JP2010080937A - Aluminum gallium arsenic supporting substrate and manufacturing method therefor, epitaxial wafer and manufacturing method therefor, and light-emitting diode and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、AlGaAs支持基板の製造方法、エピタキシャルウエハの製造方法、LEDの製造方法、AlGaAs支持基板、エピタキシャルウエハおよびLEDに関する。 The present invention relates to an AlGaAs support substrate manufacturing method, an epitaxial wafer manufacturing method, an LED manufacturing method, an AlGaAs support substrate, an epitaxial wafer, and an LED.
AlaGa(1-a)As(0<a<1)(以下、AlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)とも言う。)基板を利用したLED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)は、赤外の光源として広く用いられている。赤外の光源としての赤外LEDは、光通信、空間伝送などに使用されており、伝送するデ−タの大容量化、伝送距離の長距離化に伴い、出力の向上が要求されている。 LED (Light Emitting Diode) using an Al a Ga (1-a) As (0 <a <1) (hereinafter also referred to as AlGaAs (aluminum gallium arsenide)) substrate is widely used as an infrared light source. It is used. Infrared LEDs as an infrared light source are used for optical communication, spatial transmission, and the like, and there is a demand for improvement in output with an increase in transmission data capacity and transmission distance. .
このようなAlGaAs支持基板の製造方法は、たとえば特許第3937290号公報(特許文献1)および特許第3967088号公報(特許文献2)に開示されている。この特許文献1および2には以下の工程が実施されることが記載されている。具体的には、まず、LPE(液相成長法:Liquid Phase Epitaxy)法により、仮の基板であるGaAs(ガリウム砒素)基板の主面上に、Al0.26Ga0.74Asからなる高キャリア濃度層と低キャリア濃度層とをこの順に成長させる。その後、GaAs基板をエッチングして除去して、AlGaAsよりなる支持基板を製造している。
Such a method of manufacturing an AlGaAs support substrate is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3937290 (Patent Document 1) and Japanese Patent No. 3996788 (Patent Document 2).
またGaAs層と、GaAs層上に形成されたAlGaAs層とを備えたAlGaAs支持基板の製造方法が特開昭63−312629号公報(特許文献3)に開示されている。この特許文献3には、以下の工程が実施されることが記載されている。具体的には、まず、LPE法によりp型GaAs基板上にZnドープのp型AlGaAsエピタキシャル層およびアンドープのGaAs層を順に形成する。その後、p型GaAs基板を機械研磨またはケミカルエッチングにより完全に除去して、GaAs層と、GaAs層上に形成されたAlGaAs層とを備えたエピタキシャルウエハ(AlGaAs支持基板)を製造している。
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 63-31629 (Patent Document 3) discloses a method of manufacturing an AlGaAs support substrate including a GaAs layer and an AlGaAs layer formed on the GaAs layer.
上記特許文献1および2では、AlGaAsよりなる高濃度層および低濃度層を所定の厚み以上に成長しなければ、この支持基板上に気相成長法によるエピタキシャル層を形成する際に、支持基板のハンドリングが問題となる。また、高キャリア濃度層および低キャリア濃度層とからなる厚いAlGaAs層を成長させるためのコストが高い。このため、上記特許文献1および2では、AlGaAs支持基板を製造するためのコストが高いという問題がある。
In
上記特許文献3のAlGaAs支持基板では、GaAs層と、このGaAs層上に形成されたAlGaAs層とを備えている。AlGaAs層はAlを含んでいるので、AlGaAs層のAlの組成(組成比)によりAlGaAs支持基板の反りが大きくなるという問題がある。反りが大きくなると、AlGaAs支持基板を気相成長法で用いるサセプタに保持させることができない。また、気相成長法で成長させる際に、サセプタからAlGaAs支持基板が外れてしまう。このため、AlGaAs支持基板の反りが大きいと、AlGaAs層においてGaAs層が形成されている面と反対側の面上に、気相成長法によりエピタキシャル層を形成することができない。
The AlGaAs support substrate of
そこで、本発明の目的は、コストを低減し、かつ反りを低減したAlGaAs支持基板の製造方法、エピタキシャルウエハの製造方法、LEDの製造方法、AlGaAs支持基板、エピタキシャルウエハおよびLEDを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an AlGaAs support substrate manufacturing method, an epitaxial wafer manufacturing method, an LED manufacturing method, an AlGaAs support substrate, an epitaxial wafer, and an LED with reduced cost and reduced warpage. .
本発明のAlGaAs支持基板の製造方法は、以下の工程を備えている。主表面と、主表面と反対側の裏面とを有するGaAs基板を準備する。GaAs基板の主表面側に、液相成長法により第1のAlxGa(1-x)As層(0<x<1)(以下、第1のAlGaAs層とも言う)を形成する。GaAs基板の裏面側に、液相成長法により第2のAlyGa(1-y)As層(0<y<1)(以下、第2のAlGaAs層とも言う)を形成する。 The manufacturing method of the AlGaAs support substrate of the present invention includes the following steps. A GaAs substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface is prepared. A first Al x Ga (1-x) As layer (0 <x <1) (hereinafter also referred to as a first AlGaAs layer) is formed on the main surface side of the GaAs substrate by a liquid phase growth method. A second Al y Ga (1-y) As layer (0 <y <1) (hereinafter also referred to as a second AlGaAs layer) is formed on the back side of the GaAs substrate by a liquid phase growth method.
本発明のAlGaAs支持基板は、主表面と、主表面と反対側の裏面とを有するGaAs基板と、GaAs基板の主表面側に形成された第1のAlxGa(1-x)As層(0<x<1)と、GaAs基板の裏面側に形成された第2のAlyGa(1-y)As層(0<y<1)とを備えている。 The AlGaAs support substrate of the present invention includes a GaAs substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface, and a first Al x Ga (1-x) As layer formed on the main surface side of the GaAs substrate ( 0 <x <1) and a second Al y Ga (1-y) As layer (0 <y <1) formed on the back side of the GaAs substrate.
本発明のAlGaAs支持基板の製造方法およびAlGaAs支持基板によれば、GaAs基板の主表面および裏面に、第1および第2のAlGaAs層を形成している。これにより、GaAs基板の主表面および裏面に同じ方向の応力を加えることができる。このため、GaAs基板と、第1および第2のAlGaAs層とのAlの組成x、yの差による反りが発生することを抑制することができる。 According to the AlGaAs support substrate manufacturing method and the AlGaAs support substrate of the present invention, the first and second AlGaAs layers are formed on the main surface and the back surface of the GaAs substrate. Thereby, stress in the same direction can be applied to the main surface and the back surface of the GaAs substrate. For this reason, it can suppress that the curvature by the difference of Al composition x and y of a GaAs substrate and a 1st and 2nd AlGaAs layer generate | occur | produces.
また、GaAs基板を備えたAlGaAs支持基板を製造している。このため、AlGaAs支持基板上に気相成長法によるエピタキシャル成長するためにAlGaAs支持基板が要する厚みをGaAs基板が担っている。GaAs基板はAlGaAs層を形成するために要するコストよりも安価であるため、AlGaAs支持基板を製造するために要するコストを低減することができる。 In addition, an AlGaAs support substrate having a GaAs substrate is manufactured. For this reason, the GaAs substrate bears the thickness required for the AlGaAs support substrate for epitaxial growth by vapor phase epitaxy on the AlGaAs support substrate. Since the GaAs substrate is less expensive than the cost required to form the AlGaAs layer, the cost required to manufacture the AlGaAs support substrate can be reduced.
上記AlGaAs支持基板において好ましくは、200μm以下の反りを有する。上述したように、GaAs基板の主表面および裏面に同じ方向の応力を加えることができる。このため、200μm以下の小さな反りを有するAlGaAs支持基板を実現できる。 The AlGaAs support substrate preferably has a warp of 200 μm or less. As described above, stress in the same direction can be applied to the main surface and the back surface of the GaAs substrate. For this reason, an AlGaAs support substrate having a small warp of 200 μm or less can be realized.
上記AlGaAs支持基板において好ましくは、平均値が1.5×10-5以下の残留歪を有する。これにより、結晶の割れを生じにくく、かつエピタキシャル成長したエピタキシャル層にスリップの発生の少ない結晶を実現することができる。 The AlGaAs support substrate preferably has a residual strain having an average value of 1.5 × 10 −5 or less. As a result, it is possible to realize a crystal that is less prone to crystal cracking and causes less slip in the epitaxially grown epitaxial layer.
上記AlGaAs支持基板において好ましくは、最大値が2×10-5以下の残留歪を有する。これにより、結晶の割れをより生じにくく、かつエピタキシャル成長したエピタキシャル層にスリップの発生のより少ない結晶を実現することができる。 The AlGaAs support substrate preferably has a residual strain having a maximum value of 2 × 10 −5 or less. As a result, it is possible to realize a crystal that is less prone to crystal cracking and that causes less slip in the epitaxially grown epitaxial layer.
上記AlGaAs支持基板において好ましくは、50mm以上の直径を有する。従来は、直径が大きいと外周部の残留歪が大きくなるため、上記残留歪を有し、かつ50mm以上の直径を有するAlGaAs支持基板を作製することは困難であった。しかし、本発明のAlGaAs支持基板は第2のAlGaAs層を備えているので、上記残留歪を有し、かつ50mm以上の直径を有するAlGaAs支持基板を実現することができる。直径を50mm以上にすることによって、デバイス面積を増やすことができるので、コスト面において有利である。
The AlGaAs support substrate preferably has a diameter of 50 mm or more. Conventionally, when the diameter is large, the residual strain at the outer peripheral portion becomes large, so it has been difficult to produce an AlGaAs support substrate having the residual strain and a diameter of 50 mm or more. However, since the AlGaAs support substrate of the present invention includes the second AlGaAs layer, an AlGaAs support substrate having the residual strain and a diameter of 50 mm or more can be realized. By making the
上記AlGaAs支持基板の製造方法において好ましくは、第1のAlxGa(1-x)As層を形成する工程後に、第2のAlyGa(1-y)As層を形成する工程を実施する。 Preferably, in the method of manufacturing the AlGaAs support substrate, the step of forming the second Al y Ga (1-y) As layer is performed after the step of forming the first Al x Ga (1-x) As layer. .
これにより、第1および第2のAlGaAs層のうち、一方を気相成長法によるエピタキシャル層を成長させるための層として形成し、他方を反りを緩和するための層として形成することができる。このため、エピタキシャル層を成長させるための層のAlの組成を低減することにより、酸化膜の形成を抑制できるように形成することができる。この場合、エピタキシャル層を成長させるための層上に、特性を向上したエピタキシャル層を形成できる。また、反りを緩和する層のAlの組成を高めて厚みを低減することにより、コストをより低減することができる。 Thus, one of the first and second AlGaAs layers can be formed as a layer for growing an epitaxial layer by vapor deposition, and the other can be formed as a layer for reducing warpage. For this reason, it can form so that formation of an oxide film can be suppressed by reducing the composition of Al of the layer for growing an epitaxial layer. In this case, an epitaxial layer with improved characteristics can be formed on the layer for growing the epitaxial layer. Further, the cost can be further reduced by increasing the Al composition of the layer for reducing the warpage and reducing the thickness.
上記AlGaAs支持基板の製造方法において好ましくは、第1のAlxGa(1-x)As層を形成する工程と、第2のAlyGa(1-y)As層を形成する工程とを同時に行なう。 Preferably, in the method of manufacturing the AlGaAs support substrate, the step of forming the first Al x Ga (1-x) As layer and the step of forming the second Al y Ga (1-y) As layer are performed simultaneously. Do.
これにより、同じ特性の第1および第2のAlGaAs層を形成することができる。このため、GaAs基板の主表面および裏面に同じ方向で同じ大きさの応力を加えることができる。したがって、反りを低減したAlGaAs支持基板を製造することができる。 Thereby, the first and second AlGaAs layers having the same characteristics can be formed. For this reason, the same amount of stress can be applied in the same direction to the main surface and the back surface of the GaAs substrate. Therefore, an AlGaAs support substrate with reduced warpage can be manufactured.
上記AlGaAs支持基板の製造方法において好ましくは、第1のAlxGa(1-x)As層および第2のAlyGa(1-y)As層の少なくとも一方において、GaAs基板と接している面と反対側の面を研磨する工程をさらに備えている。 Preferably, in the method of manufacturing the AlGaAs support substrate, at least one of the first Al x Ga (1-x) As layer and the second Al y Ga (1-y) As layer is in contact with the GaAs substrate. And a step of polishing the surface on the opposite side.
これにより、研磨した面の凹凸を低減でき、かつ厚みを均一にできる。このため、研磨した面上に気相成長法によるエピタキシャル成長させると、結晶性および組成が均一なエピタキシャル層を形成することができる。 Thereby, the unevenness | corrugation of the grind | polished surface can be reduced and thickness can be made uniform. For this reason, when epitaxial growth is performed on the polished surface by a vapor phase growth method, an epitaxial layer having uniform crystallinity and composition can be formed.
上記AlGaAs支持基板の製造方法において好ましくは、上記研磨する工程では、第1のAlxGa(1-x)As層の反対側の面の表面粗さRaが50nm以下になるように研磨する。 Preferably, in the AlGaAs support substrate manufacturing method, in the polishing step, polishing is performed so that the surface roughness Ra of the surface on the opposite side of the first Al x Ga (1-x) As layer is 50 nm or less.
これにより、この面上に気相成長法によるエピタキシャル成長させると、結晶性および組成がより均一なエピタキシャル層を形成することができる。 Thereby, when epitaxial growth is performed on this surface by vapor phase growth, an epitaxial layer with more uniform crystallinity and composition can be formed.
上記AlGaAs支持基板の製造方法において好ましくは、研磨する工程では、第2のAlyGa(1-y)As層の反対側の面の表面粗さRaが5μm以下になるように研磨する。 Preferably, in the method of manufacturing the AlGaAs support substrate, in the polishing step, polishing is performed so that the surface roughness Ra of the surface on the opposite side of the second Al y Ga (1-y) As layer is 5 μm or less.
これにより、この面とサセプタとの密着性をより向上することができる。このため、気相成長法によるエピタキシャル層を形成する際に、AlGaAs支持基板面内の成長温度が均一となり、面内の組成およびキャリア濃度が均一となる。 Thereby, the adhesiveness of this surface and a susceptor can be improved more. For this reason, when forming the epitaxial layer by the vapor phase growth method, the growth temperature in the AlGaAs support substrate surface becomes uniform, and the composition and carrier concentration in the surface become uniform.
本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、上記記載のAlGaAs支持基板の製造方法によりAlGaAs支持基板を製造する工程と、気相成長法により第1のAlxGa(1-x)As層にエピタキシャル層を形成する工程とを備えている。 An epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention includes an AlGaAs support substrate manufacturing process according to the AlGaAs support substrate manufacturing method described above, and an epitaxial layer formed on the first Al x Ga (1-x) As layer by vapor deposition. Forming a step.
本発明の一の局面におけるエピタキシャルウエハは、上記AlGaAs支持基板と、第1のAlxGa(1-x)As層に形成されたエピタキシャル層とを備えている。 An epitaxial wafer according to one aspect of the present invention includes the AlGaAs support substrate and an epitaxial layer formed on the first Al x Ga (1-x) As layer.
反りが低減されたAlGaAs支持基板を用いているので、このAlGaAs支持基板上にエピタキシャル成長する際に、AlGaAs支持基板がサセプタから外れることを抑制できる。またコストが低減されたAlGaAs支持基板を用いているので、このAlGaAs支持基板上に形成した気相成長法によるエピタキシャル層を備えたエピタキシャルウエハのコストを低減することができる。 Since the AlGaAs support substrate with reduced warpage is used, it is possible to suppress the AlGaAs support substrate from being detached from the susceptor during epitaxial growth on the AlGaAs support substrate. Further, since the AlGaAs support substrate with reduced cost is used, the cost of the epitaxial wafer provided with the epitaxial layer formed on the AlGaAs support substrate by the vapor phase growth method can be reduced.
上記エピタキシャルウエハの製造方法において好ましくは、第2のAlyGa(1-y)As層およびGaAs基板を除去する工程をさらに備えている。 Preferably, the method for manufacturing an epitaxial wafer further includes a step of removing the second Al y Ga (1-y) As layer and the GaAs substrate.
本発明の他の局面におけるエピタキシャルウエハは、第1のAlxGa(1-x)As層と、第1のAlxGa(1-x)As層に形成されたエピタキシャル層とを備えている。 An epitaxial wafer according to another aspect of the present invention includes a first Al x Ga (1-x) As layer and an epitaxial layer formed on the first Al x Ga (1-x) As layer. .
これにより、GaAs基板による透過性の低下を抑制できるので、電極を形成してなるLEDの特性を向上できるエピタキシャルウエハを実現できる。 Thereby, since the fall of the transmittance | permeability by a GaAs substrate can be suppressed, the epitaxial wafer which can improve the characteristic of LED formed with an electrode is realizable.
上記エピタキシャルウエハの製造方法において好ましくは、エピタキシャル層においてAlGaAs支持基板と接している面と反対側の面に基板を形成する工程をさらに備えている。 Preferably, the method for manufacturing an epitaxial wafer further includes a step of forming a substrate on a surface of the epitaxial layer opposite to the surface in contact with the AlGaAs support substrate.
本発明の一および他の局面におけるエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、エピタキシャル層において第1のAlxGa(1-x)As層と接している面と反対側の面に形成した基板をさらに備えている。 Preferably, the epitaxial wafer according to one and other aspects of the present invention further includes a substrate formed on a surface opposite to the surface in contact with the first Al x Ga (1-x) As layer in the epitaxial layer. .
これにより、導電性を有し、放熱性、高反射性の良好な特性を有する基板を形成すると、エピタキシャルウエハをLEDに用いる場合に放熱性能および高指向性能が向上する。 As a result, when a substrate having good conductivity, heat dissipation, and high reflectivity is formed, heat dissipation performance and high directivity performance are improved when an epitaxial wafer is used for an LED.
上記一およびさらに他の局面におけるエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、200μm以下の反りを有する。これにより、結晶性の良好なエピタキシャルウエハを実現することができる。 Preferably, the epitaxial wafer according to the above and the other aspects has a warp of 200 μm or less. Thereby, an epitaxial wafer with good crystallinity can be realized.
上記一およびさらに他の局面におけるエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、平均値が5×10-5以下の残留歪を有する。これにより、意図的に活性層に歪を加えても、スリップの発生の少ないエピタキシャル層を備えるエピタキシャルウエハを実現することができる。 Preferably, the epitaxial wafer according to the above and the other aspects has a residual strain having an average value of 5 × 10 −5 or less. As a result, an epitaxial wafer including an epitaxial layer with less slippage can be realized even if the active layer is intentionally strained.
上記一およびさらに他の局面におけるエピタキシャルウエハにおいて好ましくは、最大値が1×10-4以下の残留歪を有する。これにより、意図的に活性層に歪を加えても、スリップの発生のより少ないエピタキシャル層を備えるエピタキシャルウエハを実現することができる。 Preferably, the epitaxial wafer according to the above-described one and still other aspects has a residual strain having a maximum value of 1 × 10 −4 or less. Thereby, even if the active layer is intentionally strained, it is possible to realize an epitaxial wafer including an epitaxial layer with less occurrence of slip.
本発明のLEDの製造方法は、上記いずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法によりエピタキシャルウエハを製造する工程と、エピタキシャルウエハの表面および裏面に電極をそれぞれ形成する工程とを備えている。 The manufacturing method of LED of this invention is equipped with the process of manufacturing an epitaxial wafer with the manufacturing method of the epitaxial wafer in any one of the said, and the process of forming an electrode in the surface and back surface of an epitaxial wafer, respectively.
本発明のLEDは、上記いずれかに記載のエピタキシャルウエハと、エピタキシャルウエハの表面および裏面にそれぞれ形成された電極とを備えている。 The LED of the present invention includes any one of the above epitaxial wafers and electrodes formed on the front surface and the back surface of the epitaxial wafer.
本発明のLEDの製造方法およびLEDによれば、反りを低減したAlGaAs支持基板を用い、特性を向上したエピタキシャルウエハを用いているので、特性を向上したLEDを製造することができる。コストを低減したAlGaAs支持基板を用いているので、コストを低減したLEDを製造することができる。 According to the LED manufacturing method and the LED of the present invention, an AlGaAs supporting substrate with reduced warpage is used and an epitaxial wafer with improved characteristics is used. Therefore, an LED with improved characteristics can be manufactured. Since an AlGaAs support substrate with reduced costs is used, an LED with reduced costs can be manufactured.
本発明のAlGaAs支持基板の製造方法、エピタキシャルウエハの製造方法、LEDの製造方法、AlGaAs支持基板、エピタキシャルウエハおよびLEDにより、コストを低減し、かつ反りを低減したものを提供する。 According to the present invention, there is provided an AlGaAs support substrate manufacturing method, an epitaxial wafer manufacturing method, an LED manufacturing method, an AlGaAs support substrate, an epitaxial wafer, and an LED with reduced cost and reduced warpage.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態におけるAlGaAs支持基板を概略的に示す断面図である。まず、図1を参照して、本実施の形態におけるAlGaAs支持基板について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an AlGaAs support substrate in the present embodiment. First, the AlGaAs support substrate in the present embodiment will be described with reference to FIG.
図1に示すように、AlGaAs支持基板10は、GaAs基板11と、第1のAlGaAs層12と、第2のAlGaAs層13とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
GaAs基板11は、主表面11aと、主表面11aと反対側の裏面11bとを有している。第1のAlGaAs層12は、GaAs基板11の主表面11a側に形成されている。第2のAlGaAs層13は、GaAs基板11の裏面11b側に形成されている。
The
GaAs基板11は、オフ角を有していてもよく、有していなくてもよい。またGaAs基板11の表面は鏡面であってもよく、粗面であってもよい。
The
第1のAlGaAs層12は、気相成長法によるエピタキシャル層を形成するための層である。また第1のAlGaAs層12がLEDに用いられるときには、第1のAlGaAs層12はたとえば電流を拡散し、かつ活性層からの光を透過させる窓層の役割を担う。
The
第1のAlGaAs層12は、AlxGa(1-x)As層(0<x<1)よりなる。なお、組成(組成比)xは、Alのモル比である。組成(1−x)は、Gaのモル比である。
The
第1のAlGaAs層12は、主表面12aと、主表面12aと反対側の裏面12bとを有している。裏面12bは、GaAs基板11と接している。
The
第2のAlGaAs層13は、AlGaAs支持基板10の反りを緩和するための層である。第2のAlGaAs層13は、AlyGa(1-y)As層(0<y<1)よりなる。なお、組成(組成比)yは、Alのモル比である。組成(1−y)は、Gaのモル比である。
The
第2のAlGaAs層13は、主表面13aと、主表面13aと反対側の裏面13bとを有している。裏面13bは、GaAs基板11と接している。
The
第1のAlGaAs層12の主表面12aのAlの組成xは、第2のAlGaAs層13の主表面13aのAlの組成yよりも小さいことが好ましい。Alは酸化されやすい性質を有しているため、第1のAlGaAs層12の主表面12aに存在するAlの組成を低くすることが有利である。それは、第1のAlGaAs層12の主表面12aに絶縁性の酸化層が形成されることを抑制できることを意味する。
The Al composition x of the
第1のAlGaAs層12の透過性を向上する観点からは、Alの組成が高いことが好ましい。このため、主表面12aに酸化層が形成されることを抑制し、かつ透過性を向上するために、第1のAlGaAs層12において、裏面12bのAlの組成xは、主表面12aのAlの組成xよりも高いことが好ましい。また、第1のAlGaAs層12は、裏面12bから主表面12aにかけて、Alの組成xが単調減少していることが好ましい。単調減少とは、第1のAlGaAs層12の裏面12bから主表面12aに向けて(成長方向に向けて)、組成xが常に同じまたは減少しており、かつ裏面12bよりも主表面12aの方が組成xが低いことを意味する。つまり、単調減少とは、この成長方向に向けて組成xが増加している部分が含まれていない。
From the viewpoint of improving the permeability of the
第2のAlGaAs層13のAlの組成が高い場合、Alの組成yが大きいと格子定数が大きくなり、GaAs基板11との格子整合度からの歪が大きくなる。これにより、第2のAlGaAs層13からGaAs基板11への応力が大きくなる。このため、第1のAlGaAs層12との応力の大きさを同じになるように形成した第2のAlGaAs層13の厚みを小さくすることができるので、第2のAlGaAs層13のコストを低減できる。
When the Al composition of the
本発明者は、鋭意研究の結果、特に以下の関係を満たすことによって、第2のAlGaAs層13の厚みを低減した場合であっても、AlGaAs支持基板10の反りを緩和できることを見い出した。
As a result of diligent research, the present inventor has found that the warp of the
具体的には、第1および第2のAlGaAs層12、13中のそれぞれにおいて最も低いAlの組成をAlLとし、第1および第2のAlGaAs層12、13中のそれぞれにおいて最も高いAlの組成をAlHとし、第1および第2のAlGaAs層12、13中のAlの組成の深さ方向の平均値をAlaveとする。Alaveは、(AlL+AlH)/2で求められる。さらに、Alave比Xを(第2のAlGaAs層13のAlave/第1のAlGaAs層12のAlave)とし、厚み比Yを(第2のAlGaAs層13の厚み/第1のAlGaAs層12の厚み)とする。この場合、0.7≦X<4.0、かつ−X+1.3≦Y≦−X+4.0の関係を満たすことが好ましく、0.8≦X≦3.7、かつ−X+1.5≦Y≦−X+4.0の関係を満たすことがより好ましい。
Specifically, the lowest Al composition in each of the first and second AlGaAs layers 12 and 13 is Al L and the highest Al composition in each of the first and second AlGaAs layers 12 and 13. Is Al H, and the average value of the Al composition in the first and second AlGaAs layers 12 and 13 in the depth direction is Al ave . Al ave is obtained by (Al L + Al H ) / 2. Furthermore, the Al ave ratio X as (Al ave second Al ave /
第1のAlGaAs層12の主表面12aの表面粗さRaは、好ましくは50nm以下、より好ましくは0.1nm以上2nm以下である。50nm以下の場合、主表面12a上に気相成長法によるエピタキシャル成長させると、結晶性および組成がより均一なエピタキシャル層を形成することができる。2nm以下の場合、結晶性および組成がより一層均一なエピタキシャル層を形成することができる。表面粗さRaは小さいほど好ましいが、製造上の理由から下限値はたとえば0.1nmである。
The surface roughness Ra of the
第2のAlGaAs層13の主表面13aの表面粗さRaが好ましくは5μm以下、より好ましくは0.05μm以上3μm以下になるように研磨する。5μm以下の場合、主表面13aとサセプタとの密着性をより向上することができる。このため、気相成長法によるエピタキシャル層を形成する際にAlGaAs支持基板10がサセプタから外れることをより抑制することができる。3μm以下の場合、エピタキシャル層を成長する際にAlGaAs支持基板10がサセプタから外れることをより抑制することができる。一方、表面粗さRaは小さいほど好ましいが、コストを低減する観点から下限値はたとえば0.05μmである。
Polishing is performed so that the surface roughness Ra of the
ここで、上記表面粗さRaは、たとえばJIS(Japanese Industrial Standards)B0601に準拠して測定される値である。 Here, the surface roughness Ra is a value measured in accordance with, for example, JIS (Japanese Industrial Standards) B0601.
なお、第1および第2のAlGaAs層12、13の組成は、同一であってもよく、異なっていてもよい。また第1および第2のAlGaAs層12、13の厚みは、同一であってもよく、異なっていてもよい。 The compositions of the first and second AlGaAs layers 12 and 13 may be the same or different. The thicknesses of the first and second AlGaAs layers 12 and 13 may be the same or different.
AlGaAs支持基板10の反りは、200μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。200μm以下の場合、AlGaAs支持基板10上に気相成長法によるエピタキシャル成長させる際に、AlGaAs支持基板10がサセプタから外れることを抑制できる。50μm以下の場合、成長装置のサセプタにAlGaAs支持基板10をより保持しやすく、かつAlGaAs支持基板10上に気相成長法によるエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエハと、他の(貼り付け)基板との貼り付けも容易に行なうことができる。なお、AlGaAs支持基板10の反りは小さいほど好ましいが、製造上の理由から、AlGaAs支持基板10の反りの下限値はたとえば0.001μmである。
The warp of the
ここで、上記反りとは、図2に示すように、AlGaAs支持基板10を凸になるように平行台に載置したときに、AlGaAs支持基板10の空間が形成される面(たとえば裏面)において、形成される空間の最も高い位置(たとえば中央部)と、最も低い位置(AlGaAs支持基板10の裏面における端部)との距離の差hである。なお、図2は、本実施の形態におけるAlGaAs支持基板10の反りを説明するための模式図である。
Here, as shown in FIG. 2, the warp is a surface (for example, the back surface) where the space of the
AlGaAs支持基板10の残留歪の平均値は、1.5×10-5以下が好ましく、6.0×10-6以下がより好ましい。また、AlGaAs支持基板10の残留歪の平均値が1.5×10-5以下であり、かつその最大値が2×10-5以下であることが好ましい。また、AlGaAs支持基板10の直径が50mm以上である場合に、特に有効である。
The average value of the residual strain of the
上記残留歪の評価は、たとえば、Appl.Phys.Lett.47(1985)pp.365−367に記載される光弾性法に基づいて行なうことができる。具体的には、たとえば、AlGaAs支持基板10に存在する残留歪を光弾性法により算定することによって、AlGaAs支持基板10中の残留歪を評価することができる。このような算定法においては、AlGaAs支持基板10の残留歪は、半径方向の歪Srと接線方向の歪Stとの差の絶対値|Sr−St|によって算定することができる。この算定において、|Sr−St|は次式(1)のように定義される。
The residual strain is evaluated by, for example, Appl. Phys. Lett. 47 (1985) p. It can be carried out based on the photoelastic method described in 365-367. Specifically, for example, the residual strain in the
ここで、λは測定に用いる光の波長、dは測定に用いるAlGaAs支持基板の厚さ、n0は屈折率、δは試料の複屈折によって生じる位相差、ψは主振動方位角、p11,p12,p44は光弾性定数を示すものとする。 Here, λ is the wavelength of light used for measurement, d is the thickness of the AlGaAs support substrate used for measurement, n 0 is the refractive index, δ is the phase difference caused by the birefringence of the sample, ψ is the main vibration azimuth, and p 11 , P 12 and p 44 represent photoelastic constants.
この光弾性法によれば、上記の試料の複屈折によって生じる位相差δおよび主振動方位角ψのみを測定することによって、AlGaAs支持基板における|Sr−St|を容易に求めることができる。 According to this photoelastic method, | Sr-St | in the AlGaAs support substrate can be easily obtained by measuring only the phase difference δ and the main vibration azimuth angle ψ caused by the birefringence of the sample.
本発明者は、この評価法に基づいて求めたAlGaAs支持基板10の残留歪の量が、スライス、研磨等の結晶加工やその後のエピタキシャル成長やデバイスプロセスの過程で生じる結晶の割れと強く相関していることを見出した。また、本発明者は、エピタキシャル成長およびデバイスプロセスにおいて、エピタキシャル成長した薄膜結晶層に生じるスリップ(結晶欠陥)が、土台としたAlGaAs支持基板10の残留歪の量に大きく影響されることも見出した。
The present inventor strongly correlated the amount of residual strain of the
上記のような相関関係を見出すことによって、LEDなどの半導体デバイスの製作により適した品質の高いAlGaAs支持基板10を本発明として完成し、結晶の割れを生じにくくかつエピタキシャル成長した薄膜結晶層にスリップの発生の少ない結晶をユーザに安定的に提供することを可能にした。
By finding the correlation as described above, a high quality
本発明のAlGaAs支持基板10中の残留歪の平均値が1×10-5以下であると、スライス、研磨等の結晶加工およびその後のエピタキシャル成長やデバイスプロセスの過程においてスリップなどの結晶ダメージが極めて入りにくくなる。また、エピタキシャル成長で良好な結晶性を得られるため、デバイス特性が良好となる。また、AlGaAs支持基板10中の残留歪の最大値が2×10-5以下であると、さらにスリップなどの結晶ダメージが入りにくくなり、より良好なデバイス特性が得られる。
When the average value of the residual strain in the
続いて、図3を参照して、本実施の形態におけるAlGaAs支持基板10の製造方法について説明する。なお、図3は、本実施の形態におけるAlGaAs支持基板の製造方法を示すフローチャートである。
Next, a method for manufacturing the
図4は、本実施の形態におけるGaAs基板11を概略的に示す断面図である。図3および図4に示すように、まず、主表面11aと、主表面11aと反対側の裏面11bとを有するGaAs基板11を準備する(ステップS1)。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the
図5は、本実施の形態における第1のAlGaAs層12を成長させた状態を概略的に示す断面図である。図3および図5に示すように、次に、GaAs基板11の主表面11a側に、LPE法により第1のAlxGa(1-x)As層12(0<x<1)を形成する(ステップS2)。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the
このAlGaAs層12を成長させるステップS2では、GaAs基板11との界面(裏面12b)のAlの組成xが、主表面12aのAlの組成xよりも高いAlGaAs層12を成長させることが好ましい。
In step S2 for growing the
次に、GaAs基板11の裏面11b側に、LPE法により第2のAlyGa(1-y)As層13(0<y<1)を形成する(ステップS3)。
Next, the second Al y Ga (1-y) As layer 13 (0 <y <1) is formed on the
ステップS2およびS3において用いられるLPE法は特に限定されず、徐冷法、温度差法などを用いることができる。なお、LPE法とは、液相からAlGaAs結晶をエピタキシャル成長させる方法をいう。徐冷法とは、原料の溶液の温度を徐々に下げてAlGaAsなどの結晶を成長させる方法である。温度差法とは、原料の溶液に温度勾配をつくり、AlGaAsなどの結晶をエピタキシャル成長させる方法をいう。 The LPE method used in steps S2 and S3 is not particularly limited, and a slow cooling method, a temperature difference method, or the like can be used. The LPE method is a method for epitaxially growing an AlGaAs crystal from a liquid phase. The slow cooling method is a method of growing a crystal such as AlGaAs by gradually lowering the temperature of a raw material solution. The temperature difference method is a method in which a temperature gradient is created in a raw material solution and a crystal such as AlGaAs is epitaxially grown.
なお、第1のAlGaAs層12を形成するステップS2後に、第2のAlGaAs層13を形成するステップS3を実施してもよい。また第2のAlGaAs層13を形成するステップS3後に、第1のAlGaAs層12を形成するステップS2を実施してもよい。また第1のAlGaAs層12および第2のAlGaAs層13を同時に形成してもよい。
Note that step S3 of forming the
ステップS2およびステップS3のいずれか一方を先に実施する場合には、第1のAlGaAs層12と第2のAlGaAs層13とを異なる特性を有するように形成することができる。たとえば、第1のAlGaAs層12のAlの組成xを第2のAlGaAs層13のAlの組成yよりも低くなるように第1および第2のAlGaAs層12、13を形成する。この場合、第1のAlGaAs層12の主表面12aに酸化層が形成されることを抑制できるので、第1のAlGaAs層12を気相成長法によるエピタキシャル層を成長させるための層として形成することができる。かつ、第2のAlGaAs層13は厚みを小さくしても第1のAlGaAs層12と同じ方向で同じ大きさの応力を加えることができる。このため、第2のAlGaAs層13を形成するために要するコストを低減することができる。したがって、第2のAlGaAs層13を反りを緩和するための層として形成することができる。第1のAlGaAs層12をエピタキシャル層を形成される層に形成し、かつ第2のAlGaAs層13を反りを緩和するための層に形成するための製造方法として、第1のAlGaAs層12を温度差法で形成し、第2のAlGaAs層13を徐冷法で形成することが好ましい。
When one of step S2 and step S3 is performed first, the
ステップS2およびステップS3を同時に行なう場合には、同じ特性の第1および第2のAlGaAs層12、13を形成することができる。このため、GaAs基板11の主表面11aおよび裏面11bに、同じ方向で同じ大きさの応力が加えられる。したがって、反りをより低減したAlGaAs支持基板10を製造することができる。この場合には、第1および第2のAlGaAs層12、13を徐冷法で形成することが好ましい。
When step S2 and step S3 are performed simultaneously, the first and second AlGaAs layers 12 and 13 having the same characteristics can be formed. For this reason, stress of the same magnitude is applied to the
ステップS2でAlGaAs層12においてAlの組成xが一定の層を成長させる場合には温度差法および徐冷法を用い、Alの組成xが上方(成長方向)に向けて減少している層を成長させる場合には徐冷法を用いることが好ましい。量産性および低コストに優れているため、徐冷法を用いることが特に好ましい。またそれらを組み合わせてもよい。
When growing a layer having a constant Al composition x in the
気相成長法と比較して、LPE法は厚みの大きな第1および第2のAlGaAs層12、13を容易に形成できる。具体的には、好ましくは10μm以上1000μm以下、より好ましくは20μm以上140μm以下の厚みを有する第1および第2のAlGaAs層12、13を成長させる。なお、このときの厚みは、第1および第2のAlGaAs層12、13の厚さ方向において最も小さい厚みである。 Compared with the vapor deposition method, the LPE method can easily form the first and second AlGaAs layers 12 and 13 having a large thickness. Specifically, the first and second AlGaAs layers 12 and 13 having a thickness of preferably 10 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 20 μm or more and 140 μm or less are grown. The thickness at this time is the smallest thickness in the thickness direction of the first and second AlGaAs layers 12 and 13.
なお、ステップS2およびS3で形成する第1および第2のAlGaAs層は、単数の層であってもよく、複数の層であってもよい。 The first and second AlGaAs layers formed in steps S2 and S3 may be a single layer or a plurality of layers.
またステップS2およびS3では、たとえばZn(亜鉛)、Mg(マグネシウム)、C(炭素)などのp型ドーパントや、Se(セレン)、S(硫黄)、Te(テルル)などのn型ドーパントを含むように第1および第2のAlGaAs層12、13を成長させてもよい。 Steps S2 and S3 include a p-type dopant such as Zn (zinc), Mg (magnesium), and C (carbon), and an n-type dopant such as Se (selenium), S (sulfur), and Te (tellurium). In this manner, the first and second AlGaAs layers 12 and 13 may be grown.
次に、第1のAlGaAs層12および第2のAlGaAs層13の少なくとも一方において、GaAs基板11と接している面(裏面12b、13b)と反対側の面(主表面12a、13a)を研磨する(ステップS4)。第1および第2のAlGaAs層12、13の主表面12a、13aを研磨することが好ましい。
Next, in at least one of the
ステップS4では、第1のAlGaAs層12の主表面12aの表面粗さRaが好ましくは50nm以下、より好ましくは0.1nm以上2nm以下になるように研磨する。50nm以下の場合、主表面12a上にエピタキシャル成長させると、結晶性および組成がより均一なエピタキシャル層を形成することができる。2nm以下の場合、結晶性および組成がより一層均一なエピタキシャル層を形成することができる。0.1nm以上の場合、容易に製造できる。
In step S4, polishing is performed so that the surface roughness Ra of the
ステップS4では、第2のAlGaAs層13の主表面13aの表面粗さRaが好ましくは5μm以下、より好ましくは0.05μm以上3μm以下になるように研磨する。5μm以下の場合、主表面13aとサセプタとの密着性をより向上することができる。3μm以下の場合、エピタキシャル層を成長する際にサセプタから外れることをより抑制することができる。0.05μm以上の場合、コストを低減できる。
In step S4, polishing is performed so that the surface roughness Ra of the
研磨する方法は、特に限定されず、機械的研磨、化学機械研磨法、電界研磨法、化学研磨法などを用いることができ、研磨の容易性から機械的研磨または化学的研磨が好ましい。なお、このステップS4は省略されてもよい。 The method for polishing is not particularly limited, and mechanical polishing, chemical mechanical polishing, electropolishing, chemical polishing, and the like can be used, and mechanical polishing or chemical polishing is preferable from the viewpoint of ease of polishing. This step S4 may be omitted.
以上のステップS1〜S4により図1に示すAlGaAs支持基板10を製造することができる。
The
以上説明したように、本実施の形態におけるAlGaAs支持基板10およびその製造方法によれば、GaAs基板11の主表面11aおよび裏面11bに第1および第2のAlGaAs層12、13をそれぞれ形成している。AlGaAs層12、13のAlの組成x、yが大きくなると格子定数が大きくなり、GaAs基板11との格子整合度から歪が生じる。しかし、本実施の形態では、第1および第2のAlGaAs層12、13により、GaAs基板11の主表面11aおよび裏面11bに引張応力を加えることができる。このため、GaAs基板11と、第1および第2のAlGaAs層12、13とのAlの組成xの差による反りが発生することを抑制することができる。また、AlGaAs支持基板10上にエピタキシャル成長するためにAlGaAs支持基板10が要する厚みをGaAs基板11が担っている。このため、第1および第2のAlGaAs層12、13の厚みを大きくするという制限がない。GaAs基板はAlGaAs層を形成するために要するコストよりも安価であるため、AlGaAs支持基板10を製造するために要するコストを低減することができる。
As described above, according to the
さらに、上記AlGaAs支持基板10において好ましくは、第1のAlGaAs層12のAlの組成xは、第2のAlGaAs層13のAlの組成yよりも小さいことが好ましい。この場合、第1のAlGaAs層12の主表面12aはAlによる酸化層の形成が抑制されるので、気相成長法によるエピタキシャル層を形成するための層として第1のAlGaAs層12を形成することができる。また第2のAlGaAs層13は第1のAlGaAs層12よりも厚みを小さくしても、第1のAlGaAs層12と同じ方向で、かつ同じ応力をGaAs基板11に加えることができる。このため、反りを緩和するための層として第2のAlGaAs層13を形成することができる。
In the
(実施の形態2)
図6は、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。図6を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aを説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an epitaxial wafer in the present embodiment. With reference to FIG. 6,
図6に示すように、エピタキシャルウエハ20aは、実施の形態1における図1に示すAlGaAs支持基板10と、第1のAlGaAs層12の主表面12a上に形成された気相成長法によるエピタキシャル層21とを備えている。つまり、エピタキシャルウエハ20aは、第2のAlGaAs層13と、第2のAlGaAs層13上に形成されたGaAs基板11と、GaAs基板11上に形成された第1のAlGaAs層12と、第1のAlGaAs層12上に形成されたエピタキシャル層21とを備えている。
As shown in FIG. 6, the
気相成長法によるエピタキシャル層21は、活性層を含む。活性層は、第1のAlGaAs層12よりもバンドギャップが小さい。活性層は、たとえば井戸層とバリア層とを含む量子井戸構造を有している。井戸層の材料は、たとえばGaAs、AlGaAs、InGaAs(インジウムガリウム砒素)、AlInGaAs(アルミニウムインジウムガリウム砒素)などを用いることができる。バリア層の材料は、たとえばAlGaAs、InGaP、AlInGaPなどを用いることできる。
The
また、気相成長法によるエピタキシャル層は活性層のみを含んでいてもよく、クラッド層、アンドープ層などの他の層をさらに含んでいてもよい。 In addition, the epitaxial layer formed by the vapor deposition method may include only the active layer, and may further include other layers such as a cladding layer and an undoped layer.
エピタキシャルウエハ20aの反りは、200μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。200μm以下の場合、一般的なエピタキシャル層の成長をうまく行なうことができる。なお、気相成長法の設備により許容される反り量は異なる。50μm以下の場合、エピタキシャルウエハ20aと基板とを貼り合わせるときにひびが入ることを抑制できるので、うまくLEDにすることができる。なお、エピタキシャルウエハ20aの反りは小さいほど好ましいが、製造上の理由から、エピタキシャルウエハ20aの反りの下限値はたとえば0.001μmである。
The warp of the
ここで、上記エピタキシャルウエハ20aの反りは、AlGaAs支持基板10の反りの測定方法と同様に、エピタキシャルウエハ20aを平面に載置したときに、一方の面において形成される空間の最も高い位置(エピタキシャルウエハ20aの中央部)と、最も低い位置(エピタキシャルウエハ20aの裏面における端部)との距離の差hである。
Here, the warp of the
エピタキシャルウエハ20aの残留歪の平均値は、5×10-5以下が好ましく、1.5×10-5以下がより好ましい。また、エピタキシャルウエハ20aの残留歪の平均値が5×10-5以下であり、かつその最大値が1×10-4以下であることが好ましい。また、エピタキシャルウエハ20aの直径が50mm以上である場合に、特に有効である。
The average value of the residual strain of the
続いて、図7を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aの製造方法について説明する。なお、図7は、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aの製造方法を示すフローチャートである。
Subsequently, a method for manufacturing
図7に示すように、まず、実施の形態1におけるAlGaAs支持基板10の製造方法によりAlGaAs支持基板10を製造する(ステップS1〜S4)。
As shown in FIG. 7, first, the
次に、気相成長法により第1のAlGaAs層12にエピタキシャル層21を形成する(ステップS11)。このステップS11では、第1のAlGaAs層12上に、上述したようなエピタキシャル層21を成長させる。
Next, the
ステップS11で用いられる気相成長法は特に限定されず、たとえばHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy:ハイドライド気相成長)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相堆積)法などを用いることができる。特に、MOCVD法およびMBE法の少なくとも一方を用いることが好ましい。MOCVD法は原料ガスが第1のAlGaAs層12上で熱分解反応することによりエピタキシャル層21を成長させ、MBE法は非平衡系で化学反応過程を介さない方法でエピタキシャル層21を成長させる。LPE法と比較して、MOCVD法およびMBE法はエピタキシャル層21の厚みを容易に制御できる。
The vapor phase growth method used in step S11 is not particularly limited. For example, HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition: Metalorganic chemical vapor deposition) or the like can be used. In particular, it is preferable to use at least one of the MOCVD method and the MBE method. The MOCVD method grows the
このステップS11では、エピタキシャル層21において第1のAlGaAs層12と接する面のAlの組成が、第1のAlGaAs層12においてエピタキシャル層21と接する面(主表面12a)のAlの組成xよりも高くなるように、エピタキシャル層21を形成することが好ましい。また、エピタキシャル層21において最も厚みの大きい層のAlの組成は、第1のAlGaAs層12においてエピタキシャル層21と接する面(主表面12a)のAlの組成xよりも高いことが好ましい。
In step S11, the Al composition of the surface in contact with the
以上のステップS1〜S11を実施することにより、図6に示すエピタキシャルウエハ20aを製造できる。
By performing the above steps S1 to S11, the
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20aおよびその製造方法は、AlGaAs支持基板10と、第1のAlxGa(1-x)As層12に気相成長法により形成されたエピタキシャル層21とを備えている。実施の形態1の反りが低減されたAlGaAs支持基板10を用いているので、AlGaAs支持基板10上にエピタキシャル成長するために、気相成長装置のサセプタにAlGaAs支持基板10を保持することができる。
As described above, the
さらに、コストが低減されたAlGaAs支持基板10を用いている。このため、このAlGaAs支持基板10上に形成したエピタキシャル層21を備えたエピタキシャルウエハ20aのコストを低減することができる。
Furthermore, the
また、本実施の形態では気相成長法によりエピタキシャル層21を形成している。気相成長法は、膜厚を良好に制御することができるので、厚みの小さいエピタキシャル層21を形成することができる。
In the present embodiment, the
特に、AlGaAs支持基板10の第1および第2のAlGaAs層12、13において、Al組成を低くしている主表面12a上にエピタキシャル層21を形成することが好ましい。つまり、Alの組成が低い表面は酸化されにくいため、エピタキシャル層21を形成するための層としている。
In particular, in the first and second AlGaAs layers 12 and 13 of the
(実施の形態3)
図8は、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。図8に示すように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bは、基本的には実施の形態2における図6に示すエピタキシャルウエハ20aと同様の構成を備えているが、エピタキシャル層21においてAlGaAs支持基板10と接している面と反対側の面に形成された基板22をさらに備えている点において異なっている。つまり、エピタキシャルウエハ20bは、AlGaAs支持基板10と、AlGaAs支持基板10上に形成されたエピタキシャル層21と、エピタキシャル層21上に形成された基板22とを備えている。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an epitaxial wafer in the present embodiment. As shown in FIG. 8, the
具体的には、基板22は、導電性を有し、放熱性および高反射特性の少なくとも一方を向上するために設けられている。基板22は、エピタキシャル層21との熱膨張率の差が小さい材料よりなることが好ましい。このような材料としてたとえばSi(シリコン)、Ga(ガリウム)、As(砒素)、Ge(ゲルマニウム)などが挙げられる。
Specifically, the
またエピタキシャル層21と基板22との間には接続層(図示せず)が設けられていてもよい。接続層は導電性の材料であれば特に限定されず、たとえば共晶はんだなどを用いてもよい。
A connection layer (not shown) may be provided between the
続いて、図9を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bの製造方法について説明する。なお、図9は、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bの製造方法を示すフローチャートである。図9に示すように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bの製造方法は基本的には実施の形態2のエピタキシャルウエハ20aの製造方法と同様の構成を備えているが、エピタキシャル層21においてAlGaAs支持基板10と接している面と反対側の面に基板22を形成するステップS12をさらに備えている点において異なっている。
Next, with reference to FIG. 9, a method for manufacturing
エピタキシャル層21においてAlGaAs支持基板10と接している面と反対側の面に基板22を形成するステップS12では、たとえば上述した接続層を用いて基板22とエピタキシャル層21とを貼り合わせる。あるいは、接続層を用いずに、圧力、荷重などを加えることにより、基板22とエピタキシャル層21とを貼り合わせる。
In step S12 in which the
以上のステップS1〜S12を実施することにより、図8に示すエピタキシャルウエハ20bを製造することができる。
By performing the above steps S1 to S12, the
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20bおよびその製造方法によれば、エピタキシャル層21においてAlGaAs支持基板10と接している面と反対側の面に形成された基板22をさらに備えている。AlGaAs支持基板10の反りが小さいため、基板22を貼り付けるステップS12の際に加えられる応力により、エピタキシャル層21に割れ、ひびなどが形成されることを抑制できる。また、基板22をエピタキシャル層21に均一に貼り付けることができる。このため、基板22が導電性、放熱性および高反射性の良好な特性を有している場合には、エピタキシャルウエハ20bをLEDにする場合に放熱性能および高指向性能が向上する。
As described above, according to the
(実施の形態4)
図10は、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。図10を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20cは基本的には実施の形態3における図8に示すエピタキシャルウエハ20bと同様の構成を備えているが、GaAs基板11および第2のAlGaAs層13を備えていない点において異なっている。つまり、エピタキシャルウエハ20cは、第1のAlGaAs層12と、第1のAlGaAs層12上に形成されたエピタキシャル層21と、エピタキシャル層21上に形成された基板22とを備えている。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an epitaxial wafer in the present embodiment. Referring to FIG. 10,
図11は、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20cの製造方法示すフローチャートである。図11に示すように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20cの製造方法は、基本的には実施の形態3におけるエピタキシャルウエハ20bの製造方法と同様の構成を備えているが、第2のAlGaAs層13およびGaAs基板11を除去するステップS13をさらに備えている点において異なっている。
FIG. 11 is a flowchart showing a method for manufacturing
除去するステップS13では、たとえば研磨、エッチングなどの方法を用いる。研磨とは、ダイヤモンド砥石を持つ研削設備などで、アルミナ、コロイダルシリカ、ダイヤモンドなどの研磨剤を用いてGaAs基板11および第2のAlGaAs層13を機械的に削り取ることをいう。エッチングとは、たとえばアンモニア、過酸化水素などを最適に調合したエッチング液を用いて、第1のAlGaAs層12、エピタキシャル層21および基板22を保護した状態で、GaAs基板11および第2のAlGaAs層13の除去を行なうことをいう。
In step S13 for removing, for example, a method such as polishing or etching is used. Polishing refers to mechanically scraping the
以上のステップS1〜S13を実施することにより、図10に示すエピタキシャルウエハ20cを製造することができる。
By performing the above steps S1 to S13, the
なお、工程順は特に限定されず、GaAs基板11および第2のAlGaAs層13を除去するステップS13は、たとえばエピタキシャル層を成長させるステップS11と基板22を形成するステップS12との間に実施してもよい。
The order of the processes is not particularly limited, and step S13 for removing
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20cおよびその製造方法は、第2のAlGaAs層13およびGaAs基板11を除去するステップS13をさらに備えている。これにより、活性層の光がGaAs基板11による吸収を回避できるので、電極を形成してなるLEDの光出力特性を向上できるエピタキシャルウエハ20cを製造することができる。
As described above,
また、エピタキシャルウエハ20cは、基板22を備えている。このため、ハンドリングが容易なエピタキシャルウエハ20cを実現できる。
The
本実施の形態では、AlGaAs支持基板10のうち、第1および第2のAlGaAs層12、13のうち、主表面12a、13aのAlの組成が低い層(本実施の形態では第1のAlGaAs層12)の表面は酸化されにくいため、エピタキシャル層21を形成するための層としている。第1および第2のAlGaAs層12、13のうち、主表面12a、13aのAlの組成が高い層(本実施の形態では第2のAlGaAs層13)は、AlGaAs支持基板10の反りを緩和して、エピタキシャルウエハ20cにする際に除去される犠牲層としている。
In the present embodiment, among the first and second AlGaAs layers 12 and 13 of the
(実施の形態5)
図12は、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。図12を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20dは、基本的には実施の形態2における図6に示すエピタキシャルウエハ20aと同様の構成を備えているが、GaAs基板11および第2のAlGaAs層13を備えていない点において異なっている。つまり、エピタキシャルウエハ20dは、第1のAlGaAs層12と、第1のAlGaAs層12上に形成されたエピタキシャル層21とを備えている。
(Embodiment 5)
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an epitaxial wafer in the present embodiment. Referring to FIG. 12,
図13は、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20dの製造方法示すフローチャートである。図13に示すように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20dの製造方法は、基本的には実施の形態2におけるエピタキシャルウエハ20aの製造方法と同様の構成を備えているが、第2のAlGaAs層13およびGaAs基板11を除去するステップS13をさらに備えている点において異なっている。除去するステップS13は、実施の形態4と同様であるので、その説明は繰り返さない。
FIG. 13 is a flowchart showing a method of manufacturing
以上説明したように、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ20dおよびその製造方法は、第2のAlGaAs層13およびGaAs基板11を除去するステップS13をさらに備えている。これにより、活性層からの光がGaAs基板11による吸収を回避できるので、電極を形成してなるLEDの光出力特性を向上できるエピタキシャルウエハ20dを製造することができる。
As described above,
(実施の形態6)
図14は、本実施の形態におけるLEDを概略的に示す断面図である。図14を参照して、本実施の形態におけるLED30aについて説明する。図14に示すように、本実施の形態にけるLED30aは、実施の形態2における図6に示すエピタキシャルウエハ20aと、このエピタキシャルウエハ20aの表面および裏面にそれぞれ形成された電極31、32とを備えている。つまり、LED30aは、第2のAlGaAs層13と、第2のAlGaAs層13上に形成されたGaAs基板11と、GaAs基板11上に形成された第1のAlGaAs層12と、第1のAlGaAs層12上に形成された気相成長法によるエピタキシャル層21と、エピタキシャル層21上に形成された電極31と、第2のAlGaAs層13下に形成された電極32とを備えている。
(Embodiment 6)
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the LED in the present embodiment. With reference to FIG. 14, LED30a in this Embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 14,
具体的には、エピタキシャルウエハ20aの表面に接して設けられている電極31は、たとえばAu(金)Zn(亜鉛)との合金よりなるp型電極である。第2のAlGaAs層13の主表面13aに接して設けられている電極32は、たとえばAuとGe(ゲルマニウム)とNi(ニッケル)との合金よりなるn型電極である。
Specifically, the
本実施の形態におけるLED30aは、赤外LEDである。第1のAlGaAs層12は、通電方向と垂直方向への光の取り出しを向上させるためにある。
The
続いて、図15を参照して、本実施の形態におけるLED30aの製造方法について説明する。なお、図15は、本実施の形態におけるLED30aの製造方法を示すフローチャートである。 Then, with reference to FIG. 15, the manufacturing method of LED30a in this Embodiment is demonstrated. In addition, FIG. 15 is a flowchart which shows the manufacturing method of LED30a in this Embodiment.
まず、実施の形態2におけるエピタキシャルウエハ20aの製造方法により、エピタキシャルウエハ20aを製造する(ステップS1〜S11)。
First, the
次に、エピタキシャルウエハ20aの表面および裏面に電極31、32を形成する(ステップS21)。具体的には、たとえば蒸着法により、エピタキシャルウエハ20aの裏面上にAuとGeとNiとを蒸着し、合金化を施して、n電極32を形成する。また、エピタキシャルウエハ20aの表面上にAuとZnとを蒸着した後、合金化を施して、p電極31を形成する。
Next,
次に、このLED30aを実装する。具体的には、たとえば、電極31側を下にして、ステムの上にAgペーストなどのダイボンド剤やAuSnなどの共晶合金でダイボンディングを行なう。
Next, this
以上のステップS1〜S21を実施することにより、図14に示すLED30aを製造することができる。
The
以上説明したように、本実施の形態におけるLED30aおよびその製造方法は、実施の形態2のエピタキシャルウエハ20aの表面および裏面に電極31、32をそれぞれ形成している(ステップS21)。LED30aは、反りを低減したAlGaAs支持基板10を用いて、LED30aのコストを低減することができる。
As described above, in
(実施の形態7)
図16は、本実施の形態におけるLEDを概略的に示す断面図である。図16に示すように、本実施の形態にけるLED30bは、実施の形態3における図8に示すエピタキシャルウエハ20bと、このエピタキシャルウエハ20bの表面および裏面にそれぞれ形成された電極31、32とを備えている。つまり、LED30bは、第2のAlGaAs層13と、第2のAlGaAs層13上に形成されたGaAs基板11と、GaAs基板11上に形成された第1のAlGaAs層12と、第1のAlGaAs層12上に形成されたエピタキシャル層21と、エピタキシャル層21上に形成された基板22と、基板22上に形成された電極31と、第2のAlGaAs層13下に形成された電極32とを備えている。
(Embodiment 7)
FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing the LED in the present embodiment. As shown in FIG. 16,
本実施の形態におけるLED30bは、赤外LEDである。電極31、32は、実施の形態6と同様であるのでその説明を繰り返さない。
図17は、本実施の形態におけるLED30bの製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態におけるLED30bの製造方法は、基本的には実施の形態3におけるエピタキシャルウエハ20bの製造方法と同様の構成を備えているが、エピタキシャルウエハ20bの表面および裏面に電極31、32をそれぞれ形成するステップS21をさらに備えている点において異なっている。
FIG. 17 is a flowchart showing a method for manufacturing
以上説明したように、本実施の形態におけるLED30bおよびその製造方法は、実施の形態3のエピタキシャルウエハ20bの表面および裏面に電極31、32をそれぞれ形成している(ステップS21)。これにより、放熱性に優れたLED30bを製造することができる。
As described above, in the
(実施の形態8)
図18は、本実施の形態におけるLEDを概略的に示す断面図である。図18に示すように、本実施の形態にけるLED30cは、実施の形態4における図10に示すエピタキシャルウエハ20cと、このエピタキシャルウエハ20cの表面および裏面にそれぞれ形成された電極31、32とを備えている。つまり、LED30cは、第1のAlGaAs層12と、第1のAlGaAs層12上に形成されたエピタキシャル層21と、エピタキシャル層21上に形成された基板22と、基板22上に形成された電極31と、第1のAlGaAs層12下に形成された電極32とを備えている。
(Embodiment 8)
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing the LED in the present embodiment. As shown in FIG. 18,
本実施の形態におけるLED30cは、赤外LEDである。電極31、32は、実施の形態6と同様であるのでその説明を繰り返さない。
図19は、本実施の形態におけるLED30cの製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態におけるLED30cの製造方法は、基本的には実施の形態4におけるエピタキシャルウエハ20cの製造方法と同様の構成を備えているが、エピタキシャルウエハ20cの表面および裏面に電極31、32をそれぞれ形成するステップS21をさらに備えている点において異なっている。
FIG. 19 is a flowchart showing a method for manufacturing
以上説明したように、本実施の形態におけるLED30cおよびその製造方法は、実施の形態4のエピタキシャルウエハ20cの表面および裏面に電極31、32をそれぞれ形成している(ステップS21)。GaAs基板11を除去することによって活性層からの光の透過性に優れ、かつ基板22を備えていることでハンドリングが容易で、放熱性能および高指向性能に優れるLED30cを製造することができる。
As described above, in the
(実施の形態9)
図20は、本実施の形態におけるLEDを概略的に示す断面図である。図20に示すように、本実施の形態にけるLED30dは、実施の形態5における図12に示すエピタキシャルウエハ20dと、このエピタキシャルウエハ20dの表面および裏面にそれぞれ形成された電極31、32とを備えている。つまり、LED30dは、第1のAlGaAs層12と、第1のAlGaAs層12上に形成されたエピタキシャル層21と、エピタキシャル層21上に形成された電極31と、第2のAlGaAs層13下に形成された電極32とを備えている。
(Embodiment 9)
FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing the LED in the present embodiment. As shown in FIG. 20,
本実施の形態におけるLED30bは、赤外LEDである。電極31、32は、実施の形態6と同様であるのでその説明を繰り返さない。
図21は、本実施の形態におけるLED30dの製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態におけるLED30dの製造方法は、基本的には実施の形態5におけるエピタキシャルウエハ20dの製造方法と同様の構成を備えているが、エピタキシャルウエハ20dの表面および裏面に電極31、32をそれぞれ形成するステップS21をさらに備えている点において異なっている。
FIG. 21 is a flowchart showing a method for
以上説明したように、本実施の形態におけるLED30dおよびその製造方法は、実施の形態5のエピタキシャルウエハ20dの表面および裏面に電極31、32をそれぞれ形成している(ステップS21)。これにより、反りを低減することで特性を向上し、かつコストを低減したLED30dを製造することができる。またGaAs基板11を除去することによって活性層からの光の透過性に優れたLED30dを製造することができる。
As described above, in the
本実施例では、GaAs基板11の主表面11a側に、第1のAlGaAs層12を形成するステップS2と、GaAs基板11の裏面11b側に、第2のAlGaAs層13を形成するステップS3とを備えることによる効果について調べた。
In this embodiment, step S2 for forming the
(本発明例1)
具体的には、実施の形態1におけるAlGaAs支持基板10の製造方法にしたがって、本発明例1のAlGaAs支持基板10を製造した。
(Invention Example 1)
Specifically, according to the method for manufacturing the
より具体的には、まず、270μmの厚みを有し、かつ2インチのGaAs基板11を準備した(ステップS1)。
More specifically, first, a 2-
次に、GaAs基板11の主表面11aおよび裏面11bに、徐冷法により第1および第2のAlGaAs層12、13をそれぞれ形成した(ステップS2、S3)。LPE法の成長温度は780℃であり、成長速度は平均4μm/Hとして、ドーパントにはTeを用いた。ステップS2、S3は同じ条件とし、50μmの厚みを有する第1および第2のAlGaAs層12、13をそれぞれ形成した。また第1および第2のAlGaAs層12、13において、裏面12b、13bのAlの組成x、yはそれぞれ0.35で、主表面12a、13aのAlの組成x、yはそれぞれ0.10であった。また、裏面12b、13bから主表面13a、13bにかけてAlの組成x、yは単調減少していた。
Next, first and second AlGaAs layers 12 and 13 were formed on the
次に、酸、アルカリ系などの洗浄液、有機溶剤および純水を用いて主表面12a、13aを洗浄した後に、化学機械研磨によりに研磨した(ステップS4)。それにより第1および第2のAlGaAs層12、13の厚みは40μmとなった。また主表面12a、13aの表面粗さRaは<1nm〜20nm(<1nmは測定下限)となった。そのときの主表面12a、13aのAlの組成x、yはそれぞれ0.15であった。
Next, the
以上のステップS1〜S4により、本発明例1におけるAlGaAs支持基板10を製造した。
Through the above steps S1 to S4, the
(本発明例2〜6、比較例1および2)
本発明例2〜6のAlGaAs支持基板は、本発明例1のAlGaAs支持基板と同様のステップS1〜S4を実施した後に、第1のAlGaAs層12を保護して、第2のAlGaAs層13側から下記の表1に記載のエッチング量だけエッチングをした。これにより、本発明例1〜6は、下記の表1に示す厚みのGaAs基板11と、第1および第2のAlGaAs層12、13とを備えたAlGaAs支持基板を製造した。また比較例1および2は、下記の表1に示す厚みのGaAs基板11と、第1のAlGaAs層12とを備えたAlGaAs支持基板を製造した。
(Invention Examples 2-6, Comparative Examples 1 and 2)
The AlGaAs support substrates of Examples 2 to 6 of the present invention performed steps S1 to S4 similar to those of the AlGaAs support substrate of Example 1 of the present invention, and then protected the
(評価方法)
また、本発明例1〜6および比較例1、2のAlGaAs支持基板について、図22に示すように、エピタキシャル層21の表面において、横方向と、横方向と直交する縦方向と、横方向および縦方向から45度傾斜した方向との4方向の反り量を図2に示すように測定した。詳細には、AlGaAs支持基板を平行台に配置し、凸面を上面として、AlGaAs支持基板と平行台との隙間を、位置センサーを用いて測定した。その結果を下記の表2、図23および図24に示す。なお、図22は、本実施例のAlGaAs支持基板の反りの測定方法を説明するための平面図である。図23は、本発明例1のAlGaAs支持基板の反り量を示す図である。図24は、比較例1のAlGaAs支持基板の反り量を示す図である。図23および図24において、面内距離とは、AlGaAs支持基板の中心を0としたときの中心からの距離を示す。
(Evaluation methods)
Further, with respect to the AlGaAs support substrates of Invention Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, as shown in FIG. 22, on the surface of the
また本発明例1〜6および比較例1、2のAlGaAs支持基板について、エピタキシャル成長する直前に、酸、アルカリ系などの洗浄液、有機溶剤および純水を用いて主表面12a、13aを洗浄した後に、MOCVD装置のサセプタに配置して、以下のエピタキシャル層21を形成できるかを確認した。その結果を下記の表2に示す。表2中、エピタキシャル層の形成の際に、サセプタからAlGaAs支持基板が外れずに成長したものを「可」とし、サセプタからAlGaAs支持基板が外れたため、エピタキシャル層を形成できなかったものを「不可」とした。
In addition, for the AlGaAs support substrates of Invention Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, immediately before the epitaxial growth, the
なお、エピタキシャル層21としては、MOCVD法により、図25に示すように、n型クラッド層23、活性層24、p型クラッド層25およびp型コンタクト層26をこの順で第1のAlGaAs層12上に成長した。各層の成長温度は、750℃であった。n型クラッド層23は0.5μmの厚みを有し、Al0.35Ga0.65Asよりなっていた。本発明例1〜4の活性層24は、GaAsよりなる井戸層と、5nmの厚みを有し、かつAl0.30Ga0.70Asよりなるバリア層とをそれぞれ20層含んでいた。本発明例5の活性層24は、InuGa(1-u)As(Inの組成u=0.1以上0.2未満)よりなる井戸層と、5nmの厚みを有し、かつGaAs(1-v)Pv(Pの組成v=0.1以上0.2未満)よりなるバリア層とをそれぞれ20層含んでいた。本発明例6の活性層24は、InuGa(1-u)As(Inの組成u=0.2以上0.3未満)よりよりなる井戸層と、5nmの厚みを有し、かつGaAs(1-v)Pv(Pの組成v=0.2以上0.3未満)よりなるバリア層とをそれぞれ20層含んでいた。p型クラッド層25は0.5μmの厚みを有し、Al0.35Ga0.65Asよりなっていた。p型コンタクト層26は0.05μmの厚みを有し、p型GaAsよりなっていた。なお、図25は、本発明例1〜6のエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
As the
また、本発明例1〜6のエピタキシャルウエハについて、AlGaAs支持基板と同様の方法で、反りを測定した。その結果を下記の表2に示す。 Further, the warpage of the epitaxial wafers of Invention Examples 1 to 6 was measured by the same method as that for the AlGaAs support substrate. The results are shown in Table 2 below.
また、本発明例1〜6のエピタキシャルウエハについて、450μmの厚みを有し、n型Siよりなる基板22を貼り付けることができるか否かを調べた。具体的な手順を以下に示す。まず、本発明例1〜6のエピタキシャルウエハの表面に、Ti(0.1μm)とAu(1μm)とをこの順番で蒸着した。また、基板22にTi(0.1μm)、Pt(0.1μm)およびAuSn(Au:Su=80%:20%、2μm)をこの順番に成膜した。次に、これらの基板を貼り合わせた状態で、基板を300℃に加熱しながら、800kgの荷重を30分加えて基板の貼付けを行った。
Further, the epitaxial wafers of Invention Examples 1 to 6 were examined for whether or not the
その結果を下記の表2に示す。表2中、エピタキシャルウエハにひびが入らずに基板22を貼り付けることができたものを「可」とし、基板22を貼り付ける際にひびが入ったものを「不可」とした。
The results are shown in Table 2 below. In Table 2, the case where the
また、本発明例1〜6および比較例1および2のAlGaAs支持基板の残留歪の平均値を光弾性法によって測定した。その結果を下記の表2、図26および図27に示す。なお、図26は、本発明例1のAlGaAs支持基板の残留歪を示す図である。図27は、比較例1のAlGaAs支持基板の残留歪を示す図である。図26および図27において、縦軸は残留歪の量を示し、横軸は基板中心からの距離を示す。図26および図27において、基板中心からの距離(面内距離)とは、AlGaAs支持基板の中心を0としたときの中心からの距離を示す。 Moreover, the average value of the residual strain of the AlGaAs support substrates of Invention Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 was measured by a photoelastic method. The results are shown in the following Table 2, FIG. 26 and FIG. FIG. 26 is a diagram showing the residual strain of the AlGaAs support substrate of Example 1 of the present invention. FIG. 27 is a diagram showing the residual strain of the AlGaAs support substrate of Comparative Example 1. 26 and 27, the vertical axis indicates the amount of residual strain, and the horizontal axis indicates the distance from the center of the substrate. 26 and 27, the distance from the center of the substrate (in-plane distance) indicates the distance from the center when the center of the AlGaAs support substrate is zero.
また、本発明例1〜6のエピタキシャルウエハについて、スリップを観察した。その結果を下記の表2に示す。表2中、スリップの状態を、図28〜図30に示すいずれであったかを記載している。 Moreover, the slip was observed about the epitaxial wafer of the invention examples 1-6. The results are shown in Table 2 below. In Table 2, it is described which slip state was shown in FIGS.
さらに、本発明例1〜6のエピタキシャルウエハの表面および裏面に電極を形成して、LEDを作製した。電極は、蒸着法により、n電極をAu、Ge、Niとし、p電極をAu、Znとし、この順で形成した。このLEDについて、光出力特性を測定した。その結果を下記の表2に示す。 Furthermore, electrodes were formed on the front and back surfaces of the epitaxial wafers of Invention Examples 1 to 6 to produce LEDs. The electrodes were formed in this order by vapor deposition using an n electrode of Au, Ge, Ni and a p electrode of Au, Zn. The light output characteristics of this LED were measured. The results are shown in Table 2 below.
(測定結果)
表2に示すように、本発明例1〜6のAlGaAs支持基板の反りは、200μm以下となり、比較例1および2のAlGaAs支持基板の反りよりも小さかった。また、図23および図24に示すように、本発明例1のAlGaAs支持基板は、比較例1のAlGaAs支持基板に比べて、いずれの方向から測定しても反りが小さいことがわかった。
(Measurement result)
As shown in Table 2, the warpage of the AlGaAs support substrates of Invention Examples 1 to 6 was 200 μm or less, which was smaller than the warp of the AlGaAs support substrates of Comparative Examples 1 and 2. Further, as shown in FIGS. 23 and 24, it was found that the AlGaAs support substrate of Example 1 of the present invention had less warpage when measured from any direction than the AlGaAs support substrate of Comparative Example 1.
また、表2に示すように、本発明例1〜6のAlGaAs支持基板の反りを200μm以下に低減できたので、エピタキシャル層を形成することができた。一方、比較例1および2のAlGaAs支持基板の反りが大きかったため、エピタキシャル成長させる際にサセプタからAlGaAs支持基板が外れた。このため、比較例1および2のAlGaAs支持基板上にはエピタキシャル層を形成することができなかった。 Moreover, as shown in Table 2, since the warp of the AlGaAs support substrates of Invention Examples 1 to 6 could be reduced to 200 μm or less, an epitaxial layer could be formed. On the other hand, since the warpage of the AlGaAs support substrates of Comparative Examples 1 and 2 was large, the AlGaAs support substrate was detached from the susceptor during the epitaxial growth. For this reason, an epitaxial layer could not be formed on the AlGaAs support substrates of Comparative Examples 1 and 2.
さらに、表2に示すように、本発明例1〜6のAlGaAs支持基板の反りが小さかったため、厚みの小さなエピタキシャル層21を形成した場合には、AlGaAs支持基板の残留歪の平均値に示すようにエピタキシャル層21による歪の影響も小さく、エピタキシャルウエハの反りに影響を及ぼさなかった。
Further, as shown in Table 2, since the warpage of the AlGaAs support substrates of Invention Examples 1 to 6 was small, when the
また、本発明例1および2のAlGaAs支持基板は反りが50μm以下であったので、エピタキシャルウエハにひびが入らないように基板22を貼り付けることができた。
Further, since the AlGaAs support substrates of Examples 1 and 2 of the present invention had a warp of 50 μm or less, the
また、表2に示すように、本発明例1〜6のAlGaAs支持基板の残留歪の平均値は、1.5×10-5以下となった。一方、表2に示すように、比較例1および2のAlGaAs支持基板の残留歪の平均値は、5.0×10-5を超えていた。本発明例1〜6のAlGaAs支持基板では、GaAs基板の両側にAlGaAs層を形成している。このため、GaAs基板の主表面および裏面に同じ方向の応力を加えることができる。これにより、AlGaAs支持基板の内部に加えられる応力を低減できた。したがって、AlGaAs支持基板中の残留歪の平均値が1×10-5以下であるというAlGaAs支持基板を得ることができた。つまり、反りを抑制したAlGaAs支持基板は、その結晶の残留歪も低減していることが確認できた。 Further, as shown in Table 2, the average value of the residual strain of the AlGaAs support substrates of Examples 1 to 6 of the present invention was 1.5 × 10 −5 or less. On the other hand, as shown in Table 2, the average value of the residual strain of the AlGaAs support substrates of Comparative Examples 1 and 2 exceeded 5.0 × 10 −5 . In the AlGaAs support substrates of Invention Examples 1 to 6, AlGaAs layers are formed on both sides of the GaAs substrate. For this reason, stress in the same direction can be applied to the main surface and the back surface of the GaAs substrate. As a result, the stress applied to the inside of the AlGaAs support substrate could be reduced. Therefore, an AlGaAs support substrate in which the average value of residual strain in the AlGaAs support substrate was 1 × 10 −5 or less could be obtained. That is, it was confirmed that the AlGaAs support substrate in which the warpage was suppressed also reduced the residual strain of the crystal.
図26は、残留歪の平均値が4.0×10-6の本発明例1のAlGaAs支持基板の残留歪の分布を示す図である。図26に示されるように、結晶中の残留歪の平均値が4.0×10-6のAlGaAs支持基板においては、残留歪の量がAlGaAs支持基板全域でほぼ平均して同程度に抑えられており、AlGaAs支持基板の外周部の残留歪の量とAlGaAs支持基板中心付近の残留歪の量との間に大きな差異は認められなかった。また、AlGaAs支持基板の残留歪の最大値は2×10-5以下であった。 FIG. 26 is a diagram showing a distribution of residual strain of the AlGaAs support substrate of Example 1 of the present invention having an average value of residual strain of 4.0 × 10 −6 . As shown in FIG. 26, in an AlGaAs support substrate having an average value of residual strain in the crystal of 4.0 × 10 −6 , the amount of residual strain can be suppressed to approximately the same level on average throughout the AlGaAs support substrate. No significant difference was observed between the amount of residual strain at the outer periphery of the AlGaAs support substrate and the amount of residual strain near the center of the AlGaAs support substrate. Further, the maximum value of the residual strain of the AlGaAs support substrate was 2 × 10 −5 or less.
図27は、残留歪の平均値が5.0×10-5を超える比較例1のAlGaAs結晶基板の残留歪の分布を示す図である。図27に示されるように、結晶中の残留歪の平均値が5.0×10-5を超えるAlGaAs支持基板においては、AlGaAs支持基板の中心付近から外周部に近づくに従って、残留歪の量が急激に大きくなる傾向が著しく認められ、中心付近から18mm付近で残留歪の量が5×10-5近傍となった。 FIG. 27 is a diagram showing a distribution of residual strain of the AlGaAs crystal substrate of Comparative Example 1 in which the average value of residual strain exceeds 5.0 × 10 −5 . As shown in FIG. 27, in the AlGaAs support substrate in which the average value of residual strain in the crystal exceeds 5.0 × 10 −5 , the amount of residual strain increases from the vicinity of the center of the AlGaAs support substrate toward the outer periphery. A tendency to increase rapidly was recognized remarkably, and the amount of residual strain was around 5 × 10 −5 around 18 mm from the vicinity of the center.
このように、表2、図26および図27から、残留歪の平均値が4.0×10-6のAlGaAs支持基板では、残留歪の最大値を2×10-5以下にすることができることがわかった。このため、反りを抑制したAlGaAs支持基板の全面において残留歪を低減できることが確認できた。 Thus, from Table 2, FIG. 26, and FIG. 27, the maximum value of residual strain can be made 2 × 10 −5 or less in an AlGaAs support substrate having an average residual strain of 4.0 × 10 −6. I understood. For this reason, it was confirmed that the residual strain could be reduced on the entire surface of the AlGaAs support substrate in which the warpage was suppressed.
また、図28〜図30は、AlGaAs支持基板中の残留歪の平均値がそれぞれ4.0×10-6〜6.0×10-6、1.0×10-5および1.5×10-5である各AlGaAs支持基板を用いた場合のエピタキシャルウエハにおけるスリップを模式的に示す図である。図28に示されるように、残留歪の平均値が4.0×10-6〜6.0×10-6であるAlGaAs支持基板を用いた場合のエピタキシャルウエハにおいて、スリップの発生は全く見られなかった。また、図29に示されるように、残留歪の平均値が1.0×10-5であるAlGaAs支持基板を用いた場合のエピタキシャルウエハにおいて、スリップが発生しないかもしくは発生してもエピタキシャルウエハの外周部に極わずかに発生する程度に留まっていた。また、図30に示されるように、残留歪の平均値が1.5×10-5であるAlGaAs支持基板を用いた場合のエピタキシャルウエハにおいて、スリップは発生したが、エピタキシャルウエハの外周部に極わずかに発生する程度に留まっていた。このことから、反りおよび残留歪を抑制したエピタキシャルウエハにおいて、スリップを抑えることが確認できた。 28 to 30, the average values of residual strain in the AlGaAs support substrate are 4.0 × 10 −6 to 6.0 × 10 −6 , 1.0 × 10 −5 and 1.5 × 10, respectively. FIG. 5 is a diagram schematically showing a slip in an epitaxial wafer when each AlGaAs support substrate of −5 is used. As shown in FIG. 28, no slip is observed in the epitaxial wafer using an AlGaAs support substrate having an average residual strain of 4.0 × 10 −6 to 6.0 × 10 −6. There wasn't. In addition, as shown in FIG. 29, in the epitaxial wafer in the case of using an AlGaAs support substrate having an average residual strain of 1.0 × 10 −5 , slip does not occur or even if it occurs, It remained to the extent that it occurred only slightly on the outer periphery. Further, as shown in FIG. 30, although slip occurred in the epitaxial wafer in the case of using the AlGaAs support substrate having an average value of residual strain of 1.5 × 10 −5 , the slip occurred at the outer peripheral portion of the epitaxial wafer. It stayed only slightly. From this, it was confirmed that slip was suppressed in an epitaxial wafer in which warpage and residual strain were suppressed.
さらに、AlGaAs支持基板の残留歪が1.5×10-5以下である場合には、LED光出力を検出することができた。特に、AlGaAs支持基板の残留歪が6.0×10-6以下の本発明例1および2では、外周部にスリップが発生することを抑制できたので、外周部を含むウエハ全面においてLEDの光出力特性が非常に良好であった。 Furthermore, when the residual strain of the AlGaAs support substrate was 1.5 × 10 −5 or less, the LED light output could be detected. In particular, in the inventive examples 1 and 2 in which the residual strain of the AlGaAs support substrate is 6.0 × 10 −6 or less, the occurrence of slip in the outer peripheral portion can be suppressed. The output characteristics were very good.
また、表2に示すように、本発明例1〜6のエピタキシャルウエハの残留歪の平均値は、5×10-5以下となった。一方、表2に示すように、比較例1および2のAlGaAs支持基板ではエピタキシャルウエハを成長することはできなかった。本発明例1〜6のエピタキシャルウエハは、GaAs基板の両側にAlGaAs層を形成したAlGaAs支持基板を備えているので、AlGaAs支持基板の内部に加えられる応力を低減できた。このため、このAlGaAs支持基板を備えたエピタキシャルウエハ中の残留歪の平均値が5×10-5以下であるというエピタキシャルウエハを得ることができた。また、本発明例5および6では、所定の歪を意図的に加えたが、出力を大きく低下させない程度であった。このため、発光特性を制御できる程度にエピタキシャル層に歪を入れることも可能であることがわかった。 Moreover, as shown in Table 2, the average value of the residual strain of the epitaxial wafers of Invention Examples 1 to 6 was 5 × 10 −5 or less. On the other hand, as shown in Table 2, an epitaxial wafer could not be grown on the AlGaAs support substrates of Comparative Examples 1 and 2. Since the epitaxial wafers of Examples 1 to 6 of the present invention are provided with the AlGaAs support substrate in which the AlGaAs layers are formed on both sides of the GaAs substrate, the stress applied to the inside of the AlGaAs support substrate can be reduced. Therefore, it was possible to obtain an epitaxial wafer in which the average value of residual strain in the epitaxial wafer provided with this AlGaAs support substrate was 5 × 10 −5 or less. In Examples 5 and 6 of the present invention, a predetermined distortion was intentionally added, but the output was not greatly reduced. For this reason, it has been found that the epitaxial layer can be strained to such an extent that the light emission characteristics can be controlled.
以上より、本実施例によれば、GaAs基板11の主表面11a側に、第1のAlGaAs層12を形成するステップS2と、GaAs基板11の裏面11b側に、第2のAlGaAs層13を形成するステップS3とを備えることにより、AlGaAs支持基板の反りを低減できることが確認できた。
As described above, according to the present embodiment, step S2 for forming the
さらに、反りを低減できた本発明例1〜6のAlGaAs支持基板の製造コストは、同じ厚みのAlGaAs層をGaAs基板上に形成してGaAs基板を除去したAlGaAs層の製造コストよりも低かった。 Furthermore, the manufacturing cost of the AlGaAs support substrates of Invention Examples 1 to 6 that could reduce the warpage was lower than the manufacturing cost of the AlGaAs layer in which the AlGaAs layer having the same thickness was formed on the GaAs substrate and the GaAs substrate was removed.
本実施例では、第1および第2のAlGaAs層の厚みとAlの組成との関係について調べた。 In this example, the relationship between the thicknesses of the first and second AlGaAs layers and the Al composition was examined.
(本発明例7〜11)
表3〜表7は、本発明例7〜11のAlGaAs支持基板の構成をそれぞれ示す。本発明例7〜11のAlGaAs支持基板は、基本的には上述した本発明例1の製造方法と同様であるが、下記の表3〜7に記載のように、GaAs基板の厚み、第1および第2のAlGaAs層の厚み、および第1および第2のAlGaAs層の組成について異なっていた。本発明例7〜11のAlGaAs支持基板の第1および第2のAlGaAs層は、表3〜7に記載のように、裏面12b、13bから主表面12a、13aに向けてAlの組成xが単調減少していた。また、本発明例8の第1のAlGaAs層は、2層であった。
(Invention Examples 7 to 11)
Tables 3 to 7 show the configurations of the AlGaAs support substrates of Examples 7 to 11 of the present invention, respectively. The AlGaAs support substrates of Invention Examples 7 to 11 are basically the same as the manufacturing method of Invention Example 1 described above, but as shown in Tables 3 to 7 below, the thickness of the GaAs substrate, the first And the thickness of the second AlGaAs layer and the composition of the first and second AlGaAs layers were different. As shown in Tables 3 to 7, the first and second AlGaAs layers of the AlGaAs supporting substrates of Examples 7 to 11 of the present invention have a monotone Al composition x from the back surfaces 12b and 13b toward the
なお、表3〜表7において、第1および第2のAlGaAs層12、13中の最も低いAlの組成をAlLとし、第1および第2のAlGaAs層12、13中の最も高いAlの組成をAlHとし、第1および第2のAlGaAs層12、13中のAlの組成の深さ方向の平均値をAlaveとした。Alaveは、(AlL+AlH)/2で求めた。また、表3〜7において、裏面側(第2のAlGaAs層)を下に記載している。つまり、表3〜7において、主表面側(第1のAlGaAs層)を上に記載し、積層の通りに記載している。このため、表3〜7において、Alの組成比のセルにおいて下側に記載されている数値は、その層中の裏面側の位置のAlの組成であり、Alの組成比のセルにおいて上側に記載されている数値は、その層中の主表面側の位置のAlの組成である。たとえば、表3に記載の本発明例7において、第1のAlGaAs層の主表面のAlの組成は0.15であり、裏面のAlの組成は0.35であった。 In Tables 3 to 7, the lowest Al composition in the first and second AlGaAs layers 12 and 13 is Al L, and the highest Al composition in the first and second AlGaAs layers 12 and 13 is used. Was Al H and the average value of the Al composition in the first and second AlGaAs layers 12 and 13 in the depth direction was Al ave . Al ave was determined by (Al L + Al H ) / 2. Moreover, in Tables 3-7, the back surface side (2nd AlGaAs layer) is described below. That is, in Tables 3 to 7, the main surface side (first AlGaAs layer) is described above and described as stacked. For this reason, in Tables 3 to 7, the numerical value described on the lower side in the cell with the Al composition ratio is the Al composition at the position on the back surface side in the layer, and the upper side in the cell with the Al composition ratio. The numerical value described is the composition of Al at the position on the main surface side in the layer. For example, in Inventive Example 7 shown in Table 3, the Al composition on the main surface of the first AlGaAs layer was 0.15, and the Al composition on the back surface was 0.35.
(測定方法)
本発明例7〜11のAlGaAs支持基板について、実施例1と同様に反りを測定した。その結果を下記の表8に示す。なお、表8において、Alave比Xを(第2のAlGaAs層13のAlave/第1のAlGaAs層12のAlave)とし、厚み比Yを(第2のAlGaAs層13の厚み/第1のAlGaAs層12の厚み)とした。また、表8中、第1のAlGaAs層を表とし、第2のAlGaAs層を裏としている。
(Measuring method)
For the AlGaAs support substrates of Invention Examples 7 to 11, warpage was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 8 below. In Table 8, the Al ave ratio X as (Al ave second Al ave /
また、本発明例7〜11以外にも種々のAlave比Xおよび厚み比YのAlGaAs支持基板を複数作製し、各々のAlGaAs支持基板について、Alave比X、厚み比Yおよび反りを測定した。その結果を図31に示す。図31に示す複数のAlGaAs支持基板の反りはすべて200μm以下であった。なお、図31は、実施例2において、Alave比Xと厚み比Yとの関係を示す図である。図31において、縦軸は厚み比Yを示し、横軸はAlave比Xを示す。 In addition to Invention Examples 7 to 11, a plurality of AlGaAs support substrates having various Al ave ratios X and thickness ratios Y were prepared, and the Al ave ratio X, the thickness ratio Y, and the warpage of each AlGaAs support substrate were measured. . The result is shown in FIG. The warpage of the plurality of AlGaAs support substrates shown in FIG. 31 was all 200 μm or less. FIG. 31 is a diagram illustrating the relationship between the Alave ratio X and the thickness ratio Y in the second embodiment. In FIG. 31, the vertical axis represents the thickness ratio Y, and the horizontal axis represents the Alave ratio X.
(測定結果)
図31および表8に示すように、AlGaAs支持基板において、0.7≦X<4.0で、かつ−X+1.3≦Y≦−X+4.0の関係(図31において点線の範囲内)を満たす場合には、AlGaAs支持基板の反りが200μm以下になることがわかった。このため、GaAs基板の両側にAlGaAs層を形成することにより反りを緩和でき、さらに上記関係式を満たすことで、低い反りを維持しながら第2のAlGaAs層(裏面側のAlGaAs層)の厚みを低減することでコストを低減できることがわかった。
(Measurement result)
As shown in FIG. 31 and Table 8, in the AlGaAs support substrate, 0.7 ≦ X <4.0 and −X + 1.3 ≦ Y ≦ −X + 4.0 (within the dotted line in FIG. 31) When it is satisfied, it has been found that the warp of the AlGaAs support substrate is 200 μm or less. For this reason, warpage can be reduced by forming AlGaAs layers on both sides of the GaAs substrate, and by satisfying the above relational expression, the thickness of the second AlGaAs layer (backside AlGaAs layer) can be reduced while maintaining low warpage. It turned out that cost can be reduced by reducing.
特に、0.7≦X<4.0で、かつ−X+2.0≦Y≦−X+2.2の関係(図31において実線近傍)を満たす場合には、AlGaAs支持基板の反りが20μm未満になることがわかった。 In particular, when 0.7 ≦ X <4.0 and −X + 2.0 ≦ Y ≦ −X + 2.2 (the vicinity of the solid line in FIG. 31) is satisfied, the warp of the AlGaAs support substrate is less than 20 μm. I understood it.
以上より、本発明者は、0.7≦X<4.0、かつ−X+1.3≦Y≦−X+4.0の関係を満たすことによって、第2のAlGaAs層13の厚みを低減した場合であっても、AlGaAs支持基板10の反りを緩和できることを見い出した。
As described above, the inventor reduced the thickness of the
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the features of the embodiments and examples. The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
10 AlGaAs支持基板、11 GaAs基板、11a,12a,13a 主表面、11b,12b,13b 裏面、12 第1のAlGaAs層、13 第2のAlGaAs層、20a,20b,20c,20d エピタキシャルウエハ、21 エピタキシャル層、22 基板、23 n型クラッド層、24 活性層、25 p型クラッド層、26 p型コンタクト層、30a,30b,30c,30d LED、31,32 電極。 10 AlGaAs support substrate, 11 GaAs substrate, 11a, 12a, 13a main surface, 11b, 12b, 13b back surface, 12 first AlGaAs layer, 13 second AlGaAs layer, 20a, 20b, 20c, 20d epitaxial wafer, 21 epitaxial Layer, 22 substrate, 23 n-type cladding layer, 24 active layer, 25 p-type cladding layer, 26 p-type contact layer, 30a, 30b, 30c, 30d LED, 31, 32 electrodes.
Claims (22)
前記GaAs基板の前記主表面側に、液相成長法により第1のAlxGa(1-x)As層(0<x<1)を形成する工程と、
前記GaAs基板の前記裏面側に、液相成長法により第2のAlyGa(1-y)As層(0<y<1)を形成する工程とを備えた、AlGaAs支持基板の製造方法。 Providing a GaAs substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
Forming a first Al x Ga (1-x) As layer (0 <x <1) on the main surface side of the GaAs substrate by a liquid phase growth method;
Forming a second Al y Ga (1-y) As layer (0 <y <1) on the back side of the GaAs substrate by a liquid phase growth method.
気相成長法により前記第1のAlxGa(1-x)As層にエピタキシャル層を形成する工程とを備えた、エピタキシャルウエハの製造方法。 A step of manufacturing an AlGaAs support substrate by the method of manufacturing an AlGaAs support substrate according to any one of claims 1 to 6;
And a step of forming an epitaxial layer on the first Al x Ga (1-x) As layer by vapor phase epitaxy.
前記エピタキシャルウエハの表面および裏面に電極をそれぞれ形成する工程とを備えた、LEDの製造方法。 A step of producing an epitaxial wafer by the method for producing an epitaxial wafer according to any one of claims 7 to 9,
Forming an electrode on the front surface and the back surface of the epitaxial wafer, respectively.
前記GaAs基板の前記主表面側に形成された第1のAlxGa(1-x)As層(0<x<1)と、
前記GaAs基板の前記裏面側に形成された第2のAlyGa(1-y)As層(0<y<1)とを備えた、AlGaAs支持基板。 A GaAs substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
A first Al x Ga (1-x) As layer (0 <x <1) formed on the main surface side of the GaAs substrate;
An AlGaAs support substrate comprising: a second Al y Ga (1-y) As layer (0 <y <1) formed on the back side of the GaAs substrate.
前記第1のAlxGa(1-x)As層に形成されたエピタキシャル層とを備えた、エピタキシャルウエハ。 The AlGaAs support substrate according to any one of claims 11 to 15,
An epitaxial wafer comprising: an epitaxial layer formed on the first Al x Ga (1-x) As layer.
前記第1のAlxGa(1-x)As層上に形成されたエピタキシャル層とを備えた、エピタキシャルウエハ。 The first Al x Ga (1-x) As layer according to any one of claims 11 to 15,
An epitaxial wafer comprising: an epitaxial layer formed on the first Al x Ga (1-x) As layer.
前記エピタキシャルウエハの表面および裏面にそれぞれ形成された電極とを備えた、LED。 The epitaxial wafer according to any one of claims 16 to 21, and
LED provided with the electrode respectively formed in the surface and the back surface of the said epitaxial wafer.
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