JPWO2005099057A1 - Nitride semiconductor light emitting device wafer, manufacturing method thereof, and nitride semiconductor light emitting device obtained from the wafer - Google Patents

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Abstract

80%以上の素子歩留まりと高い信頼性を有するGaN基板、Al2O3基板、ZrB2基板などの結晶基板の上に形成された窒化物半導体発光素子およびその素子ウエハを提供する。本発明は、少なくとも化学機械研磨を用いて基板裏面を研磨することでウエハ厚さを薄くしている窒化物半導体発光素子用ウエハの、基板面に垂直な方向のウエハの厚さdと基板面の反りの曲率半径Rが、曲率半径Rが0.5m以上でウエハの厚さが145μm以下である、あるいは、基板裏面の化学機械研磨による研磨歪み層の厚さが5μm以下であることを特徴する窒化物半導体発光素子用ウエハである。Provided are a nitride semiconductor light emitting device formed on a crystal substrate such as a GaN substrate, an Al2O3 substrate, a ZrB2 substrate, etc., having a device yield of 80% or more and high reliability, and a device wafer thereof. The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device wafer in which the wafer thickness is reduced by polishing the back surface of the substrate using at least chemical mechanical polishing, and the wafer thickness d and the substrate surface in a direction perpendicular to the substrate surface The curvature radius R of the warp is characterized in that the curvature radius R is 0.5 m or more and the wafer thickness is 145 μm or less, or the thickness of the strained strain layer by chemical mechanical polishing on the back surface of the substrate is 5 μm or less. This is a nitride semiconductor light emitting device wafer.

Description

本発明は、光ディスクなどに用いられる青色レ−ザ光源などに適用される窒化物半導体発光素子用ウエハとその製造方法および窒化物半導体発光素子用ウエハから得られた窒化物半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device wafer applied to a blue laser light source used for an optical disk or the like, a method for manufacturing the same, and a nitride semiconductor light emitting device obtained from the nitride semiconductor light emitting device wafer.

青色光を出力する半導体発光素子や半導体レーザ・ダイオ−ド(LD)は、光表示用や次世代の光ディスク用の光源として注目されている。これらの青色半導体発光素子は、主にサファイア基板上に、エピタキシャル結晶成長技術によりGaNやInGaNやAlGaNなどの材料を積層して形成されている。これに対して近年の技術の発展に伴い、GaN基板上に形成された青色用の半導体レーザが報告されている。例えば、2001年9月のアプライド・フィジックス・レタ−誌79巻の1948ページから1950ページには、「純粋な青色領域におけるInGaNレーザ・ダイオ−ドの特性」と題する報告がある。そこには、150μm厚のGaN基板上に形成された青色半導体レーザが、環境温度50℃の下で5mWの光出力で3000時間の推定寿命で動作したことが報告されている。   Semiconductor light-emitting elements and semiconductor laser diodes (LD) that output blue light are attracting attention as light sources for optical display and next-generation optical disks. These blue semiconductor light emitting devices are mainly formed on a sapphire substrate by laminating materials such as GaN, InGaN, and AlGaN by an epitaxial crystal growth technique. On the other hand, with the recent development of technology, a blue semiconductor laser formed on a GaN substrate has been reported. For example, in September 2001, Applied Physics Letters, Vol. 79, pages 1948 to 1950, there is a report entitled “Characteristics of InGaN laser diode in the pure blue region”. It is reported that a blue semiconductor laser formed on a 150 μm thick GaN substrate operated with an estimated lifetime of 3000 hours with an optical output of 5 mW at an environmental temperature of 50 ° C.

ここで用いられている基板は厚さ165μm厚のELO(Epitaxial Lateral Overgrowth:エピタキシャル・ラテラル・オーバーグロース)のGaN基板である。上記文献中でELOのGaN基板は、サファイア基板上に2.5μm厚のGaNを低温成長し、その表面に12μm幅のSiOマスク(0.1μm厚)を20μm周期で施し、さらに15μm厚のGaNをMOVPE(有機金属気相成長)成長で形成させたELO基板上にハイドライド気相成長法で200μm厚のGaN厚膜を形成してからサファイア基板を除去して150μm厚のGaN厚膜を得、さらにその上に20μm周期で8μm幅のSiOマスクを施し、MOVPE成長で15μm厚のGaNを形成させたGaNの厚さが165μm厚のELOのGaN基板である。The substrate used here is an ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth) GaN substrate having a thickness of 165 μm. In the above literature, the GaN substrate of ELO is a low-temperature growth of 2.5 μm-thick GaN on a sapphire substrate, a 12 μm-wide SiO 2 mask (0.1 μm thickness) is applied to the surface in a cycle of 20 μm, and further 15 μm-thick A 200 μm thick GaN thick film is formed by hydride vapor deposition on an ELO substrate formed by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition) growth, and then the sapphire substrate is removed to obtain a 150 μm thick GaN thick film. Further, an GaN substrate of ELO having a thickness of 165 μm is formed by applying a SiO 2 mask having a width of 8 μm at a period of 20 μm thereon to form GaN having a thickness of 15 μm by MOVPE growth.

図1は、上記文献に示された窒化物半導体レ−ザの断面図を示す。上記文献の窒化物半導体レ−ザは、n電極101、層厚165μmのn型ELO−GaN基板102、5μm厚のn−Al0.05Ga0.95Nクラッド層103、100nm厚のn−In0.1Ga0.9N層104、Al0.1Ga0.9N(2.5nm)/n−GaN(2.5nm)周期の合計1μm厚のn型変調ド−プ超格子クラッド層105、InGa1−xN/In0.05Ga0.95N(40nm)の多重量子井戸の活性層106、10nm厚のp−Al0.3Ga0.7N電流オーバーフロー防止層107、150nm厚のGaN層108、Al0.1Ga0.9N(2.5nm)/p−GaN(2.5nm)周期の合計0.5μm厚のリッジ型p型変調ド−プ超格子クラッド層109、15nm厚のp−GaNコンタクト層110、300nm厚のSiO電流狭窄マスク111、p電極112、からなる。AlGaNクラッド層の全層厚は6.5μmと極めて厚い。リッジ幅は2.5μm、共振器は劈開で形成されており、共振器長は675μmである。FIG. 1 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor laser disclosed in the above document. The nitride semiconductor laser of the above document includes an n-electrode 101, an n-type ELO-GaN substrate 102 having a layer thickness of 165 μm, an n-Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 103 having a thickness of 5 μm, and an n-layer having a thickness of 100 nm. In 0.1 Ga 0.9 N layer 104, Al 0.1 Ga 0.9 N (2.5 nm) / n-GaN (2.5 nm) period n-type modulation doped superlattice cladding with a total thickness of 1 μm Layer 105, In x Ga 1-x N / In 0.05 Ga 0.95 N (40 nm) active layer 106, 10 nm thick p-Al 0.3 Ga 0.7 N current overflow prevention layer 107, 150 nm thick GaN layer 108, Al 0.1 Ga 0.9 N (2.5 nm) / p-GaN (2.5 nm) period ridge type p-type modulation doped superlattice with a total thickness of 0.5 μm Clad layer 109, 15 nm thick SiO 2 current confinement mask 111 of the p-GaN contact layer 110,300nm thickness, p electrode 112, made of. The total thickness of the AlGaN cladding layer is extremely thick at 6.5 μm. The ridge width is 2.5 μm, the resonator is cleaved, and the resonator length is 675 μm.

サファイア基板の除去には、エッチングによる方法の他にレーザ照射により界面のGaNを溶かす方法がある。ELOのGaN基板を用いる製造方法は、基板内に転位密度の低い領域を形成し、その上に素子を形成することで高い素子寿命が得られる。LD部分の結晶成長はMOVPE法で行われている。pド−パントにはMg(マグネシウム)を用い、nド−パントにはSi(シリコン)が用いられている。スプトライプ方向の光閉じ込めのためのリッジ型pクラッド層109はドライエッチングで形成されている。青色LDの場合、基本横モ−ド発振を得るために、典型的なストライプ幅は1.8μm〜2.6μmである。   In order to remove the sapphire substrate, there is a method of melting GaN at the interface by laser irradiation in addition to the method by etching. In the manufacturing method using a GaN substrate of ELO, a high device lifetime is obtained by forming a region having a low dislocation density in the substrate and forming a device thereon. Crystal growth of the LD portion is performed by the MOVPE method. Mg (magnesium) is used for the p dopant, and Si (silicon) is used for the n dopant. The ridge-type p-cladding layer 109 for confining light in the stripe direction is formed by dry etching. In the case of a blue LD, a typical stripe width is 1.8 μm to 2.6 μm in order to obtain a basic transverse mode oscillation.

ELOのGaN基板を用いた青色レーザは、信頼度の高いレーザが得られるという長所を持っているが、サファイア基板上に膜厚150〜170μmのGaNを成長させた後、半導体レーザ層を形成し、更に、サファイア基板を除去しなければならないために、製造のTATが長い、更に、製品歩留まりが悪いと言う欠点を持っている。   A blue laser using an ELO GaN substrate has the advantage that a highly reliable laser can be obtained. After a GaN film having a thickness of 150 to 170 μm is grown on a sapphire substrate, a semiconductor laser layer is formed. Furthermore, since the sapphire substrate has to be removed, it has the disadvantage that the manufacturing TAT is long and the product yield is poor.

一方、青色レーザは、今後のデジタル記憶媒体への記録・読み出し用に大量に使用される。このため、GaN基板の製造と、青色レーザの製造と分けて行うことが試みられている。この場合、サファイアやGaAsなどの基板上に450μm以上の厚膜のGaNを成長させた後に基板を除去し、得られた厚膜GaNの表面と裏面が平行になるまで研磨して製造された、基板サイズが直径2cm〜5cmで膜厚が300μm〜450μmの反りのないGaN基板が用いられる。   On the other hand, blue lasers will be used in large quantities for future recording and reading of digital storage media. For this reason, an attempt has been made to separate the manufacture of the GaN substrate from the manufacture of the blue laser. In this case, a GaN film having a thickness of 450 μm or more was grown on a substrate such as sapphire or GaAs, and then the substrate was removed. A non-warped GaN substrate having a substrate size of 2 cm to 5 cm in diameter and a film thickness of 300 μm to 450 μm is used.

GaN基板上のLD素子は、例えば、GaN基板の表面上にLD構造をエピ成長により形成する工程、ドライエッチングでリッジ型ストライプを形成する工程、ストライプ上にp電極を形成する工程、裏面をエッチングあるいは研磨して薄膜化する工程、裏面にn電極を蒸着する工程、劈開により共振器を形成する工程、素子分離により所望のサイズの素子を得る工程からなる。典型的なLDの場合、活性層はInGaN/InGaN量子井戸構造であり、発振波長は390nm〜410nmもしくは410nm〜465nmであり、量子井戸のウエルとバリアの層厚とIn組成を制御して決定される。典型的な素子のサイズは共振器長500μm〜1000μm、幅250μm〜400μmである。
Shin−ichi Nakagawa,Tomoya Ynamoto,Masahiko Sano and Takashi Mukai,Applied Physics Letters, vol. 79, Number 13,Sept.2001,p1948−p1950,“Characteristics of GaN laser diodes in the pure blue reagion”
For LD elements on a GaN substrate, for example, a step of forming an LD structure on the surface of the GaN substrate by epi-growth, a step of forming a ridge-type stripe by dry etching, a step of forming a p-electrode on the stripe, and etching the back surface Alternatively, it comprises a step of polishing and thinning, a step of depositing an n-electrode on the back surface, a step of forming a resonator by cleavage, and a step of obtaining an element of a desired size by element isolation. In a typical LD, the active layer has an InGaN / InGaN quantum well structure, the oscillation wavelength is 390 to 410 nm or 410 to 465 nm, and is determined by controlling the quantum well well and barrier layer thickness and the In composition. The A typical element size is a resonator length of 500 μm to 1000 μm and a width of 250 μm to 400 μm.
Shin-ichi Nakagawa, Tomoya Ynamoto, Masahiko Sano and Takashi Mukai, Applied Physics Letters, vol. 79, Number 13, Sept. 2001, p1948-p1950, “Characteristics of GaN laser diodes in the pure blue region”

しかしながら膜厚が300μm〜450μmの反りのないGaN基板に半導体レーザを製造する場合、基板上に半導体層を形成後、基板を薄くする必要がある。   However, when a semiconductor laser is manufactured on a non-warped GaN substrate having a thickness of 300 μm to 450 μm, it is necessary to thin the substrate after forming a semiconductor layer on the substrate.

従来の光デバイスは、基板が、GaAs基板やInP基板で、これらの基板は比較的軟らかい材料であるため、研磨歪みによるウエハ反りが問題にならなかった。しかしながらGaN基板は硬い材料であるために研磨歪みによるウエハ反りが重要な解決すべき課題であることが明らかになった。   In the conventional optical device, the substrate is a GaAs substrate or an InP substrate, and these substrates are relatively soft materials. Therefore, wafer warpage due to polishing distortion has not been a problem. However, since the GaN substrate is a hard material, it has become clear that wafer warpage due to polishing strain is an important problem to be solved.

GaN基板を研磨により、基板の厚さを150μm程度まで薄くすると、研磨終了後にウエハを固定していたワックスを溶かして、ウエハを研磨冶具から取り外す際にウエハが顕著に反って割れてしまう。ウエハがワックスで固定されている間には反りは抑制されているが、ワックスを溶かしてウエハを研磨冶具から取り外すと、機械研磨により基板の裏面に形成された研磨歪み層が、研磨面が凸になる方向にウエハを反らせる力を働かせ、ウエハが顕著に反ってしまうからである。   When the thickness of the substrate is reduced to about 150 μm by polishing the GaN substrate, the wax that has fixed the wafer after the polishing is melted and the wafer is significantly warped and cracked when the wafer is removed from the polishing jig. Warpage is suppressed while the wafer is fixed with wax, but when the wax is melted and the wafer is removed from the polishing jig, the polishing strain layer formed on the back surface of the substrate by mechanical polishing causes the polishing surface to be convex. This is because the wafer is warped remarkably by applying a force to warp the wafer in the direction of.

ウエハ反りによる割れは、3つの問題点を持っている。   Cracks due to wafer warpage have three problems.

第1の問題点は、素子歩留まりが著しく低いことである。   The first problem is that the device yield is extremely low.

閃亜鉛鉱型結晶であるGaAsの(100)基板は面内の劈開方向が直交しているが、通常のGaN基板は六方晶であり、面内の3つの劈開方向が60°の角度をなしている。そのため、GaN基板上のウエハは、反りが大きいと、60°方向にクラックが入りやすく、三角形状に割れやすい。ウエハの反りが大きいほど細かく割れる。その結果、平行な共振器面を形成できなくなり、歩留まりが著しく低下する。   Although the in-plane cleavage direction of the GaAs (100) substrate, which is a zinc blende crystal, is orthogonal, the normal GaN substrate is hexagonal, and the three in-plane cleavage directions form an angle of 60 °. ing. For this reason, if the warpage on the GaN substrate is large, cracks are likely to occur in the 60 ° direction, and are easily cracked in a triangular shape. The larger the warp of the wafer, the more it breaks. As a result, parallel resonator surfaces cannot be formed, and the yield is significantly reduced.

第2の問題点は、十分な信頼性が得られないことである。   The second problem is that sufficient reliability cannot be obtained.

原因は、2つあり、第1の原因は、LDウエハの反りや割れによりエピ層にクラックや非発光センタが生じることに起因する。第2の原因は、素子の反りにより、LD素子と放熱用のヒ−トシンクとの接触面積が低減し、放熱効率が低下するために活性層温度が上昇することに起因する。通常GaN基板には転位密度の高い領域があるので、反りが大きいと、高転位密度領域から転位が活性層の電流注入領域に侵入することがあり、素子寿命を低下させる。   There are two causes, and the first cause is that a crack or a non-light emitting center is generated in the epi layer due to the warp or crack of the LD wafer. The second cause is that the contact area between the LD element and the heat sink for heat dissipation is reduced due to the warp of the element, and the heat dissipation efficiency is lowered, so that the active layer temperature rises. Since a GaN substrate usually has a region with a high dislocation density, if the warp is large, dislocations may enter the current injection region of the active layer from the high dislocation density region, thereby reducing the device life.

第3の問題点は、劈開不良が生じやすいことである。劈開不良は素子の歩留まりと素子特性を低下させる。GaNの場合、ウエハ厚が150μm以上の場合に、劈開できない、所望の位置に劈開できない、所望の位置に劈開できても平坦な共振器面が得られにくいという劈開不良が生じ易い。   A third problem is that cleavage defects tend to occur. Cleavage defects reduce device yield and device characteristics. In the case of GaN, when the wafer thickness is 150 μm or more, it is easy to cause a cleavage failure such that it cannot be cleaved, cannot be cleaved at a desired position, and even if cleaved at a desired position, it is difficult to obtain a flat resonator surface.

劈開不良は光スポットの形状が劣化する、あるいは反射ロスが増大して電流閾値が増加するなどLD特性の低下を引き起こす。劈開により共振器を歩留まり良く形成するためには、LDウエハの厚さは、少なくとも150μm以下にする必要がある。   The cleavage failure causes a deterioration in LD characteristics such as deterioration of the shape of the light spot, or an increase in reflection loss and an increase in current threshold. In order to form a resonator with high yield by cleavage, the thickness of the LD wafer needs to be at least 150 μm or less.

以下に、ウエハ反りが発生する原因について述べる。   Hereinafter, the cause of the wafer warp will be described.

ウエハ反りが生じる第1の原因は、ウエハ厚に対して機械研磨による研磨による歪みが基板の裏面に生じる。この研磨により裏面に生じた機械研磨歪み層は、欠陥密度と厚さが大きいことである。GaNは他のIII−V材料に較べて硬い材料であるため、GaNの研磨表面には研磨傷や結晶構造が乱れた研磨歪み層が深く形成されやすい。例えば、GaN基板上に形成されたLDウエハを機械研磨で薄膜化する場合、研磨表面から5μm〜20μm厚程度の深さまで歪みの大きな研磨歪み層が導入される。この研磨歪み層は、非歪みの結晶領域に対して格子不整合している。そのためウエハが150μm以下の劈開可能な厚さになると、研磨面が凸になる方向に顕著な反りを生じさせる。   The first cause of wafer warpage is distortion on the back surface of the substrate due to mechanical polishing with respect to the wafer thickness. The mechanically polished strained layer produced on the back surface by this polishing has a high defect density and thickness. Since GaN is a hard material as compared with other III-V materials, a polishing strain layer in which polishing scratches and crystal structure are disordered is likely to be deeply formed on the polishing surface of GaN. For example, when thinning an LD wafer formed on a GaN substrate by mechanical polishing, a polishing strain layer having a large strain is introduced from the polishing surface to a depth of about 5 μm to 20 μm. This polished strained layer is lattice mismatched to the unstrained crystal region. Therefore, when the wafer is cleaved to a thickness of 150 μm or less, a significant warp is generated in the direction in which the polished surface becomes convex.

一方、機械研磨により生じた研磨傷は、研磨砥粒の粒径によるが、通常は最大で約2μmの深さの研磨傷が発生する。   On the other hand, polishing scratches caused by mechanical polishing usually occur at a depth of about 2 μm at the maximum, although it depends on the grain size of the abrasive grains.

反りによりウエハが割れるのは、結晶の結合力以上に内部応力が増大するためである。GaNは硬いが、サファイアに比べると非常に脆い材料であるため、ウエハが反ると容易に割れる。特に研磨傷の部分は応力が集中しやすいため、そこからウエハ割れが生じやすい。研磨傷はあらゆる方向のものがあるため、ウエハの割れを複雑にする。さらに研磨傷は、ウエハ劈開時に研磨傷の方向に割れるといった現象を引き起こすため、素子歩留まりを低下させる。   The reason why the wafer breaks due to warping is that the internal stress increases beyond the bonding force of the crystals. GaN is hard but very brittle compared to sapphire, so it easily breaks when the wafer is warped. In particular, since the stress is easily concentrated in the portion of the polishing flaw, the wafer is easily cracked from there. Polishing scratches are in all directions, complicating wafer cracking. Furthermore, the polishing flaw causes a phenomenon such as cracking in the direction of the polishing flaw when the wafer is cleaved, so that the device yield is lowered.

ウエハ反りが生じる第2の原因は、AlGaNクラッド層のGaN基板に対する格子不整合によるものである。AlGaNクラッド層は、研磨歪み層による反りと同じ方向、すなわちウエハ裏面が凸になる方向にウエハを反らせる。従って、AlGaNクラッド層の厚さやAl組成を増加させるとウエハ反りは増加する。しかしながらウエハ反りを低減するために、AlGaNクラッド層の厚さやAl組成を小さく制限すると、LD特性が低下してしまう。なぜなら活性層への光閉じ込めが低下して電流閾値が増加するからである。   The second cause of wafer warpage is due to lattice mismatch of the AlGaN cladding layer with respect to the GaN substrate. The AlGaN cladding layer warps the wafer in the same direction as the warp caused by the polishing strain layer, that is, the direction in which the wafer back surface is convex. Therefore, when the thickness of the AlGaN cladding layer and the Al composition are increased, the wafer warpage increases. However, if the thickness or Al composition of the AlGaN cladding layer is limited to be small in order to reduce wafer warpage, the LD characteristics will be degraded. This is because light confinement in the active layer decreases and the current threshold value increases.

GaN基板に対する格子不整合による歪みが加わることで生じるウエハ反りは、例えば、G.H.オルセン氏らが「多層ヘテロエピタキシャル構造における計算された歪量」と題して1997年のジャ−ナル・オブ・アプライド・フィジックス誌の48巻の2543〜2547ペ−ジに報告した方法で計算できる。   Wafer warpage caused by distortion due to lattice mismatch with respect to the GaN substrate is, for example, G.M. H. Olsen et al., Entitled “Calculated Strain in Multilayer Heteroepitaxial Structure”, can be calculated by the method reported in 1997, Journal of Applied Physics, Volume 48, pages 2543-2547.

ウエハ反りが生じる第3の原因は、ELOのGaN基板でも同様であるが、ウエハに用いているGaN基板自体に、成長方向の欠陥密度分布があることである。成長方向の欠陥密度を減少させるために、サファイア基板上にGaNの厚膜を形成してから、サファイア基板を除去してGaN基板を得ている。この場合でも、サファイアとGaNの格子不整合のためにGaN厚膜に成長方向の欠陥密度分布が形成される。そのためサファイア基板を除去すると、GaN厚膜に大きな反りが生じる。   The third cause of wafer warpage is the same in the ELO GaN substrate, but the GaN substrate itself used in the wafer has a defect density distribution in the growth direction. In order to reduce the defect density in the growth direction, a GaN thick film is formed on the sapphire substrate, and then the sapphire substrate is removed to obtain a GaN substrate. Even in this case, a defect density distribution in the growth direction is formed in the GaN thick film due to lattice mismatch between sapphire and GaN. Therefore, when the sapphire substrate is removed, a large warp occurs in the GaN thick film.

300μm〜450μmの反りのないGaN基板上に半導体層を形成後、基板を薄くする際の反りの発生の第1の原因である、機械研磨による研磨歪み層は、裏面を化学機械研磨することで、最も歪みが大きい表面部分が除去され、機械研磨による歪が解消される。化学機械研磨による研磨歪み層は、機械研磨による研磨ゆがみそうに比べて歪みが小さく薄い。第2の原因はAlGaN層の歪を最適化することでウエハの反りを小さくでる。更に、GaNを300μm〜450μmと厚くすることで、ELO法を用いた場合であっても、基板裏面の第3の原因である、基板となるサファイアとGaNとの格子不整合による成長方向の欠陥密度の高い領域が研磨により除去されることで反りの小さいウエハが得られることを発明者は見出した。   After forming a semiconductor layer on a GaN substrate with no warp of 300 μm to 450 μm, the polishing strain layer by mechanical polishing, which is the first cause of warpage when the substrate is thinned, is obtained by chemically mechanically polishing the back surface. The surface portion with the largest strain is removed, and the strain due to mechanical polishing is eliminated. The strained strain layer by chemical mechanical polishing has a small strain and is thin as compared with the case of polishing distortion by mechanical polishing. The second cause is that the warpage of the wafer is reduced by optimizing the strain of the AlGaN layer. Furthermore, by increasing the thickness of GaN to 300 μm to 450 μm, even in the case of using the ELO method, the third cause of the backside of the substrate is a defect in the growth direction due to lattice mismatch between sapphire and GaN as the substrate. The inventor has found that a wafer having a small warp can be obtained by removing a high density region by polishing.

従来の機械研磨は、研磨に用いるダイヤモンド砥粒の粒径を段階的に小さくすることで、裏面に発生する研磨傷を小さくする研磨方法が採用されていた。この研磨方法では、ダイヤモンド砥粒の粒径を2μm以下に小さくすることで、裏面に発生する研磨損傷を小さく且つ浅くする効果はあったが、ウエハを研磨冶具から取り外す際に生じるウエハ割れを防止できなかったことから、機械研磨により生じる研磨歪み層の厚さを薄くするあるいは歪みの大きさを小さくすることはできていないと考えられる。   Conventional mechanical polishing employs a polishing method in which the size of diamond abrasive grains used for polishing is reduced stepwise to reduce polishing scratches generated on the back surface. In this polishing method, reducing the grain size of the diamond abrasive grains to 2 μm or less has the effect of reducing and shallowing the polishing damage occurring on the back surface, but prevents wafer cracking that occurs when the wafer is removed from the polishing jig. Since this was not possible, it is considered that the thickness of the strained polishing layer produced by mechanical polishing could not be reduced or the magnitude of strain could not be reduced.

研磨以外にウエハを薄くする方法はあるが、それらは実用的ではない。例えば300μm〜450μm厚のGaN基板上に形成されたLDウエハを100μm程度の厚さにする方法として、裏面を燐酸と硫酸の混合液で温度200℃にてウエットエッチングする方法がある。しかしこの方法では、表面側の電極が侵される、C軸方向の貫通転位が拡大する、あるいはエッチング表面に顕著な凹凸が形成されるといった現象を引き起こすため、素子歩留まりが低下するあるいは熱抵抗が増加し寿命を短くする等の問題が発生する。ドライエッチングを用いた場合は、エッチング速度が小さいため、加工時間と費用がかかり、量産に適しない。結局、GaN基板上のLDウエハを100μm程度の厚さにする方法としては、LDウエハの裏面を研磨するのが最も歩留まりが高く、加工費用を小さくできる。   There are methods for thinning the wafer other than polishing, but they are not practical. For example, as a method of making an LD wafer formed on a GaN substrate having a thickness of 300 μm to 450 μm to a thickness of about 100 μm, there is a method in which the back surface is wet-etched with a mixed solution of phosphoric acid and sulfuric acid at a temperature of 200 ° C. However, this method causes the phenomenon that the surface-side electrode is eroded, the threading dislocation in the C-axis direction is enlarged, or the remarkable unevenness is formed on the etching surface, so that the device yield is reduced or the thermal resistance is increased. Problems such as shortening the service life. When dry etching is used, since the etching rate is low, processing time and cost are required, which is not suitable for mass production. After all, as a method of making the LD wafer on the GaN substrate to a thickness of about 100 μm, polishing the back surface of the LD wafer has the highest yield, and the processing cost can be reduced.

サファイア基板上の窒化物半導体発光素子においても、素子分離のために、サファイア基板を研磨する必要がある。その場合も、研磨歪みによるウエハの反りは、歩留まりや素子寿命を低下させる。あるいはホウ化ジルコニウム基板上の窒化物半導体発光素子においても同様の問題がある。   Even in a nitride semiconductor light emitting device on a sapphire substrate, it is necessary to polish the sapphire substrate for device isolation. Even in this case, the warpage of the wafer due to polishing distortion reduces the yield and the device life. Or the nitride semiconductor light emitting element on a zirconium boride board | substrate has the same problem.

本発明の目的は、高い生産性と信頼性と性能を有する窒化物半導体発光素子および素子ウエハとその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device and device wafer having high productivity, reliability, and performance, and a method for manufacturing the same.

本発明は、少なくとも化学機械研磨を用いて基板裏面を研磨することでウエハ厚さを薄くしている窒化物半導体発光素子用ウエハの、基板面に垂直な方向の基板の厚さdと基板面の反りの曲率半径Rが、曲率半径Rが0.5m以上で基板の厚さが145μm以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハである。更に、本発明は、少なくとも化学機械研磨を用いて基板裏面を研磨することでウエハ厚さを薄くしている窒化物半導体発光素子用ウエハの、基板裏面の化学機械研磨による研磨歪み層の厚さが5μm以下であることを特徴する窒化物半導体発光素子用ウエハであり、さらに、窒化物半導体発光素子用ウエハの裏面が鏡面であることを特徴とするものである。   The present invention relates to a substrate thickness d and a substrate surface in a direction perpendicular to the substrate surface of a nitride semiconductor light emitting device wafer in which the wafer thickness is reduced by polishing the back surface of the substrate using at least chemical mechanical polishing. The nitride semiconductor light emitting device wafer is characterized in that the curvature radius R of the warpage is 0.5 m or more and the thickness of the substrate is 145 μm or less. Furthermore, the present invention relates to the thickness of the strained strain layer by chemical mechanical polishing of the back surface of the substrate of a nitride semiconductor light emitting device wafer that is thinned by polishing the back surface of the substrate using at least chemical mechanical polishing. Is a nitride semiconductor light emitting device wafer characterized by having a thickness of 5 μm or less, and the back surface of the nitride semiconductor light emitting device wafer is a mirror surface.

本発明の窒化物半導体用ウエハースは、GaN基板上、サファイア基板上、Al基板上あるいはZrB基板上に少なくともGaと窒素とを含む発光層を有していることが好ましい。ZrB基板はC面に対する傾斜角度が0度より大きく10度以下であることが好ましく、C面に対する傾斜角度が0度より大きく1度以下あるいはC面に対する傾斜角度が2度以上10度以下であることがより好ましい。The nitride semiconductor wafer of the present invention preferably has a light emitting layer containing at least Ga and nitrogen on a GaN substrate, a sapphire substrate, an Al 2 O 3 substrate, or a ZrB 2 substrate. The ZrB 2 substrate preferably has an inclination angle with respect to the C plane of greater than 0 degrees and less than or equal to 10 degrees, and an inclination angle with respect to the C plane of greater than 0 degrees and less than or equal to 1 degree or an inclination angle with respect to the C plane of 2 degrees to 10 degrees. More preferably.

本発明の窒化物半導体発光素子用ウエハ上の全てのAlGa1−xN層のAl組成x(0<x≦1)とその層厚d(μm)との積x・dの総和として定義される少なくともGaN基板あるいは基板上に形成されたGaN層に対する格子不整合度dLM(μm)が、0.08≦dLM≦0.35であることが好ましい。As the sum of products x · d of the Al composition x (0 <x ≦ 1) and the layer thickness d (μm) of all Al x Ga 1-x N layers on the nitride semiconductor light emitting device wafer of the present invention The lattice mismatch dLM (μm) with respect to at least the GaN substrate or the GaN layer formed on the substrate is preferably 0.08 ≦ dLM ≦ 0.35.

更に、本発明は、基板の裏面を機械研磨法で研磨する機械研磨工程と、その後化学機械研磨法を用いて研磨する化学機械研磨工程とを有し、基板面に垂直な方向のウエハの厚さdと基板面の反りの曲率半径Rが、曲率半径Rが0.5m以上で基板の厚さが145μm以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法である。また、本発明は、基板の裏面を機械研磨法で研磨する機械研磨工程と、その後化学機械研磨法を用いて研磨する化学機械研磨工程とを有し、基板裏面の化学機械研磨による研磨歪み層の厚さが5μm以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法であり、更に、本発明は、基板の裏面を機械研磨法で研磨する機械研磨工程と、その後化学機械研磨法を用いて研磨する化学機械研磨工程とを有し、化学機械研磨による基板裏面が鏡面であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法である。   Furthermore, the present invention has a mechanical polishing step for polishing the back surface of the substrate by a mechanical polishing method, and a chemical mechanical polishing step for polishing using a chemical mechanical polishing method, and the thickness of the wafer in a direction perpendicular to the substrate surface. A method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device, wherein the curvature radius R of the curvature d and the curvature of the substrate surface is 0.5 m or more and the thickness of the substrate is 145 μm or less. The present invention also includes a mechanical polishing step of polishing the back surface of the substrate by a mechanical polishing method, and a chemical mechanical polishing step of polishing using a chemical mechanical polishing method, and a polishing strain layer by chemical mechanical polishing of the back surface of the substrate. The method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device is characterized in that the thickness of the substrate is 5 μm or less, and the present invention further comprises a mechanical polishing step of polishing the back surface of the substrate by a mechanical polishing method, and then a chemical machine And a chemical mechanical polishing step for polishing using a polishing method, wherein the back surface of the substrate by chemical mechanical polishing is a mirror surface.

この場合、化学機械研磨時の研磨圧力が0.05kg/cm〜5kg/cmであることが好ましい。化学機械研磨が、平均粒子径が5nm〜100nmのSiO、CeO、ZrO、AlおよびMnからなる群から選ばれた少なくとも1以上の砥粒と、KOH、NHOH、NaOH、H,Fe(NO)およびKIOからなる群から選ばれた少なくとも1以上の薬液を含むスラリを用いることが好ましく、化学機械研磨の研磨パッドがスエ−ド、不織布、人工皮革、発泡構造体のいずれかであることが好ましく、研磨速度が1nm/min〜100nm/minであることが好ましい。In this case, it is preferable polishing pressure during chemical mechanical polishing is 0.05kg / cm 2 ~5kg / cm 2 . In chemical mechanical polishing, at least one abrasive selected from the group consisting of SiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and Mn 2 O 3 having an average particle diameter of 5 nm to 100 nm, KOH, NH 4 It is preferable to use a slurry containing at least one chemical solution selected from the group consisting of OH, NaOH, H 2 O 2 , Fe (NO) 2 and KIO 3. It is preferably any one of artificial leather and foamed structure, and the polishing rate is preferably 1 nm / min to 100 nm / min.

化学機械研磨後、化学機械研磨により形成された研磨歪み層を除去する研磨歪み層除去工程を有することが好ましい。研磨歪み層除去工程が、ウエットエッチングあるいはArイオンミリングあるいは反応性イオンエッチングやドライエッチングであることが好ましい。研磨歪み除去工程で、研磨表面から1μm以上の領域を除去することが好ましい。   It is preferable to have a polishing strain layer removing step of removing the polishing strain layer formed by chemical mechanical polishing after the chemical mechanical polishing. The polishing strain layer removing step is preferably wet etching, Ar ion milling, reactive ion etching, or dry etching. In the polishing strain removing step, it is preferable to remove a region of 1 μm or more from the polishing surface.

本発明は、窒化物半導体発光素子用ウエハの裏面研磨工程において、研磨ホルダ上にワックスあるいは接着剤層を形成する工程と、該ワックスあるいは接着剤層の表面に窒化物半導体発光素子用ウエハの表面が接する様に窒化物半導体発光素子用ウエハ載置する工程とを有し、窒化物半導体発光素子用ウエハと研磨ホルダの間にはワックスあるいは接着剤が狭持され、窒化物半導体発光素子用ウエハの中央部でのワックスあるいは接着剤層の層厚tが、5μm≦t≦50μmであることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法である。ワックスあるいは接着剤は、窒化物半導体発光素子用ウエハの外周囲に隣接して形成され、窒化物半導体発光素子用ウエハの外周囲に隣接して形成されたワックスあるいは接着剤の幅Wが、1mm≦W≦20mmであることが好ましく、窒化物半導体発光素子用ウエハの裏面研磨前の反りの曲率半径R1とワックスで研磨ホルダ貼り付けられた状態でのウエハの反りの曲率半径R2が、R1<R2であることが好ましい。   The present invention includes a step of forming a wax or an adhesive layer on a polishing holder in a back surface polishing step of a nitride semiconductor light emitting device wafer, and a surface of the nitride semiconductor light emitting device wafer on the surface of the wax or adhesive layer. Mounting the wafer for nitride semiconductor light emitting devices so that the wafer contacts with each other, a wax or an adhesive is sandwiched between the wafer for nitride semiconductor light emitting devices and the polishing holder, and the wafer for nitride semiconductor light emitting devices The thickness of the wax or adhesive layer t at the center of the substrate is 5 μm ≦ t ≦ 50 μm. The wax or adhesive is formed adjacent to the outer periphery of the nitride semiconductor light emitting device wafer, and the width W of the wax or adhesive formed adjacent to the outer periphery of the nitride semiconductor light emitting device wafer is 1 mm. It is preferable that ≦ W ≦ 20 mm, and the curvature radius R1 of the warp of the nitride semiconductor light emitting device wafer before polishing the back surface and the curvature radius R2 of the wafer warp when the polishing holder is attached with wax are R1 < R2 is preferred.

更に、ワックスあるいは接着剤は、アルカリ溶液(PH8〜PH11)に耐性があり、融点tmが、70℃≦tm≦200℃で、且つ、アルコ−ル以外の有機溶媒に可溶であることが好ましく、研磨ホルダの材料の熱膨張係数K1が、窒化物半導体発光素子用ウエハの基板の熱膨張係数K0に対して、K1<6×K0であることが好ましい。   Further, the wax or adhesive is preferably resistant to an alkaline solution (PH8 to PH11), has a melting point tm of 70 ° C. ≦ tm ≦ 200 ° C., and is soluble in an organic solvent other than alcohol. The thermal expansion coefficient K1 of the material of the polishing holder is preferably K1 <6 × K0 with respect to the thermal expansion coefficient K0 of the substrate of the nitride semiconductor light emitting device wafer.

本発明の、窒化物半導体発光素子は、上記の窒化物半導体発光素子用ウエハから得られたものであることが好ましい。   The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is preferably obtained from the above nitride semiconductor light emitting device wafer.

化学機械研磨を用いない従来製法のLDでは、研磨傷が見られ、研磨歪み層の実効厚が5μm〜20μmと大きいため、厚さ150μm以下のウエハの曲率半径は0.5m以下であった。従来はウエハ反りが大きいため、ウエハが割れた。その結果、素子歩留まりは基板厚が厚いもので22%以下、90μm程度の薄いものでは10%以下であった。   In the LD of the conventional manufacturing method that does not use chemical mechanical polishing, polishing flaws are observed and the effective thickness of the polishing strain layer is as large as 5 μm to 20 μm. Therefore, the curvature radius of a wafer having a thickness of 150 μm or less was 0.5 m or less. Conventionally, since the wafer warpage is large, the wafer is cracked. As a result, the device yield was 22% or less for the thick substrate and 10% or less for the thin substrate of about 90 μm.

それに対し、本発明のウエハは研磨傷がなく、研磨歪み層の実効厚が2μmと小さいため、基板の厚さが145μm以下のウエハの曲率半径は1m以上であった。ウエハ反りが小さいため、ウエハが割れず、エピ層にクラックもない。その結果、80%以上あるいは98%以上の高い素子歩留まりを実現できた。   On the other hand, the wafer according to the present invention has no polishing scratches and the effective thickness of the polishing strain layer is as small as 2 μm. Therefore, the curvature radius of the wafer having a substrate thickness of 145 μm or less was 1 m or more. Since the wafer warpage is small, the wafer is not cracked and the epi layer is not cracked. As a result, a high device yield of 80% or more or 98% or more was realized.

更に、鏡面状態の裏面には、従来の機械研磨された基板では基板裏面と金属層との間でオーミック接続が取れなかったが、基板裏面を、化学機械研磨を用いて鏡面にすることで、基板と金属層との間でオーミック接続を取ることが可能となり、基板の裏面にn電極を形成することが可能となった。   Furthermore, on the back surface in the mirror state, ohmic connection could not be taken between the back surface of the substrate and the metal layer in the conventional mechanically polished substrate, but by making the back surface of the substrate into a mirror surface using chemical mechanical polishing, An ohmic connection can be established between the substrate and the metal layer, and an n-electrode can be formed on the back surface of the substrate.

基板の厚さが145μm以下であれば、ウエハからチップに切り出すときに劈開に沿って割ることができ、熱抵抗が大きくなることもない。   If the thickness of the substrate is 145 μm or less, it can be divided along the cleavage when the wafer is cut into chips, and the thermal resistance is not increased.

信頼性に関しても、従来のLDは100mWの光出力で100時間程度の素子寿命であったが、本発明では1000時間以上の素子寿命が得られた。従来に比べて本発明の窒化物半導体レ−ザは、素子歩留まりと信頼性において10倍程度の向上が見られた。   Regarding the reliability, the conventional LD has a device life of about 100 hours at a light output of 100 mW, but in the present invention, a device life of 1000 hours or more was obtained. The nitride semiconductor laser of the present invention showed an improvement of about 10 times in device yield and reliability as compared with the prior art.

GaN基板は、同じサイズの赤色発光素子で用いられるGaAs基板に比べて、価格が50倍〜100倍高いので、赤色発光素子に代わる商品として産業化されるためには素子歩留まりが非常に重要である。本発明によって実用的な窒化物半導体発光素子が提供することができると考えられる。   GaN substrates are 50 to 100 times more expensive than GaAs substrates used for red light emitting devices of the same size, so device yield is very important for commercialization as a replacement for red light emitting devices. is there. It is considered that a practical nitride semiconductor light emitting device can be provided by the present invention.

従来例の窒化物半導体レ−ザの断面図。Sectional drawing of the nitride semiconductor laser of a prior art example. 本発明の第1の実施例である窒化物半導体レ−ザの断面図。1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor laser that is a first embodiment of the present invention. 本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法である化学機械研磨の実施図。The implementation drawing of the chemical mechanical polishing which is the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting device of this invention. 本発明の窒化物半導体発光素子用ウエハの断面図。Sectional drawing of the wafer for nitride semiconductor light-emitting devices of this invention. 本発明の実施例の窒化物半導体レーザ用ウエハの曲率半径の層厚依存性を示す図。The figure which shows the layer thickness dependence of the curvature radius of the wafer for nitride semiconductor lasers of the Example of this invention. 本発明の実施例の窒化物半導体レ−ザの素子歩留まりのLDウエハ厚さ依存性を示す図。The figure which shows the LD wafer thickness dependence of the element yield of the nitride semiconductor laser of the Example of this invention. 本発明の実施例の窒化物半導体レ−ザの素子寿命のLDウエハ厚さ依存性を示す図。The figure which shows the LD wafer thickness dependence of the element lifetime of the nitride semiconductor laser of the Example of this invention. 本発明の第10の実施例である窒化物半導体レ−ザの断面図。Sectional drawing of the nitride semiconductor laser which is the 10th Example of this invention. 本発明の第11の実施例である窒化物半導体レ−ザの断面図。Sectional drawing of the nitride semiconductor laser which is the 11th Example of this invention. 本発明の窒化物半導体発光素子ウエハを研磨ホルダに貼り付けた状態を示す図。The figure which shows the state which affixed the nitride semiconductor light-emitting device wafer of this invention on the grinding | polishing holder. 図10の断面図。Sectional drawing of FIG. レーザダイオードチップの、共振器方向の曲率半径Rの共振器長L依存性を示す図である。It is a figure which shows the resonator length L dependence of the curvature radius R of a laser diode chip | tip in a resonator direction. 図12の横軸を0<L<5の範囲で拡大した図である。It is the figure which expanded the horizontal axis | shaft of FIG. 12 in the range of 0 <L <5.

符号の説明Explanation of symbols

101 n電極
102 n型ELO−GaN基板
103 n−Al0.05Ga0.95Nクラッド層
104 n−In0.1Ga0.9N層
105 n型変調ド−プ超格子クラッド層
106 多重量子井戸の活性層
107 p−Al0.3Ga0.7N電流オーバーフロー防止層
108 GaN層
109 リッジ型p型変調ド−プ超格子クラッド層
110 p−GaNコンタクト層
111 SiO電流狭窄マスク
112 p電極
201 n電極
202 研磨歪み層
203 GaN基板
204 n−GaNバッファ−層
205 n−Al0.07Ga0.93Nクラッド層
206 3層の量子井戸の活性層
207 p−Al0.14Ga0.86N電流オーバーフロー防止層
208 p−GaN層
209 リッジ型p−Al0.07Ga0.93Nクラッド層
210 p−GaNコンタクト層
211 SiO電流狭窄マスク
212 p電極
301 ふち付研磨盤
302 研磨パッド
303 コロイダルシリカ溶液
304 研磨冶具
305 アーム
306 LDウエハ
401 N電極
402 研磨歪み層
403 GaN基板
404 AlGaN系LDエピ層
405 P電極405
406 反り 1/R
407 曲率半径 R
408 LDウエハの厚さd
409 撓み量δ
501 化学機械研磨あり
502 化学機械研磨なし
503 研磨歪み層なし
504 研磨歪み層厚2μm
505 研磨歪み層厚3μm
506 研磨歪み層厚4μm
507 第1の範囲
508 第2の範囲
509 第3の範囲
510 第4の範囲
601 化学機械研磨あり
602 化学機械研磨なし
701 化学機械研磨あり
702 化学機械研磨なし
800 研磨歪み層
801 サファイア基板
802 n−GaN層
803 n−Al0.07Ga0.93Nクラッド層
804 3層の量子井戸活性層
805 p−Al0.14Ga0.86N電流オーバーフロー防止層
806 p−GaN層
807 p−Al0.07Ga0.93Nクラッド層
808 p−GaNコンタクト層
809 SiOマスク
810 P電極
811 n電極
812 n−GaN層
901 ZrBの研磨歪み層
902 層厚110μmのZrB基板
903 n−GaN層
904 n型超格子層
905 n−Al0.1Ga0.9Nクラッド層
906 3層の量子井戸の活性層
907 p−Al0.14Ga0.86N電流オーバーフロー防止層
908 p−GaN層
909 リッジ型p−Al0.07Ga0.93Nクラッド層
910 p−GaNコンタクト層
911 SiO電流狭窄マスク
912 p電極
101 n electrode 102 n-type ELO-GaN substrate 103 n-Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 104 n-In 0.1 Ga 0.9 N layer 105 n-type modulated doped superlattice clad layer 106 multiple Quantum well active layer 107 p-Al 0.3 Ga 0.7 N current overflow prevention layer 108 GaN layer 109 Ridge type p-type modulation doped superlattice cladding layer 110 p-GaN contact layer 111 SiO 2 current confinement mask 112 p electrode 201 n electrode 202 polishing strained layer 203 GaN substrate 204 n-GaN buffer layer 205 n-Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 206 active layer 207 of three quantum wells p-Al 0.14 Ga 0.86 N current overflow prevention layer 208 p-GaN layer 209 Ridge type p-Al 0.07 Ga 0.93 N layer Pad layer 210 p-GaN contact layer 211 SiO 2 current confinement mask 212 p electrode 301 edged polishing disk 302 polishing pad 303 colloidal silica solution 304 polishing jig 305 arm 306 LD wafer 401 N electrode 402 polishing strained layer 403 GaN substrate 404 AlGaN LD epilayer 405 P electrode 405
406 Warpage 1 / R
407 radius of curvature R
408 LD wafer thickness d
409 Deflection amount δ
501 With chemical mechanical polishing 502 Without chemical mechanical polishing 503 Without polishing strain layer 504 Polishing strain layer thickness 2 μm
505 Polishing strain layer thickness 3μm
506 Polishing strain layer thickness 4μm
507 First range 508 Second range 509 Third range 510 Fourth range 601 With chemical mechanical polishing 602 Without chemical mechanical polishing 701 With chemical mechanical polishing 702 Without chemical mechanical polishing 800 Polishing strained layer 801 Sapphire substrate 802 n− GaN layer 803 n-Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 804 Three quantum well active layers 805 p-Al 0.14 Ga 0.86 N current overflow prevention layer 806 p-GaN layer 807 p-Al 0 0.07 Ga 0.93 N clad layer 808 p-GaN contact layer 809 SiO 2 mask 810 P electrode 811 n electrode 812 n-GaN layer 901 ZrB 2 polishing strain layer 902 110 μm thick ZrB 2 substrate 903 n-GaN layer 904 n-type superlattice layer 905 n-Al 0.1 Ga 0.9 n cladding layer 906 Active layer 907 p-Al 0.14 Ga 0.86 N current overflow prevention layer 908 p-GaN layer 909 ridged p-Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 910 p-GaN contact layer of the quantum well layer 911 SiO 2 current confinement mask 912 p-electrode

本発明の窒化物半導体発光素子用ウエハ(以下、ウエハと略記する場合がある)は、
1. 少なくとも化学機械研磨を用いて基板裏面を研磨することでウエハ厚さを薄くしている窒化物半導体発光素子用ウエハの、基板裏面の化学機械研磨による研磨歪み層の厚さが5μm以下であることを特徴する窒化物半導体発光素子用ウエハ。
2. 少なくとも化学機械研磨を用いて基板裏面を研磨することでウエハ厚さを薄くしている窒化物半導体発光素子用ウエハの、基板面に垂直な方向のウエハの厚さdと基板面の反りの曲率半径Rが、曲率半径Rが0.5m以上でウエハの基板の厚さが145μm以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハ。
である。
The nitride semiconductor light emitting device wafer of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as wafer)
1. A nitride semiconductor light emitting device wafer having a thickness reduced by polishing the back surface of the substrate using at least chemical mechanical polishing has a thickness of 5 μm or less of the polishing strain layer by chemical mechanical polishing of the back surface of the substrate. A nitride semiconductor light emitting device wafer characterized by the above.
2. At least the wafer thickness d and the curvature of the warp of the substrate surface in the direction perpendicular to the substrate surface of the wafer for nitride semiconductor light emitting device in which the wafer thickness is reduced by polishing the back surface of the substrate using chemical mechanical polishing. A wafer for a nitride semiconductor light emitting device, wherein the radius R is a curvature radius R of 0.5 m or more and the thickness of the substrate of the wafer is 145 μm or less.
It is.

更に、研磨により厚さを薄くしたウエハの反りの大きさは、AlGaNクラッド層の基板に対する格子不整合度すなわちAlGaNクラッド層の厚さとAl組成の大きさの積と、ウエハの厚さに対する研磨歪み層の厚さで決まる。つまりAlGaNクラッド層の厚さとAl組成が大きい程、ウエハの厚さが小さい程、研磨歪み層の厚さが大きい程、ウエハ反りは大きくなる。   Furthermore, the amount of warpage of the wafer thinned by polishing is determined by the degree of lattice mismatch with respect to the substrate of the AlGaN cladding layer, that is, the product of the thickness of the AlGaN cladding layer and the size of the Al composition, and the polishing strain relative to the wafer thickness. Determined by layer thickness. That is, the greater the AlGaN cladding layer thickness and Al composition, the smaller the wafer thickness, and the greater the polishing strain layer thickness, the greater the wafer warpage.

本発明の窒化物半導体発光素子用ウエハでは更に、AlGaN格子不整合度と劈開歩留まりを考慮した。75μm以上かつ145μm以下の範囲内のウエハの基板の厚さに対して、AlGaN格子不整合度を小さく限定した素子構造と研磨歪み層が極めて薄い素子構造と研磨面に研磨傷がない構造により、ウエハおよび素子の反りの曲率半径を0.5m≦R≦20mに制御できた。本発明のウエハは反りが小さい特徴と研磨傷がない特徴により、ウエハ結晶の結合力以上に内部応力が増大して研磨傷に応力が集中することがないため、ウエハが割れない。そのため素子の収量が従来の5倍〜20倍に向上した。   The nitride semiconductor light emitting device wafer of the present invention further considered AlGaN lattice mismatch and cleavage yield. With an element structure in which the AlGaN lattice mismatch degree is limited to a small thickness with respect to the thickness of the wafer substrate in the range of 75 μm or more and 145 μm or less, an element structure in which the polishing strain layer is extremely thin, and a structure having no polishing scratches on the polishing surface, The curvature radius of the wafer and device warpage could be controlled to 0.5 m ≦ R ≦ 20 m. The wafer according to the present invention has a small warp and a characteristic that there are no polishing flaws, so that the internal stress does not increase beyond the bonding force of the wafer crystal and the stress does not concentrate on the polishing flaws. For this reason, the yield of the device was improved to 5 to 20 times that of the conventional device.

曲率半径Rと基板の厚さとは比例関係にあり、曲率半径Rの上限は特に設ける必要はないが、曲率半径Rが大きくなると基板が厚くなりウエハの歩留まり上の問題は発生しないが、熱抵抗が高くなり寿命が短くなる問題が発生する。熱抵抗による寿命は、発光出力と関係し、低出力の場合の基板の厚さは高出力の場合の基板の厚さより厚く設定することは可能であるが、近年のDVD(Digital Versatile Disk)の高密度化の要求に対応する青色半導体レーザダイオードの場合、記録時は100mwを超える出力が要求されるために、ウエハの厚さは145μm以下であることが好ましい。ウエハの厚さが145μm以下であれば、ウエハから半導体レーザ素子を製造する場合に歩留まりの低下を生じることもない。   The curvature radius R is proportional to the thickness of the substrate, and it is not necessary to provide an upper limit for the curvature radius R. However, if the curvature radius R is increased, the substrate becomes thicker and no problem in wafer yield occurs. As a result, the problem arises that the lifespan is shortened. The lifetime due to thermal resistance is related to the light emission output, and it is possible to set the thickness of the substrate in the case of low output to be thicker than the thickness of the substrate in the case of high output, but in recent DVDs (Digital Versatile Disk) In the case of a blue semiconductor laser diode that meets the demand for higher density, since an output exceeding 100 mw is required during recording, the thickness of the wafer is preferably 145 μm or less. When the thickness of the wafer is 145 μm or less, the yield is not lowered when the semiconductor laser device is manufactured from the wafer.

これに対し、基板の厚さの下限はウエハやウエハから得られる半導体レーザチップのハンドリング性によって決定され、ウエハの厚さが75μm以上であればハンドリング性が悪くなることもない。更に、曲率半径が0.5m以上であれば、エッチングあるいは研磨によりウエハ薄くした後、ウエハを冶具から取り外す際にウエハ割れが生じることもない。   On the other hand, the lower limit of the thickness of the substrate is determined by the handling property of the wafer and the semiconductor laser chip obtained from the wafer. If the wafer thickness is 75 μm or more, the handling property is not deteriorated. Further, if the curvature radius is 0.5 m or more, the wafer is not cracked when the wafer is removed from the jig after the wafer is thinned by etching or polishing.

以下に本発明の製造法の一部であるウエハの貼り付け工程を図10および図11を用いて詳しく説明する。図10は、窒化物半導体発光素子用ウエハを研磨ホルダに貼り付けた状態を示す。研磨用ホルダ951に、貼り付けワックス952を用いて、ワックス幅W953で素子ウエハの裏面104を上にして貼り付けた状態で研磨を行う。図11にその断面図を示す。窒化物半導体発光素子用ウエハはホルダ951にワックス厚t955でほぼ水平に貼り付けられている。貼り付けられた研磨前のウエハの表面は曲率半径R956を有する。ここでワックスの厚さtはウエハの中央部での値で定義する。   Hereinafter, a wafer attaching process which is a part of the manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 10 shows a state where a nitride semiconductor light emitting device wafer is attached to a polishing holder. Polishing is performed in a state in which the back surface 104 of the element wafer is attached to the polishing holder 951 with the wax width W 953 using the attached wax 952. FIG. 11 shows a cross-sectional view thereof. The nitride semiconductor light emitting device wafer is bonded almost horizontally to the holder 951 with a wax thickness t955. The surface of the bonded wafer before polishing has a radius of curvature R956. Here, the thickness t of the wax is defined by a value at the center of the wafer.

本発明では、ワックス厚t955とワックス幅W953、貼り付けられたウエハの表面の曲率半径R956、貼り付けワックス952の性質、研磨用ホルダ101の熱膨張係数(材質)を制御する特徴を有する。   The present invention has the characteristics of controlling the wax thickness t955 and the wax width W953, the radius of curvature R956 of the attached wafer surface, the properties of the attached wax 952, and the thermal expansion coefficient (material) of the polishing holder 101.

本発明の製造方法では、ワックスにはCMPのアルカリ溶液に耐性のあるもので、接着力が強く、硬いものを用いる。但しワックスはメタノ−ル、エタノ−ル、イゾプロピルアルコ−ルなどの有機溶媒に可溶なものを用いる。たとえば、メチルエチルケトンに可溶であるものを用いる。典型的なワックスの融点は80℃〜160℃である。ワックスの融点は高いものほど、硬くなる傾向があるので、好ましい。   In the manufacturing method of the present invention, a wax that is resistant to an alkaline solution of CMP, has a strong adhesive force, and is hard is used. However, a wax that is soluble in an organic solvent such as methanol, ethanol, or isopropyl alcohol is used. For example, one that is soluble in methyl ethyl ketone is used. A typical wax has a melting point of 80 ° C to 160 ° C. A higher wax melting point is preferred because it tends to be harder.

ワックス貼り付けの際に、ウエハの中央部を押さえてウエハとワックスの間にある気泡を抜き、ウエハを溶けたワックスで埋め込んでホルダに付けた後、ホルダをガイドリングに入れた状態で下向きにして水平で清浄な台に置いて上から垂直に100g/cm以上かつ500g/cm以下の加重をかけて冷却して張り付ける。この方法によって、ウエハの反りを低減させて水平に貼り付けられる。またワックスがウエハ周囲の側面を覆い、ウエハとワックスの面が揃う。本発明の製造方法では、研磨後のウエハの付いたホルダをヒ−タで暖めてワックスを溶かし、ウエハをずらすように押し出して、ウエハをホルダから取り外す。取り外したウエハはメチルエチルケトンに浸して超音波洗浄しワックスを除去する。その後、アルコト−ル洗浄して窒素ブロ−して乾燥させる。When affixing the wax, hold the center of the wafer to remove the bubbles between the wafer and the wax, fill the wafer with melted wax and attach it to the holder, and then place the holder downward in the guide ring. Then, place it on a horizontal and clean table, and cool and paste it vertically from above by applying a load of 100 g / cm 2 or more and 500 g / cm 2 or less. By this method, the wafer is warped and bonded horizontally. Also, the wax covers the side surface around the wafer, and the wafer and the wax surface are aligned. In the manufacturing method of the present invention, the holder with the polished wafer is heated with a heater to melt the wax, and the wafer is pushed out so as to be displaced, and the wafer is removed from the holder. The removed wafer is immersed in methyl ethyl ketone and subjected to ultrasonic cleaning to remove the wax. Thereafter, it is washed with alcohol and dried by nitrogen blowing.

(ワックス厚t)
従来のGaAsやInP基板のウエハでは、素子用ウエハを研磨ホルダに貼り付けるワックスの厚さは2μm程度で、5μm以下であった。ワックスが薄い方がウエハ面内の厚さムラが小さくウエハ厚の均一性が向上するからである。しかし本発明のウエハの裏面研磨工程では、素子用ウエハを研磨ホルダに貼り付けるワックスあるいは接着剤の層厚tが、5μm≦t≦50μm、好ましくは8μm≦t≦30μm、より好ましくは10μm≦t≦20μmであることが好ましい。
(Wax thickness t)
In a conventional GaAs or InP substrate wafer, the thickness of the wax for attaching the device wafer to the polishing holder is about 2 μm and 5 μm or less. This is because the thinner the wax, the smaller the thickness variation in the wafer surface and the more uniform the wafer thickness. However, in the wafer backside polishing process of the present invention, the layer thickness t of the wax or adhesive for attaching the device wafer to the polishing holder is 5 μm ≦ t ≦ 50 μm, preferably 8 μm ≦ t ≦ 30 μm, more preferably 10 μm ≦ t. It is preferable that ≦ 20 μm.

本発明では、研磨後のウエハの付いたホルダをヒ−タで暖めてワックスを溶かし、ウエハをずらすように押し出して、ウエハをホルダから取り外す。研磨後のウエハは、薄くかつ反りによって割れやすい状態になっている。ウエハの直径が15mm以上になると、ワックス厚tが5μm以下の場合は、取り外しの際にウエハ割れが生じてしまう。5μm以上のワックス厚があると、ワックスが潤滑材となって、取り外しの際のウエハ割れを防ぐことができる。本発明のワックス厚tは、研磨前の50mm径のウエハが反っており、ウエハ中央部に5μm〜30μmの撓みがある場合でも貼り付けられる利点がある。   In the present invention, the holder with the polished wafer is heated with a heater to melt the wax, and the wafer is pushed out so as to be displaced, and the wafer is removed from the holder. The polished wafer is thin and easily broken by warping. When the wafer diameter is 15 mm or more, if the wax thickness t is 5 μm or less, the wafer cracks during removal. When the wax thickness is 5 μm or more, the wax becomes a lubricant and can prevent the wafer from being cracked during removal. The wax thickness t of the present invention has an advantage that the wafer having a diameter of 50 mm before polishing is warped and can be attached even when there is a deflection of 5 μm to 30 μm in the center of the wafer.

(ワックス幅W)
図10および図11に示すように、ワックスあるいは接着剤は素子用ウエハの側面の周囲の隣接する様に形成される。隣接する様に形成されたワックスの幅Wは、1mm≦W、好ましくは2mm≦W≦20mm、より好ましくは3mm≦W≦8mmである。GaNは強固な材料であるが、研磨の際の衝撃に対して、欠損や研磨傷による割れが生じ易い材料である。特にウエハ周辺は、研磨盤に埋め込まれたダイヤなどの研磨剤とぶつかる衝撃に対して、欠損が生じやすい。本発明では硬いワックスでウエハ周辺部を保護できるので、欠損が生じにくい。ワックスの幅Wは、場所によって異なるが、少なくとも、1mm≦Wが必要である。20mm≦Wでは、ワックスが研磨盤(図3参照)に蓄積する、あるいは研磨荷重がウエハ以外にワックスにかかり、研磨速度の低下が顕著になるので好ましくない。Wの揺らぎを考慮すると、2mm≦W≦20mmが好ましく、3mm≦W≦8mmがより好ましい。
(Wax width W)
As shown in FIGS. 10 and 11, the wax or adhesive is formed adjacent to the periphery of the side surface of the element wafer. The width W of the waxes formed adjacent to each other is 1 mm ≦ W, preferably 2 mm ≦ W ≦ 20 mm, more preferably 3 mm ≦ W ≦ 8 mm. Although GaN is a strong material, it is a material that is liable to be cracked due to defects or polishing scratches upon impact during polishing. In particular, the periphery of the wafer is liable to be damaged by an impact with an abrasive such as a diamond embedded in the polishing board. In the present invention, the peripheral portion of the wafer can be protected with a hard wax, so that it is difficult for defects to occur. The width W of the wax varies depending on the location, but at least 1 mm ≦ W is necessary. When 20 mm ≦ W, the wax accumulates on the polishing disk (see FIG. 3), or the polishing load is applied to the wax other than the wafer, and the polishing rate is remarkably lowered. Considering the fluctuation of W, 2 mm ≦ W ≦ 20 mm is preferable, and 3 mm ≦ W ≦ 8 mm is more preferable.

(貼り付けられたウエハの表面の曲率半径R)
ウエハの裏面研磨前の反りの曲率半径R1とワックスで研磨ホルダ貼り付けられた状態でのウエハの反りの曲率半径R2は、R1<R2、好ましくは1.5・R1<R2、より好ましくは3・R1<R2、最も好ましくは6・R1<R2、である。
(Curve radius R of the surface of the bonded wafer)
The curvature radius R1 of the warp before polishing the back surface of the wafer and the curvature radius R2 of the warp of the wafer when the polishing holder is attached with wax are R1 <R2, preferably 1.5 · R1 <R2, more preferably 3. R1 <R2, most preferably 6R1 <R2.

表1に50mm直径のウエハでの撓み量と曲率半径との関係を示す。ウエハの裏面研磨前の反りの曲率半径R1の典型的な値は10mである。50mm直径のウエハでは、貼り付け後のウエハ反りの曲率半径R2が1.5・R1以上であれば撓み量は20μmであり、ウエハが水平に貼り付けられているならば、ウエハ中央の厚さが100μmの時に、ウエハ端では120μmになる。120μm以内ならは劈開歩留まりが高いので、本発明の製造方法は歩留まり向上に効果がある。貼り付け後のウエハ反りの曲率半径R2が3・R1以上であれば撓み量は10μmであり、ウエハの面内均一性が向上する。貼り付け後のウエハ反りの曲率半径R2が6・R1以上であれば撓み量は5μmであり、ウエハの水平性が少々低下しても、高い歩留まりが得られるので最も好ましい。   Table 1 shows the relationship between the amount of deflection and the radius of curvature in a 50 mm diameter wafer. A typical value of the curvature radius R1 of the warp before polishing the back surface of the wafer is 10 m. For a wafer having a diameter of 50 mm, if the curvature radius R2 of the wafer warp after bonding is 1.5 · R1 or more, the amount of deflection is 20 μm. If the wafer is bonded horizontally, the thickness at the center of the wafer is Is 100 μm, it becomes 120 μm at the wafer edge. Since the cleavage yield is high within 120 μm, the production method of the present invention is effective in improving the yield. If the curvature radius R2 of the wafer warp after bonding is 3 · R1 or more, the deflection amount is 10 μm, and the in-plane uniformity of the wafer is improved. If the curvature radius R2 of the wafer warp after pasting is 6 · R1 or more, the amount of deflection is 5 μm, and even if the wafer horizontality is slightly lowered, a high yield is obtained, which is most preferable.

Figure 2005099057
Figure 2005099057

(貼り付けワックスの性質)
貼り付け用のワックスあるいは接着剤には、化学機械研磨(CMP)の研磨剤などのアルカリ溶液(PH8〜PH11)に耐性があり、かつその融点tmが、70℃≦tm≦200℃であり、好ましくは100℃≦tm≦170℃であり、より好ましくは140℃≦tm≦160℃であり、かつアルコ−ル以外の有機溶媒に可溶なものを用いることが好ましい。
(Characteristics of pasted wax)
The affixing wax or adhesive is resistant to alkaline solutions (PH8 to PH11) such as chemical mechanical polishing (CMP) abrasives, and its melting point tm is 70 ° C. ≦ tm ≦ 200 ° C., Preferably, 100 ° C. ≦ tm ≦ 170 ° C., more preferably 140 ° C. ≦ tm ≦ 160 ° C., and a material soluble in an organic solvent other than alcohol is preferably used.

ワックスの融点は高いものほど、接着力が強く、硬くなる傾向があるので、ウエハの欠損を防ぐのに有効である。但し融点が200℃以上のものは、扱いにくい。ワックスがアルコ−ルに溶けないため、研磨中にウエハおよびホルダおよびワックス表面をアルコ−ルで拭くことにより、研磨剤を除去することができる。   The higher the melting point of the wax, the stronger the adhesive force and the tendency to become harder, which is effective in preventing wafer defects. However, those having a melting point of 200 ° C. or more are difficult to handle. Since the wax does not dissolve in the alcohol, the abrasive can be removed by wiping the wafer, holder and wax surface with the alcohol during polishing.

(研磨用ホルダの熱膨張係数(材質))
研磨用ホルダにはその熱膨張係数がウエハの熱膨張係数に近いものを用いることが好ましい。素子用ウエハを貼り付ける研磨ホルダの材料の熱膨張係数K1がウエハの基板の熱膨張係数K0に対して、K1<6・K0、好ましくはK1<3・K0、より好ましくはK1<2・K0、である特徴を有する。
(Coefficient of thermal expansion of polishing holder (material))
It is preferable to use a polishing holder whose thermal expansion coefficient is close to that of the wafer. The thermal expansion coefficient K1 of the material of the polishing holder to which the element wafer is attached is K1 <6 · K0, preferably K1 <3 · K0, and more preferably K1 <2 · K0 with respect to the thermal expansion coefficient K0 of the wafer substrate. It has the characteristic which is.

表2に100℃融点のワックスを使用した時のホルダの材質に対する50mmサイズでのホルダ収縮量を示し、表3に150℃融点のワックスを使用した時のホルダの材質に対する50mmサイズでのホルダ収縮量を示す。   Table 2 shows the amount of holder shrinkage at a 50 mm size for the holder material when a 100 ° C melting point wax is used, and Table 3 shows the holder shrinkage at a 50 mm size for the holder material when a 150 ° C melting point wax is used. Indicates the amount.

Figure 2005099057
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Figure 2005099057
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GaN基板を用いたウエハの場合で説明する。アルミ製ホルダにGaN基板上のウエハをワックスで貼り付けると、融点から室温に戻る過程で、薄膜の貼り付けワックスに、ホルダとウエハの熱膨張差に起因する応力分布が生じる。   The case of a wafer using a GaN substrate will be described. When the wafer on the GaN substrate is affixed to the aluminum holder with wax, stress distribution resulting from the difference in thermal expansion between the holder and the wafer occurs in the affixing wax of the thin film in the process of returning from the melting point to room temperature.

50mm径のウエハの場合、アルミ製ホルダは99μm収縮し、GaNは12μm収縮するのでその収縮差は88μmになる。ウエハに圧縮応力が加わってしまい基板割れの原因にもなり得る。それに加えて10μm厚程度の薄いワックスに歪が加わるとワックス割れが生じてしまう。その結果、CMPのアルカリ溶液がウエハのおもて面の電極部を侵食するため、歩留まりが低下する。ワックスの融点が高くなるとその傾向は増大する。例えばアルミ製ホルダとGaNの収縮差は145μmになるので、アルミ製ホルダは適さない。GaNウエハの場合は、ホルダ材料として、SiCを用いるとK1<6・K0、アルミナを用いるとK1<3・K0、ステンレスを用いるとK1<6・K0、を満たす。但し、その中では加工性と価格の面からはアルミナ製ホルダが適当である。   In the case of a 50 mm diameter wafer, the aluminum holder contracts by 99 μm and GaN contracts by 12 μm, so the contraction difference becomes 88 μm. Compressive stress is applied to the wafer, which can cause substrate cracking. In addition, when a thin wax having a thickness of about 10 μm is strained, wax cracking occurs. As a result, the alkaline solution of CMP erodes the electrode portion on the front surface of the wafer, so that the yield decreases. This tendency increases as the melting point of the wax increases. For example, since the shrinkage difference between an aluminum holder and GaN is 145 μm, an aluminum holder is not suitable. In the case of a GaN wafer, the holder material satisfies K1 <6 · K0 when SiC is used, K1 <3 · K0 when alumina is used, and K1 <6 · K0 when stainless steel is used. However, among these, an alumina holder is suitable from the viewpoint of workability and cost.

本発明では、機械研磨に用いるダイヤモンド砥粒の粒径を段階的に小さくする従来の機械的な研磨方法に加えて、ウエハ裏面に化学機械研磨を行う工程を有するために、研磨傷がなく、研磨歪み層の厚さを2μm以下にできる。その結果、研磨歪み層をエッチングにより除去しても、エッチング表面に顕著な凹凸が形成されるあるいはC軸方向の貫通転位が拡大することがない。   In the present invention, in addition to the conventional mechanical polishing method for gradually reducing the particle size of diamond abrasive grains used for mechanical polishing, since there is a step of performing chemical mechanical polishing on the back surface of the wafer, there are no polishing scratches, The thickness of the polishing strain layer can be 2 μm or less. As a result, even if the polishing strain layer is removed by etching, there is no noticeable unevenness formed on the etched surface, or threading dislocations in the C-axis direction are not enlarged.

本発明では、ウエハ反りが最小限に抑えられ、研磨後のウエハの取り外し時に割れが生じないため、高い素子歩留まりを実現できた。   In the present invention, since the wafer warpage is suppressed to a minimum and no crack occurs when the wafer is removed after polishing, a high device yield can be realized.

化学機械研磨は、主に研磨面にアルカリ水溶液と反応してできた生成物が形成される化学的な過程と、反応生成物がSiOなどの微細な粒子と擦れあうことで除去される物理的な過程とからなる。反応生成物と基板結晶との結合は、基板結晶内の原子結合より弱くなっているので、反応生成物を除去する方が、直接表面層を除去するより容易である。GaNをそれより軟らかいSiO粒で化学機械研磨できるのは、そのような化学的作用が含まれているからである。そのため化学機械研磨は、研磨速度は小さいが、結晶内部へ歪みが及びにくい特徴を有する。Chemical mechanical polishing is a chemical process in which a product formed by reaction with an alkaline aqueous solution is mainly formed on the polishing surface, and physical that is removed by rubbing the reaction product with fine particles such as SiO 2. Process. Since the bond between the reaction product and the substrate crystal is weaker than the atomic bond in the substrate crystal, it is easier to remove the reaction product than to directly remove the surface layer. The reason why chemical mechanical polishing of GaN with softer SiO 2 grains is included is because such chemical action is included. Therefore, chemical mechanical polishing has a characteristic that the polishing rate is low, but distortion does not easily occur inside the crystal.

機械研磨は、基板より硬いダイヤモンドなどの砥粒を基板にこすり付けて研磨面を物理的に除去する過程である。機械研磨は、研磨速度が大きいが研磨歪みが顕著に生じる難点がある。一方、湿式化学エッチングは、結晶内部への歪みは生じないが、機械研磨後の表面凹凸が顕著に拡大しやすい。   Mechanical polishing is a process of physically removing the polished surface by rubbing abrasive grains such as diamond harder than the substrate on the substrate. Mechanical polishing has a high polishing rate but has a drawback in that polishing distortion is noticeably generated. On the other hand, wet chemical etching does not cause distortion inside the crystal, but surface unevenness after mechanical polishing tends to remarkably expand.

化学機械研磨は、湿式化学エッチングと異なり、微小凹凸の凸部を優先的に順次加工除去する。これによって平坦性が実現し、かつ機械研磨で形成された研磨歪み層の歪みの最も大きい表面が化学機械研磨により取り除かれ、基板に加わっていた歪が回復する。この結果、研磨歪み層の厚さが薄くなると同時に歪量が極めて小さくなる。このために、機械研磨に引き続いて化学機械研磨を行うことで、機械研磨により基板裏面に生じた傷を除去し、裏面を平滑化し鏡面状態得ることができ、更に、機械研磨による5〜20μmの歪み層の厚さを、2〜5μmの厚さの歪み層にすることができる。化学機械研磨による歪み層の厚さが5μm以下であれば反りによりウエハが割れることなくなるが、3μm以下がより好ましく、2μm以下であることが更に好ましい。   Unlike mechanical chemical etching, chemical mechanical polishing preferentially processes and removes convex portions of minute irregularities. As a result, flatness is realized, and the most strained surface of the polishing strain layer formed by mechanical polishing is removed by chemical mechanical polishing, and the strain applied to the substrate is recovered. As a result, the thickness of the polishing strain layer is reduced, and at the same time, the strain amount is extremely reduced. For this reason, by performing chemical mechanical polishing subsequent to mechanical polishing, scratches generated on the back surface of the substrate by mechanical polishing can be removed, the back surface can be smoothed to obtain a mirror surface state, and further, 5 to 20 μm by mechanical polishing can be obtained. The thickness of the strain layer can be a strain layer having a thickness of 2 to 5 μm. If the thickness of the strained layer by chemical mechanical polishing is 5 μm or less, the wafer will not crack due to warpage, but it is more preferably 3 μm or less, and even more preferably 2 μm or less.

化学機械研磨の砥粒種はSiO、CeO、ZrO、AlまたはMnのいずれかあるいはそれらを組み合わせたものでもよい。砥粒の平均粒子径は、5nm〜100nmが好ましく、5nm〜50nmであるとより好ましい。加工液はKOH、NHOH、NaOH、H、Fe(NO)2あるいはKIOのいずれかあるいはそれらを組み合わせたものでもよい。研磨パッドはスエ−ド、不織布、人工皮革、発泡構造体のいずれかでもよい。化学機械研磨時の圧力は、低すぎると研磨速度が小さいので、基板への荷重が0.1kg/cm〜5kg/cmが適当である。研磨速度は5nm/min〜100nm/minが好ましく、5nm/min〜20nm/minがより好ましい。The abrasive grain type for chemical mechanical polishing may be any of SiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3, Mn 2 O 3 , or a combination thereof. The average particle diameter of the abrasive grains is preferably 5 nm to 100 nm, and more preferably 5 nm to 50 nm. The working fluid may be KOH, NH 4 OH, NaOH, H 2 O 2 , Fe (NO) 2, KIO 3 , or a combination thereof. The polishing pad may be a suede, non-woven fabric, artificial leather, or foam structure. Pressure during chemical mechanical polishing, so too low, the polishing rate is low, load on the substrate is suitably 0.1kg / cm 2 ~5kg / cm 2 . The polishing rate is preferably 5 nm / min to 100 nm / min, and more preferably 5 nm / min to 20 nm / min.

化学機械研磨による研磨歪み層を薄くするために、化学機械研磨終了後、研磨歪み層を除去するために、基板の裏面をエッチングすることができる。エッチングは、ウエットエッチング、Arイオンミリング、反応性イオンエッチングあるいはドライエッチングを用いることができる。   In order to thin the polishing strain layer by chemical mechanical polishing, after the chemical mechanical polishing is completed, the back surface of the substrate can be etched to remove the polishing strain layer. Etching can be wet etching, Ar ion milling, reactive ion etching, or dry etching.

これに対し、Arイオンミリング、反応性イオンエッチングまたはドライエッチングによるエッチングは、エッチングダメージを基板に与えるが、研磨歪み層に比べて厚さが1桁以上浅く、通常0.001〜0.01μm程度の厚さであり、化学機械研磨による歪みと比べて歪みの程度がさらに低いので基板の反りへの影響が小さく、ウエットエッチングの様にウエハ表面を保護することなくエッチングできるのという長所を持っている。   In contrast, etching by Ar ion milling, reactive ion etching, or dry etching causes etching damage to the substrate, but the thickness is one or more orders of magnitude smaller than the polished strained layer, and is usually about 0.001 to 0.01 μm. It has a merit that it can be etched without protecting the wafer surface like wet etching because the degree of distortion is even lower than the distortion caused by chemical mechanical polishing, and the influence on the warpage of the substrate is small. Yes.

図12は、CMPを用いて基板の厚さを108μmにしたレーザダイオード(以下、LDと略す)チップの、LD共振器方向の曲率半径Rの共振器長L依存性を示す図である。共振器長Lが小さくなると素子の曲率半径は小さくなる。具体的には、ウエハサイズがL=40mmの時はR=3.4mであったが、LDチップにすると、L=1.5mmではR=0.67m、L=0.85mmではR=0.31m、L=0.60mmではR=0.22mであった。図13に図12の横軸を0<L<5の範囲で拡大した図を示す。   FIG. 12 is a diagram showing the resonator length L dependence of the radius of curvature R in the LD resonator direction of a laser diode (hereinafter abbreviated as LD) chip having a substrate thickness of 108 μm using CMP. As the resonator length L decreases, the radius of curvature of the element decreases. Specifically, when the wafer size is L = 40 mm, R = 3.4 m. However, when an LD chip is used, R = 0.67 m when L = 1.5 mm, and R = 0 when L = 0.85 mm. At 0.31 m and L = 0.60 mm, R = 0.22 m. FIG. 13 shows an enlarged view of the horizontal axis of FIG. 12 in the range of 0 <L <5.

0<L<5の範囲では実験値はR=0.387・Lの関係を満たしていた。従ってL=0.3mmではR=0.116mと推定される。LDチップの共振器長は通常0.3mm以上であるから、この場合のCMPを用いたLDチップの曲率半径Rは0.1m以上である。典型的なサイズL=0.6mmでは、LDチップの曲率半径Rは0.2m以上である。従ってLDチップはLDウエハより曲率半径Rが一桁小さい。   In the range of 0 <L <5, the experimental value satisfied the relationship of R = 0.387 · L. Therefore, it is estimated that R = 0.116 m when L = 0.3 mm. Since the resonator length of the LD chip is usually 0.3 mm or more, the curvature radius R of the LD chip using CMP in this case is 0.1 m or more. In a typical size L = 0.6 mm, the radius of curvature R of the LD chip is 0.2 m or more. Therefore, the curvature radius R of the LD chip is an order of magnitude smaller than that of the LD wafer.

これまでの経験ではCMPを用いた40mm径のウエハの曲率半径は、ウエハ厚、エピ厚、機械研磨後の損傷層厚、CMP時間、基板の転位密度などの影響により、0.5m以上になる。典型的な共振器長L=0.6mmでは、LDウエハから得られたLDチップの曲率半径Rは0.05m以上である。   In the experience so far, the radius of curvature of a 40 mm diameter wafer using CMP is 0.5 m or more due to the influence of wafer thickness, epi thickness, damaged layer thickness after mechanical polishing, CMP time, substrate dislocation density, etc. . With a typical resonator length L = 0.6 mm, the radius of curvature R of the LD chip obtained from the LD wafer is 0.05 m or more.

曲率半径が0.5m以上のウエハを用いてもLDチップの共振器長方向の曲率は小さくなる。   Even when a wafer having a radius of curvature of 0.5 m or more is used, the curvature of the LD chip in the resonator length direction becomes small.

(第1の実施の形態)
図2は、本発明の第1の実施の形態である窒化物半導体レ−ザの断面図を示す。
(First embodiment)
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the nitride semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

本実施の形態の窒化物半導体レ−ザは、n電極201、GaN基板の研磨歪み層202、層厚110μmのGaN基板203、n−GaNバッファ−層204、1.2μm厚のn−Al0.07Ga0.93Nクラッド層205、In0.2Ga0.8N(2.5nm)/GaN(10nm)の3層の量子井戸の活性層206、8nm厚のp−Al0.14Ga0.86N電流オーバーフロー防止層207、100nm厚のp−GaN層208、0.6μm厚のリッジ型p−Al0.07Ga0.93Nクラッド層209、p−GaNコンタクト層210、300nm厚のSiO電流狭窄マスク211、p電極212、からなる。リッジ幅は1.8μm〜2.3μmである。pド−パントにはMg(マグネシウム)を用い、nド−パントにはSi(シリコン)を用いたが、O(酸素)を用いてもよい。Mgの原子濃度はp−GaNコンタクト層210には1×1020cm−3、それ以外には2×1019cm−3、Siの原子濃度はすべて2×1018cm−3である。結晶成長はMOVPE成長で行った。成長温度はn−GaNバッファ−層204が600℃、nクラッド層205およびpクラッド層209は1050℃、活性層6は800℃である。N原料にはアンモニアを用い、キャリアガスは活性層では窒素、それ以外では水素を用いた。The nitride semiconductor laser according to the present embodiment includes an n electrode 201, a polishing strain layer 202 of a GaN substrate, a GaN substrate 203 having a layer thickness of 110 μm, an n-GaN buffer layer 204, and n-Al 0 having a thickness of 1.2 μm. 0.07 Ga 0.93 N clad layer 205, In 0.2 Ga 0.8 N (2.5 nm) / GaN (10 nm) three-layer quantum well active layer 206, 8 nm thick p-Al 0.14 Ga 0.86 N current overflow prevention layer 207, 100 nm thick p-GaN layer 208, 0.6 μm thick ridge type p-Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 209, p-GaN contact layer 210, 300 nm It consists of a thick SiO 2 current confinement mask 211 and a p-electrode 212. The ridge width is 1.8 μm to 2.3 μm. Mg (magnesium) is used for the p-punt and Si (silicon) is used for the n-punt, but O (oxygen) may be used. Atomic concentration of Mg is in the p-GaN contact layer 210 1 × 10 20 cm -3, for others a 2 × 1019 cm -3, all atomic concentration of Si is 2 × 10 18 cm -3. Crystal growth was performed by MOVPE growth. The growth temperature is 600 ° C. for the n-GaN buffer layer 204, 1050 ° C. for the n-clad layer 205 and the p-clad layer 209, and 800 ° C. for the active layer 6. Ammonia was used as the N raw material, nitrogen was used in the active layer, and hydrogen was used in the other cases.

300μm〜450μm厚のGaN基板上に上記構造を成長したのち、ドライエッチングでリッジ型pクラッド層209を形成する。あるいは100nm厚のp−GaN層208を成長した後で、300nm厚のSiO電流狭窄マスク210を形成して、選択成長により、pクラッド層209を成長して形成することもできる。After the above structure is grown on a GaN substrate having a thickness of 300 to 450 μm, a ridge-type p-cladding layer 209 is formed by dry etching. Or after the growth of the 100nm thick p-GaN layer 208, to form a SiO 2 current confinement mask 210 of 300nm thick, by selective growth, it may be formed by growing a p-cladding layer 209.

pクラッド層209には、p−Al0.07Ga0.93N層の代わりに、p−Al0.14Ga0.86N(2.5nm)/p−GaN(2.5nm)の多周期からなる超格子クラッド層を用いてもよい。この場合、光閉じ込めを維持するためには、同じ層厚で平均のAl組成は同一にする。本発明では、反りを低減するためにAlGaN層の格子不整合度を小さくしたものが好ましい。GaN基板上に形成されたLDにおいて、dn(μm)厚のn−AlGa1−xN層とdp(μm)厚のp−AlyGa1−yN層を有する場合には、AlGaN層の格子不整合度dLMを、dLM=x・dnと+y・dpで定義する。本発明の実施例の場合、dLM=0.07・1.2+0.07・0.6=0.126から、格子不整合度は0.126(μm)である。本発明の適用にあたって、格子不整合度dLMは、0.08≦dLM≦0.35が必要であり、0.09≦dLM≦0.20が好ましく、0.10≦dLM≦0.15がより好ましい。Instead of the p-Al 0.07 Ga 0.93 N layer, the p-clad layer 209 has a large number of p-Al 0.14 Ga 0.86 N (2.5 nm) / p-GaN (2.5 nm). A superlattice clad layer having a period may be used. In this case, in order to maintain optical confinement, the average Al composition is the same with the same layer thickness. In the present invention, it is preferable to reduce the lattice mismatch degree of the AlGaN layer in order to reduce warpage. When an LD formed on a GaN substrate has a dn (μm) -thick n-Al x Ga 1-x N layer and a dp (μm) -thick p-AlyGa 1-yN layer, the lattice loss of the AlGaN layer The degree of matching dLM is defined by dLM = x · dn and + y · dp. In the example of the present invention, since dLM = 0.07 · 1.2 + 0.07 · 0.6 = 0.126, the degree of lattice mismatch is 0.126 (μm). In applying the present invention, the degree of lattice mismatch dLM needs to be 0.08 ≦ dLM ≦ 0.35, preferably 0.09 ≦ dLM ≦ 0.20, and more preferably 0.10 ≦ dLM ≦ 0.15. preferable.

図4に本発明の窒化物半導体発光素子用ウエハの断面図を示す。窒化物半導体発光素子用ウエハは、GaN基板403の表面上にAlGaN系LDエピ層404およびP電極405が形成され、GaN基板403の裏面側には研磨損傷層402が形成され、研磨損傷層402上にN電極401が形成されている。曲率半径はLDウエハおよびLD素子の表面あるいは裏面の曲がり具合あるいは結晶のC軸の傾き具合を用いて、図4のように定義される。ウエハ反り 1/R 406は、ウエハ内で最も反りの大きい部分の曲率半径 R 407で表す。つまり曲率半径 R 407が小さいほど、反りは大きい。局所的に定義したのは、ウエハ反りがウエハ全面で必ずしも完全な球面ではないためである。通常はウエハ中央部の反りが大きいので、中央部の、電極面ではなく、基板面の反りを測定する。ウエハの撓み量 δ 409、ウエハサイズをLとすると、曲率半径Rは、R=2L/8δで与えられる。撓み量δ 409は、図4のように凸を下にして水平面にウエハを置いた時に水平面からウエハ端部までの距離である。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor light emitting device wafer of the present invention. In the nitride semiconductor light emitting device wafer, an AlGaN-based LD epitaxial layer 404 and a P electrode 405 are formed on the surface of the GaN substrate 403, and a polishing damage layer 402 is formed on the back side of the GaN substrate 403. An N electrode 401 is formed thereon. The radius of curvature is defined as shown in FIG. 4 using the degree of bending of the front and back surfaces of the LD wafer and the LD element or the degree of inclination of the C-axis of the crystal. Wafer warpage 1 / R 406 is represented by a radius of curvature R 407 of the most warped portion in the wafer. In other words, the smaller the radius of curvature R407, the greater the warp. The reason why it is locally defined is that the wafer warp is not necessarily a perfect spherical surface over the entire surface of the wafer. Since the warpage of the wafer center is usually large, the warpage of the substrate surface, not the electrode surface, is measured at the center. When the wafer deflection amount δ 409 and the wafer size is L, the radius of curvature R is given by R = 2L / 8δ. Deflection amount δ 409 is the distance from the horizontal plane to the edge of the wafer when the wafer is placed on the horizontal plane with the projection down as shown in FIG.

本実施の形態のウエハの製造方法を説明する。   A method for manufacturing a wafer according to the present embodiment will be described.

300μm〜450μm厚のn型GaN基板上にLD構造をMOVPE法で成長してLDウエハを得た。さらにLDウエハのp側にリッジ構造を形成し、p電極を形成した。ここまでは従来の製造方法と同じである。   An LD structure was grown by an MOVPE method on an n-type GaN substrate having a thickness of 300 μm to 450 μm to obtain an LD wafer. Further, a ridge structure was formed on the p side of the LD wafer to form a p electrode. The process up to here is the same as the conventional manufacturing method.

次に、ウエハ裏面を研磨することでウエハの厚さを所望の厚さまで薄くする。まず耐アルカリのワックスを用い、研磨冶具にLDウエハのp電極側を貼り付けた。   Next, the wafer back surface is polished to reduce the wafer thickness to a desired thickness. First, using an alkali-resistant wax, the p-electrode side of the LD wafer was attached to a polishing jig.

次にウエハを荷重300g/cmの圧力で砥粒径60μmのダイヤモンド焼付け研磨盤に押し付けて保持し、30回転/分の速度で研磨盤を回転させて機械研磨した。研磨速度は10μm/分であり、ウエハ厚を450μmから140μmに機械研磨した。その後、114μm厚まで、6μm径と2μm径のダイヤモンドスラリと銅盤と錫盤を用いて機械研磨を行った後、仕上げとして化学機械研磨を行った。Next, the wafer was pressed against a diamond baking grinder having an abrasive grain size of 60 μm at a load of 300 g / cm 2 and held, and mechanically polished by rotating the grinder at a speed of 30 revolutions / minute. The polishing rate was 10 μm / min, and the wafer thickness was mechanically polished from 450 μm to 140 μm. Thereafter, mechanical polishing was performed to a thickness of 114 μm using diamond slurry having a diameter of 6 μm and a diameter of 2 μm, a copper disk and a tin disk, and then chemical mechanical polishing was performed as a finish.

図3に、化学機械研磨の実施図を示す。化学機械研磨は、ふち付研磨盤301、研磨パッド302、コロイダルシリカ溶液303、研磨冶具304、アーム305、LDウエハ306、からなる。コロイダルシリカ溶液303を研磨パッド302が貼られたふち付研磨盤301に満たし、その中にLDウエハ306を浸し、荷重300g/cmで押し付けながら、ふち付研磨盤301を20回転/分の速さで回転させた。その時の研磨速度は2μm/時間であった。FIG. 3 shows an embodiment of chemical mechanical polishing. The chemical mechanical polishing includes a rimmed polishing disk 301, a polishing pad 302, a colloidal silica solution 303, a polishing jig 304, an arm 305, and an LD wafer 306. The colloidal silica solution 303 is filled in the edged polishing disk 301 to which the polishing pad 302 is attached, and the LD wafer 306 is immersed therein and pressed at a load of 300 g / cm 2 while the edged polishing disk 301 is rotated at a speed of 20 revolutions / minute. Then it was rotated. The polishing rate at that time was 2 μm / hour.

GaN基板やサファイア基板の場合、化学機械研磨用のスラリ溶液として、平均粒子径が20nm程度のSiO砥粒をアルカリ溶液に分散させたコロイダルシリカ溶液303を用いるのが適切である。研磨パッド302にはサ−フィンと呼ばれるポリエチレン系の発泡構造体を用いた。1時間程度の化学機械研磨によって、光学顕微鏡で詳細に観察しても研磨傷が殆ど見られなくなり、鏡面が得られた。ヒータ上に研磨冶具を載せて、ワックスを溶かし、ウエハを研磨冶具304から取り外したが、ウエハの割れは生じなかった。ウエハを有機洗浄した後に厚さを計測したところ、ウエハの層厚は112μmであり、40mm径で±1μmの均一性であった。基板の撓み具合から求めた反りの曲率半径は5mと小さかった。In the case of a GaN substrate or a sapphire substrate, it is appropriate to use a colloidal silica solution 303 in which SiO 2 abrasive grains having an average particle diameter of about 20 nm are dispersed in an alkaline solution as a slurry solution for chemical mechanical polishing. For the polishing pad 302, a polyethylene foam structure called surf fin was used. By chemical mechanical polishing for about 1 hour, polishing scratches were hardly seen even when observed in detail with an optical microscope, and a mirror surface was obtained. A polishing jig was placed on the heater, the wax was melted, and the wafer was removed from the polishing jig 304, but the wafer did not crack. When the thickness was measured after organic cleaning of the wafer, the layer thickness of the wafer was 112 μm, and the uniformity was ± 1 μm with a diameter of 40 mm. The curvature radius of warpage obtained from the degree of bending of the substrate was as small as 5 m.

さらにウエハ反りを小さくするために、ウエハの基板側表面を、化学機械研磨を用いて研磨した後にArイオンミリングを400Wの高周波電力で1時間の条件で用い、表面から厚さ2μmの深さの研磨歪み層を取り除いた。この裏面処理工程は、Arイオンミリング以外に燐酸硫酸系のウエットエッチングや塩素系のプラズマを用いたドライエッチングや反応性イオンエッチングなどを用いても実行できる。塩素ドライエッチングの条件は、例えば塩素20cc/min、圧力1.0Pa、400Wの高周波電力で1時間である。Arイオンミリングで5μm以上の深さを取り除いても、ウエハ反り量は変わらなかったことから、化学機械研磨後の裏面処理工程による研磨歪み層の厚さは5μm以下であると考えられる。   In order to further reduce the warpage of the wafer, the substrate side surface of the wafer is polished using chemical mechanical polishing, and then Ar ion milling is used at a high frequency power of 400 W for 1 hour, with a depth of 2 μm from the surface. The abrasive strain layer was removed. This backside treatment step can be performed by using phosphoric acid sulfuric acid wet etching, dry etching using chlorine plasma, reactive ion etching, or the like in addition to Ar ion milling. The conditions for chlorine dry etching are, for example, chlorine 20 cc / min, pressure 1.0 Pa, and high frequency power of 400 W for 1 hour. Even when the depth of 5 μm or more was removed by Ar ion milling, the amount of warpage of the wafer did not change, and therefore the thickness of the polishing strain layer in the back surface treatment step after chemical mechanical polishing is considered to be 5 μm or less.

研磨によりウエハを薄くした後、ウエハ裏面にn電極を形成して、500℃で15分間の熱処理を行い、その後、共振器長が650μmになるように、ダイヤモンドカッタ−でウエハの縁を1mm長さけがいた後、けがき線に沿ってエッジを押し当てて、ウエハを劈開した。劈開面を走査電子顕微鏡で観察したところ、殆どの素子で完全な鏡面が得られていた。LDバ−の横割りを行い、LD素子を得た。本発明の製造方法である化学機械研磨を用いたことによって98%の素子歩留まりが得られた。   After thinning the wafer by polishing, an n-electrode is formed on the backside of the wafer, heat-treated at 500 ° C. for 15 minutes, and then the edge of the wafer is 1 mm long with a diamond cutter so that the resonator length is 650 μm. After scorching, the wafer was cleaved by pressing the edge along the scribing line. When the cleavage plane was observed with a scanning electron microscope, a perfect mirror surface was obtained with most of the elements. An LD element was obtained by dividing the LD bar. A device yield of 98% was obtained by using chemical mechanical polishing which is a manufacturing method of the present invention.

機械研磨は、パッドがウエハ裏面表面上を移動する際、ウエハ表面上に押し付けられた砥粒との間ですべり摩擦的な挙動によって磨耗が起こる。除去速度は、荷重、接触面積、パッドの移動速度により決まる。ウエハのふちだれを防ぐには、変形量が小さくて硬くて薄いパッドに対して、100g/cm〜400g/cm程度の低い圧力をウエハ全体に均一にかけるのがよい。In mechanical polishing, when the pad moves on the wafer back surface, wear occurs due to sliding friction between the pad and abrasive grains pressed on the wafer surface. The removal speed is determined by the load, contact area, and pad moving speed. To prevent the edge of the wafer to whom, to the thin hard deformation amount is small pads, 100g / cm 2 ~400g / cm 2 about the lower pressure it is preferable uniformly applied to the entire wafer.

化学機械研磨の砥粒種はSiOに限らず、CeO、ZrO、Al、Mnのいずれかあるいはそれらを組み合わせたものでもよい。砥粒の平均粒子径が5nm〜100nmあるいはより望ましくは5nm〜50nmである。加工液はKOH、NHOH、
NaOH、H,Fe(NO)、KIOのいずれかあるいはそれらを組み合わせたものでもよい。研磨パッドはスエ−ド、不織布、人工皮革、発泡構造体のいずれでもよい。化学機械研磨時の圧力は、低すぎると研磨速度が小さいので、0.1kg/cm〜5kg/cmが適当である。研磨速度は5nm/min〜100nm/minが好ましく、5nm/min〜20nm/minであるほうがより好ましい。
The abrasive grain type for chemical mechanical polishing is not limited to SiO 2 but may be any one of CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , Mn 2 O 3 , or a combination thereof. The average particle diameter of the abrasive grains is 5 nm to 100 nm or more desirably 5 nm to 50 nm. The working fluid is KOH, NH 4 OH,
Any of NaOH, H 2 O 2 , Fe (NO) 2 , KIO 3 or a combination thereof may be used. The polishing pad may be any of suede, non-woven fabric, artificial leather, and foam structure. Pressure during chemical mechanical polishing, so too low, the polishing rate is small, 0.1kg / cm 2 ~5kg / cm 2 are suitable. The polishing rate is preferably 5 nm / min to 100 nm / min, and more preferably 5 nm / min to 20 nm / min.

得られた素子にAR−HRコ−ティングを施した。素子の閾値は45mAであり、スロ−プ効率は1.2W/A、5mWでの動作電流は約50mA、100mWでの動作電流は約130mAであった。   The obtained device was subjected to AR-HR coating. The threshold value of the element was 45 mA, the slope efficiency was 1.2 W / A, the operating current at 5 mW was about 50 mA, and the operating current at 100 mW was about 130 mA.

寿命試験は、50℃、5mWあるいは60℃、100mWの動作条件で20本で行い、故障(失格)判定規格は、動作電流が2割上昇した時点と定義した。   The life test was performed with 20 lines under the operating conditions of 50 ° C., 5 mW or 60 ° C., 100 mW, and the failure (disqualification) judgment standard was defined as the point when the operating current increased by 20%.

その結果、50℃、5mWの低出力では6000時間以上の平均推定寿命(MTTF:Mean Time To Failure)を達成し、非特許文献1に記載の、3000時間に対して倍の寿命を持っている。また50℃、5mWの条件に対し約8.6倍に加速される、60℃、100mWの高出力でも700時間以上の推定平均寿命が得られた。   As a result, an average estimated lifetime (MTTF: Mean Time To Failure) of 6000 hours or more is achieved at 50 ° C. and a low output of 5 mW, and has a lifetime that is twice that of 3000 hours described in Non-Patent Document 1. . Further, an estimated average life of 700 hours or more was obtained even at a high output of 60 ° C. and 100 mW, which was accelerated about 8.6 times with respect to the conditions of 50 ° C. and 5 mW.

層厚112μm、曲率半径5.0mの窒化物半導体レーザ素子では、98%の高い素子歩留まりと、100mWの高出力で1160時間の平均寿命が得られた。活性層の成長条件など、他の要因を最適化することで、今後、更に、高出力素子として長寿命の素子が得られると思われる。   In the nitride semiconductor laser device having a layer thickness of 112 μm and a curvature radius of 5.0 m, a high device yield of 98% and an average lifetime of 1160 hours were obtained at a high output of 100 mW. By optimizing other factors such as the growth conditions of the active layer, it is expected that a long-life device will be obtained as a high-power device in the future.

以下に、本実施の形態の製造法を詳細に説明するが、本実施の形態の製造方法を用いると、ウエハの基板厚dとウエハの曲率半径Rが各々75μm≦d≦145μmおよび0.5m≦R≦20mの条件を満たすLDウエハおよびLD素子、あるいは上記の条件を満たすLDウエハから得られたLD素子を得ることができる。   Hereinafter, the manufacturing method of the present embodiment will be described in detail. When the manufacturing method of the present embodiment is used, the substrate thickness d of the wafer and the radius of curvature R of the wafer are 75 μm ≦ d ≦ 145 μm and 0.5 m, respectively. An LD wafer and an LD element satisfying the condition of ≦ R ≦ 20 m, or an LD element obtained from the LD wafer satisfying the above condition can be obtained.

本発明の製造方法で得られたLDの研磨歪み層202の実効歪量は0.165%程度であり、その時の実効層厚は2μm〜5μm以下と極めて小さい。このため、反りの曲率半径が1m以上のLDウエハおよびLD素子、あるいは上記の条件を満たすLDウエハから得られたLD素子を得ることができる。   The effective strain amount of the polishing strained layer 202 of the LD obtained by the manufacturing method of the present invention is about 0.165%, and the effective layer thickness at that time is as extremely small as 2 μm to 5 μm. Therefore, it is possible to obtain an LD wafer and an LD element having a curvature radius of warpage of 1 m or more, or an LD element obtained from an LD wafer that satisfies the above conditions.

本発明の反りは、曲率半径1m以上の反りであり、通常のウエハサイズや素子サイズで確認することができる。例えばウエハサイズが1cmの場合、曲率半径1mのウエハの撓み量は12.5μmである。これは通常の膜厚計で十分測定できる値である。LD素子の場合、素子サイズが650μmのとき、曲率半径1mの素子の撓み量は52.8nmである。これは走査電子顕微鏡で断面形状を観察することで測定できる値である。具体的には、青色LD素子を平坦なGaAs基板に隣接させて走査電子顕微鏡装置に投入して撓み量を測定し、得られた撓み量から素子の反りを求めることができる。あるいはレ−ザ光線の反射を用いてもよい。局所的な反りを求める場合は、素子を冷却し光学的な測定から結晶の歪量を測定して、反りを求めることができる。あるいはX線回折を用いた方法により、結晶軸の傾きから、素子やウエハの反りを求めることができる。あるいはGaN基板上の素子であれば、それを5Kに冷却し、励起子エネルギ−とC軸格子定数の線形関係を用いて、励起子エネルギ−の変化からGaNの残留歪量を得ることができる。これにより研磨歪み層厚を推定できる。   The warp of the present invention is a warp having a radius of curvature of 1 m or more, and can be confirmed with a normal wafer size or element size. For example, when the wafer size is 1 cm, the deflection amount of the wafer having a curvature radius of 1 m is 12.5 μm. This is a value that can be sufficiently measured with a normal film thickness meter. In the case of the LD element, when the element size is 650 μm, the deflection amount of the element having a curvature radius of 1 m is 52.8 nm. This is a value that can be measured by observing the cross-sectional shape with a scanning electron microscope. Specifically, the blue LD element is placed adjacent to a flat GaAs substrate and placed in a scanning electron microscope apparatus to measure the amount of deflection, and the warp of the element can be obtained from the obtained amount of deflection. Alternatively, laser beam reflection may be used. When the local warpage is obtained, the warpage can be obtained by cooling the element and measuring the strain amount of the crystal from optical measurement. Alternatively, the warpage of the element or the wafer can be obtained from the tilt of the crystal axis by a method using X-ray diffraction. Alternatively, if it is an element on a GaN substrate, it can be cooled to 5K, and the residual strain of GaN can be obtained from the exciton energy change using the linear relationship between the exciton energy and the C-axis lattice constant. . Thereby, the polishing strain layer thickness can be estimated.

尚、実施の形態での説明は全てウエハの厚さで行っているが、ウエハの厚さから基板上に成長したエピタキシャル成長層の厚さを引くことで基板の厚さを求めることができる。   Although all the descriptions in the embodiments are based on the thickness of the wafer, the thickness of the substrate can be obtained by subtracting the thickness of the epitaxial growth layer grown on the substrate from the thickness of the wafer.

(発明の他の実施の形態)
本発明の実施形態において、素子の成長方法、層構造、光導波路の構造、共振器の有無、転位分布を制御するための構造の有無などに関して、特に制限はない。しかし反り低減のために、クラッド層の格子不整合度が請求項で記載のものであることが望ましい。本発明の実施形態において、窒化物半導体基板の種類や面方位は特に制限されない。例えば基板材料はGaN基板に限らず、AlGaN基板、InN基板、GaInN基板、AlInN基板、あるいはAlGaInN基板でもよい。本発明においてはエピ層に少なくともひとつの窒化物半導体層があればよく、特に基板の種類や面方位の制限もない。例えば基板材料はAl基板、ZrB基板、SiC基板、Si基板でもよい。ただし、ZrB基板、SiC基板およびSi基板に関しては、傾斜基板を使うことが望ましい。ZrB基板を用いた窒化物半導体素子は信頼性に優れる特徴、SiC基板を用いた窒化物半導体素子は放熱性に優れる特徴、Si基板を用いた窒化物半導体素子は低コスト性に優れる特徴を有するので、目的に応じて使い分けることができる。
(Another embodiment of the invention)
In the embodiment of the present invention, there are no particular restrictions on the element growth method, the layer structure, the structure of the optical waveguide, the presence or absence of a resonator, the presence or absence of a structure for controlling dislocation distribution, and the like. However, in order to reduce warpage, it is desirable that the degree of lattice mismatch of the cladding layer is as described in the claims. In the embodiment of the present invention, the type and plane orientation of the nitride semiconductor substrate are not particularly limited. For example, the substrate material is not limited to a GaN substrate, but may be an AlGaN substrate, an InN substrate, a GaInN substrate, an AlInN substrate, or an AlGaInN substrate. In the present invention, the epi layer only needs to have at least one nitride semiconductor layer, and there is no particular limitation on the type of substrate and the plane orientation. For example, the substrate material may be an Al 2 O 3 substrate, a ZrB 2 substrate, a SiC substrate, or a Si substrate. However, regarding the ZrB 2 substrate, the SiC substrate, and the Si substrate, it is desirable to use an inclined substrate. Nitride semiconductor elements using a ZrB 2 substrate have excellent reliability, nitride semiconductor elements using a SiC substrate have excellent heat dissipation characteristics, and nitride semiconductor elements using a Si substrate have excellent low cost characteristics Because it has, you can use properly according to the purpose.

次に、LDの厚さと曲率半径が異なる9つの実施例を説明する。表4に、本発明の9つの実施例である窒化物半導体レ−ザ用ウエハの基板厚と曲率Rに対する歩留まりと平均寿命を示す。第4の実施例については、すでに第1の実施の形態で詳しく述べたものである。下の9つの実施例では、それぞれの層厚と曲率半径は異なるが、それ以外の構造は、第1の実施の形態とすべて同じである。   Next, nine embodiments having different LD thicknesses and curvature radii will be described. Table 4 shows the yield and average life with respect to the substrate thickness and curvature R of the nitride semiconductor laser wafer according to the nine embodiments of the present invention. The fourth example has already been described in detail in the first embodiment. In the following nine examples, each layer thickness and the radius of curvature are different, but the other structures are all the same as those in the first embodiment.

表4に本発明の実施例である窒化物半導体レ−ザ用ウエハの基板厚と曲率Rに対する歩留まりと平均寿命を示す。   Table 4 shows the yield and average life with respect to the substrate thickness and curvature R of the nitride semiconductor laser wafer according to the embodiment of the present invention.

Figure 2005099057
第1の実施例は、ウエハの基板厚136μm、曲率半径8.3mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは81%、素子の平均寿命は700時間であった。
Figure 2005099057
The first embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 136 μm and a curvature radius of 8.3 m. The element yield was 81% and the average life of the elements was 700 hours.

第2の実施例は、ウエハの基板厚128μm、曲率半径7.0mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは89%、素子の平均寿命は1030時間であった。   The second embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 128 μm and a curvature radius of 7.0 m. The device yield was 89% and the average life of the device was 1030 hours.

第3の実施例は、ウエハの基板厚119μm、曲率半径6.2mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは94%、素子の平均寿命は1100時間であった。   The third embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 119 μm and a curvature radius of 6.2 m. The device yield was 94% and the average life of the device was 1100 hours.

第4の実施例は、ウエハの基板厚112μm、曲率半径5.0mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは98%、素子の平均寿命は1160時間であった。   The fourth embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 112 μm and a curvature radius of 5.0 m. The device yield was 98% and the average life of the device was 1160 hours.

第5の実施例は、ウエハの基板厚108μm、曲率半径4.3mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは99%、素子の平均寿命は1150時間であった。   The fifth embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 108 μm and a curvature radius of 4.3 m. The element yield was 99%, and the average lifetime of the elements was 1150 hours.

第6の実施例は、ウエハの基板厚105μm、曲率半径3.8mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは98.5%、素子の平均寿命は1200時間であった。   The sixth embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 105 μm and a curvature radius of 3.8 m. The device yield was 98.5% and the average life of the device was 1200 hours.

第7の実施例は、ウエハの基板厚94μm、曲率半径2.9mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは98%、素子の平均寿命は1150時間であった。   The seventh embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 94 μm and a curvature radius of 2.9 m. The device yield was 98% and the average life of the device was 1150 hours.

第8の実施例は、ウエハの基板厚83μm、曲率半径1.5mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは89%、素子の平均寿命は1050時間であった。   The eighth embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 83 μm and a curvature radius of 1.5 m. The element yield was 89% and the average life of the element was 1050 hours.

第9の実施例は、ウエハの基板厚75μm、曲率半径1.0mの窒化物半導体レーザ素子である。素子歩留まりは80%、素子の平均寿命は800時間であった。   The ninth embodiment is a nitride semiconductor laser device having a wafer substrate thickness of 75 μm and a curvature radius of 1.0 m. The device yield was 80% and the average life of the device was 800 hours.

図5に本発明の実施例の窒化物半導体レーザ用ウエハの曲率半径のウエハの基板厚依存性を示す。図5の菱形印は、本発明の実施例である化学機械研磨を用いたLDウエハの値を示し、白丸は化学機械研磨を用いない従来製法のLDによる値を示している。LDの曲率半径はウエハの基板厚さと共に増大する傾向が見られた。   FIG. 5 shows the substrate thickness dependence of the radius of curvature of the nitride semiconductor laser wafer according to the embodiment of the present invention. The diamonds in FIG. 5 indicate the values of the LD wafer using chemical mechanical polishing, which is an embodiment of the present invention, and the white circles indicate the values according to the LD of the conventional manufacturing method that does not use chemical mechanical polishing. The radius of curvature of the LD tended to increase with the substrate thickness of the wafer.

化学機械研磨を用いた場合、研磨表面はいずれも鏡面であり、光学顕微鏡でも研磨傷は殆ど見られなかった。本発明で鏡面とは光学顕微鏡を用いて研磨傷が観測されない状況まで化学機械研磨された状態示す。鏡面になっていると、斜光を表面に照射した状態で、肉眼で基板面に傷が観測されない状態とほぼ一致する。斜光を表面に照射した状態で、肉眼で見て傷が観測されない場合でも良い。しかし化学機械研磨を用いない従来のラッピングのみの研磨では、研磨傷が見られ、厚さ150μm以下のウエハの曲率半径は0.5μm以下であり、反りが大きい。それに対し、本発明の実施例のLDウエハの曲率半径は1m以上であり、従来製法のLDより明らかに反りが小さい。   When chemical mechanical polishing was used, the polishing surfaces were all mirror surfaces, and almost no polishing scratches were seen even with an optical microscope. In the present invention, the mirror surface refers to a state in which chemical mechanical polishing is performed using an optical microscope until no polishing scratches are observed. When the surface is mirror-like, it almost coincides with a state in which no flaws are observed on the substrate surface with the naked eye when oblique light is applied to the surface. There may be a case where no scratches are observed with the naked eye in a state where the surface is irradiated with oblique light. However, in the conventional lapping-only polishing without using chemical mechanical polishing, polishing flaws are observed, the curvature radius of a wafer having a thickness of 150 μm or less is 0.5 μm or less, and warpage is large. On the other hand, the curvature radius of the LD wafer of the embodiment of the present invention is 1 m or more, and the warpage is clearly smaller than that of the LD of the conventional manufacturing method.

化学機械研磨を用いない従来製法のLDでは、研磨歪み層の実効厚が5μm〜20μmと大きいため、ウエハの基板厚dが70μm≦d≦145μmでは、曲率半径が0.5m以下であり、反りによるウエハ割れが著しく、22%以下に歩留まりが低下していた。一方、本発明の反りの小さいウエハでは、80%以上の格段に高い素子歩留まりが得られた。   In the LD of the conventional manufacturing method that does not use chemical mechanical polishing, the effective thickness of the polishing strain layer is as large as 5 μm to 20 μm. Therefore, when the wafer substrate thickness d is 70 μm ≦ d ≦ 145 μm, the curvature radius is 0.5 m or less, and the warp is warped. As a result, the wafer cracked significantly, and the yield decreased to 22% or less. On the other hand, in the wafer with a small warp of the present invention, a remarkably high element yield of 80% or more was obtained.

図5に研磨歪みがない場合のLDウエハ層厚に対する曲率半径の計算値を一点鎖線503で示す。本実施例のGaN基板上のLDでは合計1.8μm厚のAl組成0.07のAlGaN層があり、この一点鎖線503は歪量0.05%、層厚1.8μmのAlGaN格子不整合層による反りを表している。ウエハを薄くすると、AlGaN層の影響で反りが大きくなる。曲率半径が3m以上の反りの小さいLDを得るには、ウエハの基板厚は70μm以上必要である。ウエハの基板厚が145μmを超えると劈開歩留まりが低下するので、本発明においてウエハの基板厚dは70μm≦d≦145μmに制限した。   FIG. 5 shows a calculated value of the curvature radius with respect to the LD wafer layer thickness when there is no polishing distortion, by a one-dot chain line 503. In the LD on the GaN substrate of this embodiment, there is an AlGaN layer having an Al composition of 0.07 having a total thickness of 1.8 μm, and this alternate long and short dash line 503 is an AlGaN lattice mismatching layer having a strain amount of 0.05% and a layer thickness of 1.8 μm. It represents the warp due to. When the wafer is thinned, the warpage increases due to the influence of the AlGaN layer. In order to obtain an LD with a small curvature with a curvature radius of 3 m or more, the substrate thickness of the wafer needs to be 70 μm or more. When the substrate thickness of the wafer exceeds 145 μm, the cleavage yield decreases. Therefore, in the present invention, the substrate thickness d of the wafer is limited to 70 μm ≦ d ≦ 145 μm.

図5の実線504は歪量0.165%の研磨歪み層が層厚2μmある場合のLD層厚に対する曲率半径の計算値である。同様に、破線505は研磨歪み層が層厚3μmの場合、点線506は層厚4μmの場合のLDウエハ層厚に対する曲率半径の計算値である。実施例とほぼ一致する計算値の研磨歪み層の歪量0.165%程度であった。曲率半径が3m以上の反りの小さい実施例のLDの研磨歪み層厚は2μm〜3μmと推定される。反りの小さいLDを得るには、研磨表面が鏡面でも、2μm程度の研磨歪み層が存在しているので、それを考慮して、層厚を決定しなければならない。さらに2μm程度の研磨歪み層をドライエッチングやウエットエッチングで取り除けば、一層反りの小さいLDが得られる。   A solid line 504 in FIG. 5 is a calculated value of the radius of curvature with respect to the LD layer thickness when a polishing strain layer having a strain amount of 0.165% has a layer thickness of 2 μm. Similarly, the broken line 505 is a calculated value of the curvature radius with respect to the LD wafer layer thickness when the polishing strained layer has a layer thickness of 3 μm, and the dotted line 506 is the thickness of the LD wafer layer. The calculated strain value of the polishing strained layer almost coincided with the example was about 0.165%. The polishing strain layer thickness of the LD of an example with a small curvature with a curvature radius of 3 m or more is estimated to be 2 μm to 3 μm. In order to obtain an LD with a small warp, a polishing strain layer of about 2 μm exists even if the polishing surface is a mirror surface, and the layer thickness must be determined in consideration of this. Further, if the polishing strain layer of about 2 μm is removed by dry etching or wet etching, an LD having a smaller warpage can be obtained.

図6に本発明の実施例の窒化物半導体レ−ザの素子歩留まりのLDウエハの基板厚さ依存性を示す。従来のLDは10%以下もしくは20%以下の素子歩留まりであったのに対し、本発明では80%以上もしくは98%以上の素子歩留まりが実現できた。   FIG. 6 shows the dependency of the element yield of the nitride semiconductor laser according to the embodiment of the present invention on the substrate thickness of the LD wafer. The conventional LD has an element yield of 10% or less or 20% or less, whereas the present invention has realized an element yield of 80% or more or 98% or more.

図7に本発明の実施例の窒化物半導体レ−ザの素子寿命のLDウエハ厚さ依存性を示す。従来のLDは100mWで100時間程度の素子寿命であったが、本発明では1000時間以上の素子寿命が得られた。   FIG. 7 shows the dependence of the device lifetime of the nitride semiconductor laser according to the embodiment of the present invention on the thickness of the LD wafer. A conventional LD has a device life of about 100 hours at 100 mW, but in the present invention, a device life of 1000 hours or more was obtained.

図6、図7から、素子歩留まりと寿命の点において、LDウエハの基板厚が100μm〜115μmの場合が最も好ましいことが分かった。従来に比べて本発明の窒化物半導体レ−ザは、素子歩留まりと信頼性において10倍程度の向上が見られた。   6 and 7, it was found that the substrate thickness of the LD wafer is most preferably 100 μm to 115 μm in terms of device yield and lifetime. The nitride semiconductor laser of the present invention showed an improvement of about 10 times in device yield and reliability as compared with the prior art.

図5は、基板面に垂直な方向の厚さdと基板面の反りの曲率半径Rの相関を示す図である。第1の範囲507、すなわち基板面に垂直な方向の基板厚さdと基板面の反りの曲率半径Rが、70μm≦d≦145μmかつ0.5m≦R≦20mの場合、80%以上の素子歩留まりと100mWで700時間以上の平均寿命が得られた。第2の範囲508、すなわち80μm≦d≦135μmかつ1m≦R≦15mの場合、89%以上の素子歩留まりと100mWで1000時間以上の平均寿命が得られた。第3の範囲509、すなわち90μm≦d≦125μmかつ2m≦R≦9mの場合、94%以上の素子歩留まりと100mWで1100時間以上の平均寿命が得られた。第4の範囲510、すなわち100μm≦d≦115μmかつ3m≦R≦8mの場合、98%以上の素子歩留まりと100mWで1150時間以上の平均寿命が得られた。   FIG. 5 is a diagram showing the correlation between the thickness d in the direction perpendicular to the substrate surface and the curvature radius R of the warpage of the substrate surface. When the first range 507, that is, the substrate thickness d in the direction perpendicular to the substrate surface and the curvature radius R of the substrate surface warp are 70 μm ≦ d ≦ 145 μm and 0.5 m ≦ R ≦ 20 m, 80% or more of the elements A yield and an average life of 700 hours or more were obtained at 100 mW. In the case of the second range 508, that is, 80 μm ≦ d ≦ 135 μm and 1 m ≦ R ≦ 15 m, an element yield of 89% or more and an average life of 1000 hours or more at 100 mW were obtained. In the third range 509, ie, 90 μm ≦ d ≦ 125 μm and 2 m ≦ R ≦ 9 m, an element yield of 94% or more and an average life of 1100 hours or more at 100 mW were obtained. In the fourth range 510, that is, 100 μm ≦ d ≦ 115 μm and 3 m ≦ R ≦ 8 m, an element yield of 98% or more and an average life of 1150 hours or more at 100 mW were obtained.

以上のように本発明の化学機械研磨により、研磨による傷をなくし、歪み深さを低減できた。この結果、ウエハ反りが低減し、クラックの発生やウエハの割れが防止できるため、素子の歩留まりや信頼性が著しく向上した。素子の裏面が平坦化したことで、素子を基台(ヒートシンクを兼ねる場合がある)にマウントすると素子の裏面に形成された金属電極と基台との接触抵抗が低減し、素子の動作電圧を1V低減でき、n電極の通電劣化もなくなった。   As described above, the chemical mechanical polishing of the present invention eliminates scratches caused by polishing and reduces the strain depth. As a result, the warpage of the wafer is reduced, and the generation of cracks and the cracking of the wafer can be prevented, so that the yield and reliability of the device are remarkably improved. By flattening the back surface of the device, mounting the device on the base (which may also serve as a heat sink) reduces the contact resistance between the metal electrode formed on the back surface of the device and the base, and reduces the operating voltage of the device. The voltage can be reduced by 1 V, and the conduction deterioration of the n electrode is eliminated.

図8に本発明の第10の実施例である窒化物半導体レ−ザの断面図を示す。本実施例の窒化物半導体レ−ザは、サファイア基板上に形成されており、その構造は、2μm厚のサファイア基板の研磨歪み層800、80μm厚のサファイア基板801 、5μm厚のn−GaN層812、2μm厚のn−GaN層802、1.2μm厚のn−Al0.07Ga0.93Nクラッド層803、In0.2Ga0.8N(2.5nm)/GaN(10nm)の3層の量子井戸の活性層804、8nm厚のp−Al0.14Ga0.86N電流オーバーフロー防止層805、100nm厚のp−GaN層806、0.6μm厚のリッジ型p−Al0.07Ga0.93Nクラッド層807、p−GaNコンタクト層808、300nm厚のSiO電流狭窄マスク809、p電極810、n電極811、からなる。リッジ幅は2.3μmである。pド−パントにはMg(マグネシウム)を用い、nド−パントにはSi(シリコン)を用いる。Mgの原子濃度はp−GaNコンタクト層210には1×1020cm−3、それ以外には2×1019cm−3、Siの原子濃度はすべて2×1018cm−3である。結晶成長は前期の実施例と同様にMOVPE法で行った。FIG. 8 is a sectional view of a nitride semiconductor laser according to the tenth embodiment of the present invention. The nitride semiconductor laser of this example is formed on a sapphire substrate, and its structure is a polishing strain layer 800 of a sapphire substrate having a thickness of 2 μm, a sapphire substrate 801 having a thickness of 80 μm, and an n-GaN layer having a thickness of 5 μm. 812, 2 μm thick n-GaN layer 802, 1.2 μm thick n-Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 803, In 0.2 Ga 0.8 N (2.5 nm) / GaN (10 nm) Active layer 804 of three quantum wells, p-Al 0.14 Ga 0.86 N current overflow prevention layer 805 of 8 nm thickness, p-GaN layer 806 of 100 nm thickness, ridge type p-Al of 0.6 μm thickness A 0.07 Ga 0.93 N clad layer 807, a p-GaN contact layer 808, a 300 nm thick SiO 2 current confinement mask 809, a p electrode 810, and an n electrode 811. The ridge width is 2.3 μm. Mg (magnesium) is used for the p-type dopant, and Si (silicon) is used for the n-type dopant. The atomic concentration of Mg is 1 × 10 20 cm −3 for the p-GaN contact layer 210, 2 × 10 19 cm −3 otherwise, and the atomic concentration of Si is all 2 × 10 18 cm −3 . Crystal growth was performed by the MOVPE method as in the previous example.

ドライエッチングを用いて、n電極のために2μm厚のn−GaN層802を除去し、n−GaN層812の表面を出し、その表面にSiOマスク809を用いて、n電極811を形成する。同様にドライエッチングを用いて、0.6μm厚のリッジ型p−Al0.07Ga0.93Nクラッド層807を形成する。ドライエッチング用のマスクには、SiOのほかにZrOなどを使用してストライプ状のリッジ構造を形成することができる。さらにSiOマスク809を用いて、p電極810を形成した。次にサファイア基板801の研削と研磨を行った。本実施例における特徴は、素子のサファイア基板801の厚さが80μmであり、元ウエハの反りの曲率半径が1.5mであることである。その製造方法の特徴は、サファイア基板801の裏面に従来のダイヤモンド砥粒による研磨工程の後に化学機械研磨を用いたことである。これによって、反りの曲率半径が1.5mと小さいものができた。このときの研磨歪み層800の厚さは、サファイア基板においても2μm以内になったと考えられる。Using dry etching, the n-GaN layer 802 having a thickness of 2 μm is removed for the n-electrode, the surface of the n-GaN layer 812 is exposed, and an n-electrode 811 is formed using a SiO 2 mask 809 on the surface. . Similarly, a dry etching is used to form a ridge-type p-Al 0.07 Ga 0.93 N clad layer 807 having a thickness of 0.6 μm. As a mask for dry etching, a striped ridge structure can be formed using ZrO 2 or the like in addition to SiO 2 . Further, a p-electrode 810 was formed using a SiO 2 mask 809. Next, the sapphire substrate 801 was ground and polished. The feature of this embodiment is that the thickness of the sapphire substrate 801 of the element is 80 μm, and the curvature radius of warpage of the original wafer is 1.5 m. The manufacturing method is characterized in that chemical mechanical polishing is used on the back surface of the sapphire substrate 801 after a polishing process using conventional diamond abrasive grains. Thereby, the curvature radius of curvature was as small as 1.5 m. The thickness of the polishing strain layer 800 at this time is considered to be within 2 μm even in the sapphire substrate.

本発明の実施例の製造工程を詳しく述べる。サファイア基板(C面)の厚さは初期に350μmであったが、裏面研削によって素子ウエハを110μm厚に減少させた。その後、粒径6μmと2μmのダイヤモンドスラリを順番に用いて錫研磨盤上で82μm厚まで研磨し、さらに化学機械研磨を用いて80μm厚まで研磨した。研削は粒径60μmのダイヤモンド研削盤を用い1500回転で平均0.4μm/秒の速度で行った。化学機械研磨は粒径30nmのコロイダルシリカを用い、700g/cmの圧力で50回転/分の速度で1時間行った。得られたウエハのそりは1.5mであり、従来のものに比べて反りが低減した。ダイヤモンドでウエハのダイシングを行い、横幅300μm、ストライプ方向の縦幅600μmの窒化物半導体発光素子が得られた。素子端面にTiO2とSiOの多層膜をつけ反射率を制御し、片方の端面から自然放出光を取り出した。活性層部分の端面が完全な劈開面ではないので発振しなかったが、5mWの強い青色の自然放出光が得られた。この素子は10GHzの高い高速変調動作が可能であるので、屋内での広帯域のワイヤレス光通信等に活用できる。あるいは本発明の実施例は、蛍光体と組み合わせることで、低電圧で高寿命の白色光源として利用できる。The manufacturing process of the embodiment of the present invention will be described in detail. Although the thickness of the sapphire substrate (C surface) was 350 μm in the initial stage, the device wafer was reduced to 110 μm by grinding the back surface. Then, using a diamond slurry having a particle size of 6 μm and 2 μm in order, the slurry was polished to a thickness of 82 μm on a tin polishing board, and further polished to a thickness of 80 μm using chemical mechanical polishing. Grinding was performed at an average speed of 0.4 μm / sec at 1500 revolutions using a diamond grinder with a particle size of 60 μm. Chemical mechanical polishing was performed using colloidal silica having a particle size of 30 nm at a pressure of 700 g / cm 2 at a speed of 50 revolutions / minute for 1 hour. The warpage of the obtained wafer was 1.5 m, and the warpage was reduced as compared with the conventional one. The wafer was diced with diamond to obtain a nitride semiconductor light emitting device having a width of 300 μm and a vertical width of 600 μm in the stripe direction. Controlling the reflectance with a multilayer film of TiO2 and SiO 2 on the element end face was removed spontaneous emission light from the end face of the other. Since the end face of the active layer portion was not a complete cleavage plane, it did not oscillate, but strong blue spontaneous emission light of 5 mW was obtained. Since this element is capable of high-speed modulation operation at 10 GHz, it can be used for broadband wireless optical communication indoors. Or the Example of this invention can be utilized as a white light source with a low voltage and a long lifetime by combining with a fluorescent substance.

図9に本発明の第11の実施例である窒化物半導体レ−ザの断面図を示す。本実施例の窒化物半導体レ−ザは、C面から劈開方向である[11−20]方向に4度傾斜したホウ化ジルコニウム(ZrB)基板上に形成した。本発明の第11の実施例は、ZrB基板の研磨歪み層901、層厚110μmのZrB基板902、0.1μm厚のn−GaN層903、n−Al0.1Ga0.9N(3nm)/n−GaN(3nm)の20周期からなる120nm厚のn型超格子層904、1.7μm厚のn−Al0.1Ga0.9Nクラッド層905、In0.2Ga0.8N(2.5nm)/GaN(10nm)の3周期からなる3層の量子井戸の活性層906、8nm厚のp−Al0.14Ga0.86N電流オーバーフロー防止層907、100nm厚のp−GaN層908、0.6μm厚のリッジ型p−Al0.07Ga0.93Nクラッド層909、p−GaNコンタクト層910、300nm厚のSiO電流狭窄マスク911、p電極912、からなる。本実施例のウエハは、ウエハ厚110μm、ウエハの反りの曲率半径3.5mである。FIG. 9 shows a cross-sectional view of a nitride semiconductor laser according to an eleventh embodiment of the present invention. The nitride semiconductor laser of this example was formed on a zirconium boride (ZrB 2 ) substrate tilted 4 degrees from the C-plane in the [11-20] direction, which is the cleavage direction. The eleventh embodiment of the present invention includes a ZrB 2 substrate polishing strain layer 901, a ZrB 2 substrate 902 having a thickness of 110 μm, an n-GaN layer 903 having a thickness of 0.1 μm, and an n-Al 0.1 Ga 0.9 N. 120 nm thick n-type superlattice layer 904 consisting of 20 cycles of (3 nm) / n-GaN (3 nm), 1.7 μm thick n-Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 905, In 0.2 Ga 0.8 N (2.5 nm) / GaN (10 nm) three-layered quantum well active layer 906, 8 nm p-Al 0.14 Ga 0.86 N current overflow prevention layer 907, 100 nm Thick p-GaN layer 908, 0.6 μm thick ridge type p-Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer 909, p-GaN contact layer 910, 300 nm thick SiO 2 current confinement mask 911, p electrode 912. The wafer of this example has a wafer thickness of 110 μm and a curvature radius of the wafer warp of 3.5 m.

C面から劈開方向である[11−20]方向に0度から10度以下傾斜したZrB基板を用い、MOVPE法でステップフロ−成長させると、GaNの成長面を広い範囲でGa面にすることができるのでが好ましく、0度から1度以下の場合、量子井戸界面の急峻性が得られる。2度から10度にすると、水素パッシベーションにより、例えばマグネシウム(Mg)を拡散した場合、結晶のサイトにMgが入りやすくなり、p型の不純物が活性化しやすい。Using a ZrB 2 substrate tilted from 0 degrees to 10 degrees or less in the [11-20] direction, which is the cleavage direction from the C-plane, and using the MOVPE method for step flow growth, the GaN growth plane becomes a Ga plane in a wide range. In the case of 0 degree to 1 degree or less, the steepness of the quantum well interface can be obtained. When the temperature is set to 2 degrees to 10 degrees, for example, when magnesium (Mg) is diffused by hydrogen passivation, Mg easily enters the crystal site, and the p-type impurity is easily activated.

これまでの実施例と同様に、得られたエピウエハに光導波路用のリッジを形成し、p電極をつけ、ウエハの裏面研磨を行った。裏面研磨の仕上げとして化学機械研磨を行った。化学機械研磨は、コロイダルシリカを用い、サ−フィン上で圧力500g/cm、回転速度30回転/分の条件で1時間行った。レーザ用の共振器面は劈開により形成し、素子分離を行いレーザ素子を得た。ZrB基板上にエピタキシャル成長したGaNエピ層の劈開方向はZrB基板の劈開方向[11−20]に一致しているために、平坦な共振器面が得られた。ZrB基板上に成長したLD結晶の転位密度は5×106cm−2であり、デバイスレベルの品質のものが得られた。As in the previous examples, a ridge for an optical waveguide was formed on the obtained epi-wafer, a p-electrode was attached, and the back surface of the wafer was polished. Chemical mechanical polishing was performed as the backside polishing finish. Chemical mechanical polishing was performed for 1 hour using colloidal silica on a surf fin under the conditions of a pressure of 500 g / cm 2 and a rotation speed of 30 rotations / minute. A laser resonator surface was formed by cleavage, and element separation was performed to obtain a laser element. Cleavage direction of the ZrB 2 GaN epitaxial layer epitaxially grown on the substrate in order to match the cleavage direction [11-20] of ZrB 2 substrate, a flat cavity surface is obtained. The dislocation density of the LD crystal grown on the ZrB 2 substrate was 5 × 10 6 cm −2, and a device level quality was obtained.

ZrB(ホウ化ジルコニウム)単結晶は、融液による浮遊帯域溶融法(FZ法、フロ−ティング・ゾ−ン法)で、温度3250℃、熱勾配150℃/mm、引き出し速度20mm/時間の条件で育成される。ZrB 2 (zirconium boride) single crystal is a floating zone melting method (FZ method, floating zone method) using a melt, and has a temperature of 3250 ° C., a thermal gradient of 150 ° C./mm, and a drawing speed of 20 mm / hour. It is nurtured on condition.

ZrB基板は大光出力の窒化物半導体発光素子の基板として優れた特徴を有する。ZrB基板は、GaNと同じく6方晶であり、GaNに対して0.6%の格子定数差で格子整合する特徴と、5%の熱膨張係数差で熱膨張する特徴のため、サファイア基板上のGaNに較べ遥かに優れた品質のGaN結晶を成長できる。ZrB基板は、金属Cuを凌ぐ高い電気伝導性があり、ZrB/n−GaN界面はオ−ミック接合するため、基板をそのまま電極として使用できる。またZrB基板は金属Moとほぼ同じ高い熱伝導性があるため、熱の放散性に優れている。The ZrB 2 substrate has excellent characteristics as a substrate for a nitride semiconductor light emitting device having a high light output. The ZrB 2 substrate is hexagonal like GaN and has a feature of lattice matching with a lattice constant difference of 0.6% with respect to GaN and a feature of thermal expansion with a difference in thermal expansion coefficient of 5%. It is possible to grow GaN crystals with much better quality than the above GaN. The ZrB 2 substrate has higher electrical conductivity than the metal Cu, and the ZrB 2 / n-GaN interface is ohmic-bonded, so that the substrate can be used as an electrode as it is. Further, since the ZrB 2 substrate has almost the same high thermal conductivity as that of the metal Mo, it is excellent in heat dissipation.

ZrB基板はGaNと同様に硬くて脆い性質を有する。そのため研磨歪みが深く形成されやすく、従来の研磨では、ウエハ反りが大きくなり、ウエハを研磨冶具から取り外す際に割れが生じ、歩留まり低下が著しかった。本発明の化学機械研磨を適用することにより、ウエハ厚を110μmにしても、ウエハの反りの曲率半径は3.5mと小さく、ウエハ割れがなく、良好な劈開ができた。結局、ZrB基板上に形成されたGaN系半導体レ−ザを80%以上の歩留まりで得ることができた。用いたZrB基板の直径は2cmであったが、将来はより大口径のものが可能であり、低コストの素子が実現できる。
ZrB 2 substrate is hard and brittle like GaN. Therefore, polishing distortion is likely to be deeply formed, and in conventional polishing, the wafer warp is large, cracking occurs when the wafer is removed from the polishing jig, and the yield is markedly reduced. By applying the chemical mechanical polishing of the present invention, even when the wafer thickness was 110 μm, the curvature radius of the warpage of the wafer was as small as 3.5 m, there was no wafer cracking, and good cleavage was achieved. As a result, a GaN-based semiconductor laser formed on the ZrB 2 substrate could be obtained with a yield of 80% or more. The ZrB 2 substrate used had a diameter of 2 cm, but in the future, a larger diameter is possible, and a low-cost element can be realized.

Claims (54)

少なくとも化学機械研磨を用いて基板裏面を研磨することでウエハ厚さを薄くしている窒化物半導体発光素子用ウエハの、前記基板面に垂直な方向の基板の厚さdと基板面の反りの曲率半径Rが、曲率半径Rが0.5m以上で基板の厚さが145μm以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハ。   The thickness d of the substrate in the direction perpendicular to the substrate surface and the warpage of the substrate surface of the wafer for a nitride semiconductor light emitting device in which the wafer thickness is reduced by polishing the back surface of the substrate using at least chemical mechanical polishing. A wafer for a nitride semiconductor light emitting device, wherein the curvature radius R is 0.5 m or more and the thickness of the substrate is 145 μm or less. 前記窒化物半導体発光素子用ウエハの裏面が鏡面であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 1, wherein a back surface of the nitride semiconductor light emitting device wafer is a mirror surface. 前記窒化物半導体用ウエハースは、GaN基板上に少なくともGaと窒素とを含む発光層を有していることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 1, wherein the nitride semiconductor wafer has a light emitting layer containing at least Ga and nitrogen on a GaN substrate. 前記窒化物半導体用ウエハースは、サファイア基板上に少なくともGaN層とGaと窒素とを含む発光層とを有していることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   2. The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 1, wherein the nitride semiconductor wafer has a light emitting layer containing at least a GaN layer, Ga and nitrogen on a sapphire substrate. 前記窒化物半導体用ウエハースは、Al基板上に少なくともGaN層とGaと窒素とを含む発光層とを有していることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。 2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor wafer has at least a GaN layer and a light emitting layer containing Ga and nitrogen on an Al 2 O 3 substrate. Wafer. 前記窒化物半導体用ウエハースは、ZrB基板上に少なくともGaN層とGaと窒素とを含む発光層とを有していることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 1, wherein the nitride semiconductor wafer has a GaN layer and a light emitting layer containing Ga and nitrogen on a ZrB 2 substrate. 前記ZrB基板は、C面に対する傾斜角度が0度より大きく10度以下であることを特徴とする請求項6に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 6, wherein the ZrB 2 substrate has an inclination angle with respect to the C plane of greater than 0 degree and 10 degrees or less. 前記ZrB基板は、C面に対する傾斜角度が0度より大きく1度以下であることを特徴とする請求項6に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 6, wherein the ZrB 2 substrate has an inclination angle with respect to the C plane of greater than 0 degree and less than or equal to 1 degree. 前記ZrB基板は、C面に対する傾斜角度が2度以上10度以下であることを特徴とする請求項6に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 6, wherein the ZrB 2 substrate has an inclination angle with respect to the C plane of 2 degrees or more and 10 degrees or less. 前記窒化物半導体発光素子用ウエハ上に形成された全てのAlGa1−xN層のAl組成x(0<x≦1)とその層厚d(μm)との積x・dの総和として定義される基板上に形成されたGaN層に対する格子不整合度dLM(μm)が、0.08≦dLM≦0.35であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。Sum of products x · d of Al composition x (0 <x ≦ 1) and layer thickness d (μm) of all Al x Ga 1-x N layers formed on the nitride semiconductor light emitting device wafer 2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the degree of lattice mismatch dLM (μm) with respect to a GaN layer formed on a substrate defined as follows: 0.08 ≦ dLM ≦ 0.35 Wafers. 少なくとも化学機械研磨を用いて基板裏面を研磨することでウエハ厚さを薄くしている窒化物半導体発光素子用ウエハの、前記基板裏面の化学機械研磨による研磨歪み層の厚さが5μm以下であることを特徴する窒化物半導体発光素子用ウエハ。   At least a nitride semiconductor light emitting device wafer whose thickness is reduced by polishing the back surface of the substrate using chemical mechanical polishing has a thickness of 5 μm or less of the polishing strain layer formed by chemical mechanical polishing of the back surface of the substrate. A wafer for a nitride semiconductor light emitting device characterized by the above. 前記窒化物半導体発光素子用ウエハの裏面が鏡面であることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 11, wherein a back surface of the nitride semiconductor light emitting device wafer is a mirror surface. 前記窒化物半導体用ウエハースは、GaN基板上に少なくともGaと窒素とを含む発光層を有していることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 11, wherein the nitride semiconductor wafer has a light emitting layer containing at least Ga and nitrogen on a GaN substrate. 前記窒化物半導体用ウエハースは、サファイア基板上に少なくともGaN層とGaと窒素とを含む発光層とを有していることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 11, wherein the nitride semiconductor wafer has a light emitting layer containing at least a GaN layer, Ga, and nitrogen on a sapphire substrate. 前記窒化物半導体用ウエハースは、Al基板上に少なくともGaN層とGaと窒素とを含む発光層とを有していることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The nitride semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the nitride semiconductor wafer has at least a GaN layer and a light emitting layer containing Ga and nitrogen on an Al 2 O 3 substrate. Wafer. 前記窒化物半導体用ウエハースは、ZrB基板上に少なくともGaN層とGaと窒素とを含む発光層とを有していることを特徴とする請求項11に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 11, wherein the nitride semiconductor wafer has at least a GaN layer and a light emitting layer containing Ga and nitrogen on a ZrB 2 substrate. 前記ZrB基板、はC面に対する傾斜角度が0度より大きく10度以下であることを特徴とする請求項16に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 16, wherein the ZrB 2 substrate has an inclination angle with respect to the C plane of greater than 0 degree and equal to or less than 10 degrees. 前記ZrB基板は、C面に対する傾斜角度が0度より大きく1度以下であることを特徴とする請求項16に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 16, wherein the ZrB 2 substrate has an inclination angle with respect to a C plane of greater than 0 degree and less than or equal to 1 degree. 前記ZrB基板は、C面に対する傾斜角度が2度以上10度以下であることを特徴とする請求項16に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。The ZrB 2 substrate, a nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 16, wherein the angle of inclination with respect to the C-plane is less than 10 degrees twice. 前記窒化物半導体発光素子用ウエハ上に形成された全てのAlGa1−xN層のAl組成x(0<x≦1)とその層厚d(μm)との積x・dの総和として定義される基板上に形成されたGaN層に対する格子不整合度dLM(μm)が、0.08≦dLM≦0.35であることを特徴とする請求項11項に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。Sum of products x · d of Al composition x (0 <x ≦ 1) and layer thickness d (μm) of all Al x Ga 1-x N layers formed on the nitride semiconductor light emitting device wafer The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 11, wherein the degree of lattice mismatch dLM (μm) for a GaN layer formed on a substrate defined as: 0.08 ≦ dLM ≦ 0.35 Device wafer. 基板の裏面を機械研磨法で研磨する機械研磨工程と、
その後化学機械研磨法を用いて研磨する化学機械研磨工程とを有し、
前記基板面に垂直な方向のウエハの厚さdと基板面の反りの曲率半径Rが、曲率半径Rが0.5m以上で基板の厚さが145μm以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。
A mechanical polishing process for polishing the back surface of the substrate by a mechanical polishing method;
And then having a chemical mechanical polishing step for polishing using a chemical mechanical polishing method,
Nitride semiconductor, characterized in that the wafer thickness d in the direction perpendicular to the substrate surface and the curvature radius R of the curvature of the substrate surface are 0.5 m or more and the substrate thickness is 145 μm or less. Manufacturing method of wafer for light emitting element.
前記窒化物半導体用ウエハースは、GaN基板上に少なくともGaと窒素とを含む発光層を有していることを特徴とする請求項21に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 21, wherein the nitride semiconductor wafer has a light emitting layer containing at least Ga and nitrogen on a GaN substrate. 前記化学機械研磨時の基板への研磨圧力が0.05kg/cm〜5kg/cmであることを特徴とする請求項21に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。Method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 21, wherein the polishing pressure to the substrate during the chemical mechanical polishing is 0.05kg / cm 2 ~5kg / cm 2 . 前記化学機械研磨が、平均粒子径が5nm〜100nmのSiO、CeO、ZrO、AlおよびMnからなる群から選ばれた少なくとも1以上の砥粒と、KOH、NHOH、NaOH、H,Fe(NO)およびKIOからなる群から選ばれた少なくとも1以上の薬液を含むスラリを用いたことを特徴とする請求項21に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。In the chemical mechanical polishing, at least one abrasive selected from the group consisting of SiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and Mn 2 O 3 having an average particle diameter of 5 nm to 100 nm, KOH, NH The nitride semiconductor according to claim 21, wherein a slurry containing at least one chemical solution selected from the group consisting of 4 OH, NaOH, H 2 O 2 , Fe (NO) 2 and KIO 3 is used. Manufacturing method of wafer for light emitting element. 前記化学機械研磨の研磨パッドがスエ−ド、不織布、人工皮革、発泡構造体のいずれかであることを特徴とする請求項21に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   The method for manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 21, wherein the chemical mechanical polishing pad is any one of suede, non-woven fabric, artificial leather, and foam structure. 前記化学機械研磨時の研磨速度が1nm/min〜100nm/minであることを特徴とする請求項21に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   The method for manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 21, wherein a polishing rate during the chemical mechanical polishing is 1 nm / min to 100 nm / min. 前記化学機械研磨後、前記化学機械研磨により形成された研磨歪み層を除去する研磨歪み層除去工程とを有することを特徴とする請求項21に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   The method for producing a nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 21, further comprising a polishing strain layer removing step of removing a polishing strain layer formed by the chemical mechanical polishing after the chemical mechanical polishing. 研磨歪み層除去工程が、ウエットエッチングあるいはArイオンミリングあるいは反応性イオンエッチングやドライエッチングであることを特徴とする請求項27に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   28. The method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 27, wherein the polishing strain layer removing step is wet etching, Ar ion milling, reactive ion etching, or dry etching. 前記研磨歪み除去工程で、研磨表面から1μm以上の研磨歪み除領域を除去することを特徴とする請求項27に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   28. The method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 27, wherein a polishing strain removal region of 1 [mu] m or more is removed from the polishing surface in the polishing strain removal step. 基板の裏面を機械研磨法で研磨する機械研磨工程と、
その後化学機械研磨法を用いて研磨する化学機械研磨工程とを有し、
前記基板裏面の化学機械研磨による研磨歪み層の厚さが5μm以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。
A mechanical polishing process for polishing the back surface of the substrate by a mechanical polishing method;
And then having a chemical mechanical polishing step for polishing using a chemical mechanical polishing method,
A method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device, wherein the thickness of a strained strain layer formed by chemical mechanical polishing on the back surface of the substrate is 5 μm or less.
前記窒化物半導体用ウエハースは、GaN基板上に少なくともGaと窒素とを含む発光層を有していることを特徴とする請求項30記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 30, wherein the nitride semiconductor wafer has a light emitting layer containing at least Ga and nitrogen on a GaN substrate. 前記化学機械研磨時の基板への研磨圧力が0.05kg/cm〜5kg/cmであることを特徴とする請求項30記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。30. The nitride semiconductor light emitting method of manufacturing a device for wafer, wherein the polishing pressure to the substrate during the chemical mechanical polishing is 0.05kg / cm 2 ~5kg / cm 2 . 前記化学機械研磨が、平均粒子径が5nm〜100nmのSiO、CeO、ZrO、AlおよびMnからなる群から選ばれた少なくとも1以上の砥粒と、KOH、NHOH、NaOH、H,Fe(NO)およびKIOからなる群から選ばれた少なくとも1以上の薬液を含むスラリを用いたことを特徴とする請求項30記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。In the chemical mechanical polishing, at least one abrasive selected from the group consisting of SiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and Mn 2 O 3 having an average particle diameter of 5 nm to 100 nm, KOH, NH 31. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 30, wherein a slurry containing at least one chemical solution selected from the group consisting of 4 OH, NaOH, H 2 O 2 , Fe (NO) 2 and KIO 3 is used. A method for manufacturing an element wafer. 前記化学機械研磨の研磨パッドがスエ−ド、不織布、人工皮革、発泡構造体のいずれかであることを特徴とする請求項30記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   31. The method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 30, wherein the chemical mechanical polishing polishing pad is one of suede, non-woven fabric, artificial leather, and foam structure. 前記化学機械研磨時の研磨速度が1nm/min〜100nm/minであることを特徴とする請求項30記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   31. The method for producing a nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 30, wherein a polishing rate during the chemical mechanical polishing is 1 nm / min to 100 nm / min. 前記化学機械研磨後、前記化学機械研磨により形成された研磨歪み層を除去する研磨歪み層除去工程とを有することを特徴とする請求項30記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   31. The method for producing a nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 30, further comprising a polishing strain layer removing step of removing a polishing strain layer formed by the chemical mechanical polishing after the chemical mechanical polishing. 前記研磨歪み層除去工程が、ウエットエッチングあるいはArイオンミリングあるいは反応性イオンエッチングやドライエッチングであることを特徴とする請求項36に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   37. The method for producing a nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 36, wherein the polishing strain layer removing step is wet etching, Ar ion milling, reactive ion etching, or dry etching. 前記研磨歪み除去工程で、研磨表面から1μm以上の研磨歪み除領域を除去することを特徴とする請求項36に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   37. The method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 36, wherein a polishing strain removal region of 1 μm or more is removed from the polishing surface in the polishing strain removal step. 基板の裏面を機械研磨法で研磨する機械研磨工程と、
その後化学機械研磨法を用いて研磨する化学機械研磨工程とを有し、
前記化学機械研磨による前記基板裏面が鏡面であることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。
A mechanical polishing process for polishing the back surface of the substrate by a mechanical polishing method;
And then having a chemical mechanical polishing step for polishing using a chemical mechanical polishing method,
A method for producing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device, wherein the back surface of the substrate by chemical mechanical polishing is a mirror surface.
前記窒化物半導体用ウエハースは、GaN基板上に少なくともGaと窒素とを含む発光層を有していることを特徴とする請求項39記載の窒化物半導体発光素子用ウエハ。   40. The nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 39, wherein the nitride semiconductor wafer has a light emitting layer containing at least Ga and nitrogen on a GaN substrate. 前記化学機械研磨時の基板への研磨圧力が0.05kg/cm〜5kg/cmであることを特徴とする請求項39記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。39. The nitride semiconductor light-emitting device manufacturing method of the wafer, wherein the polishing pressure to the substrate during the chemical mechanical polishing is 0.05kg / cm 2 ~5kg / cm 2 . 前記化学機械研磨が、平均粒子径が5nm〜100nmのSiO、CeO、ZrO、AlおよびMnからなる群から選ばれた少なくとも1以上の砥粒と、KOH、NHOH、NaOH、H,Fe(NO)およびKIOからなる群から選ばれた少なくとも1以上の薬液を含むスラリを用いたことを特徴とする請求項39記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。In the chemical mechanical polishing, at least one abrasive selected from the group consisting of SiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and Mn 2 O 3 having an average particle diameter of 5 nm to 100 nm, KOH, NH 40. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 39, wherein a slurry containing at least one chemical liquid selected from the group consisting of 4 OH, NaOH, H 2 O 2 , Fe (NO) 2 and KIO 3 is used. A method for manufacturing an element wafer. 前記化学機械研磨の研磨パッドがスエ−ド、不織布、人工皮革、発泡構造体のいずれかであることを特徴とする請求項39記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   40. The method for producing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 39, wherein the chemical mechanical polishing polishing pad is one of suede, non-woven fabric, artificial leather, and foam structure. 前記化学機械研磨時の研磨速度が1nm/min〜100nm/minであることを特徴とする請求項39記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   40. The method for producing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 39, wherein a polishing rate during the chemical mechanical polishing is 1 nm / min to 100 nm / min. 前記化学機械研磨後、前記化学機械研磨により形成された研磨歪み層を除去する研磨歪み層除去工程とを有することを特徴とする請求項39記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   40. The method for producing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 39, further comprising a polishing strain layer removing step of removing a polishing strain layer formed by the chemical mechanical polishing after the chemical mechanical polishing. 研磨歪み層除去工程が、ウエットエッチングあるいはArイオンミリングあるいは反応性イオンエッチングやドライエッチングであることを特徴とする請求項43に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   44. The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 43, wherein the polishing strain layer removing step is wet etching, Ar ion milling, reactive ion etching, or dry etching. 前記研磨歪み除去工程で、研磨表面から1μm以上の研磨歪み除領域を除去することを特徴とする請求項45に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   46. The method of manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 45, wherein a polishing strain removal region of 1 [mu] m or more is removed from the polishing surface in the polishing strain removal step. 窒化物半導体発光素子用ウエハの裏面研磨工程において、
研磨ホルダ上にワックスあるいは接着剤層を形成する工程と、
該ワックスあるいは接着剤層の表面に前記窒化物半導体発光素子用ウエハの表面が接する様に前記窒化物半導体発光素子用ウエハ載置する工程とを有し、
前記窒化物半導体発光素子用ウエハと前記研磨ホルダの間には前記ワックスあるいは接着剤が狭持され、前記窒化物半導体発光素子用ウエハの中央部での前記ワックスあるいは接着剤層の層厚tが、5μm≦t≦50μmであることを特徴とする窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。
In the backside polishing process of the nitride semiconductor light emitting device wafer,
Forming a wax or adhesive layer on the polishing holder;
Placing the nitride semiconductor light emitting device wafer so that the surface of the wax or adhesive layer is in contact with the surface of the nitride semiconductor light emitting device wafer;
The wax or adhesive is sandwiched between the nitride semiconductor light emitting element wafer and the polishing holder, and the layer thickness t of the wax or adhesive layer at the center of the nitride semiconductor light emitting element wafer is 5 .mu.m.ltoreq.t.ltoreq.50 .mu.m, a method for producing a nitride semiconductor light emitting device wafer,
前記ワックスあるいは接着剤は、前記窒化物半導体発光素子用ウエハの外周囲に隣接して形成され、前記窒化物半導体発光素子用ウエハの外周囲に隣接して形成された前記ワックスあるいは接着剤の幅Wが、1mm≦W≦20mmである請求項48記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   The wax or adhesive is formed adjacent to the outer periphery of the nitride semiconductor light emitting device wafer, and the width of the wax or adhesive formed adjacent to the outer periphery of the nitride semiconductor light emitting device wafer. The method for producing a nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 48, wherein W is 1 mm ≤ W ≤ 20 mm. 前記窒化物半導体発光素子用ウエハの裏面研磨前の反りの曲率半径R1とワックスで研磨ホルダ貼り付けられた状態での前記ウエハの反りの曲率半径R2が、R1<R2であることを特徴とする請求項48に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   The curvature radius R1 of the warp of the nitride semiconductor light emitting device wafer before polishing the back surface and the curvature radius R2 of the warp of the wafer in the state where the polishing holder is attached with wax are R1 <R2. 49. A method for manufacturing a wafer for a nitride semiconductor light emitting device according to claim 48. 前記ワックスあるいは接着剤は、アルカリ溶液(PH8〜PH11)に耐性があり、融点tmが、70℃≦tm≦200℃で、且つ、アルコ−ル以外の有機溶媒に可溶であることを特徴とする請求項48に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   The wax or adhesive is resistant to an alkaline solution (PH8 to PH11), has a melting point tm of 70 ° C. ≦ tm ≦ 200 ° C., and is soluble in an organic solvent other than alcohol. The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device wafer according to claim 48. 前記研磨ホルダの材料の熱膨張係数K1が、前記窒化物半導体発光素子用ウエハの基板の熱膨張係数K0に対して、K1<6×K0であることを特徴とする請求項48に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハの製造方法。   49. The nitriding according to claim 48, wherein a thermal expansion coefficient K1 of the material of the polishing holder is K1 <6 × K0 with respect to a thermal expansion coefficient K0 of the substrate of the nitride semiconductor light emitting device wafer. For manufacturing a semiconductor light emitting device wafer. 請求項1に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハから得られたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。   A nitride semiconductor light emitting device obtained from the wafer for nitride semiconductor light emitting device according to claim 1. 請求項11に記載の窒化物半導体発光素子用ウエハから得られたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
A nitride semiconductor light-emitting device obtained from the nitride semiconductor light-emitting device wafer according to claim 11.
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