(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシー基板の表面全体にＧａを含むＧａ化合物からなるバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合金属層を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、
移設基板が接合された光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該バッファー層破壊工程を実施した後に、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離して光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
該バッファー層破壊工程は、第１の出力を有するパルスレーザー光線を該バッファー層全面に照射してエピタキシー基板とバッファー層との境界面にＧａ化合物からＧａを析出させてＧａ層を形成するＧａ層形成工程と、該第１の出力より高い第２の出力を有するパルスレーザー光線をＧａ層形成工程においてパルスレーザー光線を照射した該バッファー層全面に照射してＧａ層の直下のＧａ化合物を破壊してＧａ層とエピタキシー基板との間にガス層を形成するガス層形成工程と、を含んでいる、
ことを特徴とするリフトオフ方法。
【請求項２】
該第１の出力を有するパルスレーザー光線はエネルギー密度が０．１２５〜０．５Ｊ／ｃｍ２に設定され、該第２の出力を有するパルスレーザー光線はエネルギー密度が０．５５〜１．０Ｊ／ｃｍ２に設定されている、請求項１記載のリフトオフ方法。
【請求項３】
該ガス層形成工程は、レーザー加工装置に保持された該光デバイスウエーハに対してパルスレーザー光線を集光する集光器を該エピタキシー基板の最外周位置に位置付け、該パルスレーザー光線を照射する際、該保持された光デバイスウエーハを回転させつつ中心に向けて移動させることにより、該バッファー層の全面に対してパルスレーザー光線を照射する請求項１、又は２に記載のリフトオフ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法に関する。
【０００２】
光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介してGaN（窒化ガリウム）またはINGaP（インジウム・ガリウム・リン）若しくはALGaN（アルミニウム・窒化ガリウム）で構成されるn型半導体層およびp型半導体層からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割することにより個々の光デバイスを製造している。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、光デバイスの輝度を向上させる技術として、光デバイスウエーハを構成するサファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して積層されたn型半導体層およびp型半導体層からなる光デバイス層をAuSu（金錫）等の接合金属層を介して接合し、エピタキシー基板の裏面側からエピタキシー基板を透過しバッファー層で吸収される波長（例えば２４８nm）のレーザー光線を照射してバッファー層を破壊し、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離することにより、光デバイス層を移設基板に移し替えるリフトオフと呼ばれる製造方法が下記特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特開２００４−７２０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
而して、エピタキシー基板の裏面側からバッファー層に集光点を位置付けてレーザー光線を照射すると、バッファー層を構成するGaNまたはINGaP若しくはALGaNがGaとN2等のガスに分解することでバッファー層が破壊されるが、エピタキシー基板の厚みバラツキ、バッファー層の厚みバラツキがあると、GaNまたはINGaP若しくはALGaNがGaとN2等のガスに分解する領域と、分解しない領域とが存在し、バッファー層の破壊にムラが生じてエピタキシー基板を適正に剥離することができないという問題がある。
また、光デバイスの品質を向上させるためにエピタキシー基板の表面に凹凸が形成されている場合には、レーザー光線が凹凸の壁に遮られてバッファー層の破壊が抑制されエピタキシー基板の剥離が困難になるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、バッファー層を均一に破壊し、エピタキシー基板を確実に剥離することができるリフトオフ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、エピタキシー基板の表面全体にＧａを含むＧａ化合物からなるバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合金属層を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、
移設基板が接合された光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該バッファー層破壊工程を実施した後に、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離して光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
該バッファー層破壊工程は、第１の出力を有するパルスレーザー光線を該バッファー層全面に照射してエピタキシー基板とバッファー層との境界面にＧａ化合物からＧａを析出させてＧａ層を形成するＧａ層形成工程と、該第１の出力より高い第２の出力を有するパルスレーザー光線をＧａ層形成工程においてパルスレーザー光線を照射した該バッファー層全面に照射してＧａ層の直下のＧａ化合物を破壊してＧａ層とエピタキシー基板との間にガス層を形成するガス層形成工程と、を含んでいる、
ことを特徴とするリフトオフ方法が提供される。
【０００８】
上記第１の出力を有するパルスレーザー光線はエネルギー密度が０．１２５〜０．５Ｊ／ｃｍ２に設定され、上記第２の出力を有するパルスレーザー光線はエネルギー密度が０．５５〜１．０Ｊ／ｃｍ２に設定される。また、該ガス層形成工程は、レーザー加工装置に保持された該光デバイスウエーハに対してパルスレーザー光線を集光する集光器を該エピタキシー基板の最外周位置に位置付け、該パルスレーザー光線を照射する際、該保持された光デバイスウエーハを回転させつつ中心に向けて移動させることにより、該バッファー層の全面に対してパルスレーザー光線を照射することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるリフトオフ方法は、エピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程が、第１の出力を有するパルスレーザー光線を該バッファー層全面に照射してエピタキシー基板とバッファー層との境界面にＧａ化合物からＧａを析出させてＧａ層を形成するＧａ層形成工程と、該第１の出力より高い第２の出力を有するパルスレーザー光線を該Ｇａ層形成工程においてパルスレーザー光線を照射したバッファー層全面に照射してＧａ層の直下のＧａ化合物を破壊してＧａ層とエピタキシー基板との間にガス層を形成するガス層形成工程とを含んでいるので、Ｇａ層とエピタキシー基板との間にガス層が均一に形成されているため、バファー層によるエピタキシー基板と光デバイス層の結合機能が完全に喪失している。このため、エピタキシー基板を移設基板から離反する方向に引き上げることにより、エピタキシー基板を光デバイス層から容易に剥離することができる。従って、エピタキシー基板の表面に凹凸が形成されている場合であっても、Ｇａ層とエピタキシー基板との間に形成されるガス層によってバファー層によるエピタキシー基板と光デバイス層の結合機能が完全に喪失しているので、エピタキシー基板を光デバイス層から容易に剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるリフトオフ方法によって移設基板に移し替えられる光デバイス層が形成された光デバイスウエーハの斜視図および要部拡大断面図。
【図２】図１に示す光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に移設基板を接合する移設基板接合工程の説明図。
【図３】本発明によるリフトオフ方法におけるバッファー層破壊工程を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。
【図４】本発明によるリフトオフ方法のバッファー層破壊工程におけるGa層形成工程を示す説明図。
【図５】図４に示すGa層形成工程が実施された光デバイスウエーハの要部を拡大して示す断面図。
【図６】本発明によるリフトオフ方法のバッファー層破壊工程におけるガス層形成工程が実施された光デバイスウエーハの要部を拡大して示す断面図。
【図７】本発明によるリフトオフ方法における光デバイス層移設工程を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明によるリフトオフ方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１の(a)および(b)には、本発明によるリフトオフ方法によって移設基板に移し替えられる光デバイス層が形成された光デバイスウエーハの斜視図および要部拡大断面図が示されている。
図１の(a)および(b)に示す光デバイスウエーハ２は、直径が５０mmで厚みが６００μmの円板形状であるサファイア基板からなるエピタキシー基板２１の表面２１aにn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２がエピタキシャル成長法によって形成されている。なお、エピタキシー基板２１の表面にエピタキシャル成長法によってn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２を積層する際に、エピタキシー基板２１の表面２１aと光デバイス層２２を形成するn型窒化ガリウム半導体層２２１との間には窒化ガリウム(GaN)からなる厚みが例えば１μmのバファー層２３が形成される。このように構成された光デバイスウエーハ２は、図示の実施形態においては光デバイス層２２の厚みが例えば１０μmに形成されている。なお、光デバイス層２２は、図１の(a)に示すように格子状に形成された複数のストリート２２３によって区画された複数の領域に光デバイス２２４が形成されている。
【００１３】
上述したように光デバイスウエーハ２におけるエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離して移設基板に移し替えるためには、光デバイス層２２の表面２２aに移設基板を接合する移設基板接合工程を実施する。即ち、図２の(a)、(b)および(c)に示すように、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aに、厚みが１ｍmの銅基板からなる移設基板３を金錫（AuSu）からなる接合金属層４を介して接合する。なお、移設基板３としてはモリブデン(Mo)、シリコン(Si)等を用いることができ、また、接合金属層４を形成する接合金属としては金(Au),白金(Pt),クロム(Cr),インジウム(In),パラジウム(Pd)等を用いることができる。この移設基板接合工程は、エピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aまたは移設基板３の表面３aに上記接合金属を蒸着して厚みが３μm程度の接合金属層４を形成し、この接合金属層４と移設基板３の表面３aまたは光デバイス層２２の表面２２aとを対面させて圧着することにより、光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合金属層４を介して接合して複合基板２００を形成する。
【００１４】
上述したように光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合金属層４を介して接合し複合基板２００を形成したならば、エピタキシー基板２１の裏面側からバッファー層２３にエピタキシー基板２１に対しては透過性を有しバッファー層２３に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程を実施する。このバッファー層破壊工程は、本発明においては、第１の出力を有するパルスレーザー光線を照射してエピタキシー基板とバッファー層との境界面にGa化合物からGaを析出させてGa層を形成するGa層形成工程と、該第１の出力より高い第２の出力を有するパルスレーザー光線を照射してGa層の直下のGa化合物を破壊してGa層とエピタキシー基板との間にガス層を形成するガス層形成工程とを含んでいる。
【００１５】
上述したGa層形成工程およびガス層形成工程は、図３に示すレーザー加工装置５を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図３において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図３において矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
【００１６】
上記レーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング５２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器５２２が装着されている。なお、レーザー光線照射手段５２は、集光器５２２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。
【００１７】
上記レーザー加工装置５を用いて先ずGa層形成工程を実施する。Ga層形成工程を実施するには、図３に示すようにチャックテーブル５１の上面（保持面）に上記複合基板２００の移設基板３側を載置する。そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル５１上に複合基板２００を吸着保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル５１上に保持された複合基板２００は、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１bが上側となる。このようにチャックテーブル５１上に複合基板２００を吸引保持したならば、図示しない加工送り手段を作動してチャックテーブル５１をレーザー光線照射手段５２の集光器５２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、上記エピタキシー基板２１の裏面２１b（上面）側からバファー層２３にサファイアに対しては透過性を有し窒化ガリウム(GaN)に対しては吸収性を有する波長で第１の出力（例えばエネルギー密度が０．１２５〜０．５J／cm2）を有するパルスレーザー光線を照射して、エピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面にGa化合物からGaを析出させてGa層を形成するGa層形成工程を実施する。このGa層形成工程は、チャックテーブル５１を図４の（ａ）で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、一端（図４の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段５２の集光器５２２の直下に位置付ける。そして、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５２２からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１を図４の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図４の（c）で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２２の照射位置にエピタキシー基板２１の他端（図４の（c）において右端）が達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１の移動を停止する。このレーザー光線照射工程をバファー層２３の全面に対応する領域に実施する。
なお、上記Ga層形成工程は、集光器５２２をエピタキシー基板２１の最外周に位置付け、チャックテーブル５１を回転しつつ集光器５２２を中心に向けて移動することによりバファー層２３の全面にパルスレーザー光線を照射してもよい。
【００１８】
上記Ga層形成工程をエキシマレーザーを用いて実施する加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源                    ：エキシマレーザー
波長                    ：１９３nmまたは２４８ｎｍ
繰り返し周波数          ：５０Ｈｚ
平均出力                ：０．０１〜０．０４W
パルス幅                ：１０ns
スポット形              ：４００μｍ□
加工送り速度            ：２０ｍｍ／秒
【００１９】
上記加工条件によってGa層形成工程を実施することにより、エピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面には、図５に示すようにバファー層２３を構成する窒化ガリウム(GaN)からGaが析出されてGa層２３１が形成される。このとき、バファー層２３に照射するパルスレーザー光線の第１の出力は、エネルギー密度が０．１２５〜０．５J／cm2に設定されていることが重要である。即ち、バファー層２３に照射するパルスレーザー光線のエネルギー密度が０．１２５J／cm2より低いとバファー層２３を構成する窒化ガリウム(GaN)からGaを析出させることができず、一方、バファー層２３に照射するパルスレーザー光線のエネルギー密度が０．５より高いとバファー層２３を構成する窒化ガリウム(GaN)が破壊されて窒化ガリウム(GaN)からGaを析出してGa層を均一に形成することができない。従って、Ga層形成工程においてバファー層２３に照射するパルスレーザー光線の第１の出力は、エネルギー密度が０．１２５〜０．５J／cm2に設定されることが重要である。
【００２０】
上述したGa層形成工程を実施したならば、上記第１の出力より高い第２の出力（例えばエネルギー密度が０．５５〜１．０J／cm2）を有するパルスレーザー光線を照射してGa層２３１の直下のGa化合物を破壊してGa層２３１とエピタキシー基板２１との間にガス層を形成するガス層形成工程を実施する。なお、ガス層形成工程は、上記図２に示すGa層形成工程と同様に実施することができる。また、ガス層形成工程は、集光器５２２をエピタキシー基板２１の最外周に位置付け、チャックテーブル５１を回転しつつ集光器５２２を中心に向けて移動することによりGa層２３１の直下のバファー層２３の全面にパルスレーザー光線を照射してもよい。
【００２１】
上記ガス層形成工程をエキシマレーザーを用いて実施する加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源                    ：エキシマレーザー
波長                    ：１９３nmまたは２４８ｎｍ
繰り返し周波数          ：５０Ｈｚ
平均出力                ：０．０４４〜０．０８W
パルス幅                ：１０ns
スポット形              ：４００μｍ□
加工送り速度            ：２０ｍｍ／秒
【００２２】
上記加工条件によってガス層形成工程を実施することにより、図６に示すようにGa層２３１の直下のGa化合物を破壊してGa層２３１とエピタキシー基板２１との間にガス層２３２が形成される。このとき、Ga層２３１の直下のバファー層２３に照射するパルスレーザー光線の第２の出力は、エネルギー密度が０．５５〜１．０J／cm2に設定されていることが重要である。即ち、Ga層２３１の直下のバファー層２３に照射するパルスレーザー光線のエネルギー密度が０．５５J／cm2より低いとバファー層２３を構成する窒化ガリウム(GaN)を破壊して十分なガスを発生させることができず、一方、バファー層２３に照射するパルスレーザー光線のエネルギー密度が１．０より高いとバファー層２３を構成する窒化ガリウム(GaN)の破壊が激しくGa層２３１とエピタキシー基板２１との間にガス層２３２を均一に形成することができない。従って、ガス層形成工程においてGa層２３１の直下のバファー層２３に照射するパルスレーザー光線の第１の出力は、エネルギー密度が０．５５〜１．０J／cm2に設定されることが重要である。
【００２３】
次に、Ga層形成工程およびガス層形成工程の他の実施形態について説明する。
上述したGa層形成工程およびガス層形成工程の実施形態においては、パルスレーザー光線の光源をとしてエキシマレーザーを用いた例を示したが、以下に述べる実施形態においてはパルスレーザー光線の光源としてYAGレーザーを用いたGa層形成工程およびガス層形成工程の加工条件について説明する。
【００２４】
Ga層形成工程をYAGレーザーを用いて実施する加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源                    ：YAGレーザー
波長                    ：２５７nmまたは２６６ｎｍ
繰り返し周波数          ：２００kＨｚ
平均出力                ：０．３W
パルス幅                ：１０ns
スポット径              ：φ３０μｍ
加工送り速度            ：１００ｍｍ／秒
【００２５】
上記加工条件によってGa層形成工程を実施することにより、エピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面には、上記図５に示すようにバファー層２３を構成する窒化ガリウム(GaN)からGaが析出されてGa層２３１が形成される。このとき、バファー層２３に照射するパルスレーザー光線の第１の出力は、上記実施形態と同様の理由によりエネルギー密度が０．１２５〜０．５J／cm2に設定されていることが重要である。
【００２６】
ガス層形成工程をYAGレーザーを用いて実施する加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源                    ：YAGレーザー
波長                    ：２５７nmまたは２６６ｎｍ
繰り返し周波数          ：２００kＨｚ
平均出力                ：１．２W
パルス幅                ：１０ns
スポット径              ：φ３０μｍ
加工送り速度            ：１００ｍｍ／秒
【００２７】
上記加工条件によってガス層形成工程を実施することにより、図６に示すようにGa層２３１の直下のGa化合物を破壊してGa層２３１とエピタキシー基板２１との間にガス層２３２が均一に形成される。このとき、Ga層２３１の直下のバファー層２３に照射するパルスレーザー光線の第２の出力は、上記実施形態と同様の理由によりエネルギー密度が０．５５〜１．０J／cm2に設定されていることが重要である。
【００２８】
上述したGa層形成工程およびガス層形成工程を含むバッファー層破壊工程を実施したならば、エピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離して光デバイス層２２を移設基板３に移設する光デバイス層移設工程を実施する。
この光デバイス層移設工程は、図７に示すようにエピタキシー基板２１を移設基板３から離反する方向に引き上げることにより、エピタキシー基板２１を光デバイス層２２から容易に剥離することができる。即ち、上述したGa層形成工程およびガス層形成工程を実施することにより、Ga層２３１とエピタキシー基板２１との間にガス層２３２が均一に形成されているので、バファー層２３によるエピタキシー基板２１と光デバイス層２２の結合機能が完全に喪失している。このため、エピタキシー基板２１を移設基板３から離反する方向に引き上げることにより、エピタキシー基板２１を光デバイス層２２から容易に剥離することができる。従って、エピタキシー基板２１の表面に凹凸が形成されている場合であっても、Ga層２３１とエピタキシー基板２１との間に形成されるガス層２３２によってバファー層２３によるエピタキシー基板２１と光デバイス層２２の結合機能が完全に喪失しているので、エピタキシー基板２１を光デバイス層２２から容易に剥離することができる。
【００２９】
２：光デバイスウエーハ
２１：エピタキシー基板
２２：光デバイス層
２３：バファー層
２３１：Ga層
２３２：ガス層
３：移設基板
４：接合金属層
２００：複合基板
５：レーザー加工装置
５１：レーザー加工装置のチャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５２２：集光器
【図１】
0005996250.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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