合物半導体膜3)の厚さに対して、サファイア基板2の厚さを厚くすれば、サファイア基板2の面内における波長分布等の特性分布を大幅に低減できることがわかった。   By the way, in the sapphire substrate 2 during crystal growth, there are various factors such as stress due to the combination of the substrate and crystal material, stress due to the difference in thermal expansion coefficient due to temperature, etc., difference in strain due to the thickness of the substrate and the thickness of the crystal layer, etc. The state of the warp changes depending on. As a result of various studies by the present inventors, if the thickness of the sapphire substrate 2 is increased with respect to the thickness of the crystal layer (gallium nitride compound semiconductor film 3), the wavelength distribution in the surface of the sapphire substrate 2 is obtained. It was found that the distribution of characteristics such as could be greatly reduced.

図7は、サファイア基板2の厚さを900μmとした場合における、活性層成長時のニュートンリングの様子を示す。サファイア基板2の厚さを厚くすることで、同心円状ではないものの、全面にニュートンリングが見られ、上記条件(サファイア基板2の厚さ430μm)と比較して反りが低減したことがわかる。このときの波長分布は、標準偏差で5nm程度であった。   FIG. 7 shows the state of Newton rings during active layer growth when the thickness of the sapphire substrate 2 is 900 μm. It can be seen that by increasing the thickness of the sapphire substrate 2, Newton rings are seen on the entire surface, although not concentric, and warpage is reduced as compared with the above condition (the thickness of the sapphire substrate 2 is 430 μm). The wavelength distribution at this time was about 5 nm with a standard deviation.

上述の成長シーケンスの場合、サファイア基板2の厚さを500μm以上とすることで、サファイア基板2の面内での特性分布を低減できることがわかった。窒化ガリウム系化合物半導体膜の他の膜厚についても検討したところ、サファイア基板2の厚さを窒化ガリウム系化合物半導体膜の厚さの100倍以上、望ましくは120倍以上とすることで、効果が認められた。   In the case of the above growth sequence, it was found that the characteristic distribution in the plane of the sapphire substrate 2 can be reduced by setting the thickness of the sapphire substrate 2 to 500 μm or more. When other film thicknesses of the gallium nitride-based compound semiconductor film were also examined, the effect was obtained by setting the thickness of the sapphire substrate 2 to 100 times or more, preferably 120 times or more the thickness of the gallium nitride-based compound semiconductor film. Admitted.

上記サファイア基板2の厚さを厚くすることの効果は、結晶層である窒化ガリウム系化合物半導体膜の厚さが厚い場合、例えば2.5μm以上とした場合に効果が著しい。特に、結晶層の厚さが5μm以上の場合には、上記のようにサファイア基板2の厚さを結晶層の厚さの100倍以上にしないと、非常に低い歩留まりとなった。   The effect of increasing the thickness of the sapphire substrate 2 is remarkable when the thickness of the gallium nitride compound semiconductor film, which is a crystal layer, is large, for example, 2.5 μm or more. In particular, when the thickness of the crystal layer is 5 μm or more, the yield is very low unless the thickness of the sapphire substrate 2 is set to 100 times or more the thickness of the crystal layer as described above.

また、一般的に、半導体の製造プロセスにおいては、大型基板を使用することがプロセスコストを低減するのに有効とされている。しかしながら、大型基板では反りの影響が大きくなる。大型基板でも反りの影響を回避するためには、上記の結果に基づいて算出すると、サファイア基板2の厚さをd、サファイア基板2の直径をr(インチで表した時の数値)、結晶層(窒化ガリウム系化合物半導体膜)の厚さをtとしたときに、d≧50×r×t、望ましくはd≧60×r×tとすることで、高い歩留まりを実現できるものと考えられる。   In general, in a semiconductor manufacturing process, it is effective to use a large substrate to reduce process costs. However, the influence of warpage becomes large in a large substrate. In order to avoid the influence of warpage even in a large substrate, the thickness of the sapphire substrate 2 is d, the diameter of the sapphire substrate 2 is r (numerical value expressed in inches), the crystal layer It is considered that a high yield can be realized by setting d ≧ 50 × r × t, preferably d ≧ 60 × r × t, where t is the thickness of the (gallium nitride compound semiconductor film).

前記式が導き出された根拠について説明すると、先ず、サファイア基板2の反り量は、弾性理論的にも実験的にも結晶層(窒化ガリウム系化合物半導体膜3)の厚さtに比例する。一方、結晶層とサファイア基板2との応力比で反りの量が決まることから、同様な弾性理論的な予測より、サファイア基板2の厚さdに近似的に反比例すると考えられる。また、近似的にサファイア基板2の直径rにも比例すると考えられる。したがって、結晶層が結晶成長されたサファイア基板におけるウエハ全体(サファイア基板+結晶層)の反りは、ある比例定数Cを用いて、C×r×t/dと表すことができる。   Explaining the reason why the above equation is derived, first, the amount of warpage of the sapphire substrate 2 is proportional to the thickness t of the crystal layer (gallium nitride compound semiconductor film 3) both elastically and experimentally. On the other hand, since the amount of warpage is determined by the stress ratio between the crystal layer and the sapphire substrate 2, it can be considered that the thickness is approximately inversely proportional to the thickness d of the sapphire substrate 2 from similar elastic theoretical predictions. Further, it is considered to be approximately proportional to the diameter r of the sapphire substrate 2. Therefore, the warpage of the entire wafer (sapphire substrate + crystal layer) in the sapphire substrate on which the crystal layer is grown can be expressed as C × r × t / d using a certain proportionality constant C.

ここで、結晶成長時に良好な面内分布となる反り量の上限をBとすると、
B≧C×r×t/d
d≧C2×r×t (ただし、C2=C/B)
という不等式が成り立つ。先のニュートンリングの観察において、サファイア基板2の直径を2インチ、結晶層(窒化ガリウム系化合物半導体膜3)の厚さを5μmとした場合、良好な面内分布を実現するために最低限必要な厚さが500μm以上であったことから、これらの値を代入すると、C2=50(/インチ)を得ることができる。したがって、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層を結晶成長させるに際し、上記サファイア基板の厚さをd、サファイア基板の直径をr(インチで表した時の数値)、結晶層の厚さをtとしたときに、
d≧50×r×t
となるようにサファイア基板の厚さを選定すればよいことになる。
Here, if the upper limit of the amount of warpage that provides a good in-plane distribution during crystal growth is B,
B ≧ C × r × t / d
d ≧ C2 × r × t (where C2 = C / B)
The following inequality holds. In the observation of the Newton's ring, if the diameter of the sapphire substrate 2 is 2 inches and the thickness of the crystal layer (gallium nitride compound semiconductor film 3) is 5 μm, it is at least necessary to realize a good in-plane distribution. Since the thickness was 500 μm or more, C2 = 50 (/ inch) can be obtained by substituting these values. Therefore, when a crystal layer made of a gallium nitride compound semiconductor is grown on a sapphire substrate, the thickness of the sapphire substrate is d, the diameter of the sapphire substrate is r (numerical value expressed in inches), and the thickness of the crystal layer. Where t is
d ≧ 50 × r × t
The thickness of the sapphire substrate should be selected so that

窒化ガリウム系化合物半導体においては、反りによる温度分布によって混晶の組成や膜厚が変化する。最も敏感なのがInを含む場合の混晶である。発光素子は、組成によって発光波長が変化し、特にディスプレイ等に用いられるLEDでは、発光波長の均一性が重要である。また、光ディスク用レーザ等でも、発光波長を高い精度で制御することが要求される。   In a gallium nitride-based compound semiconductor, the composition and film thickness of a mixed crystal change depending on the temperature distribution due to warping. The most sensitive is a mixed crystal containing In. The emission wavelength of the light-emitting element varies depending on the composition. In particular, the uniformity of the emission wavelength is important for LEDs used in displays and the like. Further, even in an optical disk laser or the like, it is required to control the emission wavelength with high accuracy.

一方、窒化ガリウム系化合物半導体を光検出素子に使用する用途では、混晶組成によって検出波長が変化するため、高精度の検出素子では組成の制御が重要である。電子デバイスにおいても、特性は混晶の組成によって大きく左右される。したがって、上記のようなニュートンリングの観察による反りの把握、サファイア基板2の厚さを厚くすることによる反りの低減は、発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)等の発光素子、光検出素子、電子デバイス等の製造において有効である。   On the other hand, in applications where a gallium nitride-based compound semiconductor is used for a photodetection element, the detection wavelength varies depending on the mixed crystal composition, and therefore, control of the composition is important for a highly accurate detection element. Even in an electronic device, the characteristics greatly depend on the composition of the mixed crystal. Therefore, ascertaining the warp by observing the Newton ring as described above and reducing the warp by increasing the thickness of the sapphire substrate 2 are light emitting elements such as a light emitting diode (LED) and a semiconductor laser (LD), and a light detecting element. It is effective in manufacturing electronic devices and the like.

上記のようにサファイア基板の厚さを厚くすると、その分、基板の価格上昇を招く。また、素子分離のためにサファイア基板を研磨等の手法で薄膜化しダイシングする方法では、基板の厚みの分だけ基板薄膜化に要する時間が長くなり、コストが上昇する。このような不都合を解消するためには、サファイア基板を研磨せずに、エキシマレーザ等の電磁波をサファイア基板側から照射し、結晶層との界面で剥離する手法(いわゆるアブレーション)を用いることが有効である。この手法では、剥離後のサファイア基板は表面の研磨、洗浄のみで再利用することができる。   Increasing the thickness of the sapphire substrate as described above causes an increase in the price of the substrate. Further, in the method of thinning and dicing a sapphire substrate by a technique such as polishing for element isolation, the time required for thinning the substrate becomes longer by the thickness of the substrate, and the cost increases. In order to eliminate such inconvenience, it is effective to use a method (so-called ablation) in which an electromagnetic wave such as an excimer laser is irradiated from the sapphire substrate side without peeling the sapphire substrate and peeled off at the interface with the crystal layer. It is. In this method, the peeled sapphire substrate can be reused only by polishing and cleaning the surface.

前記レーザアブレーションにより結晶層を剥離する方法では、レーザ照射部の光密度とスポット径を正確に制御することが重要である。光密度が低すぎれば剥離できず、高すぎれば結晶層にダメージを与えてクラックが発生する可能性がある。また、スポット径が小さければ素子の裏面をきれいに剥離できず、大きすぎれば隣接する素子まで剥離する可能性がある。   In the method of peeling the crystal layer by the laser ablation, it is important to accurately control the light density and the spot diameter of the laser irradiation portion. If the light density is too low, the film cannot be peeled off. If it is too high, the crystal layer may be damaged and cracks may occur. Further, if the spot diameter is small, the back surface of the element cannot be peeled cleanly, and if it is too large, the adjacent element may be peeled off.

反りの大きなウエハにこのレーザアブレーションによる剥離技術を用いると、場所によって焦点がずれるなどの問題点があり、剥離の歩留まりが低下する。また、剥離と同時に別基板への素子転写を行う場合には、ウエハと対向基板の平行度が重要となるが、ここでもウエハの反りを低減することが重要である。   When this laser ablation peeling technique is used for a wafer with a large warp, there is a problem that the focal point shifts depending on the location, and the peeling yield decreases. In addition, when element transfer to another substrate is performed at the same time as peeling, the parallelism between the wafer and the counter substrate is important, but it is also important here to reduce the warpage of the wafer.

本発明では前述の手法により反りを小さく抑制したことで、このような焦点のずれが小さくなり、レーザ照射による結晶層剥離の歩留まりが向上する。また、同時に、対向基板への転写を行う場合も、平行度が良好であるため高精度に転写を行うことが可能となる。   In the present invention, since the warpage is suppressed to be small by the above-described method, such a shift in focus is reduced, and the yield of crystal layer peeling by laser irradiation is improved. At the same time, when the transfer to the counter substrate is performed, the parallelism is good and the transfer can be performed with high accuracy.

以下、発光ダイオードの製造例において、サファイア基板を再利用する方法について説明する。   Hereinafter, a method for reusing a sapphire substrate in a light emitting diode manufacturing example will be described.

発光ダイオードを作製するには、図8(a)に示すように、サファイア基板11上に第1クラッド層12、活性層13、第2クラッド層14を結晶成長させる。第1クラッド層12は、例えばSiドープGaNを結晶成長させることにより形成され、n型GaN層である。活性層13は、InGaN/GaN多重量子井戸構造を有する層である。第2クラッド層14は、MgドープGaNを結晶成長させることにより形成され、p型GaN層である。   In order to fabricate the light emitting diode, as shown in FIG. 8A, the first cladding layer 12, the active layer 13, and the second cladding layer 14 are crystal-grown on the sapphire substrate 11. The first cladding layer 12 is formed, for example, by crystal growth of Si-doped GaN, and is an n-type GaN layer. The active layer 13 is a layer having an InGaN / GaN multiple quantum well structure. The second cladding layer 14 is formed by crystal growth of Mg-doped GaN, and is a p-type GaN layer.

上記結晶成長は、サファイア基板11をサセプタ(図示は省略する。)上に載置して温度制御しながら行う。また、このとき、ニュートンリングの観察により反りを把握し、上記温度制御等に迅速にフィードバックするとともに、サファイア基板11として厚さの厚い基板を用いる。すなわち、表面を鏡面研磨した支持具上に載置された両面研磨したサファイア基板11に、前記第1クラッド層12、活性層13、第2クラッド層14をサファイア基板11の厚さを変えて成長させる。そして、サファイア基板11の厚さ毎に結晶成長後のニュートンリングを観察し、ニュートンリングが薄膜の略全面に現れるようにサファイア基板11の厚さを選定する。以後においては、ここで選定した厚さ以上の厚さを有するサファイア基板11を用い、この上に前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜(第1クラッド層12、活性層13、第2クラッド層14)を成長する   The crystal growth is performed while placing the sapphire substrate 11 on a susceptor (not shown) and controlling the temperature. At this time, the warp is grasped by observing the Newton ring, and a quick feedback is made to the temperature control or the like, and a thick substrate is used as the sapphire substrate 11. That is, the first clad layer 12, the active layer 13, and the second clad layer 14 are grown on the sapphire substrate 11 that is mounted on a mirror-polished support and the thickness of the sapphire substrate 11 is changed. Let Then, the Newton ring after crystal growth is observed for each thickness of the sapphire substrate 11, and the thickness of the sapphire substrate 11 is selected so that the Newton ring appears on substantially the entire surface of the thin film. Thereafter, a sapphire substrate 11 having a thickness greater than the thickness selected here is used, and a thin film (first cladding layer 12, active layer 13, second cladding layer 14) made of the gallium nitride compound semiconductor is formed thereon. Grow)

結晶成長の後、p型GaN層(第2クラッド層14)を熱活性化し、図8(b)に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体膜(第1クラッド層12、活性層13、第2クラッド層14)をフォトリソグラフィ技術を用いて個々の発光ダイオードに対応してエッチングする。さらに、第1クラッド層12と接してn電極15を形成し、第2クラッド層14と接してp電極16を形成する。なお、n電極15は、例えばTi/Al等を成膜し、これをフォトリソグラフィ技術でパターニングすることにより形成する。p電極16は、Ag等を成膜し、これをフォトリソグラフィ技術でパターニングすることにより形成する。   After crystal growth, the p-type GaN layer (second cladding layer 14) is thermally activated, and as shown in FIG. 8B, a gallium nitride compound semiconductor film (first cladding layer 12, active layer 13, second layer). The cladding layer 14) is etched corresponding to the individual light emitting diodes using photolithography. Further, an n electrode 15 is formed in contact with the first cladding layer 12, and a p electrode 16 is formed in contact with the second cladding layer 14. Note that the n-electrode 15 is formed, for example, by forming a film of Ti / Al or the like and patterning it with a photolithography technique. The p-electrode 16 is formed by depositing Ag or the like and patterning it with a photolithography technique.

次いで、図8(c)に示すように、上記n電極15上に半田接続用金属17を形成し、p電極16上にも半田接続用金属18を形成する。なお、これら半田接続用金属17,18は、高さを揃えて形成する。   Next, as shown in FIG. 8C, a solder connection metal 17 is formed on the n electrode 15, and a solder connection metal 18 is also formed on the p electrode 16. The solder connecting metals 17 and 18 are formed with the same height.

次に、図8(d)に示すように、上記結晶層や電極が形成されたサファイア基板11を上下逆転させ、サブマウント19上にフリップ−チップボンディングする。サブマウント19は、例えばSi等からなるものであり、上記半田接続用金属17,18に対応してマウント電極20,21が設けられている。   Next, as shown in FIG. 8D, the sapphire substrate 11 on which the crystal layer and the electrode are formed is turned upside down and flip-chip bonded onto the submount 19. The submount 19 is made of, for example, Si, and mount electrodes 20 and 21 are provided corresponding to the solder connecting metals 17 and 18.

上記サブマウント19へのボンディングの後、図8(e)に示すように、サファイア基板11裏面側からエネルギービームを照射し、いわゆるアブレーション(エネルギービームとしてレーザ光を用いた場合には、レーザアブレーション)を起こし、サファイア基板11を剥離する。   After bonding to the submount 19, as shown in FIG. 8E, an energy beam is irradiated from the back side of the sapphire substrate 11, so-called ablation (in the case of using laser light as the energy beam, laser ablation). And the sapphire substrate 11 is peeled off.

アブレーションに用いるエネルギービームとしては、エキシマレーザやYAGレーザ等のレーザ光を使用することができる。例えば窒化ガリウム系の発光ダイオードの場合、上記サファイア基板11との界面で窒化ガリウム系化合物半導体の結晶層が金属のGaと窒素に分解され、サファイア基板11から容易に剥離される。   As an energy beam used for ablation, a laser beam such as an excimer laser or a YAG laser can be used. For example, in the case of a gallium nitride-based light-emitting diode, the crystal layer of the gallium nitride-based compound semiconductor is decomposed into metallic Ga and nitrogen at the interface with the sapphire substrate 11 and is easily separated from the sapphire substrate 11.

なお、上記レーザアブレーションによりサファイア基板11を剥離した後、結晶層の表面には、アブレーションの際に発生した金属のGaが付着している。そこで、上記レーザーアブレーションの後には、表面に析出した金属Gaをウエットエッチング等の手法により除去することが好ましい。例えば、塩酸と硝酸の混酸溶液を用いてウエットエッチングすれば、析出した金属Gaを容易に除去することができる。   Note that after the sapphire substrate 11 is peeled off by the laser ablation, metallic Ga generated during ablation adheres to the surface of the crystal layer. Therefore, after the laser ablation, it is preferable to remove metal Ga deposited on the surface by a technique such as wet etching. For example, if wet etching is performed using a mixed acid solution of hydrochloric acid and nitric acid, the deposited metal Ga can be easily removed.

剥離したサファイア基板11は、研磨、洗浄後、結晶成長へ再利用する。すなわち、図8(a)に示す工程で再度基板として利用する。一方、サブマウント19側は、サブマウント19を素子毎に分離することで、各発光ダイオードに分離する。   The peeled sapphire substrate 11 is reused for crystal growth after polishing and washing. That is, it is used again as a substrate in the process shown in FIG. On the other hand, the submount 19 is separated into light emitting diodes by separating the submount 19 for each element.

以上の作製プロセスによれば、サファイア基板11の再利用が可能であり、コストの上昇を抑えることができる。また、素子分離の際に厚さの厚いサファイア基板を研磨する必要がないので、加工時間も削減することができる。   According to the above manufacturing process, the sapphire substrate 11 can be reused, and an increase in cost can be suppressed. In addition, since it is not necessary to polish a thick sapphire substrate at the time of element isolation, the processing time can be reduced.

窒化ガリウム系発光素子の成長シーケンスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the growth sequence of a gallium nitride system light emitting element. (a)は図1のA点での反りの状態を示す模式的な断面図であり、(b)はそのときのニュートンリングの様子を示す模式的な平面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the state of the curvature in A point of FIG. 1, (b) is a typical top view which shows the mode of the Newton ring at that time. (a)は図1のB点での反りの状態を示す模式的な断面図であり、(b)はそのときのニュートンリングの様子を示す模式的な平面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the state of the curvature in B point of FIG. 1, (b) is a typical top view which shows the mode of the Newton ring at that time. (a)は図1のC点での反りの状態を示す模式的な断面図であり、(b)はそのときのニュートンリングの様子を示す模式的な平面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the state of the curvature in C point of FIG. 1, (b) is a typical top view which shows the mode of the Newton ring at that time. (a)は図1のD点での反りの状態を示す模式的な断面図であり、(b)はそのときのニュートンリングの様子を示す模式的な平面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the state of the curvature in D point of FIG. 1, (b) is a typical top view which shows the mode of the Newton ring at that time. (a)は図1のE点での反りの状態を示す模式的な断面図であり、(b)はそのときのニュートンリングの様子を示す模式的な平面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the state of the curvature in E point of FIG. 1, (b) is a typical top view which shows the mode of the Newton ring at that time. (a)はサファイア基板の厚さを厚くした場合の反りの状態を示す模式的な断面図であり、(b)はそのときのニュートンリングの様子を示す模式的な平面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the state of the curvature at the time of thickening a sapphire substrate, (b) is a typical top view which shows the mode of the Newton ring at that time. 発光ダイオードの製造例を示すものであり、(a)は結晶成長工程を示す模式的な断面図、(b)は電極形成工程を示す模式的な断面図、(c)は半田接続用金属形成工程を示す模式的な断面図、(d)はサブマウントへのボンディング工程を示す模式的な断面図、(e)はサファイア基板剥離工程を示す模式的な断面図、(f)は素子分離工程を示す模式的な断面図である。The example of manufacture of a light emitting diode is shown, (a) is typical sectional drawing which shows a crystal growth process, (b) is typical sectional drawing which shows an electrode formation process, (c) is metal formation for solder connection Schematic sectional view showing a process, (d) is a schematic sectional view showing a bonding process to a submount, (e) is a schematic sectional view showing a sapphire substrate peeling process, and (f) is an element isolation process. It is a typical sectional view showing.

符号の説明Explanation of symbols

1 サセプタ、2,11 サファイア基板、3 窒化ガリウム系化合物半導体膜、12 第1クラッド層、13 活性層、14 第2クラッド層、15 n電極、16 p電極、17,18 半田接続用金属、19 サブマウント、20,21 マウント電極 1 susceptor, 2,11 sapphire substrate, 3 gallium nitride compound semiconductor film, 12 first cladding layer, 13 active layer, 14 second cladding layer, 15 n electrode, 16 p electrode, 17, 18 metal for solder connection, 19 Submount, 20, 21 Mount electrode

Claims (11)

サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層を結晶成長させるに際し、
両面鏡面研磨したサファイア基板を、表面鏡面研磨した支持具上に載置し、ニュートンリングを観察することにより反りを把握することを特徴とする結晶成長方法。
When growing a crystal layer made of a gallium nitride compound semiconductor on a sapphire substrate,
A crystal growth method, comprising: mounting a sapphire substrate that has been mirror-polished on both sides on a support that has been mirror-polished and observing a Newton ring to grasp warpage.
サファイア基板の厚さを結晶層の厚さの100倍以上とすることを特徴とする請求項1の結晶成長方法。   2. The crystal growth method according to claim 1, wherein the thickness of the sapphire substrate is 100 times or more the thickness of the crystal layer. 結晶層の厚さを2.5μm以上とすることを特徴とする請求項2記載の結晶成長方法。   The crystal growth method according to claim 2, wherein the thickness of the crystal layer is 2.5 μm or more. 上記結晶層がインジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層を含むことを特徴とする請求項1の結晶成長方法。   2. The crystal growth method according to claim 1, wherein the crystal layer includes a crystal layer made of a gallium nitride compound semiconductor containing indium. 上記結晶層として、第1クラッド層、活性層、第2クラッド層を順次結晶成長させることを特徴とする請求項1の結晶成長方法。   2. The crystal growth method according to claim 1, wherein the first cladding layer, the active layer, and the second cladding layer are sequentially grown as the crystal layer. 上記活性層がインジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなることを特徴とする請求項5記載の結晶成長方法。   6. The crystal growth method according to claim 5, wherein the active layer is made of a gallium nitride compound semiconductor containing indium. 結晶層を成長させた後、サファイア基板を剥離し、再利用することを特徴とする請求項1の結晶成長方法。   2. The crystal growth method according to claim 1, wherein after the crystal layer is grown, the sapphire substrate is peeled off and reused. レーザアブレーションにより上記サファイア基板を剥離することを特徴とする請求項7記載の結晶成長方法。   The crystal growth method according to claim 7, wherein the sapphire substrate is peeled off by laser ablation. サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる結晶層を結晶成長させるに際し、
上記サファイア基板の厚さをd、サファイア基板の直径をr(インチで表した時の数値)、結晶層の厚さをtとしたときに、
d≧50×r×t
となるようにサファイア基板の厚さを選定することを特徴とする結晶成長方法。
When growing a crystal layer made of a gallium nitride compound semiconductor on a sapphire substrate,
When the thickness of the sapphire substrate is d, the diameter of the sapphire substrate is r (numerical value when expressed in inches), and the thickness of the crystal layer is t,
d ≧ 50 × r × t
A crystal growth method, wherein the thickness of the sapphire substrate is selected so that
サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる窒化ガリウム系化合物薄膜を形成する窒化ガリウム系化合物薄膜の製造方法において、
表面を鏡面研磨した支持具上に載置された両面研磨したサファイア基板に、前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜を前記サファイア基板の厚さを変えて成長させ、ニュートンリングが薄膜の略全面に現れるように前記サファイア基板の厚さを選定する基板選定工程と、
前記基板選定工程で選定した厚さ以上の厚さを有するサファイア基板上に前記窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜を成長する薄膜形成工程と、
を有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物薄膜の製造方法。
In the method for producing a gallium nitride compound thin film, a gallium nitride compound thin film comprising a gallium nitride compound semiconductor is formed on a sapphire substrate.
A thin film made of the gallium nitride compound semiconductor is grown on a sapphire substrate polished on both sides and placed on a support whose surface is mirror-polished, and the Newton ring is formed on almost the entire surface of the thin film. A substrate selection step of selecting the thickness of the sapphire substrate to appear;
A thin film forming step of growing a thin film made of the gallium nitride compound semiconductor on a sapphire substrate having a thickness greater than or equal to the thickness selected in the substrate selecting step;
A method for producing a gallium nitride-based compound thin film characterized by comprising:
前記薄膜形成工程で成長された窒化物ガリウム系化合物薄膜をレーザアブレーション法によりサファイア基板から剥離する工程を有することを特徴とする請求項10記載の窒化ガリウム系化合物薄膜の製造方法。   The method for producing a gallium nitride compound thin film according to claim 10, further comprising a step of peeling the nitride gallium compound thin film grown in the thin film forming step from the sapphire substrate by a laser ablation method.
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