JP4031648B2

JP4031648B2 - Method for manufacturing compound semiconductor wafer

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Publication number: JP4031648B2
Application number: JP2002011855A
Authority: JP
Inventors: 聡之田村; 雅弘小川; 昌宏石田; 正昭油利
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP2002316893A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短波長レーザや高温動作トランジスタ等に用いられる窒素を組成に含む化合物半導体からなる化合物半導体ウエハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｇａ，Ａｌ，Ｂ，Ａｓ，Ｉｎ，Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも１つの元素とＮとを組成に含む化合物半導体（以下、「窒化物半導体」という）は、紫外から可視域におよぶ広範なバンドギャップエネルギーを有し、発光・受光デバイス用半導体材料として有望であることが知られている。この窒化物半導体の代表例としては、一般式がＢ_xＡｌ_yＧａ_zＩｎ_1-x-y-zＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される化合物半導体がある。そして、この窒化物半導体を用いたデバイスを作製する際の下地基板として、良質で大面積の窒化物半導体ウエハ、とりわけフリースタンディングウエハ（自立ウエハ）の実現が強く求められている。
【０００３】
フリースタンディングの窒化物半導体ウエハとは、窒化物半導体以外の材料は含まれない，窒化物半導体のみから構成されるウエハである。一般に、フリースタンディングの窒化物半導体ウエハを得るためには、窒化物半導体とは異なる材料からなる基板上に窒化物半導体膜をエピタキシャル成長させ、その後、基板を除去するという方法が用いられている。基板を除去する方法の一つとして、例えば、ＵＳＰ６，０７１，７９５号に開示されているように、基板の裏面からエキシマＫｒＦレーザ、Ｎｄ／ＹＡＧレーザを照射する手法（レーザリフトオフ）が知られている。
【０００４】
図１３（ａ），（ｂ）は、従来のフリースタンディングの窒化物半導体膜を形成する工程を示す断面図である。
【０００５】
まず、エキシマＫｒＦレーザやＮｄ／ＹＡＧレーザのレーザ光に対して透明であるサファイア基板１０１（例えば２インチ径のサファイアウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１０１をハイドライド気相成長（以下ＨＶＰＥという）装置内に導入する。
【０００６】
そして、図１３（ａ）に示す工程で、ＨＶＰＥにより、サファイア基板１０１の上に、例えば厚みが約３００μｍのＧａＮからなる窒化物半導体膜１０２を形成する。このとき、窒化物半導体膜１０２は、サファイア基板１０１の上面上に位置する平面部１０２ａと、サファイア基板１０１の側面上に位置する側面部１０２ｂとを有している。
【０００７】
次に、サファイア基板１０１の裏面から例えば波長３５５ｎｍの強いレーザ光を照射する。サファイア基板１０１は光を透過し、また照射するレーザ光のパルス幅は非常に短いので、レーザ光は窒化物半導体膜１０２のうち平面部１０２ａのサファイア基板１０１に接する領域つまり裏面部のみに吸収される。その結果、窒化物半導体膜１０２の平面部１０２ａの裏面部は加熱され、熱解離によりガリウムと窒素とに分解し、窒素ガスが発散する。そして、レーザ光をサファイア基板１０１の全面に亘って走査することにより、窒化物半導体膜１０２とサファイア基板１０１とが分離する。そして、サファイア基板１０１を取り外すことにより、フリースタンディングの窒化物半導体ウエハとなる窒化物半導体膜１０２が得られる。その後、窒化物半導体膜１０２の上に、Ｇａ，Ａｌ，Ｂ，Ａｓ，Ｉｎ，Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも１つの元素とＮとを組成に含む化合物半導体（一般式がＢ_xＡｌ_yＧａ_zＩｎ_1-x-y-zＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される化合物半導体）の１又は２以上の結晶層をエピタキシャル成長させることにより、各種の化合物半導体デバイスが得られる。
【０００８】
また、フリースタンディングの窒化物半導体ウエハを得るための他の方法として、サファイア基板１０１を機械的に研磨することにより、フリースタンディングの窒化物半導体ウエハとなる窒化物半導体膜を得る方法も知られている。
【０００９】
また、フリースタンディングの窒化物半導体ウエハを得るための別の方法としては、サファイア基板の代わりにＧａＡｓ基板やＳｉ基板等のエッチングにより容易に除去できる材料を用い、ＨＶＰＥによる窒化物半導体膜のエピタキシャル成長後に、研磨ではなくウェットエッチングによってＧａＡｓ基板やＳｉ基板を除去する方法も試みられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では以下のような不具合があった。
【００１１】
図１３（ａ），（ｂ）に示す方法では、窒化物半導体膜１０２のうち平面部１０２ａの裏面部はレーザ光の照射によって分解され、窒化物半導体膜１０２の平面部１０２ａとサファイア基板１０１とは比較的容易に分離する。ところが、窒化物半導体膜１０２の側面部１０２ｂにはレーザ光が照射されにくいので、側面部１０２ｂのサファイア基板１０１との界面付近の領域を分解することは一般には困難である。したがって、例えばサファイア基板１０１と窒化物半導体膜１０２とを加熱して、窒化物半導体膜１０２とサファイア基板１０１とを互いに分離しようとすると、窒化物半導体膜１０２の側面部１０２ｂに窒化物半導体膜１０２の側面部１０２ｂとサファイア基板１０１との熱膨張係数差による応力が集中し、側面部１０２ｂにクラックが発生し、ついには窒化物半導体膜１０２の平面部１０２ａが割れてしまうというおそれがあった。
【００１２】
また、サファイア基板１０１の側面部は、上面部とは結晶方位が異なり、しかも、基板製造時の加工処理などによって結晶性が乱れているので、窒化物半導体膜１０２の側面部１０２ｂは、結晶性が悪くほとんど多結晶構造に近い部分もある。そのために、窒化物半導体膜１０２の側面部１０２ｂは、一般に割れや欠けが容易に生じやすいことも、不具合を生じる原因の１つになっている。
【００１３】
また、サファイア基板１０１を研磨により除去する方法においては、研磨中にサファイア基板１０１とともに窒化物半導体膜１０２の側面部１０２ｂも同時に研磨されるので、機械的ストレスによってこの側面部１０２ｂを起点として窒化物半導体膜１０２の平面部１０２ａに達するクラックや割れが生じやすい。そのために、この方法を利用しても、独立した大面積の窒化物半導体膜１０２を再現性よく得ることが困難であった。
【００１４】
また、ＧａＡｓ基板やＳｉ基板を用い、研磨ではなくエッチングによってＧａＡｓ基板やＳｉ基板を除去する方法においては、基板除去後のウエハのハンドリング中に窒化物半導体膜１０２が割れやすく、そこを起点として窒化物半導体膜１０２に大きくクラックや割れが生じやすい。そのために、この方法を利用しても、独立した大面積の窒化物半導体膜１０２を再現性よく得ることが困難であった。
【００１５】
さらに、このようにして得られた独立した窒化物半導体ウエハ（窒化物半導体膜１０２）は、その上に半導体デバイスなどを形成する前に表面研磨処理を行うのが一般的であるが、その表面研磨工程の際にも、機械的ストレスによって側面部１０２ｂが割れやすく、そこを起点としてウエハ全体が割れてしまうというおそれがあった。
【００１６】
また、ウエハ全体に割れが生じない場合でも、分離あるいは研磨の過程での過剰な機械的ストレスによってウエハ内にクラックが残留しているおそれがあった。そして、クラックが残留している窒化物半導体ウエハの上に、電界効果トランジスタ、ＬＥＤ、レーザダイオードなどの半導体素子を形成した場合、残留しているクラックが電流リークの原因となり信頼性が低下したり、クラックが光の散乱中心となり発光効率が低下するおそれもあった。
【００１７】
本発明の目的は、フリースタンディングの大面積の窒化物半導体ウエハを歩留まりよく、かつ、再現性よく得るための化合物半導体ウエハの製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の化合物半導体ウエハの製造方法は、基板の上面及び側面のうちの一部を覆う閉環状の保護膜を形成する工程（ａ）と、上記工程（ａ）の後に、上記基板の上面及び側面のうち上記保護膜によって覆われていない領域の上に、窒素を組成に含む化合物半導体膜をエピタキシャル成長させる工程（ｂ）と、上記工程（ｂ）の後に、上記基板を除去する工程（ｃ）とを含み、上記工程（ａ）で形成される保護膜は、上記工程（ｂ）で形成される化合物半導体膜のエピタキシャル成長を阻害する機能を有するものである。
【００１９】
この方法により、化合物半導体膜のうち基板の上面からエピタキシャル成長した部分だけをフリースタンディングウエハとして利用することが可能になる。そして、この部分には、基板の側面から成長した部分がないので、後工程におけるクラックや欠けの発生を抑制することができる。また、基板の側面付近におけるエピタキシャル成長条件の変動の影響が少ない良質のウエハが得られる。
【００２０】
上記工程（ａ）では、少なくとも上記基板の側面全体を覆うように上記保護膜を形成することにより、化合物半導体膜が基板の上面からエピタキシャル成長した部分のみによって構成されるので、上述の作用効果を確実に発揮することができる。
【００２１】
上記工程（ａ）では、上記基板の上面の一部のみを覆うように上記保護膜を形成することにより、基板の上面からエピタキシャル成長した化合物半導体膜と、基板の側面からエピタキシャル成長した化合物半導体膜とが得られるので、前者のみをフリースタンディングのウエハとして用いることができる。
【００２２】
上記工程（ａ）では、上記保護膜の環幅の最小値が上記化合物半導体膜の膜厚よりも大きくなるように上記保護膜を形成することにより、基板の上面からエピタキシャル成長した化合物半導体膜と、基板の側面からエピタキシャル成長した化合物半導体膜とを確実に分離することができる。
【００２３】
上記保護膜は、シリコン酸化膜，シリコン窒化膜，シリコン酸窒化膜及びリフラクトリ金属膜のうちから選ばれるいずれか１つの膜によって構成されていることが好ましい。
【００２４】
上記工程（ｃ）では、上記基板を研磨によって除去することができる。
【００２５】
上記工程（ｂ）では、上記基板の吸収端波長よりも長い吸収端波長を有する化合物半導体により上記化合物半導体膜を形成し、上記工程（ｃ）では、上記基板側から上記基板の吸収端波長と上記化合物半導体膜の吸収端波長との中間の波長を有する光を照射することにより、上記化合物半導体膜の一部を分解して上記基板と上記化合物半導体膜とを分離させることができる。
【００２６】
上記工程（ｃ）では、上記基板をエッチングによって除去することもできる。
【００２７】
また、上記工程（ｃ）の後に、上記化合物半導体膜の裏面を研磨することが好ましい。
【００２８】
本発明の第２の化合物半導体ウエハの製造方法は、基板上に窒素を組成に含む化合物半導体膜をエピタキシャル成長させる工程（ａ）と、上記化合物半導体膜のうち少なくとも上記基板の側面上に位置する部分を除去する工程（ｂ）と、上記工程（ｂ）の後で、上記基板を除去する工程（ｃ）とを含んでいる。
【００２９】
この方法により、化合物半導体膜のうち基板の上面からエピタキシャル成長した部分だけをフリースタンディングウエハとして利用することが可能になる。そして、この部分には、基板の側面から成長した部分がないので、後工程におけるクラックや欠けの発生を抑制することができる。特に、基板の側面付近におけるエピタキシャル成長条件の変動の影響を受けた部分をより確実に除去できるので、良質のウエハが得られる。
【００３０】
上記工程（ｂ）では、上記化合物半導体膜のうち少なくとも上記基板の側面上に位置する部分を研磨により除去することができる。
【００３１】
上記工程（ｂ）では、上記基板及び化合物半導体膜のうち側面からある距離だけ内側に位置する部位を閉環状に切断していくことができる。
【００３２】
上記工程（ｂ）では、上記化合物半導体膜のうち側面からある距離だけ内側に位置する部位までの部分を除去することができる。
【００３３】
この第２の化合物半導体ウエハの製造方法においても、上述の第１の化合物半導体ウエハの製造方法と同様の好ましい形態を採用することができる。
【００３４】
本発明の第３の化合物半導体ウエハの製造方法は、基板の上面及び側面を覆う膜を堆積する工程（ａ）と、上記膜を少なくとも上記基板の上面が露出するまで除去することにより、上記基板及び上記膜の上面を平坦化して、上記基板の少なくとも側面を覆う閉環状の保護膜を形成する工程（ｂ）と、上記工程（ｂ）の後に、上記基板の上面のうち上記保護膜によって覆われていない領域の上に、窒素を組成に含む化合物半導体膜をエピタキシャル成長させる工程（ｃ）と、上記工程（ｃ）の後に、上記基板を除去する工程（ｄ）とを含み、上記工程（ｂ）で形成される保護膜は、上記工程（ｃ）で形成される化合物半導体膜のエピタキシャル成長を阻害する機能を有するものである。
【００３５】
この方法により、化合物半導体膜のうち基板の上面からエピタキシャル成長した部分だけをフリースタンディングウエハとして利用することが可能になる。そして、この部分には、基板の側面から成長した部分がないので、後工程におけるクラックや欠けの発生を抑制することができる。また、基板の側面付近におけるエピタキシャル成長条件の変動の影響が少ない良質のウエハが得られる。
【００３６】
上記工程（ａ）の前に、上記基板の外周部をある深さまで除去して切り欠き部を形成する工程をさらに含み、上記工程（ｂ）では、上記保護膜が上記基板の側面及び切り欠き部を覆うように上記保護膜を形成することにより、上述の効果に加えて、基板の側面付近におけるエピタキシャル成長条件の変動の影響がさらに少ない良質のウエハが得られる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す縦断面図及び平面図である。なお、図１（ａ）〜（ｅ）において、サファイア基板及びＧａＮ膜は円形で図示されているが、一部に、ウエハの結晶方位を示すいわゆるオリフラ（オリエンテーションフラット）が設けられているのが一般的である。その場合にも、本実施形態及び各変形例や、後述する各実施形態における作用効果には変わりがないので、以下の説明においては、「円形」とは、オリフラがある場合をも含むものとする。
【００３８】
まず、図１（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのサファイア基板１（サファイアウエハ）の表面上に、ＣＶＤにより、厚さ約１００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜２ｘを形成する。このとき、ＳｉＯ₂ 膜２ｘは、サファイア基板１の上面及び側面を覆っている。
【００３９】
次に、図１（ｂ）に示す工程で、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングによりＳｉＯ₂ 膜２ｘをパターニングして、ＳｉＯ₂ 膜２ｘのうちサファイア基板１の上面を覆う環幅ｄ１（例えば２ｍｍ）の閉環状部２ａと、サファイア基板１の側面を覆う側面部２ｂとからなる保護膜２を形成する。
【００４０】
次に、図１（ｃ）に示す工程で、保護膜２が付設されたサファイア基板１を、ＨＶＰＥ装置の反応炉にセットし、サファイア基板１を約１０００℃に加熱した状態で、反応炉の上流側から、Ｇａ金属とＨＣｌガスとによって生成されたＧａＣｌガスと、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）とを原料ガスとして供給し、窒素ガス（Ｎ₂ ）をキャリアガスとして供給する。これにより、約７．５時間で、サファイア基板１の上面のうち露出している部分の上に、厚さ約３００μｍのＧａＮ膜３がエピタキシャル成長する。その際、ＧａＮ結晶はＳｉＯ₂ 膜である保護膜２の上にはエピタキシャル成長しないので、ＧａＮ膜３の下部の直径は、保護膜２の閉環状部２ａの内径（本実施形態では、約４６ｍｍ）にほぼ等しくなる。しかし、ＧａＮ結晶は、上方にエピタキシャル成長して保護膜２の上面に達すると、保護膜２の上面上に沿って側方にもラテラル成長する。したがって、最終的には、ＧａＮ膜３の上部の直径は４６ｍｍよりもやや大きくなる。例えば本実施形態では、ＧａＮ膜３の上部の直径は、約４６．６ｍｍであり、図１（ｃ）に示す寸法ｄ２＝０．３ｍｍであった。
【００４１】
次に、図１（ｄ）に示す工程で、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、波長３５５ｎｍのＮｄ／ＹＡＧレーザの３倍高調波を用いたレーザ光のビームをサファイア基板１の裏面からＧａＮ膜３に照射する。ＧａＮの吸収端波長は約３６０〜３７０ｎｍであり、レーザ光の波長よりも長いため、ＧａＮはレーザ光を吸収し発熱する。レーザ光のエネルギー密度が十分大きくすれば、この発熱によってＧａＮ膜３のうちサファイア基板１に接する部分，つまり裏面部が界面近傍で分解される。本実施形態においては、レーザ光のエネルギー密度が概ね０．４Ｊ／ｃｍ² 以上のときにこのような現象を確認することができた。
【００４２】
そして、このような条件でレーザ光のビームをウエハ全面に亘って走査することにより、図１（ｅ）に示すように、サファイア基板１と分離したフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）が得られる。
【００４３】
本実施形態では、サファイア基板１の上面の一部及び側面を覆う閉環状の保護膜２を形成しておいて、保護膜２を残した状態で、サファイア基板１のうち保護膜２によって覆われていない領域の上に窒化物半導体膜であるＧａＮ膜３をエピタキシャル成長させている。したがって、サファイア基板１の側面の上には、ＧａＮ結晶は成長しないので、ＧａＮ膜３のうちサファイア基板１に接している裏面部全体を確実に分解することができる。よって、ＧａＮ膜３とサファイア基板１とを円滑に互いに分離させることができ、フリースタンディングのＧａＮウエハ（窒化物半導体ウエハ）を再現性よく得ることができる。
【００４４】
また、以上のようにして得られたフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）の上に、Ｇａ，Ａｌ，Ｂ，Ａｓ，Ｉｎ，Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも１つの元素とＮとを組成に含む化合物半導体（例えば一般式がＢ_xＡｌ_yＧａ_zＩｎ_1-x-y-zＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される化合物半導体）からなるＬＥＤを形成した場合、電流リークがほとんどなく信頼性の高い素子を得ることができた。これは、サファイア基板１を分離する過程で、ＧａＮ膜３に過剰な機械的ストレスがかからないためにＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）内にクラックが残留しなかったためと考えられる。
【００４５】
なお、本実施形態で得られたＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）の裏面には、保護膜２の上面上に沿ってラテラル成長した部分（上部）と、保護膜２の開口部内で上方にエピタキシャル成長した部分（下部）との間に、ある程度の段差が生じるが、ＧａＮ膜３をサファイア基板１と分離させた後に、ＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）の裏面を研磨することにより、段差を容易に除去することができる。そして、このような裏面研磨工程においても、ＧａＮ膜３の周辺部分には、サファイア基板１の側面からエピタキシャル成長した部分が存在しないので、機械的ストレスによるＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）の割れはほとんど生じることがなく、大面積のＧａＮウエハを再現性よく得ることができる。
【００４６】
一方、閉環状のＳｉＯ₂ からなる保護膜２の閉環状部２ａの環幅ｄ１は、ＧａＮ膜３のうち保護膜２の上面に沿ってラテラル成長する部分がウエハの外周端に達しない程度の環幅であることが好ましい。ＧａＮ膜３のうちラテラル成長した部分がウエハの側面にまでまわり込むと、ＧａＮ膜３とサファイア基板１との分離や、ＧａＮ膜３の裏面の研磨に手間を要するおそれがあるからである。
【００４７】
ただし、図１（ｂ）に示す閉環状の保護膜２の平面部２ａの環幅ｄ１がほとんど０であってもよい。その場合、窒化物半導体膜のうちラテラル成長した部分がウエハの側面に沿って成長することになるが、その場合にも、ＧａＮ膜３とサファイア基板１との分離や、ＧａＮ膜３の裏面の研磨は可能だからである。
【００４８】
−変形例１−
上記第１の実施形態では、サファイア基板１に対して同心円状にＳｉＯ₂ からなる保護膜２を残したが、必ずしも同心円である必要はない。
【００４９】
図２は、第１の実施形態の変形例１におけるサファイア基板１及び保護膜２の平面図及びII−II線における縦断面図である。図２は、変形例１の製造工程中の図１（ｂ）に示す工程に相当する工程のみを示している。図２に示すように、この変形例１では、保護膜２の閉環状部２ａがサファイア基板１の同心位置からオフセットしている。この場合にも、閉環状部２ａの環幅の最小値ｄmin が、ＧａＮ膜３のうち保護膜２の上面に沿ってラテラル成長する部分がウエハの外周端に達しない程度の環幅であることが好ましい。第１の実施形態と同じ理由による。
【００５０】
−変形例２−
上記第１の実施形態では、ほぼ円形のサファイア基板１の上にほぼ円形のＧａＮ膜３を形成する場合について説明したが、サファイア基板１ならびにＧａＮ膜３の形状は任意に選ぶことができる。
【００５１】
図３は、第１の実施形態の変形例２におけるサファイア基板１及び保護膜２の平面図及びIII−III線における縦断面図である。図３は、変形例２の製造工程中の図１（ｂ）に示す工程に相当する工程のみを示している。図３に示すように、この変形例２では、サファイア基板１がほぼ円形であるのに対し、保護膜２の閉環状部２ａの内周部が矩形である。したがって、ほぼ円形のサファイア基板１の上に矩形のＧａＮ膜がエピタキシャル成長することになる。この場合にも、閉環状部２ａの環幅の最小値ｄmin が、ＧａＮ膜３のうち保護膜２の上面に沿ってラテラル成長する部分がウエハの外周端に達しない程度の環幅であることが好ましい。第１の実施形態と同じ理由による。
【００５２】
−変形例３−
図４は、第１の実施形態の変形例３におけるサファイア基板１及び保護膜２の平面図及びIV−IV線における縦断面図である。図４は、変形例３の製造工程中の図１（ｂ）に示す工程に相当する工程のみを示している。図４に示すように、この変形例３では、サファイア基板１が矩形で、保護膜２の閉環状部２ａの内周部も矩形である。したがって、矩形のサファイア基板１の上に矩形のＧａＮ膜がエピタキシャル成長することになる。この場合にも、閉環状部２ａの環幅ｄ１が、ＧａＮ膜３のうち保護膜２の上面に沿ってラテラル成長する部分がウエハの外周端に達しない程度の環幅であることが好ましい。第１の実施形態と同じ理由による。
【００５３】
−変形例４−
図１５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態の変形例４における化合物半導体ウエハの製造方法を示す縦断面図である。
【００５４】
まず、図１５（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのサファイア基板１（サファイアウエハ）のコーナー部を例えばダイヤモンド砥石を用いて研削して、例えば幅２ｍｍ，深さ１μｍの切り欠き部１ｘを形成する。
【００５５】
次に、図１５（ｂ）に示す工程で、サファイア基板１の表面上に、ＣＶＤにより、厚さ約１．１μｍのＳｉＯ₂ 膜２ｘを形成する。このとき、ＳｉＯ₂ 膜２ｘは、サファイア基板１（切り欠き部１ｘを含む）の上面及び側面を覆っている。
【００５６】
次に、図１５（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の上面が露出するまでＣＭＰ（化学機械的研磨）を行なって、ＳｉＯ₂ 膜２ｘ及びサファイア基板１の上面を平坦化する。これにより、ＳｉＯ₂ 膜２ｘのうちサファイア基板１の切り欠き部１ｘを覆う環幅２ｍｍの閉環状部２ａと、サファイア基板１の側面を覆う側面部２ｂとからなる保護膜２を形成する。
【００５７】
次に、図１５（ｄ）に示す工程で、第１の実施形態と同様の手順及び条件で、サファイア基板１の上面のうち露出している部分の上に、厚さ約３００μｍのＧａＮ膜３をエピタキシャル成長させる。その際、ＧａＮ結晶は、保護膜２の上面上に沿って側方にもラテラル成長する。したがって、ＧａＮ膜３の直径は、保護膜２の閉環状部２ａの内径（本実施形態では、約４６ｍｍ）よりも大きくなる。
【００５８】
次に、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、第１の実施形態と同じ手順及び条件で、レーザ光のビームをサファイア基板１の裏面からＧａＮ膜３に照射する。そして、レーザ光のビームをウエハ全面に亘って走査することにより、第１の実施形態と同様に、サファイア基板１と分離したフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）が得られる。
【００５９】
本変形例では、サファイア基板１の外周部に予め切り欠き部１ｘを形成しておいて、その後、ＳｉＯ₂ 膜の堆積及びＣＭＰによってサファイア基板１の切り欠き部１ｘ及び側面を覆う閉環状の保護膜２を形成しておいて、保護膜２を残した状態で、サファイア基板１のうち保護膜２によって覆われていない領域の上に窒化物半導体膜であるＧａＮ膜３をエピタキシャル成長させている。したがって、サファイア基板１の側面の上には、ＧａＮ結晶は成長しないので、ＧａＮ膜３のうちサファイア基板１および保護膜２に接している裏面部全体を確実に分解することができる。よって、第１の実施形態と同様に、ＧａＮ膜３とサファイア基板１とを円滑に互いに分離させることができ、フリースタンディングのＧａＮウエハ（窒化物半導体ウエハ）を再現性よく得ることができる。
【００６０】
この変形例においては、特に、ＧａＮ膜３の裏面を研磨しなくても、裏面がほぼ平坦なフリースタンディングのＧａＮウエハを得ることができるという利点がある。
【００６１】
また、ＧａＮ膜３とサファイア基板１とを分離した後、ごく短時間のＣＭＰを行なうだけで、保護膜２付きのサファイア基板１を再利用することができるという利点がある。
【００６２】
−変形例５−
図１６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の変形例５における化合物半導体ウエハの製造方法を示す縦断面図である。
【００６３】
まず、図１６（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのサファイア基板１（サファイアウエハ）の表面上に、ＣＶＤにより、厚さ約１μｍのＳｉＯ₂ 膜２ｘを形成する。このとき、ＳｉＯ₂ 膜２ｘは、サファイア基板１の上面及び側面を覆っている。
【００６４】
次に、図１６（ｂ）に示す工程で、サファイア基板１の上面が露出するまでＣＭＰ（化学機械的研磨）を行なって、ＳｉＯ₂ 膜２ｘ及びサファイア基板１の上面を平坦化する。これにより、サファイア基板１の側面を覆う環幅約１μｍの保護膜２を形成する。
【００６５】
次に、図１６（ｃ）に示す工程で、第１の実施形態と同様の手順及び条件で、サファイア基板１の上面のうち露出している部分の上に、厚さ約３００μｍのＧａＮ膜３をエピタキシャル成長させる。その際、ＧａＮ結晶は、保護膜２の上面上に沿って側方にもラテラル成長する。したがって、ＧａＮ膜３の直径は、サファイア基板１の外径（本実施形態では、約５０．８ｍｍ）よりも大きくなる。
【００６６】
次に、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、第１の実施形態と同じ手順及び条件で、レーザ光のビームをサファイア基板１の裏面からＧａＮ膜３に照射する。そして、レーザ光のビームをウエハ全面に亘って走査することにより、第１の実施形態と同様に、サファイア基板１と分離したフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）が得られる。
【００６７】
本変形例では、ＳｉＯ₂ 膜の堆積及びＣＭＰによってサファイア基板１の側面のみを覆う閉環状の保護膜２を形成しておいて、保護膜２を残した状態で、サファイア基板１のうち保護膜２によって覆われていない領域の上に窒化物半導体膜であるＧａＮ膜３をエピタキシャル成長させている。したがって、サファイア基板１の側面の上には、ＧａＮ結晶は成長しないので、ＧａＮ膜３のうちサファイア基板１および保護膜２に接している裏面部全体を確実に分解することができる。よって、第１の実施形態と同様に、ＧａＮ膜３とサファイア基板１とを円滑に互いに分離させることができ、フリースタンディングのＧａＮウエハ（窒化物半導体ウエハ）を再現性よく得ることができる。
【００６８】
また、この変形例においては、変形例４と同様に、特に、ＧａＮ膜３の裏面を研磨しなくても、裏面がほぼ平坦なフリースタンディングのＧａＮウエハを得ることができるという利点がある。
【００６９】
また、ＧａＮ膜３とサファイア基板１とを分離した後、ごく短時間のＣＭＰを行なうだけで、保護膜２付きのサファイア基板１を再利用することができるという利点がある。
【００７０】
ただし、変形例４の場合には、保護膜２の厚みを厚くしなくても、保護膜の幅を厚く（上記変形例４では、約２ｍｍ）確保することができるので、変形例５に比べて、サファイア基板１の側面付近におけるエピタキシャル成長条件の変動の影響がさらに少ない良質の化合物半導体ウエハを得らることができる。
【００７１】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態及び各変形例においては、図１（ｂ）に示す工程で、保護膜２の閉環状部２ａの内側はすべて開口されており、サファイア基板１のうち閉環状部２ａの内側に位置する部分はすべて露出されている。しかし、本発明の製造方法は、必ずしもかかる第１の実施形態及び各変形例の方法に限定されるものではない。
【００７２】
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における化合物半導体ウエハの製造工程を示す断面図である。本実施形態の説明においては、平面図の図示を省略する。
【００７３】
まず、図５（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのサファイア基板１（サファイアウエハ）の表面上に、ＣＶＤにより、厚さ約１００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜１１ｘを形成する。このとき、ＳｉＯ₂ 膜１１ｘは、サファイア基板１の上面及び側面を覆っている。
【００７４】
次に、図５（ｂ）に示す工程で、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりＳｉＯ₂ 膜１１ｘをパターニングして、ＳｉＯ₂ 膜１１ｘのうちサファイア基板１の上面の一部を覆う上面部１１ａと、サファイア基板１の側面を覆う側面部１１ｂとからなる保護膜１１を形成する。このとき、上面部１１ａは、第１の実施形態と同じ閉環状部を有するとともに、閉環状部の内側においてもサファイア基板１の上面をほぼ覆っている。そして、保護膜１１の上面部１１ａには、約１０μｍの間隔で直径約２μｍの孔１２が２次元的に設けられている。
【００７５】
次に、図５（ｃ）に示す工程で、保護膜１１が付設されたサファイア基板１を、ＨＶＰＥ装置の反応炉にセットし、サファイア基板１を約１０００℃に加熱した状態で、反応炉の上流側から、Ｇａ金属とＨＣｌガスとによって生成されたＧａＣｌガスと、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）とを原料ガスとして供給し、窒素ガス（Ｎ₂ ）をキャリアガスとして供給する。これにより、約７．５時間で、サファイア基板１の上面のうち露出している部分の上に、厚さ約３００μｍのＧａＮ膜３がエピタキシャル成長する。このとき、ＧａＮ結晶は、各孔１２内を上方にエピタキシャル成長して保護膜１１の上面に達すると、保護膜１１の上面上に沿って側方にもラテラル成長する。そして、各孔１２の上方においてラテラル成長したＧａＮ結晶同士がやがて合体して、連続的なＧａＮ膜３が形成される。
【００７６】
このとき、ＧａＮ膜３には、サファイア基板１との格子不整合などによってある程度の転位などの欠陥が生じる。そして、ＧａＮ膜３のうち孔１２の上方に縦方向にエピタキシャル成長する部分には、転位などの欠陥が伝搬するが、ＧａＮ膜３のうち保護膜１１の上方に位置する部分はラテラル成長によって形成されているので、転位などの欠陥はほとんど伝搬しておらず、高い結晶性を有している。
【００７７】
その後の工程の図示は省略するが、第１の実施形態と同様に、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、波長３５５ｎｍのＮｄ／ＹＡＧレーザの３倍高調波を用いたレーザ光のビームをサファイア基板１の裏面からＧａＮ膜３に照射し、レーザ光のビームをウエハ全面に亘って走査することにより、サファイア基板１と分離したフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）を得る。このときの条件は、第１の実施形態で説明したとおりである。
【００７８】
本実施形態によれば、基本的には第１の実施形態と同じ作用効果を発揮することができる。加えて、保護膜１１によってサファイア基板１の上面の大部分を覆った状態で、保護膜１１の開口部からＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させた後、保護膜１１の上面上に沿ってＧａＮ結晶をラテラル成長させることで、ＧａＮ膜３を形成しているので、保護膜１１上には転位などの欠陥の伝搬のほとんどない良質の結晶層を形成することができる。よって、ＧａＮ膜３全体の欠陥密度を低減することができる。
【００７９】
（第３の実施形態）
上記第１の実施形態では、ＳｉＯ₂ からなる保護膜２によってサファイア基板１の外周部を覆っているが、保護膜２がサファイア基板１の外周部や側面を覆っている必要はない。
【００８０】
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態における化合物半導体ウエハの製造工程を示す断面図である。本実施形態の説明においては、平面図の図示を省略する。
【００８１】
まず、図６（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのサファイア基板１（サファイアウエハ）の表面上に、ＣＶＤにより、厚さ約１００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜１５ｘを形成する。このとき、ＳｉＯ₂ 膜１５ｘは、サファイア基板１の上面及び側面を覆っている。
【００８２】
次に、図６（ｂ）に示す工程で、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりＳｉＯ₂ 膜１５ｘをパターニングして、ＳｉＯ₂ 膜１５ｘのうちサファイア基板１の上面の一部を覆う環幅ｄ３の閉環状の保護膜１５を形成する。このとき、ＳｉＯ₂ 膜１５ｘのうちサファイア基板１の側面及び側面に隣接する外周部は除去される。
【００８３】
次に、図６（ｃ）に示す工程で、保護膜１５が付設されたサファイア基板１を、ＨＶＰＥ装置の反応炉にセットし、サファイア基板１を約１０００℃に加熱した状態で、反応炉の上流側から、Ｇａ金属とＨＣｌガスとによって生成されたＧａＣｌガスと、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）とを原料ガスとして供給し、窒素ガス（Ｎ₂ ）をキャリアガスとして供給する。これにより、約７．５時間で、サファイア基板１の上面のうち露出している部分の上に、厚さ約３００μｍのＧａＮ膜３がエピタキシャル成長する。このとき、サファイア基板１の上面のうち保護膜１５の内側に位置する部分からは下地基板として利用するＧａＮ膜３が成長し、サファイア基板１の上面のうち保護膜１５の外側に位置する部分及び側面からは、利用しない部分であるＧａＮ膜３’が成長する。そして、各ＧａＮ膜３，３’の厚みが保護膜１５の厚みを越えると、保護膜１５の上面に沿ってラテラル成長する。そして、保護膜１５の外周部と内周部とから個別にラテラル成長するＧａＮ膜３，３’が互いに接しないうちにエピタキシャル成長を停止する。
【００８４】
その後の工程の図示は省略するが、第１の実施形態と同様に、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、波長３５５ｎｍのＮｄ／ＹＡＧレーザの３倍高調波を用いたレーザ光のビームをサファイア基板１の裏面からＧａＮ膜３に照射し、レーザ光のビームをウエハ全面に亘って走査することにより、サファイア基板１と分離したフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）を得る。このときの条件は、第１の実施形態で説明したとおりである。
【００８５】
以上の説明では、レーザ光の照射によりサファイア基板１を分離したが、本発明におけるサファイア基板１を除去する方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、研磨による除去方法を用いることができる。また、サファイア基板の代わりにＳｉ基板やＧａＡｓ基板を用いた場合には、エッチングによる除去方法を用いることができる。
【００８６】
本実施形態においても、保護膜１５の環幅ｄ３はＧａＮ膜３の膜厚よりも大きいことが必要である。
【００８７】
本実施形態においては、サファイア基板１の径よりも小さい外径を有する保護膜１５を形成し、２つのＧａＮ膜３，３’を個別に設けて、保護膜１５の内方のＧａＮ膜３のみをフリースタンディングのＧａＮウエハとして用いるようにしている。したがって、本実施形態においても、保護膜１５を用いることにより、第１の実施形態の効果が得られる。
【００８８】
それに加えて、本実施形態においては、特に、サファイア基板１を研磨によって除去する手法を採用するときに、以下のような格別の効果が得られる。すなわち、サファイア基板１の研磨の際に、保護膜１５の外側に形成されたＧａＮ膜３’の存在により、保護膜１５の内方に形成されたＧａＮ膜３に印加される機械的ストレスが相対的に弱くなる。したがって、フリースタンディングのＧａＮウエハであるＧａＮ膜３における割れの発生が抑制される。
【００８９】
上記第１〜第３の実施形態（変形例を含む）においては、ＧａＮ膜３のエピタキシャル成長を妨げるための保護膜として、ＳｉＯ₂ 膜を用いたが、本発明の保護膜を構成する材料は上記各実施形態に限定されるものではない。ＳｉＯ₂ 膜（シリコン酸化膜）以外に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜），シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜），リフラクトリ金属膜（Ｗ膜，Ｍｏ膜，Ｔａ膜，Ｃｏ膜，Ｔｉ膜など）などを用いることができる。
【００９０】
また、本発明によって製造されるフリースタンディングウエハの大きさについては、上記第１〜第３の実施形態（変形例を含む）おける大きさに限定されるものではないが、ウエハの大きさが大きくなるにつれて従来技術と比較してより顕著な効果が得られる。とりわけ、従来の方法では約５ｍｍ角以上の大きさのフリースタンディングウエハを再現性よく得ることが困難であったが、本発明による技術を用いることにより、再現性よくフリースタンディングウエハを得ることができる。
【００９１】
（第４の実施形態）
図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す縦断面図及び平面図である。なお、図７（ａ）〜（ｅ）において、サファイア基板及びＧａＮ膜は円形で図示されているが、一部に、ウエハの結晶方位を示すいわゆるオリフラ（オリエンテーションフラット）が設けられているのが一般的である。その場合にも、本実施形態における作用効果には変わりがないので、以下の説明においては、「円形」とは、オリフラがある場合をも含むものとする。
【００９２】
まず、図７（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのサファイア基板１（サファイアウエハ）を準備する。そして、図７（ｂ）に示す工程で、サファイア基板１を、ＨＶＰＥ装置の反応炉にセットし、サファイア基板１を約１０００℃に加熱した状態で、反応炉の上流側から、Ｇａ金属とＨＣｌガスとによって生成されたＧａＣｌガスと、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）とを原料ガスとして供給し、窒素ガス（Ｎ₂ ）をキャリアガスとして供給する。これにより、約７．５時間で、サファイア基板１の表面上に、厚さ約３００μｍのＧａＮ膜３ｘがエピタキシャル成長する。このとき、ＧａＮ膜３ｘは、サファイア基板１の上面を覆う部分３ａとサファイア基板１の側面を覆う部分３ｂとを有している。
【００９３】
次に、図７（ｃ）に示す工程で、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、ウエハの外周部を研磨して、ＧａＮ膜３ｘの外周部を除去するとともに、サファイア基板１の外周部のある深さまで掘り下げる。これにより、サファイア基板１の外周部が段付き形状になり、ＧａＮ膜３ｘは、サファイア基板１の上面の上にもに位置するＧａＮ膜３と、サファイア基板１の側面上のみに位置するＧａＮ膜３’とに分離される。
【００９４】
次に、図７（ｄ）に示す工程で、波長３５５ｎｍのＮｄ／ＹＡＧレーザの３倍高調波を用いたレーザ光のビームをサファイア基板１の裏面からＧａＮ膜３に照射する。ＧａＮの吸収端波長は約３６０〜３７０ｎｍであり、レーザ光の波長よりも長いため、ＧａＮはレーザ光を吸収し発熱する。レーザ光のエネルギー密度が十分大きくすれば、この発熱によってＧａＮ膜３のうちサファイア基板１に接する部分，つまり裏面部が界面近傍で分解される。本実施形態においては、レーザ光のエネルギー密度が概ね０．４Ｊ／ｃｍ² 以上のときにこのような現象を確認することができた。
【００９５】
そして、このような条件でレーザ光のビームをウエハ全面に亘って走査することにより、図７（ｅ）に示すように、サファイア基板１と分離したフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）が得られる。
【００９６】
図８は、図７（ｃ）に示す研磨工程を概略的に示す斜視図である。同図に示すように、研磨装置は、ほぼ垂直方向の回転軸を有する回転ステージ５１と、回転ステージ５１の回転軸とほぼ９０度の角度をなす回転軸を有する研磨板５２とを備えている。そして、ウエハを回転ステージ５１に固定し、高速回転する研磨板５２をウエハの外周部に押し当てる。この状態で、回転ステージ５１をゆっくりと回転させることにより、ＧａＮ膜３ｘの外周部を除去して、個別のＧａＮ膜３，３’に分離させる。
【００９７】
以上の説明では、レーザ光の照射によりサファイア基板１を分離したが、本発明におけるサファイア基板１を除去する方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、研磨による除去方法を用いることができる。また、サファイア基板の代わりにＳｉ基板やＧａＡｓ基板を用いた場合には、エッチングによる除去方法を用いることができる。
【００９８】
本実施形態においても、上記第３の実施形態と同じ効果を発揮することができる。すなわち、第１の実施形態の効果に加えて、サファイア基板１を研磨によって基板を分離する場合には、サファイア基板１の側面上に形成されたＧａＮ膜３’の存在により、サファイア基板１の上面上に形成されたＧａＮ膜３に印加される機械的ストレスが相対的に弱くなる。したがって、フリースタンディングのＧａＮウエハであるＧａＮ膜３における割れの発生が抑制される。
【００９９】
（第５の実施形態）
図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す断面図である。本実施形態においては、ウエハの平面図の図示は省略する。
【０１００】
まず、図９（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのサファイア基板１（サファイアウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１を、ＨＶＰＥ装置の反応炉にセットし、サファイア基板１を約１０００℃に加熱した状態で、反応炉の上流側から、Ｇａ金属とＨＣｌガスとによって生成されたＧａＣｌガスと、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）とを原料ガスとして供給し、窒素ガス（Ｎ₂ ）をキャリアガスとして供給する。これにより、約７．５時間でサファイア基板１の表面上に、厚さ約３００μｍのＧａＮ膜３ｘがエピタキシャル成長する。このとき、ＧａＮ膜３ｘは、サファイア基板１の上面を覆う部分３ａとサファイア基板１の側面を覆う部分３ｂとを有している。
【０１０１】
次に、図９（ｂ）に示す工程で、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、ウエハの外周部を研磨して、ＧａＮ膜３ｘの外周部及び側面部を除去するとともに、サファイア基板１の外周部も除去する。これにより、サファイア基板１の上面上に位置するＧａＮ膜３のみが残存することになる。
【０１０２】
次に、図９（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の裏面からＧａＮ膜３にＮｄ／ＹＡＧレーザの３次高調波（波長３５５ｎｍ）を照射する。Ｎｄ／ＹＡＧレーザのパルス幅は５ｎｓ、光強度３００ｍＪ／ｃｍ² 、ビーム径は７ｍｍである。また、Ｎｄ／ＹＡＧレーザのパルス幅は５ｎｓと非常に短いので、レーザ光はＧａＮ膜３のサファイア基板１との界面のごく近傍の領域に局所的に吸収される。レーザ光のエネルギー密度が十分大きくすれば、この発熱によってＧａＮ膜３のうちサファイア基板１に接する部分，つまり裏面部が界面近傍で分解される。本実施形態においては、レーザ光のエネルギー密度が概ね０．４Ｊ／ｃｍ² 以上のときにこのような現象を確認することができた。
【０１０３】
そして、このような条件でレーザ光のビームをウエハ全面に亘って走査することにより、サファイア基板１と分離したフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）が得られる。
【０１０４】
図１０は、図９（ｂ）に示す研磨工程を概略的に示す斜視図である。同図に示すように、研磨装置は、ほぼ垂直方向の回転軸を有する回転ステージ５５と、研磨板５６とを備えている。研磨板５６としては、例えばダイヤモンド砥石が用いられる。そして、ウエハを回転ステージ５５に固定し、研磨板５６をウエハの外周部に押し当てる。この状態で、回転ステージ５５をゆっくりと回転させることにより、ＧａＮ膜３ｘ及びサファイア基板１の外周部を除去する。次工程で行なわれるレーザリフトオフ工程で、ＧａＮ膜のクラックや割れを防ぐには、ＧａＮ膜３ｘのうちサファイア基板１の側面上に位置する部分３ｂのみを除去すれば十分であるが、本実施形態のようにサファイア基板１の側面をもある程度研磨してもよい。ただし、サファイア基板１を除去することなく、ＧａＮ膜３ｘ中の部分３ｂのみを除去することがより好ましい。
【０１０５】
本実施形態においても、上記第１の実施形態と同じ効果を発揮することができる。さらに、第１の実施形態の効果に加えて、フリースタンディングウエハであるＧａＮ膜３の裏面がほぼ平坦であるので、第１の実施形態のごとく裏面を研磨する必要がないという利点がある。
【０１０６】
加えて、最終的にＧａＮウエハであるＧａＮ膜３の平面寸法は、サファイア基板１の平面寸法とほとんど変わらないという効果が得られる。すなわち、サファイア基板１の大きさを選択することで、任意の大きさのＧａＮウエハを得ることが可能となる。
【０１０７】
（第６の実施形態）
図１１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第６の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す断面図である。本実施形態においては、ウエハの平面図の図示は省略する。
【０１０８】
まず、図１１（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのＧａＡｓ基板５（ＧａＡｓウエハ）を準備する。そして、ＧａＡｓ基板５を、ＨＶＰＥ装置の反応炉にセットし、ＧａＡｓ基板５を約１０００℃に加熱した状態で、反応炉の上流側から、Ｇａ金属とＨＣｌガスとによって生成されたＧａＣｌガスと、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）とを原料ガスとして供給し、窒素ガス（Ｎ₂ ）をキャリアガスとして供給する。これにより、約５時間でＧａＡｓ基板５の表面上に、厚さ約２００μｍのＧａＮ膜３ｘを形成する。このとき、ＧａＮ膜３ｘは、ＧａＡｓ基板５の上面を覆う部分３ａとＧａＡｓ基板５の側面を覆う部分３ｂとを有している。そして、ＧａＮ膜３ｘのうちＧａＡｓ基板５の側面上に位置する部分３ｂの膜厚も、ＧａＮ膜３ｘのうちＧａＡｓ基板５の上面上に位置する部分３ａの膜厚と同程度である。
【０１０９】
次に、図１１（ｂ）に示す工程で、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、ウエハの外周部を研磨して、ＧａＮ膜３ｘの外周部及び側面部を除去するとともに、ＧａＡｓ基板５の外周部も除去する。これにより、ＧａＡｓ基板５の上面上に位置するＧａＮ膜３のみが残存することになる。このとき、本実施形態のようにＧａＡｓ基板５の側面をもある程度研磨してもよいが、ＧａＡｓ基板５を除去することなく、ＧａＮ膜３ｘ中の部分３ｂのみを除去することがより好ましい。
【０１１０】
次に、図１１（ｃ）に示す工程で、ＧａＡｓ基板５を研磨によって除去する。これにより、図１１（ｄ）に示すように、フリースタンディングのＧａＮウエハであるＧａＮ膜３が得られる。このとき、研磨剤として、ダイヤモンド、ＳｉＣ等の微粉末を用いることが好ましい。最終仕上げの研磨剤の粒径を細かくすれば、フリースタンディングウエハであるＧａＮ膜３の裏面を平坦かつ鏡面にすることもできる。
【０１１１】
なお、ＧａＡｓ基板５に代えて、サファイア基板，ＳｉＣ基板，ダイヤモンド基板などを用いることができる。ただし、ＧａＡｓ基板やＳｉ基板の場合には、研磨ではなく、エッチングを用いて除去することも可能である。
【０１１２】
本実施形態においても、上記第１の実施形態と同じ効果を発揮することができる。さらに、第１の実施形態の効果に加えて、最終的にＧａＮウエハであるＧａＮ膜３の平面寸法は、ＧａＡｓ基板５の平面寸法とほとんど変わらないという効果が得られる。すなわち、ＧａＡｓ基板５の大きさを選択することで、任意の大きさのＧａＮウエハを得ることが可能となる。
【０１１３】
（第７の実施形態）
図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第７の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す断面図である。本実施形態においては、ウエハの平面図の図示は省略する。
【０１１４】
まず、図１２（ａ）に示す工程で、直径約５０．８ｍｍ，厚さ約３００μｍのサファイア基板１（サファイアウエハ）を準備する。そして、サファイア基板１を、ＨＶＰＥ装置の反応炉にセットし、サファイア基板１を約１０００℃に加熱した状態で、反応炉の上流側から、Ｇａ金属とＨＣｌガスとによって生成されたＧａＣｌガスと、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）とを原料ガスとして供給し、窒素ガス（Ｎ₂ ）をキャリアガスとして供給する。これにより、約５時間でサファイア基板１の表面上に、厚さ約２００μｍのＧａＮ膜３ｘがエピタキシャル成長する。このとき、ＧａＮ膜３ｘは、サファイア基板１の上面を覆う部分３ａとサファイア基板１の側面を覆う部分３ｂとを有している。
【０１１５】
次に、図１２（ｂ）に示す工程で、ウエハをＨＶＰＥ装置の反応炉から取り出し、ウエハの外周部を閉環状に切断して、ＧａＮ膜３ｘの外周部及び側面部を除去するとともに、サファイア基板１の外周部も除去する。これにより、サファイア基板１の上面上に位置するＧａＮ膜３のみが残存することになる。
【０１１６】
このとき、ウエハを切断する方法としては、へき開やダイヤモンドカッターを用いる方法が好ましい。ダイヤモンドカッターで切断を行なう場合には、多角形に切断する方法や円形に切断する方法がある。切断により除去する量は、大きすぎると、ＧａＮウエハの面積が小さくなってしまうので、結晶性のよくない除去されるべき外周部の幅ｄ４を、原料ガスの流速、圧力等を変化させて検討すると、最大で７．５ｍｍ程度であった。この幅ｄ４は、反応管内における原料ガスの拡散過程から決まると考えられる。そこで、本実施形態の条件においては、切断により除去する外周部の幅ｄ４は、７．５ｍｍ以下とするのが好ましい。ただし、ウエハの外径やガスの種類，流量などの条件によって、適正な幅ｄ４が変わる可能性がある。
【０１１７】
次に、図１２（ｃ）に示す工程で、サファイア基板１の裏面からＧａＮ膜３にＮｄ／ＹＡＧレーザの３次高調波（波長３５５ｎｍ）を照射する。Ｎｄ／ＹＡＧレーザのパルス幅は５ｎｓ、光強度３００ｍＪ／ｃｍ² 、ビーム径は７ｍｍである。また、Ｎｄ／ＹＡＧレーザのパルス幅は５ｎｓと非常に短いので、レーザ光はＧａＮ膜３のサファイア基板１との界面のごく近傍の領域に局所的に吸収される。レーザ光のエネルギー密度が十分大きくすれば、この発熱によってＧａＮ膜３のうちサファイア基板１に接する部分，つまり裏面部が界面近傍で分解される。本実施形態においては、レーザ光のエネルギー密度が概ね０．４Ｊ／ｃｍ² 以上のときにこのような現象を確認することができた。
【０１１８】
そして、このような条件でレーザ光のビームをウエハ全面に亘って走査することにより、サファイア基板１と分離したフリースタンディングのＧａＮ膜３（ＧａＮウエハ）が得られる。
【０１１９】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を発揮することができる。本実施形態においては、ＧａＮウエハの面積が加工前のサファイア基板１の面積よりも小さくなるので、面積の減少を見込んでサファイア基板１をあらかじめ大きくしておくことにより、所望の大きさのフリースタンディングのＧａＮウエハを得ることができる。
【０１２０】
−実施例−
本実施例においては、上記第７の実施形態において製造されたＧａＮウエハ（ＧａＮ膜３）を用いて作成した発光ダイオードについて説明する。
【０１２１】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態の実施例における発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【０１２２】
まず、図１４（ａ）に示す工程で、有機金属気相成長装置を用いて、ＧａＮウエハ２０の上に厚み約４μｍのｎ型ＧａＮ結晶膜２１をエピタキシャル成長させる。成長温度は１０３０℃で、Ｇａ原料としてはトリメチルガリウム、Ｎ原料としてはＮＨ₃ を用いる。また、ドナー不純物であるＳｉの原料にはＳｉＨ₄ を、キャリアガスにはＨ₂ を用いる。次に、キャリアガスをＮ₂ に切り替え、成長温度を８００℃に降温して、ｎ型ＧａＮ結晶膜２１の上に厚み約２０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ結晶膜２２をエピタキシャル成長させる。Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウムを用いる。その後、再び１０２０℃まで昇温し、厚み約８００ｎｍのｐ型ＧａＮ結晶膜２３をエピタキシャル成長させる。アクセプタ不純物であるＭｇの原料には、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。
【０１２３】
次に、図１４（ｂ）に示す工程で、ｐ型ＧａＮ結晶膜２３のエピタキシャル成長後、ＧａＮウエハを、アニーリング装置で窒素雰囲気中、７００℃で２０分間アニーリングして、最上層のｐ型ＧａＮ結晶膜２３をさらに低抵抗化する。
【０１２４】
次に、アニール後、オーミック電極として、ＧａＮウエハ２０の裏面上には、Ｔｉ／Ａｌの多層構造の裏面電極２４を、ｐ型ＧａＮ結晶膜２３の上には、Ｎｉ／Ａｕ電極２５をそれぞれ形成する。
【０１２５】
その後、図１４（ｃ）に示す工程で、ウエハをカットして、ウエハを５００μｍ角のチップ３０に分割し、各チップ３０を発光ダイオードとする。
【０１２６】
この発光ダイオードの特性を評価したところ、基板全面に対して、非常に良好な特性が得られた。
【０１２７】
従来の製造方法によって製造された化合物半導体ウエハ（ＧａＮウエハ）では、基板（サファイア基板やＧａＡｓ基板など）の側面からの成長部分を含んでいることから、ウエハの外周部に形成された発光ダイオードにおいて良好な特性が得られなかった。また、従来の製造方法によって製造されたＧａＮ膜（化合物半導体ウエハ）を用いると、プロセス中にＧａＮ膜の外周部や側面部が欠けて、それがＧａＮ膜の表面に付着するため、基板の外周部や側面上に形成されたＧａＮ膜以外でもダイオードの特性が劣化した部分が見られた。
【０１２８】
これらの結果より、ＧａＮ膜のうち外周部を除去することにより、発光ダイオードや半導体レーザの歩留まりを向上させることができることがわかった。
【０１２９】
（その他の実施形態）
上記各実施形態において、サファイア基板１上に、低温緩衝層（図示せず）を形成した後、ＧａＮ膜３を形成してもよい。
【０１３０】
また、ＧａＮ膜を形成する際のキャリアガスとして、Ｈ₂ や、Ｎ₂ ／Ｈ₂ の混合ガスなどを用いてもよい。
【０１３１】
また、以上の各実施形態では、フリースタンディングのＧａＮウエハ（ＧａＮ膜３）を作製する場合について述べたが、本発明の化合物半導体ウエハの製造方法は、ＧａＮウエハに限らず他の窒素を含む化合物半導体ウエハの製造にも適用することができ、それらの場合にも同様の効果を得ることができる。つまり、本発明は、Ｇａ，Ａｌ，Ｂ，Ａｓ，Ｉｎ，Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも１つの元素とＮとを組成に含む化合物半導体のウエハに適用することができる。その代表的なものとしては、一般式がＢ_xＡｌ_yＧａ_zＩｎ_1-x-y-zＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される化合物半導体のウエハ、具体的には、ＡｌＮウエハ、ＡｌＧａＮウエハ、ＩｎＧａＮウエハ、ＡｌＧａＩｎＮウエハ，ＢＮウエハ、ＢＡｌＮウエハ、ＢＧａＮウエハ等がある。
【０１３２】
また、化合物半導体ウエハを形成する下地となる基板として、上記各実施形態においては、サファイア基板又はＧａＡｓ基板を用いたが、サファイア基板，ＧａＡｓ基板以外の基板であっても、窒素を含む化合物半導体膜のエピタキシャル成長が可能である限り、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。サファイア基板，ＧａＡｓ基板以外の例としては、スピネル基板，Ｓｉ基板，ＳｉＣ基板等が挙げられる。また、これら基板の表面に予めＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、ＡｌＮ膜等の窒素を含む化合物半導体の薄膜を形成したものを用いてもよい。
【０１３３】
なお、レーザとしては、エネルギーがＧａＮのバンドギャップよりも大きいものを用い、Ｎｄ／ＹＡＧレーザの３次高調波の他にはエキシマＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）等を用いることが好ましい。また、サファイア基板１以外に、スピネル基板を用いた場合にも、レーザ光を通過させることができるので、レーザ光がＧａＮ膜３のみに吸収されることを利用した基板の分離が可能になる。
【０１３４】
なお、上記各実施形態及びその変形例においては、保護膜２としてＳｉＯ₂ 膜を用いたが、本発明の保護膜はこれに限定されるものではない。本発明の保護膜としては、ＳｉＯ₂ 膜だけでなく、窒素を組成に含む化合物半導体膜のエピタキシャル成長を阻害する機能を有するものであれば、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ 膜，ＺｒＯ₂ 膜，ＭｇＯ膜等の各種の酸化膜はじめ他の材料を用いることができる。特に、保護膜としては、レーザ光を透過させる透明性のあるものが好ましい。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明の化合物半導体ウエハの製造方法によると、基板の上面からエピタキシャル成長させた化合物半導体膜のみをフリースタンディングウエハとして利用することができるので、クラック，欠けの少ない良質の化合物半導体ウエハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す縦断面図及び平面図である。
【図２】第１の実施形態の変形例１におけるサファイア基板及び保護膜の平面図及びII−II線における縦断面図である。
【図３】第１の実施形態の変形例２におけるサファイア基板及び保護膜の平面図及びIII−III線における縦断面図である。
【図４】第１の実施形態の変形例３におけるサファイア基板及び保護膜の平面図及びIV−IV線における縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における化合物半導体ウエハの製造工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態における化合物半導体ウエハの製造工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す縦断面図及び平面図である。
【図８】図７（ｃ）に示す研磨工程を概略的に示す斜視図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図９（ｃ）に示す研磨工程を概略的に示す斜視図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第６の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第７の実施形態における化合物半導体ウエハの製造方法を示す断面図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）は、従来のフリースタンディングの窒化物半導体膜を形成する工程を示す断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態の実施例における発光ダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態の変形例４における化合物半導体ウエハの製造方法を示す縦断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の変形例５における化合物半導体ウエハの製造方法を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１サファイア基板
２保護膜
２ｘＳｉＯ₂ 膜
２ａ閉環状部
２ｂ側面部
３ＧａＮ膜
５ＧａＡｓ基板
１１保護膜
１１ｘＳｉＯ₂ 膜
１１ａ上面部
１１ｂ側面部
１２孔
１５保護膜
１５ｘＳｉＯ₂ 膜
１５ａ上面部
１５ｂ側面部
５１回転ステ−ジ
５２研磨板
５５回転ステージ
５６研磨板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a compound semiconductor wafer made of a compound semiconductor containing nitrogen as a composition used for a short wavelength laser, a high temperature operation transistor, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a compound semiconductor (hereinafter referred to as “nitride semiconductor”) containing at least one element of Ga, Al, B, As, In, P, and Sb and N in the composition ranges from the ultraviolet to the visible range. It has a wide band gap energy and is known to be promising as a semiconductor material for light emitting / receiving devices. As a typical example of this nitride semiconductor, the general formula is B _x Al _y Ga _z In _1-xyz There is a compound semiconductor represented by N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ x + y + z ≦ 1). As a base substrate for manufacturing a device using the nitride semiconductor, there is a strong demand for realizing a high-quality, large-area nitride semiconductor wafer, particularly a free-standing wafer (self-standing wafer).
[0003]
A free-standing nitride semiconductor wafer is a wafer composed only of a nitride semiconductor, which does not include materials other than nitride semiconductors. In general, in order to obtain a free-standing nitride semiconductor wafer, a method is used in which a nitride semiconductor film is epitaxially grown on a substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor, and then the substrate is removed. As one of the methods for removing the substrate, for example, as disclosed in US Pat. No. 6,071,795, a method (laser lift-off) in which excimer KrF laser or Nd / YAG laser is irradiated from the back surface of the substrate is known. Yes.
[0004]
FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing a conventional step of forming a free-standing nitride semiconductor film.
[0005]
First, a sapphire substrate 101 (for example, a 2-inch diameter sapphire wafer) that is transparent to laser light from an excimer KrF laser or an Nd / YAG laser is prepared. Then, the sapphire substrate 101 is introduced into a hydride vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as HVPE) apparatus.
[0006]
13A, the nitride semiconductor film 102 made of GaN having a thickness of, for example, about 300 μm is formed on the sapphire substrate 101 by HVPE. At this time, the nitride semiconductor film 102 has a flat surface portion 102 a located on the upper surface of the sapphire substrate 101 and a side surface portion 102 b located on the side surface of the sapphire substrate 101.
[0007]
Next, a strong laser beam having a wavelength of 355 nm, for example, is irradiated from the back surface of the sapphire substrate 101. Since the sapphire substrate 101 transmits light and the pulse width of the irradiated laser beam is very short, the laser beam is absorbed only in the region of the nitride semiconductor film 102 in contact with the sapphire substrate 101, that is, the back surface portion. The As a result, the back surface portion of the planar portion 102a of the nitride semiconductor film 102 is heated, decomposes into gallium and nitrogen by thermal dissociation, and nitrogen gas is emitted. The nitride semiconductor film 102 and the sapphire substrate 101 are separated by scanning the laser beam over the entire surface of the sapphire substrate 101. Then, by removing the sapphire substrate 101, the nitride semiconductor film 102 to be a free-standing nitride semiconductor wafer is obtained. Thereafter, a compound semiconductor (general formula is represented by B) having a composition containing at least one element of Ga, Al, B, As, In, P, and Sb and N on the nitride semiconductor film 102. _x Al _y Ga _z In _1-xyz N (a compound semiconductor represented by 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ x + y + z ≦ 1)) by epitaxially growing one or more crystal layers, various compounds A semiconductor device is obtained.
[0008]
As another method for obtaining a free-standing nitride semiconductor wafer, a method of obtaining a nitride semiconductor film to be a free-standing nitride semiconductor wafer by mechanically polishing the sapphire substrate 101 is also known. Yes.
[0009]
Another method for obtaining a free-standing nitride semiconductor wafer is to use a material that can be easily removed by etching such as a GaAs substrate or Si substrate instead of a sapphire substrate, and after epitaxial growth of the nitride semiconductor film by HVPE. A method of removing a GaAs substrate or Si substrate by wet etching instead of polishing has also been attempted.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method has the following problems.
[0011]
In the method shown in FIGS. 13A and 13B, the back surface portion of the planar portion 102a of the nitride semiconductor film 102 is decomposed by laser light irradiation, and the planar portion 102a of the nitride semiconductor film 102, the sapphire substrate 101, and the like. Are separated relatively easily. However, since the side surface portion 102b of the nitride semiconductor film 102 is difficult to be irradiated with laser light, it is generally difficult to decompose the region near the interface of the side surface portion 102b with the sapphire substrate 101. Therefore, for example, when the sapphire substrate 101 and the nitride semiconductor film 102 are heated and the nitride semiconductor film 102 and the sapphire substrate 101 are separated from each other, the nitride semiconductor film 102 is formed on the side surface portion 102 b of the nitride semiconductor film 102. There is a risk that stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the side surface portion 102b and the sapphire substrate 101 concentrates, cracks occur in the side surface portion 102b, and the flat surface portion 102a of the nitride semiconductor film 102 eventually breaks.
[0012]
Further, the side surface portion of the sapphire substrate 101 has a crystal orientation different from that of the upper surface portion, and the crystallinity is disturbed due to processing or the like at the time of manufacturing the substrate. However, there are some parts that are almost polycrystalline structures. For this reason, the side surface portion 102b of the nitride semiconductor film 102 is generally easily cracked or chipped, which is one of the causes of defects.
[0013]
Further, in the method of removing the sapphire substrate 101 by polishing, the side surface portion 102b of the nitride semiconductor film 102 is simultaneously polished together with the sapphire substrate 101 during polishing, and therefore, the nitride starting from the side surface portion 102b by mechanical stress. Cracks and cracks that reach the planar portion 102a of the semiconductor film 102 are likely to occur. Therefore, even if this method is used, it is difficult to obtain an independent large-area nitride semiconductor film 102 with good reproducibility.
[0014]
Further, in the method of using a GaAs substrate or Si substrate and removing the GaAs substrate or Si substrate by etching instead of polishing, the nitride semiconductor film 102 is easily broken during the handling of the wafer after removing the substrate, and nitriding starts from there. Large cracks and cracks are likely to occur in the physical semiconductor film 102. Therefore, even if this method is used, it is difficult to obtain an independent large-area nitride semiconductor film 102 with good reproducibility.
[0015]
Further, the independent nitride semiconductor wafer (nitride semiconductor film 102) thus obtained is generally subjected to a surface polishing treatment before forming a semiconductor device or the like on the independent nitride semiconductor wafer (nitride semiconductor film 102). Also in the polishing process, the side surface portion 102b is easily broken by mechanical stress, and there is a fear that the entire wafer is cracked starting there.
[0016]
Further, even when cracks do not occur in the entire wafer, there is a possibility that cracks remain in the wafer due to excessive mechanical stress in the process of separation or polishing. When a semiconductor element such as a field effect transistor, LED, or laser diode is formed on a nitride semiconductor wafer in which cracks remain, the remaining cracks cause current leakage and the reliability decreases. In addition, the crack may become a light scattering center, which may reduce the light emission efficiency.
[0017]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a compound semiconductor wafer for obtaining a free-standing large-area nitride semiconductor wafer with good yield and good reproducibility.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The first compound semiconductor wafer manufacturing method of the present invention includes a step (a) of forming a closed annular protective film covering a part of the upper surface and side surface of the substrate, and the substrate after the step (a). A step (b) of epitaxially growing a compound semiconductor film containing nitrogen in the composition on a region not covered with the protective film on the upper surface and the side surface of the substrate, and a step of removing the substrate after the step (b) (C) and the protective film formed in the step (a) has a function of inhibiting the epitaxial growth of the compound semiconductor film formed in the step (b).
[0019]
This method makes it possible to use only a portion of the compound semiconductor film epitaxially grown from the upper surface of the substrate as a free standing wafer. And since this part does not have the part which grew from the side surface of the board | substrate, generation | occurrence | production of the crack and a chip | tip in a post process can be suppressed. In addition, a high-quality wafer that is less affected by fluctuations in epitaxial growth conditions near the side surface of the substrate can be obtained.
[0020]
In the step (a), the protective film is formed so as to cover at least the entire side surface of the substrate, so that the compound semiconductor film is constituted only by the portion epitaxially grown from the upper surface of the substrate. Can be demonstrated.
[0021]
In the step (a), by forming the protective film so as to cover only a part of the upper surface of the substrate, a compound semiconductor film epitaxially grown from the upper surface of the substrate and a compound semiconductor film epitaxially grown from the side surface of the substrate are formed. Thus, only the former can be used as a free-standing wafer.
[0022]
In the step (a), by forming the protective film so that the minimum value of the ring width of the protective film is larger than the film thickness of the compound semiconductor film, a compound semiconductor film epitaxially grown from the upper surface of the substrate; The compound semiconductor film epitaxially grown from the side surface of the substrate can be reliably separated.
[0023]
The protective film is preferably composed of any one film selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a refractory metal film.
[0024]
In the step (c), the substrate can be removed by polishing.
[0025]
In the step (b), the compound semiconductor film is formed of a compound semiconductor having an absorption edge wavelength longer than the absorption edge wavelength of the substrate. In the step (c), the absorption edge wavelength of the substrate is determined from the substrate side. By irradiating light having a wavelength intermediate between the absorption edge wavelengths of the compound semiconductor film, a part of the compound semiconductor film can be decomposed to separate the substrate and the compound semiconductor film.
[0026]
In the step (c), the substrate can be removed by etching.
[0027]
Moreover, it is preferable to polish the back surface of the compound semiconductor film after the step (c).
[0028]
According to the second method for producing a compound semiconductor wafer of the present invention, the step (a) of epitaxially growing a compound semiconductor film containing nitrogen in the composition on a substrate, and a portion of the compound semiconductor film located on at least the side surface of the substrate. (B), and after the step (b), a step (c) of removing the substrate is included.
[0029]
This method makes it possible to use only a portion of the compound semiconductor film epitaxially grown from the upper surface of the substrate as a free standing wafer. And since this part does not have the part which grew from the side surface of the board | substrate, generation | occurrence | production of the crack and a chip | tip in a post process can be suppressed. In particular, since the portion affected by the fluctuation of the epitaxial growth conditions in the vicinity of the side surface of the substrate can be more reliably removed, a high-quality wafer can be obtained.
[0030]
In the step (b), at least a portion of the compound semiconductor film located on the side surface of the substrate can be removed by polishing.
[0031]
In the step (b), a portion of the substrate and the compound semiconductor film that is located inside by a certain distance from the side surface can be cut into a closed ring shape.
[0032]
In the step (b), a portion of the compound semiconductor film up to a portion located inside a certain distance from the side surface can be removed.
[0033]
Also in the manufacturing method of this 2nd compound semiconductor wafer, the preferable form similar to the manufacturing method of the above-mentioned 1st compound semiconductor wafer is employable.
[0034]
The third compound semiconductor wafer manufacturing method of the present invention includes the step (a) of depositing a film covering the upper surface and side surfaces of the substrate, and removing the film until at least the upper surface of the substrate is exposed, And (b) forming a closed annular protective film covering at least the side surface of the substrate by flattening the upper surface of the film, and covering the upper surface of the substrate with the protective film after the step (b). A step (c) of epitaxially growing a compound semiconductor film containing nitrogen in a composition on an unexposed region; and a step (d) of removing the substrate after the step (c). ) Has a function of inhibiting the epitaxial growth of the compound semiconductor film formed in the step (c).
[0035]
This method makes it possible to use only a portion of the compound semiconductor film epitaxially grown from the upper surface of the substrate as a free standing wafer. And since this part does not have the part which grew from the side surface of the board | substrate, generation | occurrence | production of the crack and a chip | tip in a post process can be suppressed. In addition, a high-quality wafer that is less affected by fluctuations in epitaxial growth conditions near the side surface of the substrate can be obtained.
[0036]
Before the step (a), the method further includes a step of removing the outer peripheral portion of the substrate to a certain depth to form a notch, and in the step (b), the protective film is formed on the side surface of the substrate and the notch. By forming the protective film so as to cover the portion, in addition to the above-described effects, a high-quality wafer can be obtained in which the influence of fluctuations in epitaxial growth conditions near the side surface of the substrate is further reduced.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
1A to 1E are a longitudinal sectional view and a plan view showing a method of manufacturing a compound semiconductor wafer in the first embodiment of the present invention. In FIGS. 1A to 1E, the sapphire substrate and the GaN film are illustrated in a circle, but a so-called orientation flat (orientation flat) indicating the crystal orientation of the wafer is provided in part. It is common. Even in that case, since there is no change in the effects of the present embodiment, each modification, and each embodiment to be described later, in the following description, “circular” includes a case where there is an orientation flat.
[0038]
First, in the step shown in FIG. 1 (a), about 100 nm thick SiO 2 is formed on the surface of a sapphire substrate 1 (sapphire wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm by CVD. ₂ A film 2x is formed. At this time, SiO ₂ The film 2x covers the upper surface and side surfaces of the sapphire substrate 1.
[0039]
Next, in the step shown in FIG. 1B, SiO 2 is formed by photolithography and wet etching. ₂ The film 2x is patterned to form SiO ₂ A protective film 2 including a closed annular portion 2a having a ring width d1 (for example, 2 mm) covering the upper surface of the sapphire substrate 1 and a side surface portion 2b covering the side surface of the sapphire substrate 1 is formed.
[0040]
Next, in the step shown in FIG. 1C, the sapphire substrate 1 provided with the protective film 2 is set in the reactor of the HVPE apparatus, and the sapphire substrate 1 is heated to about 1000 ° C. From upstream, GaCl gas generated by Ga metal and HCl gas, and ammonia gas (NH _Three ) As a source gas and nitrogen gas (N ₂ ) As a carrier gas. Thereby, in about 7.5 hours, the GaN film 3 having a thickness of about 300 μm is epitaxially grown on the exposed portion of the upper surface of the sapphire substrate 1. At that time, the GaN crystal is SiO. ₂ Since the epitaxial growth does not occur on the protective film 2 that is a film, the diameter of the lower part of the GaN film 3 is substantially equal to the inner diameter of the closed annular portion 2a of the protective film 2 (about 46 mm in this embodiment). However, when the GaN crystal is epitaxially grown upward and reaches the upper surface of the protective film 2, it laterally grows laterally along the upper surface of the protective film 2. Therefore, finally, the diameter of the upper part of the GaN film 3 is slightly larger than 46 mm. For example, in this embodiment, the diameter of the upper part of the GaN film 3 is about 46.6 mm, and the dimension d2 = 0.3 mm shown in FIG.
[0041]
Next, in the step shown in FIG. 1D, the wafer is taken out of the reactor of the HVPE apparatus, and a laser beam using a third harmonic of the Nd / YAG laser having a wavelength of 355 nm is applied from the back surface of the sapphire substrate 1 to the GaN. The film 3 is irradiated. Since the absorption edge wavelength of GaN is about 360 to 370 nm, which is longer than the wavelength of the laser beam, GaN absorbs the laser beam and generates heat. If the energy density of the laser beam is sufficiently increased, the heat generation causes the portion of the GaN film 3 that contacts the sapphire substrate 1, that is, the back surface, to be decomposed in the vicinity of the interface. In this embodiment, the energy density of the laser beam is approximately 0.4 J / cm. ² At such times, such a phenomenon could be confirmed.
[0042]
Then, by scanning the entire surface of the wafer with a laser beam under such conditions, a free-standing GaN film 3 (GaN wafer) separated from the sapphire substrate 1 is obtained as shown in FIG. It is done.
[0043]
In the present embodiment, a closed ring-shaped protective film 2 that covers a part of the upper surface and side surfaces of the sapphire substrate 1 is formed, and the protective film 2 is covered with the protective film 2 with the protective film 2 remaining. A GaN film 3 that is a nitride semiconductor film is epitaxially grown on the unexposed region. Therefore, since the GaN crystal does not grow on the side surface of the sapphire substrate 1, the entire back surface portion of the GaN film 3 in contact with the sapphire substrate 1 can be reliably decomposed. Therefore, the GaN film 3 and the sapphire substrate 1 can be smoothly separated from each other, and a free-standing GaN wafer (nitride semiconductor wafer) can be obtained with good reproducibility.
[0044]
Further, on the free-standing GaN film 3 (GaN wafer) obtained as described above, at least one element of Ga, Al, B, As, In, P, and Sb and N are included in the composition. Compound semiconductors (eg, the general formula is B _x Al _y Ga _z In _1-xyz N (compound semiconductor represented by 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ x + y + z ≦ 1) is formed, and there is almost no current leakage and high reliability An element was obtained. This is presumably because no cracks remained in the GaN film 3 (GaN wafer) because excessive mechanical stress was not applied to the GaN film 3 in the process of separating the sapphire substrate 1.
[0045]
In addition, on the back surface of the GaN film 3 (GaN wafer) obtained in this embodiment, a laterally grown portion (upper portion) along the upper surface of the protective film 2 and an epitaxial growth upward in the opening of the protective film 2 A certain level difference is generated between the portion (lower part), but after separating the GaN film 3 from the sapphire substrate 1, the step is easily removed by polishing the back surface of the GaN film 3 (GaN wafer). be able to. Even in such a back surface polishing step, since there is no portion epitaxially grown from the side surface of the sapphire substrate 1 in the peripheral portion of the GaN film 3, the GaN film 3 (GaN wafer) is almost cracked by mechanical stress. Therefore, a large-area GaN wafer can be obtained with good reproducibility.
[0046]
On the other hand, closed ring SiO ₂ The ring width d1 of the closed annular portion 2a of the protective film 2 is preferably such that the portion of the GaN film 3 that laterally grows along the upper surface of the protective film 2 does not reach the outer peripheral edge of the wafer. . This is because if the laterally grown portion of the GaN film 3 reaches the side surface of the wafer, it may take time to separate the GaN film 3 from the sapphire substrate 1 and to polish the back surface of the GaN film 3.
[0047]
However, the ring width d1 of the flat portion 2a of the closed annular protective film 2 shown in FIG. In that case, a laterally grown portion of the nitride semiconductor film grows along the side surface of the wafer. In this case as well, separation of the GaN film 3 from the sapphire substrate 1, This is because polishing is possible.
[0048]
-Modification 1-
In the first embodiment, SiO is concentrically formed with respect to the sapphire substrate 1. ₂ Although the protective film 2 made of is left, it need not be concentric.
[0049]
FIG. 2 is a plan view of the sapphire substrate 1 and the protective film 2 in Modification 1 of the first embodiment and a longitudinal sectional view taken along the line II-II. FIG. 2 shows only the steps corresponding to the steps shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the first modification, the closed annular portion 2 a of the protective film 2 is offset from the concentric position of the sapphire substrate 1. Also in this case, the minimum ring width dmin of the closed annular portion 2a is such that the portion of the GaN film 3 that laterally grows along the upper surface of the protective film 2 does not reach the outer peripheral edge of the wafer. Is preferred. For the same reason as in the first embodiment.
[0050]
-Modification 2-
In the first embodiment, the case where the substantially circular GaN film 3 is formed on the approximately circular sapphire substrate 1 has been described. However, the shapes of the sapphire substrate 1 and the GaN film 3 can be arbitrarily selected.
[0051]
FIG. 3 is a plan view of the sapphire substrate 1 and the protective film 2 and a longitudinal sectional view taken along line III-III in Modification 2 of the first embodiment. FIG. 3 shows only a process corresponding to the process shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the second modification, the sapphire substrate 1 is substantially circular, whereas the inner peripheral portion of the closed annular portion 2a of the protective film 2 is rectangular. Therefore, a rectangular GaN film is epitaxially grown on the substantially circular sapphire substrate 1. Also in this case, the minimum ring width dmin of the closed annular portion 2a is such that the portion of the GaN film 3 that laterally grows along the upper surface of the protective film 2 does not reach the outer peripheral edge of the wafer. Is preferred. For the same reason as in the first embodiment.
[0052]
-Modification 3-
FIG. 4 is a plan view of the sapphire substrate 1 and the protective film 2 in Modification 3 of the first embodiment and a longitudinal sectional view taken along line IV-IV. 4 shows only steps corresponding to the steps shown in FIG. 1B during the manufacturing process of the third modification. As shown in FIG. 4, in this modification 3, the sapphire substrate 1 is rectangular, and the inner peripheral portion of the closed annular portion 2a of the protective film 2 is also rectangular. Therefore, a rectangular GaN film is epitaxially grown on the rectangular sapphire substrate 1. Also in this case, the ring width d1 of the closed annular portion 2a is preferably such that the portion of the GaN film 3 that laterally grows along the upper surface of the protective film 2 does not reach the outer peripheral edge of the wafer. For the same reason as in the first embodiment.
[0053]
-Modification 4-
15A to 15D are longitudinal sectional views showing a method for manufacturing a compound semiconductor wafer in Modification 4 of the first embodiment of the present invention.
[0054]
First, in the step shown in FIG. 15A, a corner portion of a sapphire substrate 1 (sapphire wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm is ground using, for example, a diamond grindstone, for example, a width of 2 mm and a depth. A 1 μm cutout portion 1x is formed.
[0055]
Next, in the step shown in FIG. 15B, on the surface of the sapphire substrate 1, SiO having a thickness of about 1.1 μm is formed by CVD. ₂ A film 2x is formed. At this time, SiO ₂ The film 2x covers the upper surface and side surfaces of the sapphire substrate 1 (including the cutout portion 1x).
[0056]
Next, in the step shown in FIG. 15C, CMP (chemical mechanical polishing) is performed until the upper surface of the sapphire substrate 1 is exposed. ₂ The upper surface of the film 2x and the sapphire substrate 1 is planarized. As a result, SiO ₂ A protective film 2 including a closed annular portion 2 a having a ring width of 2 mm that covers the notch portion 1 x of the sapphire substrate 1 and a side surface portion 2 b that covers the side surface of the sapphire substrate 1 is formed.
[0057]
Next, in the step shown in FIG. 15D, the GaN film 3 having a thickness of about 300 μm is formed on the exposed portion of the upper surface of the sapphire substrate 1 by the same procedure and conditions as in the first embodiment. Is epitaxially grown. At that time, the GaN crystal laterally grows laterally along the upper surface of the protective film 2. Accordingly, the diameter of the GaN film 3 is larger than the inner diameter of the closed annular portion 2a of the protective film 2 (in the present embodiment, about 46 mm).
[0058]
Next, the wafer is taken out from the reactor of the HVPE apparatus, and the GaN film 3 is irradiated with a laser beam from the back surface of the sapphire substrate 1 under the same procedure and conditions as in the first embodiment. Then, by scanning the entire surface of the wafer with a laser beam, a free-standing GaN film 3 (GaN wafer) separated from the sapphire substrate 1 can be obtained as in the first embodiment.
[0059]
In this modification, a notch 1x is formed in advance on the outer periphery of the sapphire substrate 1, and then SiO 2 ₂ A closed annular protective film 2 covering the notch 1x and the side surface of the sapphire substrate 1 is formed by film deposition and CMP, and the protective film 2 of the sapphire substrate 1 is covered with the protective film 2 with the protective film 2 remaining. A GaN film 3 that is a nitride semiconductor film is epitaxially grown on the unexposed region. Therefore, since the GaN crystal does not grow on the side surface of the sapphire substrate 1, the entire back surface portion of the GaN film 3 in contact with the sapphire substrate 1 and the protective film 2 can be reliably decomposed. Therefore, similarly to the first embodiment, the GaN film 3 and the sapphire substrate 1 can be smoothly separated from each other, and a free-standing GaN wafer (nitride semiconductor wafer) can be obtained with good reproducibility.
[0060]
This modification has an advantage that a free-standing GaN wafer having a substantially flat back surface can be obtained without polishing the back surface of the GaN film 3 in particular.
[0061]
Further, after separating the GaN film 3 and the sapphire substrate 1, there is an advantage that the sapphire substrate 1 with the protective film 2 can be reused only by performing a very short time CMP.
[0062]
-Modification 5-
16A to 16C are longitudinal sectional views showing a method for manufacturing a compound semiconductor wafer in Modification 5 of the first embodiment of the present invention.
[0063]
First, in the step shown in FIG. 16A, a SiO 2 film having a thickness of about 1 μm is formed on the surface of a sapphire substrate 1 (sapphire wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm by CVD. ₂ A film 2x is formed. At this time, SiO ₂ The film 2x covers the upper surface and side surfaces of the sapphire substrate 1.
[0064]
Next, in the step shown in FIG. 16B, CMP (chemical mechanical polishing) is performed until the upper surface of the sapphire substrate 1 is exposed. ₂ The upper surface of the film 2x and the sapphire substrate 1 is planarized. Thereby, the protective film 2 having a ring width of about 1 μm covering the side surface of the sapphire substrate 1 is formed.
[0065]
Next, in the step shown in FIG. 16C, the GaN film 3 having a thickness of about 300 μm is formed on the exposed portion of the upper surface of the sapphire substrate 1 by the same procedure and conditions as in the first embodiment. Is epitaxially grown. At that time, the GaN crystal laterally grows laterally along the upper surface of the protective film 2. Therefore, the diameter of the GaN film 3 is larger than the outer diameter of the sapphire substrate 1 (about 50.8 mm in this embodiment).
[0066]
Next, the wafer is taken out from the reactor of the HVPE apparatus, and the GaN film 3 is irradiated with a laser beam from the back surface of the sapphire substrate 1 under the same procedure and conditions as in the first embodiment. Then, by scanning the entire surface of the wafer with a laser beam, a free-standing GaN film 3 (GaN wafer) separated from the sapphire substrate 1 can be obtained as in the first embodiment.
[0067]
In this modification, SiO ₂ An area of the sapphire substrate 1 that is not covered by the protective film 2 with the closed protective film 2 that covers only the side surface of the sapphire substrate 1 formed by film deposition and CMP, with the protective film 2 remaining. A GaN film 3 which is a nitride semiconductor film is epitaxially grown on the substrate. Therefore, since the GaN crystal does not grow on the side surface of the sapphire substrate 1, the entire back surface portion of the GaN film 3 in contact with the sapphire substrate 1 and the protective film 2 can be reliably decomposed. Therefore, similarly to the first embodiment, the GaN film 3 and the sapphire substrate 1 can be smoothly separated from each other, and a free-standing GaN wafer (nitride semiconductor wafer) can be obtained with good reproducibility.
[0068]
Further, in this modified example, similarly to the modified example 4, there is an advantage that a free-standing GaN wafer having a substantially flat back surface can be obtained without polishing the back surface of the GaN film 3 in particular.
[0069]
Further, after separating the GaN film 3 and the sapphire substrate 1, there is an advantage that the sapphire substrate 1 with the protective film 2 can be reused only by performing a very short time CMP.
[0070]
However, in the case of the modification 4, the protective film 2 can be thickened (about 2 mm in the modification 4) without increasing the thickness of the protection film 2. Thus, it is possible to obtain a high-quality compound semiconductor wafer that is further less affected by variations in epitaxial growth conditions in the vicinity of the side surface of the sapphire substrate 1.
[0071]
(Second Embodiment)
In the first embodiment and each modification, in the process shown in FIG. 1B, the inside of the closed annular portion 2 a of the protective film 2 is all opened, and the closed annular portion 2 a of the sapphire substrate 1 is opened. All parts located inside are exposed. However, the manufacturing method of the present invention is not necessarily limited to the method of the first embodiment and each modified example.
[0072]
FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the compound semiconductor wafer in the second embodiment of the present invention. In the description of the present embodiment, illustration of a plan view is omitted.
[0073]
First, in the step shown in FIG. 5 (a), the surface of a sapphire substrate 1 (sapphire wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm is formed by CVD on a surface of about 100 nm of SiO. ₂ A film 11x is formed. At this time, SiO ₂ The film 11 x covers the upper surface and side surfaces of the sapphire substrate 1.
[0074]
Next, in the step shown in FIG. 5B, SiO 2 is formed by photolithography and dry etching. ₂ The film 11x is patterned to form SiO ₂ A protective film 11 including an upper surface portion 11 a that covers a part of the upper surface of the sapphire substrate 1 and a side surface portion 11 b that covers the side surface of the sapphire substrate 1 is formed. At this time, the upper surface portion 11a has the same closed annular portion as that of the first embodiment, and substantially covers the upper surface of the sapphire substrate 1 also inside the closed annular portion. In the upper surface portion 11a of the protective film 11, holes 12 having a diameter of about 2 μm are two-dimensionally provided at intervals of about 10 μm.
[0075]
Next, in the step shown in FIG. 5C, the sapphire substrate 1 provided with the protective film 11 is set in a reaction furnace of the HVPE apparatus, and the sapphire substrate 1 is heated to about 1000 ° C. From upstream, GaCl gas generated by Ga metal and HCl gas, and ammonia gas (NH _Three ) As a source gas and nitrogen gas (N ₂ ) As a carrier gas. Thereby, in about 7.5 hours, the GaN film 3 having a thickness of about 300 μm is epitaxially grown on the exposed portion of the upper surface of the sapphire substrate 1. At this time, when the GaN crystal is epitaxially grown upward in each hole 12 and reaches the upper surface of the protective film 11, it laterally grows laterally along the upper surface of the protective film 11. Then, the GaN crystals laterally grown above the holes 12 are eventually combined to form a continuous GaN film 3.
[0076]
At this time, the GaN film 3 has some degree of defects such as dislocation due to lattice mismatch with the sapphire substrate 1. In the GaN film 3, defects such as dislocations propagate to a portion epitaxially grown in the vertical direction above the hole 12, but a portion of the GaN film 3 located above the protective film 11 is formed by lateral growth. Therefore, defects such as dislocations hardly propagate and have high crystallinity.
[0077]
Although illustration of the subsequent steps is omitted, as in the first embodiment, the wafer is taken out of the reactor of the HVPE apparatus, and a laser beam using a third harmonic of an Nd / YAG laser having a wavelength of 355 nm is applied to sapphire. By irradiating the GaN film 3 from the back surface of the substrate 1 and scanning the entire surface of the wafer with a laser beam, a free-standing GaN film 3 (GaN wafer) separated from the sapphire substrate 1 is obtained. The conditions at this time are as described in the first embodiment.
[0078]
According to the present embodiment, basically, the same operational effects as those of the first embodiment can be exhibited. In addition, after the GaN crystal is epitaxially grown from the opening of the protective film 11 with the protective film 11 covering most of the upper surface of the sapphire substrate 1, the GaN crystal is laterally grown along the upper surface of the protective film 11. Thus, since the GaN film 3 is formed, a high-quality crystal layer with almost no propagation of defects such as dislocations can be formed on the protective film 11. Therefore, the defect density of the entire GaN film 3 can be reduced.
[0079]
(Third embodiment)
In the first embodiment, SiO ₂ Although the outer peripheral portion of the sapphire substrate 1 is covered with the protective film 2 made of, it is not necessary that the protective film 2 covers the outer peripheral portion or the side surface of the sapphire substrate 1.
[0080]
6A to 6C are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the compound semiconductor wafer in the third embodiment of the present invention. In the description of the present embodiment, illustration of a plan view is omitted.
[0081]
First, in the step shown in FIG. 6 (a), the surface of a sapphire substrate 1 (sapphire wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm is formed by CVD with a thickness of about 100 nm. ₂ A film 15x is formed. At this time, SiO ₂ The film 15 x covers the upper surface and side surfaces of the sapphire substrate 1.
[0082]
Next, in the step shown in FIG. 6B, SiO 2 is formed by photolithography and dry etching. ₂ The film 15x is patterned to form SiO ₂ A closed annular protective film 15 having a ring width d3 is formed to cover a part of the upper surface of the sapphire substrate 1 in the film 15x. At this time, SiO ₂ Of the film 15x, the side surface of the sapphire substrate 1 and the outer peripheral portion adjacent to the side surface are removed.
[0083]
Next, in the step shown in FIG. 6C, the sapphire substrate 1 provided with the protective film 15 is set in the reactor of the HVPE apparatus, and the sapphire substrate 1 is heated to about 1000 ° C. From upstream, GaCl gas generated by Ga metal and HCl gas, and ammonia gas (NH _Three ) As a source gas and nitrogen gas (N ₂ ) As a carrier gas. Thereby, in about 7.5 hours, the GaN film 3 having a thickness of about 300 μm is epitaxially grown on the exposed portion of the upper surface of the sapphire substrate 1. At this time, a GaN film 3 used as a base substrate grows from a portion of the upper surface of the sapphire substrate 1 positioned inside the protective film 15, and a portion of the upper surface of the sapphire substrate 1 positioned outside the protective film 15 and From the side surface, a GaN film 3 ′ which is not used grows. When the thickness of each GaN film 3, 3 ′ exceeds the thickness of the protective film 15, lateral growth occurs along the upper surface of the protective film 15. Then, the epitaxial growth is stopped before the GaN films 3 and 3 ′ that are laterally grown separately from the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the protective film 15 are in contact with each other.
[0084]
Although illustration of the subsequent steps is omitted, as in the first embodiment, the wafer is taken out of the reactor of the HVPE apparatus, and a laser beam using a third harmonic of an Nd / YAG laser having a wavelength of 355 nm is applied to sapphire. By irradiating the GaN film 3 from the back surface of the substrate 1 and scanning the entire surface of the wafer with a laser beam, a free-standing GaN film 3 (GaN wafer) separated from the sapphire substrate 1 is obtained. The conditions at this time are as described in the first embodiment.
[0085]
In the above description, the sapphire substrate 1 is separated by laser light irradiation. However, the method for removing the sapphire substrate 1 in the present invention is not limited to the above embodiment, and a removal method by polishing can be used. . Further, when a Si substrate or a GaAs substrate is used instead of the sapphire substrate, a removal method by etching can be used.
[0086]
Also in this embodiment, the ring width d3 of the protective film 15 needs to be larger than the film thickness of the GaN film 3.
[0087]
In the present embodiment, the protective film 15 having an outer diameter smaller than the diameter of the sapphire substrate 1 is formed, the two GaN films 3 and 3 ′ are individually provided, and only the inner GaN film 3 of the protective film 15 is formed. Is used as a free-standing GaN wafer. Therefore, also in this embodiment, the effect of the first embodiment can be obtained by using the protective film 15.
[0088]
In addition, in the present embodiment, the following special effects can be obtained particularly when employing a method of removing the sapphire substrate 1 by polishing. That is, when the sapphire substrate 1 is polished, the mechanical stress applied to the GaN film 3 formed inside the protective film 15 is relatively increased due to the presence of the GaN film 3 ′ formed outside the protective film 15. Weakens. Therefore, the occurrence of cracks in the GaN film 3 that is a free-standing GaN wafer is suppressed.
[0089]
In the first to third embodiments (including modifications), as a protective film for preventing the epitaxial growth of the GaN film 3, SiO 2 ₂ Although the film is used, the material constituting the protective film of the present invention is not limited to the above embodiments. SiO ₂ In addition to the film (silicon oxide film), a silicon nitride film (SiN film), a silicon oxynitride film (SiON film), a refractory metal film (W film, Mo film, Ta film, Co film, Ti film, etc.) should be used. Can do.
[0090]
Further, the size of the free-standing wafer manufactured according to the present invention is not limited to the size in the first to third embodiments (including modifications), but the size of the wafer is large. As it becomes, a more remarkable effect is obtained as compared with the prior art. In particular, it was difficult to obtain a free standing wafer having a size of about 5 mm square or more with good reproducibility by the conventional method, but by using the technique according to the present invention, a free standing wafer can be obtained with good reproducibility. .
[0091]
(Fourth embodiment)
7A to 7E are a longitudinal sectional view and a plan view showing a method for manufacturing a compound semiconductor wafer according to the fourth embodiment of the present invention. 7A to 7E, the sapphire substrate and the GaN film are shown in a circle, but a so-called orientation flat (orientation flat) indicating the crystal orientation of the wafer is provided in part. It is common. Even in such a case, the operational effects in the present embodiment remain unchanged, and in the following description, “circular” includes the case where there is an orientation flat.
[0092]
First, in the step shown in FIG. 7A, a sapphire substrate 1 (sapphire wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm is prepared. 7B, the sapphire substrate 1 is set in the reactor of the HVPE apparatus, and the sapphire substrate 1 is heated to about 1000 ° C. From the upstream side of the reactor, Ga metal and HCl. GaCl gas produced by gas and ammonia gas (NH _Three ) As a source gas and nitrogen gas (N ₂ ) As a carrier gas. Thereby, the GaN film 3x having a thickness of about 300 μm is epitaxially grown on the surface of the sapphire substrate 1 in about 7.5 hours. At this time, the GaN film 3 x has a portion 3 a that covers the upper surface of the sapphire substrate 1 and a portion 3 b that covers the side surface of the sapphire substrate 1.
[0093]
Next, in the step shown in FIG. 7C, the wafer is taken out from the reactor of the HVPE apparatus, the outer periphery of the wafer is polished to remove the outer periphery of the GaN film 3x, and the outer periphery of the sapphire substrate 1 is removed. Dig to a certain depth. Thereby, the outer peripheral part of the sapphire substrate 1 has a stepped shape, and the GaN film 3x includes the GaN film 3 located also on the upper surface of the sapphire substrate 1, and the GaN film located only on the side surface of the sapphire substrate 1. 3 ′.
[0094]
Next, in the step shown in FIG. 7D, the GaN film 3 is irradiated from the back surface of the sapphire substrate 1 with a laser beam using the third harmonic of the Nd / YAG laser having a wavelength of 355 nm. Since the absorption edge wavelength of GaN is about 360 to 370 nm, which is longer than the wavelength of the laser beam, GaN absorbs the laser beam and generates heat. If the energy density of the laser beam is sufficiently increased, the heat generation causes the portion of the GaN film 3 that contacts the sapphire substrate 1, that is, the back surface, to be decomposed in the vicinity of the interface. In this embodiment, the energy density of the laser beam is approximately 0.4 J / cm. ² At such times, such a phenomenon could be confirmed.
[0095]
Then, by scanning the entire surface of the wafer with a laser beam under such conditions, a free-standing GaN film 3 (GaN wafer) separated from the sapphire substrate 1 is obtained as shown in FIG. It is done.
[0096]
FIG. 8 is a perspective view schematically showing the polishing step shown in FIG. As shown in the figure, the polishing apparatus includes a rotary stage 51 having a rotation axis in a substantially vertical direction, and a polishing plate 52 having a rotation axis that forms an angle of approximately 90 degrees with the rotation axis of the rotation stage 51. . Then, the wafer is fixed to the rotary stage 51, and the polishing plate 52 that rotates at high speed is pressed against the outer periphery of the wafer. In this state, by rotating the rotary stage 51 slowly, the outer peripheral portion of the GaN film 3x is removed and separated into individual GaN films 3 and 3 ′.
[0097]
In the above description, the sapphire substrate 1 is separated by laser light irradiation. However, the method for removing the sapphire substrate 1 in the present invention is not limited to the above embodiment, and a removal method by polishing can be used. . Further, when a Si substrate or a GaAs substrate is used instead of the sapphire substrate, a removal method by etching can be used.
[0098]
Also in this embodiment, the same effect as the third embodiment can be exhibited. That is, in addition to the effect of the first embodiment, when the sapphire substrate 1 is separated by polishing, the upper surface of the sapphire substrate 1 is present due to the presence of the GaN film 3 ′ formed on the side surface of the sapphire substrate 1. Mechanical stress applied to the GaN film 3 formed thereon becomes relatively weak. Therefore, the occurrence of cracks in the GaN film 3 that is a free-standing GaN wafer is suppressed.
[0099]
(Fifth embodiment)
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a compound semiconductor wafer in the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, illustration of a plan view of the wafer is omitted.
[0100]
First, in the step shown in FIG. 9A, a sapphire substrate 1 (sapphire wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm is prepared. Then, the sapphire substrate 1 is set in a reaction furnace of the HVPE apparatus, and the sapphire substrate 1 is heated to about 1000 ° C., and from the upstream side of the reaction furnace, GaCl gas generated by Ga metal and HCl gas, Ammonia gas (NH _Three ) As a source gas and nitrogen gas (N ₂ ) As a carrier gas. Thereby, a GaN film 3x having a thickness of about 300 μm is epitaxially grown on the surface of the sapphire substrate 1 in about 7.5 hours. At this time, the GaN film 3 x has a portion 3 a that covers the upper surface of the sapphire substrate 1 and a portion 3 b that covers the side surface of the sapphire substrate 1.
[0101]
Next, in the step shown in FIG. 9B, the wafer is taken out from the reactor of the HVPE apparatus, the outer peripheral portion of the wafer is polished to remove the outer peripheral portion and the side portion of the GaN film 3x, and the sapphire substrate 1 The outer periphery is also removed. Thereby, only the GaN film 3 located on the upper surface of the sapphire substrate 1 remains.
[0102]
Next, in the step shown in FIG. 9C, the GaN film 3 is irradiated with the third harmonic (wavelength 355 nm) of the Nd / YAG laser from the back surface of the sapphire substrate 1. The pulse width of the Nd / YAG laser is 5 ns, and the light intensity is 300 mJ / cm. ² The beam diameter is 7 mm. Further, since the pulse width of the Nd / YAG laser is as short as 5 ns, the laser light is locally absorbed in a region very close to the interface between the GaN film 3 and the sapphire substrate 1. If the energy density of the laser beam is sufficiently increased, the heat generation causes the portion of the GaN film 3 that contacts the sapphire substrate 1, that is, the back surface, to be decomposed in the vicinity of the interface. In this embodiment, the energy density of the laser beam is approximately 0.4 J / cm. ² At such times, such a phenomenon could be confirmed.
[0103]
By scanning the laser beam over the entire surface under such conditions, a free-standing GaN film 3 (GaN wafer) separated from the sapphire substrate 1 can be obtained.
[0104]
FIG. 10 is a perspective view schematically showing the polishing step shown in FIG. As shown in the figure, the polishing apparatus includes a rotary stage 55 having a substantially vertical rotation axis, and a polishing plate 56. As the polishing plate 56, for example, a diamond grindstone is used. Then, the wafer is fixed to the rotary stage 55, and the polishing plate 56 is pressed against the outer periphery of the wafer. In this state, the outer periphery of the GaN film 3x and the sapphire substrate 1 is removed by slowly rotating the rotary stage 55. In order to prevent cracking and cracking of the GaN film in the laser lift-off process performed in the next process, it is sufficient to remove only the portion 3b located on the side surface of the sapphire substrate 1 in the GaN film 3x. As described above, the side surface of the sapphire substrate 1 may be polished to some extent. However, it is more preferable to remove only the portion 3b in the GaN film 3x without removing the sapphire substrate 1.
[0105]
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be exhibited. Further, in addition to the effects of the first embodiment, there is an advantage that the back surface of the GaN film 3 that is a free-standing wafer is almost flat, so that it is not necessary to polish the back surface as in the first embodiment.
[0106]
In addition, it is possible to obtain an effect that the planar dimension of the GaN film 3 which is finally a GaN wafer is almost the same as the planar dimension of the sapphire substrate 1. That is, by selecting the size of the sapphire substrate 1, a GaN wafer having an arbitrary size can be obtained.
[0107]
(Sixth embodiment)
FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a compound semiconductor wafer in the sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, illustration of a plan view of the wafer is omitted.
[0108]
First, in the step shown in FIG. 11A, a GaAs substrate 5 (GaAs wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm is prepared. Then, the GaAs substrate 5 is set in a reaction furnace of the HVPE apparatus, and the GaAs substrate 5 is heated to about 1000 ° C. From the upstream side of the reaction furnace, GaCl gas generated by Ga metal and HCl gas, Ammonia gas (NH _Three ) As a source gas and nitrogen gas (N ₂ ) As a carrier gas. Thus, a GaN film 3x having a thickness of about 200 μm is formed on the surface of the GaAs substrate 5 in about 5 hours. At this time, the GaN film 3 x has a portion 3 a that covers the upper surface of the GaAs substrate 5 and a portion 3 b that covers the side surface of the GaAs substrate 5. The film thickness of the portion 3b located on the side surface of the GaAs substrate 5 in the GaN film 3x is approximately the same as the film thickness of the portion 3a located on the upper surface of the GaAs substrate 5 in the GaN film 3x.
[0109]
Next, in the step shown in FIG. 11B, the wafer is taken out from the reactor of the HVPE apparatus, the outer peripheral portion of the wafer is polished to remove the outer peripheral portion and the side portion of the GaN film 3x, and the GaAs substrate 5 The outer periphery is also removed. As a result, only the GaN film 3 located on the upper surface of the GaAs substrate 5 remains. At this time, the side surface of the GaAs substrate 5 may be polished to some extent as in this embodiment, but it is more preferable to remove only the portion 3b in the GaN film 3x without removing the GaAs substrate 5.
[0110]
Next, in the step shown in FIG. 11C, the GaAs substrate 5 is removed by polishing. As a result, as shown in FIG. 11D, a GaN film 3 which is a free-standing GaN wafer is obtained. At this time, it is preferable to use fine powders such as diamond and SiC as the abrasive. If the grain size of the final polishing slurry is made fine, the back surface of the GaN film 3 that is a free-standing wafer can be made flat and mirror-like.
[0111]
In place of the GaAs substrate 5, a sapphire substrate, a SiC substrate, a diamond substrate, or the like can be used. However, in the case of a GaAs substrate or Si substrate, it can be removed by etching instead of polishing.
[0112]
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be exhibited. Furthermore, in addition to the effect of the first embodiment, the effect that the planar dimension of the GaN film 3 which is finally a GaN wafer is almost the same as the planar dimension of the GaAs substrate 5 is obtained. That is, by selecting the size of the GaAs substrate 5, it becomes possible to obtain a GaN wafer of an arbitrary size.
[0113]
(Seventh embodiment)
12A to 12C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a compound semiconductor wafer according to the seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, illustration of a plan view of the wafer is omitted.
[0114]
First, in the step shown in FIG. 12A, a sapphire substrate 1 (sapphire wafer) having a diameter of about 50.8 mm and a thickness of about 300 μm is prepared. Then, the sapphire substrate 1 is set in a reaction furnace of the HVPE apparatus, and the sapphire substrate 1 is heated to about 1000 ° C., and from the upstream side of the reaction furnace, GaCl gas generated by Ga metal and HCl gas, Ammonia gas (NH _Three ) As a source gas and nitrogen gas (N ₂ ) As a carrier gas. Thereby, a GaN film 3x having a thickness of about 200 μm is epitaxially grown on the surface of the sapphire substrate 1 in about 5 hours. At this time, the GaN film 3 x has a portion 3 a that covers the upper surface of the sapphire substrate 1 and a portion 3 b that covers the side surface of the sapphire substrate 1.
[0115]
Next, in the step shown in FIG. 12B, the wafer is taken out from the reactor of the HVPE apparatus, the outer peripheral portion of the wafer is cut into a closed ring shape, the outer peripheral portion and the side portion of the GaN film 3x are removed, and sapphire The outer periphery of the substrate 1 is also removed. Thereby, only the GaN film 3 located on the upper surface of the sapphire substrate 1 remains.
[0116]
At this time, as a method for cutting the wafer, a method using cleavage or a diamond cutter is preferable. When cutting with a diamond cutter, there are a method of cutting into a polygon and a method of cutting into a circle. If the amount removed by cutting is too large, the area of the GaN wafer will be reduced, so the width d4 of the outer peripheral portion to be removed, which has poor crystallinity, is examined by changing the flow rate, pressure, etc. of the source gas. Then, it was about 7.5 mm at the maximum. This width d4 is considered to be determined from the diffusion process of the source gas in the reaction tube. Therefore, under the conditions of this embodiment, it is preferable that the width d4 of the outer peripheral portion to be removed by cutting is 7.5 mm or less. However, the appropriate width d4 may change depending on conditions such as the wafer outer diameter, gas type, and flow rate.
[0117]
Next, in the step shown in FIG. 12C, the GaN film 3 is irradiated with the third harmonic (wavelength 355 nm) of the Nd / YAG laser from the back surface of the sapphire substrate 1. The pulse width of the Nd / YAG laser is 5 ns, and the light intensity is 300 mJ / cm. ² The beam diameter is 7 mm. Further, since the pulse width of the Nd / YAG laser is as short as 5 ns, the laser light is locally absorbed in a region very close to the interface between the GaN film 3 and the sapphire substrate 1. If the energy density of the laser beam is sufficiently increased, the heat generation causes the portion of the GaN film 3 that contacts the sapphire substrate 1, that is, the back surface, to be decomposed in the vicinity of the interface. In this embodiment, the energy density of the laser beam is approximately 0.4 J / cm. ² At such times, such a phenomenon could be confirmed.
[0118]
By scanning the laser beam over the entire surface under such conditions, a free-standing GaN film 3 (GaN wafer) separated from the sapphire substrate 1 can be obtained.
[0119]
Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be exhibited. In the present embodiment, since the area of the GaN wafer is smaller than the area of the sapphire substrate 1 before processing, the sapphire substrate 1 is made larger in advance in anticipation of the area reduction, so that a free standing of a desired size is achieved. GaN wafer can be obtained.
[0120]
-Example-
In this example, a light emitting diode produced using the GaN wafer (GaN film 3) manufactured in the seventh embodiment will be described.
[0121]
14A to 14C are cross-sectional views showing manufacturing steps of the light emitting diode in the example of the seventh embodiment.
[0122]
First, in the step shown in FIG. 14A, an n-type GaN crystal film 21 having a thickness of about 4 μm is epitaxially grown on the GaN wafer 20 using a metal organic vapor phase growth apparatus. The growth temperature is 1030 ° C., trimethylgallium is used as a Ga material, and NH is used as an N material. _Three Is used. In addition, SiH as a donor impurity is SiH. _Four H for carrier gas ₂ Is used. Next, the carrier gas is N ₂ The growth temperature is lowered to 800 ° C., and an n-type InGaN crystal film 22 having a thickness of about 20 nm is epitaxially grown on the n-type GaN crystal film 21. Trimethylindium is used as the In raw material. Thereafter, the temperature is raised again to 1020 ° C., and a p-type GaN crystal film 23 having a thickness of about 800 nm is epitaxially grown. Cyclopentadienyl magnesium is used as a raw material for Mg, which is an acceptor impurity.
[0123]
Next, in the step shown in FIG. 14B, after the epitaxial growth of the p-type GaN crystal film 23, the GaN wafer is annealed at 700 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere by an annealing apparatus, and the uppermost p-type GaN crystal The resistance of the film 23 is further reduced.
[0124]
Next, after annealing, as the ohmic electrode, a back electrode 24 having a multilayer structure of Ti / Al is formed on the back surface of the GaN wafer 20, and a Ni / Au electrode 25 is formed on the p-type GaN crystal film 23, respectively. To do.
[0125]
Thereafter, in the step shown in FIG. 14C, the wafer is cut, and the wafer is divided into 500 μm square chips 30, and each chip 30 is used as a light emitting diode.
[0126]
When the characteristics of this light emitting diode were evaluated, very good characteristics were obtained over the entire surface of the substrate.
[0127]
A compound semiconductor wafer (GaN wafer) manufactured by a conventional manufacturing method includes a growth portion from a side surface of a substrate (such as a sapphire substrate or a GaAs substrate), and thus a light emitting diode formed on the outer peripheral portion of the wafer. Good characteristics could not be obtained. In addition, when a GaN film (compound semiconductor wafer) manufactured by a conventional manufacturing method is used, the outer peripheral part or side part of the GaN film is chipped during the process and adheres to the surface of the GaN film. In addition to the GaN film formed on the portion and the side surface, a portion where the diode characteristics were deteriorated was observed.
[0128]
From these results, it was found that the yield of light emitting diodes and semiconductor lasers can be improved by removing the outer peripheral portion of the GaN film.
[0129]
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, a GaN film 3 may be formed after forming a low-temperature buffer layer (not shown) on the sapphire substrate 1.
[0130]
Further, as a carrier gas for forming the GaN film, H ₂ N ₂ / H ₂ A mixed gas or the like may be used.
[0131]
In each of the above embodiments, the case where a free-standing GaN wafer (GaN film 3) is produced has been described. However, the method for producing a compound semiconductor wafer according to the present invention is not limited to a GaN wafer, but other compounds containing nitrogen. The present invention can be applied to the manufacture of semiconductor wafers, and similar effects can be obtained in those cases. In other words, the present invention can be applied to a compound semiconductor wafer containing at least one element of Ga, Al, B, As, In, P, and Sb and N in the composition. As a typical example, the general formula is B. _x Al _y Ga _z In _1-xyz N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ x + y + z ≦ 1), specifically, an AlN wafer, an AlGaN wafer, an InGaN wafer, an AlGaInN There are wafers, BN wafers, BAlN wafers, BGaN wafers, and the like.
[0132]
Further, in each of the above embodiments, a sapphire substrate or a GaAs substrate is used as a substrate serving as a base for forming a compound semiconductor wafer. As long as this epitaxial growth is possible, the same effects as those of the above embodiments can be obtained. Examples other than the sapphire substrate and the GaAs substrate include a spinel substrate, a Si substrate, and a SiC substrate. Alternatively, a substrate in which a thin film of a compound semiconductor containing nitrogen such as a GaN film, an AlGaN film, or an AlN film is formed on the surface of the substrate in advance may be used.
[0133]
In addition, it is preferable to use a laser whose energy is larger than the band gap of GaN, and to use an excimer KrF laser (wavelength 248 nm) in addition to the third harmonic of the Nd / YAG laser. In addition, when a spinel substrate is used in addition to the sapphire substrate 1, the laser light can be transmitted, so that the substrate can be separated using the fact that the laser light is absorbed only by the GaN film 3.
[0134]
In each of the above embodiments and the modifications thereof, the protective film 2 is made of SiO. ₂ Although a film is used, the protective film of the present invention is not limited to this. As the protective film of the present invention, SiO ₂ As long as it has a function of inhibiting the epitaxial growth of not only the film but also the compound semiconductor film containing nitrogen in its composition, for example, Al ₂ O _Three Membrane, ZrO ₂ Other materials such as various oxide films such as films and MgO films can be used. In particular, the protective film is preferably a transparent film that transmits laser light.
[0135]
【The invention's effect】
According to the method for producing a compound semiconductor wafer of the present invention, since only the compound semiconductor film epitaxially grown from the upper surface of the substrate can be used as a free standing wafer, a high-quality compound semiconductor wafer with few cracks and chips can be obtained. .
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1E are a longitudinal sectional view and a plan view showing a method of manufacturing a compound semiconductor wafer in a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a plan view of a sapphire substrate and a protective film according to Modification 1 of the first embodiment, and a longitudinal sectional view taken along line II-II.
3 is a plan view of a sapphire substrate and a protective film and a longitudinal sectional view taken along line III-III in Modification 2 of the first embodiment. FIG.
FIG. 4 is a plan view of a sapphire substrate and a protective film and a longitudinal sectional view taken along line IV-IV in Modification 3 of the first embodiment.
FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a compound semiconductor wafer in a second embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a compound semiconductor wafer in a third embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 7A to 7E are a longitudinal sectional view and a plan view showing a method of manufacturing a compound semiconductor wafer in a fourth embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a polishing step shown in FIG. 7 (c).
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a compound semiconductor wafer in a fifth embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 10 is a perspective view schematically showing a polishing step shown in FIG. 9 (c).
FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a compound semiconductor wafer in a sixth embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 12A to 12C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a compound semiconductor wafer in a seventh embodiment of the present invention.
FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing a conventional step of forming a free-standing nitride semiconductor film. FIGS.
FIGS. 14A to 14C are cross-sectional views showing manufacturing steps of a light emitting diode in an example of the seventh embodiment. FIGS.
FIGS. 15A to 15D are longitudinal sectional views showing a method for manufacturing a compound semiconductor wafer in Modification 4 of the first embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 16A to 16C are longitudinal sectional views showing a method for manufacturing a compound semiconductor wafer in Modification 5 of the first embodiment of the present invention. FIGS.
[Explanation of symbols]
1 Sapphire substrate
2 Protective film
2x SiO ₂ film
2a Closed ring part
2b Side part
3 GaN film
5 GaAs substrate
11 Protective film
11x SiO ₂ film
11a Top surface
11b Side part
12 holes
15 Protective film
15x SiO ₂ film
15a Top surface
15b side part
51 Rotating stage
52 Polishing plate
55 Rotating stage
56 Polishing plate

Claims

Forming a closed ring-shaped protective film that covers a portion of the upper surface of the substrate and (a),
After the step (a), a step (b) of epitaxially growing a compound semiconductor film containing nitrogen in the composition on a region of the upper surface and side surface of the substrate that is not covered with the protective film;
(C) separating the compound semiconductor film formed inside the protective film from the substrate after the step (b),
The method for producing a compound semiconductor wafer, wherein the protective film formed in the step (a) has a function of inhibiting the epitaxial growth of the compound semiconductor film formed in the step (b).

Forming a closed annular protective film covering a part of the upper surface and the side surface of the substrate;
After the step (a), a step (b) of epitaxially growing a compound semiconductor film containing nitrogen in the composition on a region of the upper surface and side surface of the substrate that is not covered with the protective film;
After the step (b), including the step (c) of removing the substrate,
The protective film formed in the step (a) has a function of inhibiting the epitaxial growth of the compound semiconductor film formed in the step (b).
In the step (a), the protective film is formed so as to cover at least the entire side surface of the substrate.

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer of Claim 1 ,
In the step (a), the protective film is formed so that the minimum value of the ring width of the protective film is larger than the film thickness of the compound semiconductor film.

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer as described in any one of Claims 1-3 ,
The method for producing a compound semiconductor wafer, wherein the protective film is composed of any one film selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a refractory metal film.

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer as described in any one of Claims 1-4 ,
In the step (c), the substrate is removed by polishing.

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer as described in any one of Claims 1-4 ,
In the step (b), the compound semiconductor film is formed of a compound semiconductor having an absorption edge wavelength longer than the absorption edge wavelength of the substrate,
In the step (c), a part of the compound semiconductor film is decomposed by irradiating light having an intermediate wavelength between the absorption edge wavelength of the substrate and the absorption edge wavelength of the compound semiconductor film from the substrate side. And separating the substrate and the compound semiconductor film from each other.

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer as described in any one of Claims 1-4 ,
In the step (c), the substrate is removed by etching.

In the production method of a compound semiconductor wafer according to any one of claims 1-7,
A method of manufacturing a compound semiconductor wafer, comprising polishing the back surface of the compound semiconductor film after the step (c).

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer as described in any one of Claims 1-8 ,
In the step (b), as the compound semiconductor film, a compound semiconductor film containing at least one element of Ga, Al, B, As, In, P, and Sb and N in the composition is formed. A method of manufacturing a compound semiconductor wafer.

A step (a) of epitaxially growing a compound semiconductor film containing nitrogen in the composition on the substrate;
Removing at least a portion of the compound semiconductor film located on a side surface of the substrate;
A method for producing a compound semiconductor wafer, comprising the step (c) of removing the substrate after the step (b).

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer of Claim 10 ,
In the step (b), at least a portion of the compound semiconductor film located on the side surface of the substrate is removed by polishing.

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer of Claim 10 ,
In the step (b), a part of the substrate and the compound semiconductor film which is located on the inside by a certain distance from the side surface is cut into a closed ring shape.

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer of Claim 10 ,
In the step (b), a part of the compound semiconductor film is removed from the side surface to a portion located inside by a certain distance from the side surface.

In the production method of a compound semiconductor wafer according to any one of claims 10-13,
In the step (c), the substrate is removed by polishing.

In the production method of a compound semiconductor wafer according to any one of claims 10-13,
In the step (b), the compound semiconductor film is formed of a compound semiconductor having an absorption edge wavelength larger than the absorption edge wavelength of the substrate,
In the step (c), a part of the compound semiconductor film is decomposed by irradiating light having an intermediate wavelength between the absorption edge wavelength of the substrate and the absorption edge wavelength of the compound semiconductor film from the substrate side. And separating the substrate and the compound semiconductor film from each other.

In the production method of a compound semiconductor wafer according to any one of claims 10-13,
In the step (c), the substrate is removed by etching.

In the production method of a compound semiconductor wafer according to any one of claims 10-16,
A method of manufacturing a compound semiconductor wafer, comprising polishing the back surface of the compound semiconductor film after the step (c).

In the production method of a compound semiconductor wafer according to any one of claims 10-17,
In the step (a), a compound semiconductor film containing at least one element of Ga, Al, B, As, In, P, and Sb and N as a composition is formed as the compound semiconductor film. A method of manufacturing a compound semiconductor wafer.

Depositing a film covering the top and side surfaces of the substrate;
Removing the film until at least the upper surface of the substrate is exposed, thereby planarizing the upper surface of the substrate and the film to form a closed annular protective film covering at least the side surface of the substrate;
After the step (b), a step (c) of epitaxially growing a compound semiconductor film containing nitrogen in the composition on a region of the upper surface of the substrate that is not covered with the protective film;
And (d) removing the substrate after the step (c),
The method for producing a compound semiconductor wafer, wherein the protective film formed in the step (b) has a function of inhibiting the epitaxial growth of the compound semiconductor film formed in the step (c).

In the manufacturing method of the compound semiconductor wafer of Claim 19 ,
Before the step (a), further including the step of removing the outer peripheral portion of the substrate to a certain depth to form a notch,
In the step (b), the protective film is formed so that the protective film covers the side surface and the cutout portion of the substrate.