JP2016060675A - Method for separating group 13 element nitride layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、13族元素窒化物層を支持基板から分離する方法に関するものである。
The present invention relates to a method for separating a
サファイア基板やGaNテンプレートなどの支持基板上にGaN結晶を成長させて複合基板を得た後、レーザリフトオフなどの方法でGaN結晶を支持基板から分離することによって、自立型のGaN結晶を得ることが知られている。この場合、従来は、複合基板をメタル基板などの別体の基台に仮接合し、その状態でレーザ光を照射していた(非特許文献1)。非特許文献1では、サファイア基板上にHVPEにより窒化ガリウム膜を成長させた後、金属結合剤を使用して窒化ガリウム膜をヒータに装着し、約600℃に加熱して、反りを小さくした状態で、レーザ光をサファイア基板に照射して、サファイア基板から窒化ガリウム膜を分離する。
A self-standing GaN crystal can be obtained by growing a GaN crystal on a support substrate such as a sapphire substrate or a GaN template to obtain a composite substrate, and then separating the GaN crystal from the support substrate by a method such as laser lift-off. Are known. In this case, conventionally, the composite substrate is temporarily bonded to a separate base such as a metal substrate, and laser light is irradiated in that state (Non-Patent Document 1). In
また、サファイア基板と窒化ガリウム膜との間の熱膨張率差によって複合基板が反るため、この反りを低減させるために、複合基板を600℃以上の温度に加熱して反りを緩和してから、レーザ光を照射していた(特許文献1)。これは、サファイアと窒化ガリウムとの界面に発生する応力を低減させて、剥離の際の不均一な変動を抑制するためである。この際、サファイア基板外周部に生成した多結晶窒化ガリウムを除去してレーザ光を照射することが好ましいとされている。 In addition, since the composite substrate warps due to the difference in thermal expansion coefficient between the sapphire substrate and the gallium nitride film, in order to reduce the warp, the composite substrate is heated to a temperature of 600 ° C. or more to reduce the warp. The laser beam was irradiated (Patent Document 1). This is because the stress generated at the interface between sapphire and gallium nitride is reduced to suppress non-uniform fluctuation during peeling. At this time, it is preferable that the polycrystalline gallium nitride formed on the outer periphery of the sapphire substrate is removed and the laser light is irradiated.
また、本出願人は、サファイア基板上に窒化ガリウム層を設けるのに際して、窒化ガリウム層の育成初期にインクルージョン含有層を設けることで、レーザリフトオフ時のクラック抑制に成功している(特許文献2)。 In addition, when the gallium nitride layer is provided on the sapphire substrate, the present applicant has succeeded in suppressing cracks at the time of laser lift-off by providing an inclusion-containing layer at the initial growth stage of the gallium nitride layer (Patent Document 2). .
非特許文献1記載のように、窒化ガリウム層を基台に対して金属接合剤などで接合し、サファイア基板側からレーザ光を照射して分離を行う場合には、窒化ガリウム層を基台に対して接合する手間が必要であり、またレーザ加工後に窒化ガリウム層を基台からも分離する必要がある。更に、窒化ガリウム層に付着した金属結合剤を除去する必要もある。金属結合剤の代りに樹脂を用いる方法もあるが、同様の問題がある。
As described in Non-Patent
特許文献1記載の方法では、基台に対して複合基板を接合することなく、複合基板を600〜1000℃に加熱して反りを減らし、レーザ光をサファイア基板側に照射することで窒化ガリウム層をサファイア基板から分離する。このため、複合基板を基台に対して接着したり、基台から分離するプロセスが不要になっている。
In the method described in
しかし、本発明者が更に詳しく検討してみたところ、次の問題が明らかになった。すなわち、複合基板を熱処理してからレーザリフトオフ法を適用した場合にも、支持基板から窒化ガリウム層を剥離するときに窒化ガリウム層にクラックが入ることがあり、特に窒化ガリウム層の端部近くでクラックが入ることが多かった。このクラックが歩留り低下の原因となっていた。 However, as a result of further detailed examination by the present inventor, the following problem has been clarified. That is, even when the laser lift-off method is applied after heat treating the composite substrate, the gallium nitride layer may crack when the gallium nitride layer is peeled off from the support substrate, particularly near the end of the gallium nitride layer. There were many cracks. This crack was a cause of yield reduction.
本発明の課題は、支持基板に対してレーザ光を照射して13族元素窒化物層を分離するのに際して、複合基板を基台に対して接合したり、基台から分離する工程を不要とし、かつ分離の際の13族元素窒化物層のクラックを抑制することである。
An object of the present invention is to eliminate the step of bonding the composite substrate to the base or separating the base from the base when the support substrate is irradiated with laser light to separate the
本発明に係る方法では、支持基板と、この支持基板上に設けられた13族元素窒化物層とを備えており、反りを有する複合基板を、基台とレーザ光透過性板との間に挟み、この際レーザ光透過性板側に支持基板を配置し、基台とレーザ光透過性板との間に応力を加えて複合基板を基台とレーザ光透過性板との間に拘束した状態でレーザ光透過性板に対してレーザ光を照射することで支持基板と13族元素窒化物層との界面の結晶格子結合を分解することを特徴とする。
In the method according to the present invention, a support substrate and a
本発明者は、複合基板を熱処理してからレーザリフトオフ法を適用した場合にも、支持基板から窒化ガリウム層を剥離するときに窒化ガリウム層にクラックが入る原因について調査した。このクラックは窒化ガリウム層の周縁部に多く見られた。 The inventor investigated the cause of cracks in the gallium nitride layer when the gallium nitride layer was peeled off from the support substrate even when the laser lift-off method was applied after the composite substrate was heat-treated. Many cracks were observed at the periphery of the gallium nitride layer.
この原因について、以下のように推定した。図4の模式図を参照しつつ述べる。すなわち、支持基板2の表面2a上上に13族元素窒化物層3を形成して複合基板1を作製した場合、複合基板1には、熱膨張率差に起因する反りがある。ここで、外周側から順番にレーザ光を照射し、13族元素窒化物層3を剥離させていく。Pは照射済み領域であり、Nは未照射領域である。剥離は照射済み領域Pから順に進行していく。14は剥離によって生じた空隙である。
About this cause, it estimated as follows. This will be described with reference to the schematic diagram of FIG. That is, when the
ところが、13族元素窒化物層の外周側の照射済み領域から剥離していく際に、13族元素窒化物層3のうち剥離した部分13では、レーザ光によるダメージによるトワイマン効果によって、複合基板の反りとは逆方向に向かって反りが発生する。一方、支持基板2の剥離部分12ではトワイマン効果の影響は少ない。この結果、13族元素窒化物層3のうち、剥離部分13と剥離していない部分との境界付近の湾曲が大きくなり、曲げ強度が集中する。この集中した曲げ強度に耐えきれなくなった部分15にクラックが発生するものと考えられる。
However, when peeling from the irradiated region on the outer peripheral side of the
本発明者は、こうした知見に立脚し、反りを有する複合基板を、基台とレーザ光透過性板との間に挟み、基台とレーザ光透過性板との間に応力を加えて複合基板を基台とレーザ光透過性板との間に拘束した状態で、レーザ光透過性板に対してレーザ光を照射することで支持基板と13族元素窒化物層との界面の結晶格子結合を分解した。
すなわち、支持基板と13族元素窒化物層との界面には、支持基板を構成する結晶の格子と13族元素窒化物の格子とが結晶格子結合を形成している。レーザ光を支持基板側に照射することによって、13族元素窒化物が13族元素金属と窒素とに分解し、結晶格子結合が分解される。これによって、レーザ光を照射して13族元素窒化物層、特にその周縁部において、界面における結晶格子結合の分解が生じたときに、13族元素窒化物層が拘束されていることから、13族元素窒化物が支持基板から空間的に剥離してトワイマン効果によって逆方向へと反ることを抑制できる。この後に拘束を解除することで、13族元素窒化物層を支持基板から空間的に分離することができる。この結果、トワイマン効果による逆方向への反りに起因するクラックを防止することに成功し、本発明に到達した。
Based on this knowledge, the present inventor sandwiched a composite substrate having warpage between the base and the laser light transmissive plate, and applied stress between the base and the laser light transmissive plate to form a composite substrate. Is constrained between the base and the laser light transmissive plate, and the laser light transmissive plate is irradiated with laser light to bond the crystal lattice at the interface between the support substrate and the
That is, at the interface between the support substrate and the
(複合基板)
本発明においては、支持基板と、この支持基板上に設けられた13族元素窒化物層とを備えており、反りを有する複合基板を用いる。
図1(a)に示す例では、複合基板1は、支持基板2と支持基板2の表面2a上に設けられた13族元素窒化物層3を有する。
(Composite substrate)
In the present invention, a composite substrate having a warp and including a support substrate and a
In the example shown in FIG. 1A, the
支持基板を構成する材質は限定されないが、サファイア、AlNテンプレート、GaNテンプレート、GaN自立基板、シリコン単結晶、SiC単結晶、MgO単結晶、スピネル(MgAl2O4)、LiAlO2、LiGaO2、LaAlO3,LaGaO3,NdGaO3等のペロブスカイト型複合酸化物、SCAM(ScAlMgO4)を例示できる。また組成式〔A1−y(Sr1−xBax)y〕〔(Al1−zGaz)1−u・Du〕O3(Aは、希土類元素である;Dは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である;y=0.3〜0.98;x=0〜1;z=0〜1;u=0.15〜0.49;x+z=0.1〜2)の立方晶系のペロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。 The material constituting the support substrate is not limited, but sapphire, AlN template, GaN template, GaN free-standing substrate, silicon single crystal, SiC single crystal, MgO single crystal, spinel (MgAl 2 O 4 ), LiAlO 2 , LiGaO 2 , LaAlO 3 , perovskite complex oxides such as LaGaO 3 and NdGaO 3 , SCAM (ScAlMgO 4 ). The composition formula [A 1-y (Sr 1- x Ba x) y ] [(Al 1-z Ga z) 1-u · D u ] O 3 (A is a rare earth element; D is niobium and One or more elements selected from the group consisting of tantalum; y = 0.3-0.98; x = 0-1; z = 0-1; u = 0.15-0.49; x + z = 0 .1 to 2) cubic perovskite structure composite oxides can also be used.
支持基板2の表面2aには、13族元素窒化物層3を直接形成できるが、表面2a上に種結晶膜を形成し、種結晶膜上に13族元素窒化物層3を形成することもできる。種結晶膜と13族元素窒化物層3とが同材質で一体化していてもよい。
Although the
種結晶は、13族元素窒化物結晶層を育成可能な限り、特に限定されない。ここでいう13族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。13族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。この13族元素窒化物は、特に好ましくは、GaN、AlN、GaAlNである。
種結晶膜は、一層であってよく、あるいは支持基板側にバッファ層を含んでいて良い。
The seed crystal is not particularly limited as long as the
The seed crystal film may be a single layer, or may include a buffer layer on the support substrate side.
種結晶膜の形成方法は気相成長法が好ましいが、有機金属化学気相成長(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、パルス励起堆積(PXD)法、MBE法、昇華法を例示できる。有機金属化学気相成長法が特に好ましい。また、成長温度は、950〜1200℃が好ましい。 As a method for forming the seed crystal film, a vapor deposition method is preferable, but a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a hydride vapor deposition (HVPE) method, a pulsed excitation deposition (PXD) method, MBE Method and sublimation method. Metalorganic chemical vapor deposition is particularly preferred. The growth temperature is preferably 950 to 1200 ° C.
13族元素窒化物結晶層の育成方向は、ウルツ鉱構造のc面の法線方向であってよく、またa 面、m面それぞれの法線方向であってもよい。
The growth direction of the
種結晶の表面における転位密度は、種結晶上に設ける13族元素窒化物結晶層の転位密度を低減するという観点から、低いことが望ましい。この観点からは、種結晶の転位密度は、7×108cm−2以下が好ましく、5×108cm−2以下が更に好ましい。また、種結晶の転位密度は品質の点からは低いほど良いので、下限は特にないが、一般的には、5×107cm−2以上であることが多い。
The dislocation density on the surface of the seed crystal is desirably low from the viewpoint of reducing the dislocation density of the
13族元素窒化物層の製法は特に限定されないが、有機金属化学気相成長(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、パルス励起堆積(PXD)法、MBE法、昇華法などの気相法、フラックス法などの液相法を例示できる。
Although the manufacturing method of the
この結晶層を構成する13族元素窒化物において、13族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。13族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。この13族元素窒化物は、特に好ましくは、GaN、AlN、GaAlNである。また、添加剤としては、炭素や、低融点金属(錫、ビスマス、銀、金)、高融点金属(鉄、マンガン、チタン、クロムなどの遷移金属)が挙げられる。
In the
好適な実施形態においては、13族元素窒化物結晶層をフラックス法によって育成する。この際、フラックスの種類は、13族元素窒化物を生成可能である限り、特に限定されない。好適な実施形態においては、アルカリ金属とアルカリ土類金属の少なくとも一方を含むフラックスを使用し、ナトリウム金属を含むフラックスが特に好ましい。
In a preferred embodiment, the
フラックスには、13族元素の原料物質を混合し、使用する。この原料物質としては、単体金属、合金、化合物を適用できるが、13族元素の単体金属が取扱いの上からも好適である。
For the flux, a raw material of a
融液における13族元素窒化物/フラックス(例えばナトリウム)の比率(mol比率)は、本発明の観点からは、高くすることが好ましく、18mol%以上が好ましく、25mol%以上が更に好ましい。ただし、この割合が大きくなり過ぎると結晶品質が落ちる傾向があるので、40mol%以下が好ましい。
From the viewpoint of the present invention, the ratio (mol ratio) of
(複合基板の反り)
このようにして得られた複合基板1には、たとえばフラックス法による成膜と冷却に起因する反りが生じている。その反りは、一般に、図1(a)に模式的に示すように、支持基板を上にしたときに、下側に凸形状となっていることが多い。こうした反りは、加熱によっては解消せず、レーザ光を照射したときにトワイマン効果によって13族元素窒化物層内にクラックを生じさせることを見いだした。
(Compound substrate warpage)
In the
複合基板の反りは、特許文献3(特開2009−111423)に記載されている方法で測定される値である。 The warpage of the composite substrate is a value measured by the method described in Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-111423).
反りについて、図5を参照しつつ述べる。
ここで、図5(a)に示す例では、複合基板1の支持基板2の底面2bが凹状となり、13族元素窒化物層3の表面3aが凸状となるように、複合基板が反っている。この反りを正(+の記号で示す)とする。また、図5(b)に示す例では、複合基板1の支持基板2の底面2bが凸状となり、13族元素窒化物層3の表面3aが凹状となるように、複合基板が反っている。この反りを負(−の記号で示す)とする。複合基板1の底面2bが形成する曲面を「反り曲面」とする。
The warping will be described with reference to FIG.
Here, in the example shown in FIG. 5A, the composite substrate is warped so that the
反り曲面2bと平面との距離の平均値が最も小さくなるような平面を想定し、この平面を最適平面Hとする。そして、この反り曲面2bと最適平面Hとの距離を測定する。すなわち、所定の測定範囲について、底面2bのうち最適平面H上にある点をzpとする。また、底面2bのうち最適平面Hと最も離れた点をzvとする。点zvと最適平面Hとの距離を反りW(R)とする。21、22は、試料と最適平面Hとの隙間である。20は定盤である。
A plane that minimizes the average distance between the curved
言い換えると、反りW(R)は、底面2bにおいて、最適平面Hに最も近い点zpと最も遠い点zvとの高低差である。
In other words, the warpage W (R) is the difference in height between the point zp closest to the optimum plane H and the point zv farthest from the
複合基板の25℃における反りの絶対値は、長さ5cm当たり、+300〜+700μmであることが多い。 In many cases, the absolute value of the warp of the composite substrate at 25 ° C. is +300 to +700 μm per 5 cm in length.
複合ウエハーの反りは、レーザ変位計によって測定できる。レーザ変位計とは、レーザ光を複合ウエハーの底面に照射することにより、背面の変位を測定する装置をいう。レーザの波長を633nmとし、測定方式には表面粗度に応じてレーザフォーカス方式、光干渉方式を用いることができる。 The warpage of the composite wafer can be measured by a laser displacement meter. The laser displacement meter is a device that measures the displacement of the back surface by irradiating the bottom surface of the composite wafer with laser light. The laser wavelength is 633 nm, and a laser focus method or an optical interference method can be used as a measurement method according to the surface roughness.
(複合基板のセッティング)
本発明では、反りを有する複合基板を、基台とレーザ光透過性板との間に挟む。この際、レーザ光透過性板側に支持基板を配置し、基台の表面とレーザ光透過性板の表面との間に応力を加え、複合基板を基台とレーザ光透過性板との間に拘束した状態とする。そして、この状態でレーザを照射し、13族元素窒化物層と支持基板との界面の結晶格子結合を分解する。
(Composite board setting)
In the present invention, the warped composite substrate is sandwiched between the base and the laser light transmitting plate. At this time, a support substrate is arranged on the laser light transmitting plate side, stress is applied between the surface of the base and the surface of the laser light transmitting plate, and the composite substrate is placed between the base and the laser light transmitting plate. The state is constrained to. In this state, laser irradiation is performed to decompose the crystal lattice bond at the interface between the
ここで、基台とレーザ光透過性板との間に応力を加え、複合基板を基台とレーザ光透過性板との間に拘束した状態とするが、これは複合基板の支持基板の底面と13族元素窒化物層の表面との双方に応力が加わり、この応力によって複合基板が変形しない状態で固定されていることを意味する。この際、複合基板と基台とを接合する必要はなく、複合基板とレーザ光透過性板とを接合する必要はない。また、基台とレーザ光透過性板との間に応力を加えるとは、レーザ光透過性板や複合基板の自重を除き、レーザ光透過性板と基材との間に機械的な応力を印加することを意味する。
Here, stress is applied between the base and the laser light transmissive plate so that the composite substrate is constrained between the base and the laser light transmissive plate. This is the bottom surface of the support substrate of the composite substrate. And a surface of the
好適な実施形態においては、基台とレーザ光透過性板との間に応力を加えることによって、複合基板の反りを矯正した状態で保持する。図1(b)、図2はこの実施形態に係るものである。 In a preferred embodiment, stress is applied between the base and the laser light transmitting plate to hold the composite substrate in a corrected state. FIG. 1B and FIG. 2 relate to this embodiment.
本実施形態では、保持装置4を使用する。保持装置4においては、治具18に基台5とレーザ光透過性板7とが取り付けられている。基台5の表面5a上にクッション材6を載置し、その上に複合基板1を乗せている。複合基板と基台5とは接合されていない。そして、複合基板1上にレーザ光透過性板7を乗せる。この際、13族元素窒化物層3の表面3aが基台5に対向しており、支持基板2の底面2bがレーザ光透過性板7の表面7aに対向している。
In the present embodiment, the holding
複合基板1は、例えば図1(a)に示すように反っている。この一方、基台5の表面5a、レーザ光透過性板7の表面7aは平坦面である。このため、加圧前の状態では、レーザ光透過性板7の表面7aと支持基板2の底面2bとの間に隙間15Aが形成されており、また13族元素窒化物層3の表面3aとクッション材6との間にも隙間15Bが形成されている。
The
次いで、図2に矢印Aで示すように、レーザ光透過性板7を基台5へと向かって動かす。この際には、レーザ光透過性板7を動かさずに基台5をレーザ光透過性板7へと向かって動かしても良いし、レーザ光透過性板7と基台5との両方を動かしても良い。この結果、表面5aと7aとの間隔が小さくなり、複合基板が厚さ方向に向かって圧縮される。
Next, as indicated by an arrow A in FIG. 2, the laser
ここで、レーザ光透過性板7の表面7a、基台5の表面5aが平坦なので、これに合わせて複合基板1の反りが矯正され、反りが小さくなり、複合基板1Aの状態になる。この結果、複合基板1Aは、レーザ光透過性板7基台5とによって変形しないように拘束される。
Here, since the
保持においては、複合基板1を拘束保持することによって複合基板1の反りを矯正し、複合基板1Aの状態とする。この際、複合基板の反りを完全に矯正して反りをゼロとする必要はなく、部分的な矯正でも良い。すなわち、拘束前の反りよりも拘束時の反りが小さくなっていればよい。
In holding, the warping of the
複合基板の反りが少ないほうがクラックがより生じにくいので、(拘束時の複合基板の反りの絶対値)/(拘束前の複合基板の反りの絶対値)は、0.5以下であることが好ましく、0.25以下であることが更に好ましい。また、(拘束時の複合基板の反りの絶対値)は、長さ5cm当たり、300μm以下であることが好ましく、150μm以下であることが更に好ましい。 Since cracks are less likely to occur when the warpage of the composite substrate is smaller, (absolute value of warpage of composite substrate during restraint) / (absolute value of warpage of composite substrate before restraint) is preferably 0.5 or less. More preferably, it is 0.25 or less. Further, (the absolute value of the warp of the composite substrate when restrained) is preferably 300 μm or less, more preferably 150 μm or less per 5 cm length.
また、複合基板の反りを矯正する本実施形態においては、レーザ光透過性板の表面7a、基台5の表面5aがいずれも平坦面である。しかし、レーザ光透過性板の表面、基台の表面は平坦でなくても良く、突起、凹部が形成されていてもよい。この場合、加圧時に複合基板の反りが部分的に矯正されれば足りる。
Moreover, in this embodiment which correct | amends the curvature of a composite board | substrate, both the
また、好適な実施形態においては、複合基板の反りを矯正せずに複合基板を拘束した状態で、レーザ光透過性板に対してレーザ光を照射する。図3(a)(b)はこの実施形態に係るものである。 In a preferred embodiment, the laser light transmitting plate is irradiated with laser light in a state where the composite substrate is restrained without correcting the warpage of the composite substrate. 3A and 3B relate to this embodiment.
本実施形態では、保持装置4Aを使用する。保持装置4Aにおいては、治具18に基台5Aとレーザ光透過性板7Aとが取り付けられている。基台5Aの表面5a上にクッション材6を載置し、その上に複合基板1を乗せている。複合基板と基台5Aとは接合されていない。そして、複合基板1上にレーザ光透過性板7Aを乗せる。この際、13族元素窒化物層3の表面3aが基台5に対向しており、支持基板2の底面2bがレーザ光透過性板7の表面7aに対向している。
In the present embodiment, the holding
複合基板1は、例えば図1(a)に示すように反っている。レーザ光透過性板7Aの表面7aには突起11が形成されており、基台5Aの表面5aには凹部9が形成されている。これら突起11、凹部9は、それぞれ、複合基板の反りを吸収できるような形状となっている。本例では、レーザ光透過性板上にクッション材6が載っていることから、クッション材6と基台表面5aとの間に隙間10が形成されている。
The
次いで、図3(b)に矢印Aで示すように、レーザ光透過性板7Aを基台5Aへと向かって動かす。この際には、レーザ光透過性板7Aを動かさずに基台5Aをレーザ光透過性板7Aへと向かって動かしても良いし、レーザ光透過性板7Aと基台5Aとの両方を動かしても良い。この結果、表面5aと7aとの間隔が小さくなる。
Next, as indicated by an arrow A in FIG. 3B, the laser
ここで、レーザ光透過性板7の表面7aには突起11が設けられてり、基台5の表面5aには凹部9が設けられている。そして、突起11、凹部9は、それぞれ複合基板の反りと同じ形態に形成されている。この結果、本例では、複合基板1の反りは矯正されず、加圧前と変化しないか、あるいは反りの変化が少ない。この状態で、反りの矯正されていない複合基板1は、レーザ光透過性板7Aと基台5Aとによって変形しないように拘束される。反りを矯正しなくとも、複合基板1の底面2b、表面3aの全体にわたって加圧される結果、複合基板1の変形は抑制されている。
Here, a
上記したように、本発明においては、複合基板が加圧され、変形しないように拘束保持されている結果、図4に示すように複合基板の一部領域Pにレーザ光が照射されたときに、13族元素窒化物層3の周縁部(照射済み領域)13および支持基板の周縁部12のトワイマン効果による変形が抑えられ、この結果としてクラック15が抑制される。
As described above, in the present invention, as a result of the composite substrate being pressurized and restrained so as not to be deformed, as shown in FIG. 4, when a partial region P of the composite substrate is irradiated with laser light. The deformation due to the Twiman effect of the peripheral portion (irradiated region) 13 of the
基台の材質は特に限定されないが、アルミナないしSiCセラミックスが好ましい。 The material of the base is not particularly limited, but alumina or SiC ceramic is preferable.
レーザ光透過性板は、レーザリフトオフ法に用いる波長のレーザ光に対する直線透過率が50%以上の板が好ましく、75%以上の板が更に好ましい。また、レーザ光透過性板の材質は、合成石英ガラス、サファイアが好ましい。 The laser light transmissive plate is preferably a plate having a linear transmittance of 50% or more with respect to laser light having a wavelength used in the laser lift-off method, and more preferably a plate having 75% or more. The material of the laser light transmissive plate is preferably synthetic quartz glass or sapphire.
好適な実施形態においては、13族元素窒化物層と基台の表面との間にクッション材を挟む。これによって、加圧時に13族元素窒化物層表面に損傷が生じることを防止する。こうしたクッション材としては、グラスファイバーウール、フッ素ゴム(バイトン)、テフロン(カルレッツ)を例示できる。
In a preferred embodiment, a cushioning material is sandwiched between the
また、複合基板を保持するときに、複合基板を加熱することによって、反りを緩和し、あるいは反りの矯正に伴う応力を緩和することができる。こうした加熱温度としては、100〜500℃が好ましく、200〜300℃が更に好ましい。ただし、こうした加熱は必須ではなく、室温でも実施できる。 Further, when the composite substrate is held, the warp can be reduced or the stress accompanying the correction of the warp can be reduced by heating the composite substrate. As such heating temperature, 100-500 degreeC is preferable and 200-300 degreeC is still more preferable. However, such heating is not essential and can be performed at room temperature.
(レーザ光の照射)
前述のように複合基板を保持しつつ、レーザ光をレーザ光透過性板側から照射して13族元素窒化物と支持基板との界面の結晶格子結合を分解する。
(Laser irradiation)
While holding the composite substrate as described above, laser light is irradiated from the laser light transmitting plate side to decompose the crystal lattice bond at the interface between the
レーザ光の波長は、剥離するべき13族元素窒化物の材質に合わせて適宜選択するが、一般的には380nm以下であり、好ましくは150〜380nmである。また、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、XeClエキシマレーザー、第3高調波Nd:YAGレーザーなどを使用できる。
The wavelength of the laser beam is appropriately selected according to the material of the
例えば、以下の材質を剥離させるためには、以下の波長のレーザー光を利用することが好ましい。
GaN: 200〜 360 nm
AlN: 150〜 200 nm
GaAlN: 200〜 250 nm
For example, in order to peel the following materials, it is preferable to use laser light having the following wavelengths.
GaN: 200 to 360 nm
AlN: 150-200 nm
GaAlN: 200 to 250 nm
レーザリフトオフを行う方式も特に限定されない。例えば、レーザー発振器から放出されたレーザービームを、ビームエキスパンダ、柱状レンズないし凸レンズ、ダイクロイックミラーおよび集光レンズを介して集光レーザービームとし、XYステージ上の複合基板に照射する。柱状レンズと集光レンズを組み合わせることにより、焦点距離をx方向とy方向とで異なるようにし、例えばx方向において強くフォーカスされ、y方向にはデフォーカスされた楕円形レーザー光を形成することもできる。 A method for performing laser lift-off is not particularly limited. For example, a laser beam emitted from a laser oscillator is converted into a condensed laser beam through a beam expander, a columnar lens or a convex lens, a dichroic mirror, and a condenser lens, and is irradiated onto a composite substrate on an XY stage. By combining a columnar lens and a condensing lens, the focal length can be made different between the x direction and the y direction. For example, an elliptical laser beam that is strongly focused in the x direction and defocused in the y direction can be formed. it can.
また、ビームスキャナを用いたレーザリフトオフ装置も利用できる。すなわち、レーザー発振器から放出されたレーザービームを、ビームエキスパンダ、柱状レンズないし凸レンズ、反射鏡、ガルバノスキャナおよびfθレンズを介して集光レーザービームとし、移動するXYステージ上の複合基板に照射する。 A laser lift-off device using a beam scanner can also be used. That is, the laser beam emitted from the laser oscillator is converted into a focused laser beam via a beam expander, a columnar lens or a convex lens, a reflecting mirror, a galvano scanner, and an fθ lens, and is irradiated onto a moving composite substrate on an XY stage.
図6の例では、レーザ光源25から発振されたレーザ光26Aをピンホール27に通し、光ビーム26Bを絞る。次いで、光ビーム26Bをレンズ28によって集光してビーム26Cとし、反射板29によって反射させ、反射光26Dを矢印Bのようにレーザ光透過性板へと向かって照射する。この光はレーザ光透過性板7を透過し、複合基板1Aに入射する。
In the example of FIG. 6, the
使用するレーザ光は、複合基板の底面全面をスキャニングしながら照射することができる。あるいは、レーザ光の位置を固定し、保持装置4のほうを移動させることによって、複合基板の底面をスキャンすることもできる。
The laser beam to be used can be irradiated while scanning the entire bottom surface of the composite substrate. Alternatively, the bottom surface of the composite substrate can be scanned by fixing the position of the laser beam and moving the holding
例えば図7の例では、複合基板1A上で、矢印Cのようにレーザ光スポット29を縦横に移動させ、スキャンしている。ここで、各スポット29の直径は1〜5mmが好ましい。また、スポット29の移動速度は、パルスレーザーの繰り返し周波数にもよるが、10〜50mm/secが好ましい。
For example, in the example of FIG. 7, the
複合基板上でレーザ光スポットを移動させる際には、隣接するスポット29が重なり合うことが好ましく、これによって未照射領域を無くすることができる。
When the laser beam spot is moved on the composite substrate, it is preferable that the
レーザ光のパワーは、加工対象や温度、さらにはレーザ発振波長、パルス幅などに依存するが、一般的には0.1〜0.5J/cm2とすることができる。 The power of the laser beam depends on the object to be processed, temperature, laser oscillation wavelength, pulse width, etc., but can generally be 0.1 to 0.5 J / cm 2 .
(実施例1)
図1、図2、図6、図7を参照しつつ説明した方法でレーザリフトオフ法を実施した。
具体的には、直径55mmのサファイアからなる支持基板2上に窒化ガリウム層3を厚さ350ミクロン成長させた(図1)。得られた複合基板1の反りは、+300μmであった。
Example 1
The laser lift-off method was performed by the method described with reference to FIGS. 1, 2, 6, and 7.
Specifically, a
複合基板1を保持装置4にセットした。クッション材6は、天然ゴム製のクッションとし、基台5はステンレス製とし、基台5の表面5aは平坦面とした。レーザ光透過性板7は、厚さ3mmのサファイア板とした。このレーザ光透過性板を治具によって加圧し、押さえつけて固定した(図2参照)。このときの複合基板の反りは、150μm程度である。
The
この状態で保持装置4を駆動ステージの上に配置し、フラッシュランプ励起QスイッチNd:YAGレーザーの第三高調波(波長355nmの紫外レーザ光)のパルス(繰り返し周波数10Hz、パルス幅5ns)を上から照射しつつステージを動かして、複合基板の端から順にスキャンした(図7参照)。レーザ光のビームサイズは、ピンホールと凸レンズを用いて整形、集光し、複合基板上で直径3.0mmの円形となるように調整した(図7)。1パルスのエネルギーは、0.25mJ/cm2であった。パルスの1ショットが少しだけ重なるようにスキャンした。すなわち、速度は27mm/secとした。
In this state, the holding
スキャンが終わった後、複合基板を40℃のお湯に漬けて、サファイアと窒化ガリウムの界面に生じた金属ガリウム(融点29℃)を溶かし、サファイアと窒化ガリウムを分離したものを得た。窒化ガリウム層、サファイア基板のいずれにも、クラックの発生はなかった。
その後、分離した窒化ガリウム層の外周部をベベリング加工し、両面を研磨加工して、直径2インチ(50.8mm)、厚さ300μmの自立GaNウエハーを得た。
After the scan was completed, the composite substrate was immersed in hot water at 40 ° C. to dissolve the metal gallium (melting point: 29 ° C.) generated at the interface between sapphire and gallium nitride, and a sapphire and gallium nitride were separated. Neither the gallium nitride layer nor the sapphire substrate was cracked.
Thereafter, the outer peripheral portion of the separated gallium nitride layer was beveled and polished on both sides to obtain a self-standing GaN wafer having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 300 μm.
(実施例2)
実施例1と同様にして窒化ガリウム層を支持基板から分離した。
ただし、本例においては、図3(a)に示すように、複合基板の反りに対応した突起11および凹部9を設けることで、複合基板の加圧時に複合基板の反りを収容し、反りの矯正を行わずに拘束した。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, the gallium nitride layer was separated from the support substrate.
However, in this example, as shown in FIG. 3A, by providing the
スキャンが終わった後、複合基板を40℃のお湯に漬けて、サファイアと窒化ガリウムの界面に生じた金属ガリウム(融点29℃)を溶かし、サファイアと窒化ガリウムを分離したものを得た。窒化ガリウム層、サファイア基板のいずれにも、クラックの発生はなかった。
その後、分離した窒化ガリウム層の外周部をベベリング加工し、両面を研磨加工して、直径2インチ(50.8mm)、厚さ300μmの自立GaNウエハーを得た。
After the scan was completed, the composite substrate was immersed in hot water at 40 ° C. to dissolve the metal gallium (melting point: 29 ° C.) generated at the interface between sapphire and gallium nitride, and a sapphire and gallium nitride were separated. Neither the gallium nitride layer nor the sapphire substrate was cracked.
Thereafter, the outer peripheral portion of the separated gallium nitride layer was beveled and polished on both sides to obtain a self-standing GaN wafer having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 300 μm.
(比較例1)
図1(b)のように保持装置4に複合基板1をセットするとき、レーザ光透過性板7を複合基板1上に配置するが、レーザ光透過性板7から複合基板へと応力を加えることなくセットした。この結果、レーザ光透過性板7と複合基板との間に隙間15Aが残り、またクッション材6と複合基板1との間に隙間15Bが残っている。その他は実施例1と同様にして窒化ガリウム層を支持基板から分離した。
(Comparative Example 1)
When the
スキャンが終わった後、複合基板を40℃のお湯に漬けて、サファイアと窒化ガリウムの界面に生じた金属ガリウム(融点29℃)を溶かし、サファイアと窒化ガリウムを分離したものを得た。分離はできたが、窒化ガリウム層、支持基板の両方の外周部にクラックが発生してしまった。この理由は、図4を参照しつつ説明したトワイマン効果によるものと考えられる。 After the scan was completed, the composite substrate was immersed in hot water at 40 ° C. to dissolve the metal gallium (melting point: 29 ° C.) generated at the interface between sapphire and gallium nitride, and a sapphire and gallium nitride were separated. Although separation was possible, cracks occurred in the outer peripheral portions of both the gallium nitride layer and the support substrate. The reason is considered to be due to the Twiman effect described with reference to FIG.
(比較例2)
特許文献1(特許4227315)記載の方法によってレーザリフトオフ法を実施した。具体的には、実施例1のようにして複合基板1を得た。基台5の平坦面5a上に、グラスウールからなる耐熱性のクッション6を設置し、その上に複合基板1を設置した。次いで、レーザ光透過性板7を複合基板1上に配置するが、レーザ光透過性板7から複合基板へと応力を加えることなくセットした。この結果、レーザ光透過性板7と複合基板との間に隙間15Aが残り、またクッション材6と複合基板1との間に隙間15Bが残っている。この状態で600℃に加熱した。その他は実施例1と同様にして窒化ガリウム層を支持基板から分離した。
(Comparative Example 2)
The laser lift-off method was performed by the method described in Patent Document 1 (Patent 4227315). Specifically, a
スキャンが終わった後、複合基板を40℃のお湯に漬けて、サファイアと窒化ガリウムの界面に生じた金属ガリウム(融点29℃)を溶かし、サファイアと窒化ガリウムを分離したものを得た。分離はできたが、窒化ガリウム層、支持基板の両方の外周部にクラックが発生してしまった。この理由は、図4を参照しつつ説明したトワイマン効果によるものと考えられる。
After the scan was completed, the composite substrate was immersed in hot water at 40 ° C. to dissolve the metal gallium (melting point: 29 ° C.) generated at the interface between sapphire and gallium nitride, and a sapphire and gallium nitride were separated. Although separation was possible, cracks occurred in the outer peripheral portions of both the gallium nitride layer and the support substrate. The reason is considered to be due to the Twiman effect described with reference to FIG.
Claims (7)
The method according to claim 1, wherein the composite substrate is scanned with the laser beam.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019087855A1 (en) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Processing method using laser lift-off and planarizing jig |
JP7117472B1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-08-12 | 信越エンジニアリング株式会社 | Transfer device and transfer method |
WO2023284305A1 (en) * | 2021-07-14 | 2023-01-19 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | Device and method for laser stripping led epitaxial substrate |
JP7316639B2 (en) | 2019-05-20 | 2023-07-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Substrate separation method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005109208A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method of manufacturing light emitting element |
JP2009252871A (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Sharp Corp | Method and apparatus of manufacturing semiconductor light emitting device |
-
2014
- 2014-09-19 JP JP2014190756A patent/JP2016060675A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005109208A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method of manufacturing light emitting element |
JP2009252871A (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Sharp Corp | Method and apparatus of manufacturing semiconductor light emitting device |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019087855A1 (en) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Processing method using laser lift-off and planarizing jig |
JP2019083280A (en) * | 2017-10-31 | 2019-05-30 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Machining method by laser lift-off and flattening jig |
CN111279494A (en) * | 2017-10-31 | 2020-06-12 | 株式会社V技术 | Processing method using laser lift-off and planarization jig |
JP7316639B2 (en) | 2019-05-20 | 2023-07-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Substrate separation method |
JP7117472B1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-08-12 | 信越エンジニアリング株式会社 | Transfer device and transfer method |
WO2022230184A1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-11-03 | 信越エンジニアリング株式会社 | Transfer apparatus and transfer method |
WO2023284305A1 (en) * | 2021-07-14 | 2023-01-19 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | Device and method for laser stripping led epitaxial substrate |
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