JP3528814B2

JP3528814B2 - 窒化物半導体から成る単体基板の製造方法

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Publication number: JP3528814B2
Application number: JP2001135472A
Authority: JP
Inventors: 一幸蝶々; 健桂木
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2021-05-02
Also published as: JP2002329672A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦
１）の製造方法に係り、特に単体基板の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、サファイアのような窒化物半導体
と格子定数の異なる異種基板上に、窒化物半導体を成長
させた窒化物半導体基板より異種基板を除去することで
得られる窒化物半導体から成る単体基板が注目されてい
る。窒化物半導体から成る単体基板が異種基板を有する
窒化物半導体基板に比べて、反りが少なく劈開が容易に
できるためである。

【０００３】例えば、異種基板であるサファイア基板上
に厚膜の窒化ガリウムを成長させ、その後、異種基板を
ラッピングで除去することによる単体基板の製造方法が
ある。また、ラッピング以外の窒化ガリウム等の窒化物
半導体とサファイアとを分離する方法としては、サファ
イア側からＫｒｆパルスエキシマレーザを照射して、サ
ファイアと窒化ガリウムとが接している共有面で分離
し、窒化ガリウムからサファイアを分離する方法が報告
されている。この方法は、レーザ照射により、窒化ガリ
ウムとサファイアが接触している共有面で窒化ガリウム
がレーザ光を吸収して窒化ガリウムの分解が生じ、窒化
ガリウムからサファイアを分離することができるもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示す研磨除去の方法であれば、サファイア基板等の上に
窒化物半導体を成長させた場合には、サファイア基板は
硬度が高いため研磨時に大きな応力がはたらく。そのた
め、ラッピング時の応力で窒化物半導体にも欠けや割れ
が生じるため窒化ガリウム等の窒化物半導体の単体基板
を形成するのは困難であった。また、ハイドライド気相
成長法等の厚膜成長させた窒化物半導体においては、具
体的には１００μｍ以上の膜厚を成長させた場合には、
ラッピング時に、このような欠けや割れ等の問題が顕著
に現れていた。

【０００５】また、レーザ照射による異種基板の除去方
法であれば、例えば、窒化ガリウムの単体基板を形成す
る場合に窒化ガリウムの分解によって発生する窒素ガス
のガス圧によりサファイアが割れ、この割れが原因でサ
ファイアと接触している窒化ガリウム面に欠陥が生じ
る。このような欠陥傷が窒化ガリウム等の表面にある
と、例えばマイクロクラックと呼ばれる微小な割れなど
が発生する場合がある。このような割れが発生すると、
発光素子などにおいては寿命特性などの素子特性の低下
や、歩留まりの低下等を引き起こすことが考えられる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、異種基板上に成
長させた窒化物半導体にダメージを与えることなく、ま
た割れや欠けを生じることなく異種基板を除去すること
により窒化物半導体の単体基板を得る製造方法を提供す
ることである。さらに、ここで得られる窒化物半導体の
単体基板は、低転位であり結晶性のよい窒化物半導体で
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、第１の発明に係る窒化物半導体から成る単体基板
の製造方法は、支持基板上に、部分的に保護膜を形成
し、前記支持基板露出部より該露出部の両側にある保護
膜上まで成長させてＴ字状断面を有する第１の窒化物半
導体層を形成し、前記保護膜を除去することによりＴ字
両翼の下部に空間を形成し、その後、前記第１の窒化物
半導体層の上面、又はＴ字両翼側面を核として第２の窒
化物半導体層を成長させ、平坦な窒化物半導体基板と
し、その後、前記第２の窒化物半導体層の上面を土台に
固定し、前記支持基板側からラッピングすることにより
支持基板を除去し、窒化物半導体から成る単体基板を形
成する。

【０００８】また、第１の発明に係る窒化物半導体から
成る単体基板の製造方法は、前記保護膜を除去すること
により、Ｔ字両翼の下部には空間を形成する。さらに、
保護膜の形状は、ストライプ状、ドット状、格子状、又
は多角形状である。

【０００９】窒化物半導体から成る単体基板の製造方法
であって、前記支持基板は、サファイア、スピネル、又
は炭化珪素である。

【００１０】かかる窒化物半導体の製造方法であれば、
Ｔ字形状の第１の窒化物半導体層において、Ｔ字両翼の
成長時に支持基板からの貫通転位を該両翼に曲げること
ができる。この曲げられた貫通転位はＴ字両翼側面まで
進む。そのため、少なくとも曲げられた範囲の貫通転位
は縦方向には成長しない。つまり、Ｔ字両翼部分の上部
に成長した第２の窒化物半導体層には貫通転位が延びな
いため低転位の領域を形成することになる。さらに、ラ
ッピングでの支持基板の除去については、保護膜除去に
よりＴ字両翼の下部に空間を有するため、支持基板と窒
化物半導体との歪みを緩和し、割れや欠けを発生するこ
となく支持基板を除去することができる。また、第１の
窒化物半導体の成長起点である支持基板との接合部は結
晶性が悪く、単結晶と比べてもろい。支持基板上に緩衝
層を介して窒化物半導体を成長させたものや、窒化物半
導体をＥＬＯ成長させたもの、その他に厚膜成長させた
ものからラッピングにより支持基板を除去すれば、支持
基板と窒化物半導体との界面は全面接着しており、基板
の反りが大きいため、その上に成長させた窒化物半導体
に応力がかかり割れ等を生じる。このため、ラッピング
を継続すれば窒化物半導体から成る単体基板を形成する
前に割れが窒化物半導体の表面側まで延び、単体基板が
分散してしまう。しかしながら、本発明では、支持基板
との接着面は第１の窒化物半導体層のＴ字柱部分のみで
あり、上記窒化物半導体に比べ、支持基板と窒化物半導
体との接着面での応力も少なく、Ｔ字両翼の下部に形成
される空間がエアギャップの効果を有し、基板の反りを
緩和させ、支持基板の除去を容易にすることができる。

【００１１】さらに、保護膜の形状は、保護膜の開口部
（支持基板露出部）を成長起点とする第１の窒化物半導
体層が断面形状がＴ字形状となり、貫通転位の成長方向
を縦方向以外に曲げられればよい。こうすることで、第
１の窒化物半導体層上に成長させる第２の窒化物半導
体層の表面には貫通転位の低減された領域を形成するこ
とができる。この貫通転位が低減された領域とは、具体
的には図１（ｄ）における第２の領域を示す。第１の窒
化物半導体のＴ字柱部分は貫通転位が多く、この第１の
窒化物半導体層のＴ字柱の上部領域に成長させた第２の
窒化物半導体層、図１（ｄ）における第１の領域には貫
通転位が多く存在する。さらに、量産を考えれば保護膜
のパターン形成も容易にする必要がある。以上、貫通転
位の低減、及び保護膜のパターン形成の容易化には保護
膜の形状をストライプ状、ドット状、格子状、又は多角
形状とすることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明を詳細に
説明する。実施形態１．本実施の形態においては、本発明に係る窒
化物半導体から成る単体基板について説明する。図１
（ａ）〜図１（ｆ）は、本発明における窒化物半導体か
ら成る単体基板の製造方法の一例を段階的に示した模式
図である。

【００１３】図１（ａ）は支持基板１上に部分的に保護
膜２を形成したものである。この支持基板１としては、
窒化物半導体基板や、窒化物半導体と異なる異種基板が
挙げられる。異種基板である場合には、Ｃ面、Ｒ面、及
びＡ面のいずれかを主面とするサファイア（Ａｌ
_２Ｏ_３）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）のような絶縁性
基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）を用いることができ
る。その他にＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、または
窒化物半導体と格子接合する酸化物基板等も用いること
ができる。

【００１４】また、支持基板１上に形成される保護膜２
を成長させる前に、支持基板１上に緩衝層としてバッフ
ァ層（図示されない）を薄膜であれば形成することもで
きる。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファ層は３００℃
〜９００℃の温度で、膜厚１０オングストローム〜５μ
ｍ、好ましくは１０オングストローム〜０．５μｍで成
長させる。また、バッファ層を多層膜で成長させてもよ
い。このバッファ層は支持基板１と第１の窒化物半導
体層３との格子定数を緩和する効果がある。そのため、
第１の窒化物半導体層を成長させる成長起点からの貫通
転位の発生を低減させることができる。

【００１５】次に、支持基板１上に部分的に形成される
保護膜２としては、第１の窒化物半導体層を断面形状を
Ｔ字形状とするものであり、保護膜の表面で窒化物半導
体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有する
材料とする。保護膜２は貫通転位の成長方向を縦方向以
外、好ましくは横方向に曲げられるものとする。例え
ば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコ
ニウム等の酸化物、窒化物、又はこれらの多層膜を用い
ることができる。また、この他に、１２００℃以上の融
点を有する金属であるタングステンやモリブデン等も保
護膜２とすることができる。

【００１６】この保護膜２の形成方法としては、ＣＶ
Ｄ、スパッタリング及び、蒸着法を用い、保護膜２を支
持基板上に成膜し、その後、レジストを塗布して、フォ
トリソグラフィにより保護膜を所定の形状であるストラ
イプ状、ドット状、格子状、又は多角形状にするために
エッチングする。また、保護膜の幅としては、ストライ
プ幅であれば５〜５０μｍとし、開口部の幅も５〜５０
μｍとする。また、格子幅も同様に５〜５０μｍとでき
る。さらに、保護膜は、後工程で第１の窒化物半導体層
を成長させた後、除去され、空間となる。そのため、保
護膜の膜厚としては、この空間を形成できる膜厚が必要
であり、０．０５μｍ〜１０μｍとする。

【００１７】保護膜をストライプ状に形成する場合に
は、図１０に示すように、支持基板をサファイア基板と
すれば、オリフラ面をサファイアのＡ面とし、このオリ
フラ面の垂直軸に対して左右どちらかに、θ＝０°〜２
°、好ましくはθ＝０．１°〜１°ずらしてストライプ
を形成すると、第２の窒化物半導体層の成長表面に荒れ
が生じることなく、より平坦とすることができる。

【００１８】また、保護膜の平面形状を多角形とすれ
ば、第２の窒化物半導体層の成長時に貫通転位を多角形
の中心部に集束させることができる。例えば、図４に示
すように保護膜が六角形とした場合、この六角形の中心
点に貫通転位は集束する。このように保護膜の中心点に
貫通転位を集束させ、基板の表面上に貫通転位を均等に
散らすことができれば、支持基板と窒化物半導体との歪
みにより発生する反りを大幅に緩和することができる。
その他、保護膜の平面形状が円形であっても同様の効果
を有する。

【００１９】次に、図１（ｂ）に示すように、保護膜の
開口部より窒化物半導体を成長させ、断面形状がＴ字形
状となる第１の窒化物半導体層３を形成する。支持基板
との接合部である成長起点から、第１の窒化物半導体層
３を成長させる時に、貫通転位は最初は縦方向に成長す
る。その後、第１の窒化物半導体層３のＴ字両翼の成長
時に貫通転位も成長方向を変更する。この貫通転位は縦
方向以外、好ましくは横方向に成長させることで、貫通
転位は成長方向を曲げられ、Ｔ字両翼の側面に達するも
のとする。また、Ｔ字状の第１の窒化物半導体層３は周
期配列されたものが好ましい。

【００２０】この第１の窒化物半導体３としては、一般
式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ
＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表すことができる。また、ノ
ンドープ、ｐ型不純物ドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型
不純物とｎ型不純物を同時ドープしたものがある。これ
は、後工程において支持基板をラッピング等により除去
し、窒化物半導体の単体基板とした場合に、この支持基
板除去面をｎ型窒化物半導体層、又はｐ型窒化物半導体
層とすることができる。これにより、この支持基板の除
去面にｎ電極、又はｐ電極を形成した半導体発光素子を
形成することができる。また、第１の窒化物半導体層３
の膜厚としては、保護膜２の膜厚や幅によっても異なる
が、保護膜の膜厚に対して少なくとも１．５倍以上であ
り、好ましくは２μｍ以上とする。

【００２１】次に、図１（ｃ）に示すように、第１の窒
化物半導体層３をＴ字形状とした後、保護膜２を除去す
る。この保護膜２の除去方法としては、ドライエッチン
グやウェットエッチングが挙げられる。

【００２２】保護膜２を除去すれば、第１の窒化物半導
体層３の両翼下部に空間ができる。この空間はエアギャ
ップとしての効果を有するため、支持基板と窒化物半導
体との歪みを緩和することができ、さらに基板全体の反
りを緩和させることもできる。そのため、後工程でのラ
ッピング時に、支持基板からのダメージによる割れや欠
けを窒化物半導体に与えず支持基板除去ができる。

【００２３】また、保護膜２は支持基板が露出するまで
エッチングする他に、図２に示すように保護膜を底面に
薄膜で残す状態とすることもできる。これは保護膜が薄
膜で残っていたとしてもＴ字両翼の下部に空間があれ
ば、支持基板と窒化物半導体との歪みを緩和する効果を
有するからである。また、支持基板の除去工程において
も、保護膜が薄膜であれば窒化物半導体にダメージを与
えることなく窒化物半導体の単体基板を形成することが
できる。その他、第１の窒化物半導体層３のＴ字形状の
柱部分の両側に保護膜を残してもよい。これを図３に示
す。この柱部分の両側に保護膜がある場合には、Ｔ字両
翼の下部に空間はできるため、上記同様の効果は有す
る。さらに、この柱側面に残った保護膜は第１の窒化物
半導体層３の反応時の分解や劣化を抑える土台としての
効果も有する。

【００２４】次に、図１（ｄ）に示すように、保護膜２
を除去した第１の窒化物半導体層３上に、第１の窒化物
半導体層３の上面及びＴ字両翼の側面から第２の窒化物
半導体層４を成長させる。

【００２５】この第２の窒化物半導体層４としては、一
般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦
Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表すことができる。また、
ノンドープ、ｐ型不純物ドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ
型不純物とｎ型不純物を同時ドープしたものが挙げられ
る。第２の窒化物半導体層４は、第１の窒化物半導体層
３上の成長であると同時に、図１（ｄ）における第２の
領域は空間部上の成長でもある。そのため、保護膜上で
の連続成長で窒化物半導体の平坦面を形成するＥＬＯ法
では選択性が低いために用いることができなかったＡｌ
_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を用いることもできる。

【００２６】また、第２の窒化物半導体層４にはＨＶＰ
Ｅ法での厚膜成長ができる。第２の窒化物半導体層４の
膜厚としては、表面を平坦化できればよく、厚膜で成長
させれば後工程で支持基板を除去後に得られる単体基板
は厚膜とすることができる。具体的には、ＨＶＰＥ法に
より５ｍｍ以上の厚膜成長が可能である。さらに５０ｍ
ｍ以上の膜厚で成長させた窒化物半導体であっても本発
明における窒化物半導体基板であれば後工程でのラッピ
ングにより支持基板の除去は可能である。そのため、本
発明によりインゴットの窒化物半導体を単体で得ること
も期待できる。

【００２７】次に、図１（ｅ）に示すように、ラッピン
グにより窒化物半導体基板から支持基板１を除去する。
このラッピングとは、砥石と基板ウェハーとを回転させ
ながら、お互い押し当てて窒化物半導体基板の支持基板
側を研削するものである。前記工程で得られた窒化物半
導体基板の第２の窒化物半導体層４の表面側を土台に張
り合わせ、固定させてからラッピングを行うものであ
る。この張り合わせに用いる接着剤には、ワックスやメ
タル、エポキシ樹脂等を使用する。

【００２８】このラッピングは、第１の窒化物半導体層
のＴ字両翼部の下方部、及び隣接する第１の窒化物半導
体層同士の中央には空間を有するために、ラッピングを
行うことにより発生する応力を緩和することができる。
また、本発明のように、第１の窒化物半導体層の断面形
状がＴ字形状であれば、上記理由から安定して単体基板
を形成することもでき、さらに、ラッピング時に支持基
板、または第１の窒化物半導体層３を除去するものであ
る。このラッピング工程は、支持基板１、及び第１の窒
化物半導体層３を連続して除去させ単体基板とする他
に、支持基板１のラッピング中に支持基板と窒化物半導
体に、それぞれ水平方向に応力を加えることにより支持
基板と窒化物半導体とを分離することもできる。これに
より、支持基板１を最後までラッピングし、第２の窒化
物半導体層４まで研削する必要がなくなり、効率よく支
持基板の除去をすることができる。

【００２９】さらに、前記工程で得られた窒化物半導体
の単体基板を支持基板を除去した側の窒化物半導体をさ
らに表面をミラーで平坦な面とするために表面研磨を
し、図１（ｆ）に示すように単体基板とする。ここで得
られる窒化物半導体の単体基板はＣＬ測定において貫通
転位密度が１×１０^６個／ｃｍ^２以下であり、膜厚は薄
膜から０．５ｍｍ以上の厚膜基板まで得ることができ
る。

【００３０】実施形態２．実施形態１において、第２の
窒化物半導体層４を成長させた後、図６に示すようにＨ
ＶＰＥ法により第２の窒化物半導体層４上に第３の窒化
物半導体層５を厚膜成長させる。本実施形態での第３の
窒化物半導体層５は１００μｍ以上の厚膜とする。

【００３１】次に、第３の窒化物半導体層５を成長させ
た後、ラッピングすることにより支持基板を除去する。
さらに、研磨等によりこの単体基板の表面の微細な割れ
を除去する。以上により、実施形態１と同様の測定法に
おいて貫通転位密度が１×１０^６個／ｃｍ^２以下である
低転位の窒化物半導体の単体基板を得ることができる。

【００３２】実施形態３．本実施形態では、実施形態１
で第２の窒化物半導体層４を成長後、又は実施形態２に
おいて第３の窒化物半導体層５を成長させた後、その上
にＴ字形状の窒化物半導体層を形成する工程を行うもの
である。図７には実施形態２で成長させた第３の窒化物
半導体層５を成長後に、実施形態１の条件でＴ字形状の
第４の窒化物半導体層６を成長させ、さらに第５の窒化
物半導体層７を成長させたものである。

【００３３】上記で得られた窒化物半導体基板のラッピ
ングを行う。得られる窒化物半導体基板は単体基板であ
り、貫通転位を低減させる工程を２度繰り返すことによ
り結晶性のよい窒化物半導体となる。貫通転位密度が７
×１０^５個／ｃｍ^２以下である低転位の窒化物半導体の
単体基板を１００μｍ以上の膜厚で得ることができる。

【００３４】実施形態４．本実施形態は、支持基板１上
に部分的に保護膜２を形成し、その後、保護膜２の開口
部から第１の窒化物半導体層３を成長させＴ字形状と
し、その後、保護膜２を除去し、第２の窒化物半導体層
４を図５に示すよう厚膜で成長させるか、又は、図８に
示すように窒化物半導体素子を形成させるものである。

【００３５】まず、厚膜成長においては、第２の窒化物
半導体層を厚膜で成長させ、且つ貫通転位を低減させる
ものである。この実施形態によれば、窒化物半導体の単
体基板を厚膜で形成するための工程を減少することがで
きる。

【００３６】次に、窒化物半導体素子の成長において
は、第２の窒化物半導体層をｎ−コンタクト層として形
成し、その後、ｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化
物半導体層、ｐ側コンタクト層を成長させ、窒化物半導
体素子とするものである。このように、窒化物半導体素
子を第２の窒化物半導体層として成長させれば、量産に
効果的である。

【００３７】実施の形態５．本実施形態は、前記に示す
実施形態１〜実施形態３で得られた支持基板上に窒化物
半導体を成長させた窒化物半導体基板上に半導体発光素
子を成長させ、その後、支持基板を除去するものであ
る。

【００３８】例えば、実施形態１において、支持基板１
上に、第１の窒化物半導体層３、及び第２の窒化物半導
体層４を成長させた後、平坦化された窒化物半導体基板
上に窒化物半導体素子を成長させる。

【００３９】上記で得られた窒化物半導体基板の表面上
に、ｎ−コンタクト層、クラック防止層、ｎ−クラッド
層、ｎ−光ガイド層、量子井戸構造から成る活性層、キ
ャップ層、ｐ−光ガイド層、ｐ−クラッド層、ｐ−コン
タクト層と積層し、窒化物半導体素子とする。

【００４０】ｎ−コンタクト層としては、ＴＭＧ（トリ
メチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、成
長温度を１０００℃〜１０５０℃でＳｉドープのＡｌ_ｘ
Ｇａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を膜厚５μｍで成長させ
る。クラック防止層としては、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメ
チルインジウム）、アンモニアを用い、温度を１０００
℃以下にしてＩｎ_ｘＧａ_１− _ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を膜厚
０．１５μｍで成長させる。ｎ−クラッド層としては、
成長温度を１０００℃以上にして、原料ガスにＴＭＡ、
ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ_ｘＧａ
_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）より成るＡ層、シランガスをド
ープしたＳｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮ
よりなるＢ層をそれぞれ２５Åの膜厚で２００回繰り返
して積層し、総膜厚１μｍの超格子多層膜とする。ｎ−
光ガイド層は、同温でアンドープのＧａＮを膜厚０．１
５μｍで成長させる。

【００４１】活性層は、シランガスをドープしたＩｎ_ｘ
Ｇａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を障壁層（Ｂ）、アンドー
プのＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を井戸層（Ｗ）
として、障壁層を１４０Å、井戸層を４０Åとして、
（Ｂ）／（Ｗ）／（Ｂ）／（Ｗ）〜／（Ｂ）として総膜
厚を約５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とする。

【００４２】キャップ層には不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇ
を約７．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＡｌ_ｘＧａ
_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を膜厚１００Åで成長させる。
ｐ−光ガイド層としては、成長温度を約１０００℃と
し、アンドープＧａＮを膜厚０．１５μｍで成長させ
る。続いて、１０００℃でアンドープのＡｌ_ｘＧａ
_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）より成るＡ層、ＭｇドープＧａ
Ｎより成るＢ層をそれぞれ２５オングストロームで成長
させ、この積層を９０回繰り返し行い、総膜厚を約
０．５μｍで成長させる。ｐ−コンタクト層としてはＭ
ｇドープのＧａＮで、膜厚が約１５０Åとする。

【００４３】以上により、得られた窒化物半導体の単体
基板上に成長させた窒化物半導体素子は室温においてし
きい値２．８ｋＡ／ｃｍ^２、５〜７０ｍＷの出力におい
て発振波長４０５ｎｍの連続発振が得られる。レーザ素
子の素子寿命は、６０℃、３０ｍＷにおいて約３０００
時間となる。

【００４４】本発明において、窒化物半導体の一般式と
しては、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_１−ｘ− _ｙＮ（０≦Ｘ＜１、
０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表される。また、ＩＩ
Ｉ族元素にＢを用いたり、Ｖ族元素であるＮの一部をＡ
ｓ、Ｐで置換した混晶物を用いることができる。

【００４５】本発明の窒化物半導体を成長させる方法と
しては、特に限定されないが、ＭＯＣＶＤ（有機金属化
学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、Ｍ
ＢＥ（分子線エピタキシー法）等、窒化物半導体を成長
させるのに公知である方法を適用することができる。

【００４６】また、窒化物半導体の成長時に用いるｎ型
不純物としては、具体的にはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、
Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用い
ることができ、ｐ型不純物としては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａ等が挙げられる。また、第２の窒
化物半導体層を成長させるとき、ｎ型導電性を得るには
良好なオーミック性を確保する必要がある。それにはｎ
型不純物は、５×１０^１６／ｃｍ^３〜５×１０^２１／ｃ
ｍ^３の範囲でドープすることが好ましい。

【００４７】さらに、窒化物半導体基板を表面が平坦な
単体基板として得ることができれば、劈開が容易にで
き、裏面に例えばｎ側電極を形成した発光素子等を提供
することができる。そのため、後工程において異種基板
を除去する方法が検討されている。

【００４８】また、本発明における支持基板の除去方法
には、窒化物半導体基板に熱衝撃を与えて支持基板を除
去させる方法も用いることができる。

【００４９】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれ
に限定されない。［実施例１］Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とする
サファイア基板を支持基板１に用い、支持基板１上にＣ
ＶＤ法によりＳｉＯ_２よりなる保護膜２を０．５μｍの
膜厚で成膜し、ストライプ状のフォトマスクを形成し、
エッチングによりストライプ幅１４μｍ、窓部６μｍの
ＳｉＯ_２よりなる保護膜２を形成する。なお、この保護
膜２のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な
方向とする。

【００５０】次に、ＭＯＣＶＤ法により、温度を５１０
℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）とを用い、保護膜２の開口部
上に窒化ガリウムよりなるバッファ層を２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法に
より、減圧条件で温度を１０５０℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、アンモニア、シランガス、Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロ
ペンタジエニルマグネシウム）を用い、窒化ガリウムよ
りなる第１の窒化物半導体層３を１０μｍの膜厚で成長
させる。この時、第１の窒化物半導体３は、ＳｉＯ_２よ
り成る保護膜の開口部を成長起点とし、第１の窒化物半
導体層の断面形状がＴ字形状となるように形成する。

【００５１】次に、ドライエッチングである等方性エッ
チングにより、温度１２０℃で、エッチングガスに酸
素、ＣＦ_４を用い、ＳｉＯ_２保護膜２を取り除く。

【００５２】さらに、横方向成長させた第１の窒化物半
導体の側面および上面より、常圧でＭＯＣＶＤ法によ
り、温度を１０５０℃にし、原料ガスにＴＭＧ、アンモ
ニア、シランガス、Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニル
マグネシウム）を用い、窒化ガリウムよりなる第２の窒
化物半導体層４を１５μｍの膜厚で成長させる。

【００５３】以上により得られた第２の窒化物半導体４
の表面を、ＣＬ（カソードルミネセンス）により観測す
ると、保護膜の窓部上部には転位が見られるが、保護膜
が形成されていた上部に成長させた第２の窒化物半導体
４の表面には結晶欠陥が見られず良好な結晶性を有して
いる。

【００５４】その後、窒化物半導体基板の窒化物半導体
表面をワックスにより土台に固定させる。次に、砥石と
窒化物半導体基板とを回転させながら砥石を５０μｍ／
ｍｉｎの回転速度で押し当てることによりラッピングを
行う。この場合、ラッピング時の水平応力によって、支
持基板を最後までラッピングすることなく、ラッピング
の途中で窒化物半導体と分離することができる。さら
に、窒化物半導体を土台から取り除き、鏡面研磨により
単体基板とする。

【００５５】以上により得られた窒化物半導体の単体基
板は低転位であり、かつ反りの少ない単体基板である。

【００５６】［実施例２］上記実施例１において、バッ
ファ層を成長させる工程を省略した以外は上記実施例１
と同様の条件で窒化物半導体層を成長し、その後、ラッ
ピングを行い単体基板を得る。この窒化物半導体から成
る単体基板は実施例１と同様の低転位基板である。

【００５７】

【発明の効果】本発明における窒化物半導体から成る単
体基板の製造方法であれば、容易に単体基板を厚膜かつ
低転位の状態で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）〜（ｆ）は、本件第１の発明におけ
る窒化物半導体から成る単体基板の製造方法を模式的に
示す断面図である。

【図２】図２は、本件第１の発明における窒化物半導体
から成る単体基板の別の態様を模式的に示す断面図であ
る。

【図３】図３は、本件第２発明における窒化物半導体か
ら成る単体基板の製造方法を模式的に示す断面図であ
る。

【図４】図４は、本件発明における保護膜の一形態を示
すものであり模式的に示す平面図である。

【図５】図５は、本件発明における窒化物半導体から成
る窒化物半導体基板の一態様を模式的に示す断面図であ
る。

【図６】図６は、本件発明における窒化物半導体から成
る窒化物半導体基板の一態様を模式的に示す断面図であ
る。

【図７】図７は、本件発明における窒化物半導体から成
る窒化物半導体基板の一態様を模式的に示す断面図であ
る。

【図８】図８は、本件発明における窒化物半導体から成
る窒化物半導体基板の一態様を模式的に示す断面図であ
る。

【図９】図９は、本件発明における窒化物半導体から成
る窒化物半導体基板の一態様を模式的に示す断面図であ
る。

【図１０】図１０は、保護膜がストライプ状である場合
のストライプ方向がオリフラ面に対して垂直方向からわ
ずかに外れた状態で形成することを説明するための基板
主面側の平面図である。

【符号の簡単な説明】１・・・下地基板２・・・保護膜３・・・第１の窒化物半導体層４・・・第２の窒化物半導体層５・・・第３の窒化物半導体層６・・・第４の窒化物半導体層７・・・第５の窒化物半導体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開2001−189531（ＪＰ，Ａ) 特開2002−261032（ＪＰ，Ａ) 特開平11−74563（ＪＰ，Ａ) 特開2001−217506（ＪＰ，Ａ) 特表昭57−500670（ＪＰ，Ａ) 国際公開00／04615（ＷＯ，Ａ１) 国際公開00／55893（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 29/38 H01L 21/205 H01L 33/00 H01S 5/323 H01S 5/343

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基板上に、部分的に保護膜を形成
し、前記支持基板露出部より該露出部の両側にある保護
膜上まで成長させてＴ字状断面を有する第１の窒化物半
導体層を形成し、前記保護膜を除去することによりＴ字
両翼の下部に空間を形成し、その後、前記第１の窒化物
半導体層の上面、又はＴ字両翼側面を核として第２の窒
化物半導体層を成長させ、平坦な窒化物半導体基板と
し、その後、前記第２の窒化物半導体層の上面を土台に
固定し、前記支持基板側からラッピングすることにより
支持基板を除去し、窒化物半導体から成る単体基板を形
成することを特徴とする窒化物半導体から成る単体基板
の製造方法。
【請求項２】前記保護膜の形状は、ストライプ状、ド
ット状、格子状、又は多角形状であることを特徴とする
請求項１記載の窒化物半導体から成る単体基板の製造方
法。
【請求項３】前記支持基板は、サファイア、スピネ
ル、又は炭化珪素であることを特徴とする請求項１記載
の窒化物半導体から成る単体基板の製造方法。