CN116096936A - Iii族元素氮化物半导体基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种III族元素氮化物半导体基板，其具备第一面和第二面，对于该III族元素氮化物半导体基板，即便在第一面上制作的器件的尺寸变大，同一基板内的器件间的器件特性的偏差也得以抑制。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板是具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板，其中，满足选自由下述(1)～(3)构成的组中的至少1者。(1)第一面的表面起伏曲线的最大高度Wz为150nm以下。(2)第一面的表面起伏曲线的均方根高度Wq为25nm以下。(3)第一面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm为0.5mm以上。

Description

III族元素氮化物半导体基板
技术领域
本发明涉及III族元素氮化物半导体基板。更详细而言，涉及具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板，其中，该III族元素氮化物半导体基板的第一面内的品质偏差得以抑制。
背景技术
作为各种半导体器件的基板，采用氮化镓(GaN)晶片、氮化铝(AlN)晶片、氮化铟(InN)晶片等III族元素氮化物半导体基板(例如专利文献1等)。
半导体基板具备第一面和第二面。将第一面设为主面，将第二面设为背面时，主面代表性的为III族元素极性面，背面代表性的为氮极性面。在主面上能够生长外延结晶，另外，能够制作各种器件。
报道有如下技术，即，通过使III族元素氮化物半导体基板的表面粗糙度变小，从而使在主面上形成的外延结晶的生长膜的结晶性变得良好，使在主面上形成的器件的性能变得良好，或者降低在主面上形成的器件的性能偏差(专利文献2－4)。
专利文献2中报道了如下氮化物半导体基板，其特征在于，直径为45mm以上，存在具有一个极大点或极小点的均匀翘曲，中央部的高度H为12μm以下，或者翘曲的曲率半径为21m以上，通过CMP研磨，使得表面粗糙度为0.1nm≤RMS≤5nm，背面粗糙度为0.1nm≤RMS≤5000nm，每0.1mm取测定点而测定得到的面内厚度偏差(TTV)为10μm以下。该专利文献2中报道了：通过使采用AFM以10μm见方测定得到的RMS为0.1nm≤RMS≤5nm(第0059段)、每0.1mm测定得到的TTV为10μm以下，能够使外延生长后的形貌变得良好(第0061段)。
专利文献3中报道了如下方法，其中，在被处理的AlxGayInzN晶片的Ga侧的10×10μm2面积内具有小于1nm的以均方根(RMS)表面粗糙度为特征的表面粗糙度。该专利文献3中报道了：为了使之后在基板上生长的AlGaInN结晶的品质变得良好，使表面粗糙度RMS(测定范围10×10μm2)小于1nm是非常重要的。
专利文献4中报道了如下GaN结晶基板(关于此处的翘曲的符号，结晶生长面呈凸形状时为+，结晶生长面呈凹形状时为－)，其中，GaN基板的背面的翘曲W(R)为－35μm≤W(R)≤45μm，表面的面粗糙度Ra为Ra≤5nm。该专利文献4中报道了：通过使表面粗糙度Ra为5nm以下，能够使结晶性良好的半导体层生长(利用3D－SEM在80×110μm2的范围进行测定并利用激光位移计在700×750μm2的范围进行测定)(第0068段)。
像这样，以往，想要通过使基板表面的10×10μm2、80×110μm2、700×750μm2这样的水平的微观的微小区域的表面粗糙度变小而使在III族元素氮化物半导体基板的主面上形成的外延结晶的生长膜的结晶性变得良好，使在主面上形成的器件的性能变得良好，或者降低在主面上形成的器件的性能偏差。
此处，III族元素氮化物半导体基板用作LED、LD等发光器件的基底基板，近年来，在高频/高功率的电子器件中的应用也备受关注。特别是，大功率器件中，由于元件尺寸变大，所以，对于III族元素氮化物半导体基板，要求进行从目前主流的2英寸(直径50.8mm)到4英寸(约100mm)、6英寸(约150mm)等的大口径化。
不过，随着使在III族元素氮化物半导体基板的主面上制作的器件的尺寸变大，器件特性恶化且同一基板内的器件间的器件特性的偏差变大的问题更加明显。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－263609号公报
专利文献2：日本特许第3581145号公报
专利文献3：日本特许第4350505号公报
专利文献4：日本特许第4380791号公报
发明内容
本发明的课题在于提供一种III族元素氮化物半导体基板，该III族元素氮化物半导体基板具备第一面和第二面，即便在第一面上制作的器件的尺寸变大，同一基板内的器件间的器件特性的偏差也得以抑制。
本发明的一个实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板是具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板，其中，
该第一面的表面起伏曲线的最大高度Wz为150nm以下。
本发明的一个实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板是具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板，其中，
该第一面的表面起伏曲线的均方根高度Wq为25nm以下。
本发明的一个实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板是具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板，其中，
该第一面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm为0.5mm以上。
一个实施方式中，上述III族元素氮化物半导体基板的上述第一面的均方根粗糙度Rms为10nm以下。
一个实施方式中，上述III族元素氮化物半导体基板的直径为75mm以上。
发明效果
根据本发明，提供一种III族元素氮化物半导体基板，该III族元素氮化物半导体基板具备第一面和第二面，即便在第一面上制作的器件的尺寸变大，同一基板内的器件间的器件特性的偏差也得以抑制。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的代表性的概要截面图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的制造方法的概要说明图。
具体实施方式
本说明书中使用“重量”这一表达的情况下，可以改称为作为表示分量的SI系单位惯用的“质量”。
代表性地，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板为由III族元素氮化物结晶形成的自立基板。本发明的说明中，“自立基板”是指：操作时不会因自重而变形或破损且能够以固形物的形式操作的基板。自立基板可以用作发光元件、电力控制元件等各种半导体器件的基板。
代表性地，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板为晶片状(大致正圆状)。不过，可以根据需要加工成除此以外的形状、例如矩形等形状。
关于本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的直径，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当直径。就能够更表现出本发明的效果这一点而言，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的直径优选为50mm以上，更优选为75mm以上，进一步优选为100mm以上。特别是，如果本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板为其直径75mm以上的所谓的大口径的III族元素氮化物半导体基板，则本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板在高频/高功率的电子器件中的应用变得容易，特别是，在元件尺寸变大这样的大功率器件中的应用变得容易。
作为大口径的III族元素氮化物半导体基板，具体而言，例如可以举出：4英寸晶片、6英寸晶片、8英寸晶片、12英寸晶片等。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的厚度(厚度非恒定的情况下，最大厚度部位的厚度)优选为300μm～1000μm。
作为III族元素氮化物，代表性地可以举出：氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)或它们的混晶。该III族元素氮化物可以仅为1种，也可以为2种以上。
具体而言，III族元素氮化物为GaN、AlN、InN、GaxAl1－xN(1＞x＞0)、GaxIn1－xN(1＞x＞0)、AlxIn1－xN(1＞x＞0)、GaxAlyInzN(1＞x＞0、1＞y＞0、x+y+z＝1)。该III族元素氮化物可以掺杂有各种n型掺杂物或p型掺杂物。
作为p型掺杂物，代表性地可以举出：铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)及镉(Cd)。该p型掺杂物可以仅为1种，也可以为2种以上。
作为n型掺杂物，代表性地可以举出：硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)及氧(O)。该n型掺杂物可以仅为1种，也可以为2种以上。
III族元素氮化物半导体基板的面取向可以为c面、m面、a面、及相对于c面、a面、m面分别倾斜的特定的结晶面，特别是，设为c面时，更表现出本发明的效果。作为相对于c面、a面、m面分别倾斜的特定的结晶面，可例示：{11－22}面、{20－21}面这样的所谓的半极性面。另外，作为面取向，不仅容许与c面、a面、m面或者相对于这些面倾斜的特定的结晶面垂直的所谓的正平面，还容许包括±5°的范围内的偏角。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板是具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板。将第一面设为主面，将第二面设为背面时，如果III族元素氮化物半导体基板的面取向为c面，则主面代表性的为III族元素极性面，背面代表性的为氮极性面。不过，也可以将主面设为氮极性面，将背面设为III族元素极性面。在主面上能够使外延结晶生长，另外，能够制作各种器件。背面通过基座等而被保持，能够转移本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的说明中，将第一面设为主面，将第二面设为背面进行说明。因此，本说明书中，“主面”可以改称为“第一面”，“第一面”也可以改称为“主面”；“背面”可以改称为“第二面”，“第二面”也可以改称为“背面”。
主面可以为镜面，也可以为非镜面。优选为，主面为镜面。
关于主面，从使器件层外延生长而得到制作的器件的特性良好、器件间的器件特性的偏差少的半导体器件的观点出发，优选为加工变质层实质上被除去且微观的区域处的表面粗糙度较小的面。
背面可以为镜面，也可以为非镜面。
镜面为进行了镜面加工的表面，是指：在镜面加工后，表面的粗糙度、起伏降低至光发生反射而能够以肉眼观察确认物体映于进行了镜面加工的表面上的状态的表面。亦即，镜面加工后的表面的粗糙度、起伏的大小降低至相对于可见光的波长而言可充分忽略的程度的状态的表面。
作为镜面加工的方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当方法。作为该方法，例如可以举出：采用使用了研磨带的研磨装置、使用了金刚石磨粒的精研装置、使用了胶体二氧化硅等浆料和无纺布研磨垫的CMP(Chemical Mechanical Polish)装置等中的1个或组合进行镜面加工的方法等。在加工后的表面残留有加工变质层的情况下，将加工变质层除去。作为将加工变质层除去的方法，例如可以举出：采用RIE(Reactive IonEtching：反应性离子蚀刻)或化学药液将加工变质层除去的方法、对基板进行退火的方法等。
非镜面为未进行镜面加工的表面，代表性地可以举出通过粗面化处理而得到的粗面。
作为粗面化处理的方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当方法。作为该方法，例如可以举出：使用了磨石的磨削加工、激光纹理加工、使用了各种化学药液及气体的蚀刻处理、物理或者化学涂覆处理、利用机械加工的纹理化等。
在背面加工后的表面确认到由加工变质层所引起的残留应力的情况下，优选将加工变质层除去而使残留应力消失。作为将加工变质层除去的方法，例如可以举出：采用RIE(Reactive Ion Etching：反应性离子蚀刻)或化学药液将加工变质层除去的方法、对基板进行退火的方法等。
图1是本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的代表性的概要截面图。如图1所示，代表性地，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板100具有主面(III族元素极性面)10和背面(氮极性面)20。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板100可以具有侧面30。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的端部可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当形态。对于本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的端部，例如可以举出：主面侧和背面侧的倒角部均倒角成平坦面的形状、主面侧和背面侧的倒角部均倒角成曲面状的形状、仅有端部的主面侧的倒角部倒角成平坦面的形状、仅有端部的背面侧的倒角部倒角成平坦面的形状等。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的端部被倒角的情况下，其被倒角的部分可以设置于外周部的整个1周，或者可以仅设置于外周部的一部分。
代表性地，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板为选自由下述(1)～(3)构成的组中的至少1者。
(1)主面的表面起伏曲线的最大高度Wz为150nm以下。
(2)主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq为25nm以下。
(3)主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm为0.5mm以上。
即，代表性地，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板选自由下述形态构成的组，即：满足上述(1)而不满足上述(2)及上述(3)的形态、满足上述(2)而不满足上述(1)及上述(3)的形态、满足上述(3)而不满足上述(1)及上述(2)的形态、满足上述(1)及上述(2)而不满足上述(3)的形态、满足上述(1)及上述(3)而不满足上述(2)的形态、满足上述(2)及上述(3)而不满足上述(1)的形态、上述(1)、上述(2)及上述(3)全部满足的形态。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，在上述(1)～(3)之中满足的数量越多，越理想。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板为选自由上述(1)～(3)构成的组中的至少1者的情况下，即便在主面上制作的器件的尺寸变大，同一基板内的器件间的器件特性的偏差也能够得到抑制。
关于上述(1)，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，主面的表面起伏曲线的最大高度Wz优选为150nm以下，更优选为120nm以下，进一步优选为80nm以下，特别优选为50nm以下。上述主面的表面起伏曲线的最大高度Wz的下限值越小越好。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，如果主面的表面起伏曲线的最大高度Wz在上述范围内，则即便在主面上制作的器件的尺寸变大，同一基板内的器件间的器件特性的偏差也能够得到抑制。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，如果主面的表面起伏曲线的最大高度Wz偏离上述范围而过大，当在主面上制作的器件的尺寸变大时，同一基板内的器件间的器件特性的偏差有可能变大。
关于上述(1)，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，主面的表面起伏曲线的最大高度Wz的测定方法在下文中进行说明。
关于上述(2)，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq优选为25nm以下，更优选为20nm以下，进一步优选为12nm以下，特别优选为10nm以下。上述主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq的下限值越小越好。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，如果主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq在上述范围内，则即便在主面上制作的器件的尺寸变大，同一基板内的器件间的器件特性的偏差也能够得到抑制。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，如果主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq偏离上述范围而过大，当在主面上制作的器件的尺寸变大时，同一基板内的器件间的器件特性的偏差有可能变大。
关于上述(2)，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq的测定方法在下文中进行说明。
关于上述(3)，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm优选为0.5mm以上，更优选为1.0mm以上，进一步优选为1.5mm以上，特别优选为3.0mm以上。若考虑测定极限，则上述主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm的上限值实际上为10mm以下。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，如果主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm在上述范围内，则即便在主面上制作的器件的尺寸变大，同一基板内的器件间的器件特性的偏差也能够得到抑制。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，如果主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm偏离上述范围而过小，当在主面上制作的器件的尺寸变大时，同一基板内的器件间的器件特性的偏差有可能变大。
关于上述(3)，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm的测定方法在下文中进行说明。
关于上述(1)～(3)，优选在主面的整个区域中除了不进行器件的形成的外周部的倒角部(器件非形成区域)以外的区域进行主面的表面起伏曲线的最大高度Wz的测定、主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq的测定、主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm的测定。
如上所述，从使器件层外延生长而得到制作的器件的特性良好且器件间的器件特性的偏差少的半导体器件的观点出发，主面优选为加工变质层实质上被除去且微观的区域处的表面粗糙度小的面。从该观点出发，主面的采用AFM以10μm见方测定得到的均方根粗糙度Rms优选为10nm以下，更优选为3nm以下，进一步优选为1nm以下。
作为主面的加工方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当方法。作为该方法，例如可以举出：采用使用了金刚石磨石的磨削装置、使用了研磨带的磨削装置、使用了金刚石磨粒的精研装置、使用了胶体二氧化硅等浆料和无纺布研磨垫的CMP(Chemical Mechanical Polish)装置等中的1个或组合进行镜面加工的方法等。在加工后的表面残留有加工变质层的情况下，将加工变质层除去。作为这样的方法，例如可以举出：采用RIE(Reactive Ion Etching：反应性离子蚀刻)或化学药液将加工变质层除去的方法、对基板进行退火的方法等。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板可以在无损本发明的效果的范围内利用任意的适当方法制造。以下，就更表现出本发明的效果这一点而言，对本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的优选制造方法进行说明。
对于本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板，代表性地，如图2(a)所示，在基底基板1的主面1a上形成晶种膜2，在晶种膜2的III族元素极性面2a上形成III族元素氮化物层3。接下来，将成为自立基板的III族元素氮化物层(晶种膜2+III族元素氮化物层3)自基底基板1分离，如图2(b)所示，得到具有主面10’和背面20’的自立基板100’。
作为基底基板的材质，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当材质。作为该材质，例如可以举出：蓝宝石、结晶取向性氧化铝、氧化镓、AlxGa1－xN(0≤x≤1)、GaAs、SiC等。
作为晶种膜的材质，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当材质。作为该材质，例如可以举出：AlxGa1－xN(0≤x≤1)、InxGa1－xN(0≤x≤1)，优选为氮化镓。作为晶种膜的材质，更优选为通过荧光显微镜观察可确认到黄色发光效果的氮化镓。黄色发光是指：除了从带到带的激子跃迁(UV)以外、在2.2eV～2.5eV的范围内出现的峰(黄色发光(YL)或黄色带(YB))。
作为晶种膜的形成方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当形成方法。作为该形成方法，例如可以举出气相生长法，优选举出：有机金属化学气相生长(MOCVD：Metal－Organic Chemical Vapor Deposition)法、氢化物气相生长(HVPE)法、脉冲激发堆积(PXD)法、MBE法、升华法。作为晶种膜的形成方法，其中，更优选有机金属化学气相生长法(MOCVD：Metal－Organic Chemical Vapor Deposition)。
例如，优选于450℃～550℃使低温生长缓冲层堆积20nm～50nm后，于1000℃～1200℃使厚度2μm～4μm的膜层叠，由此利用MOCVD法形成晶种膜。
作为III族元素氮化物结晶层的培养方向，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当培养方向。作为该培养方向，例如可以举出：纤锌矿结构的c面的法线方向、a面、m面各自的法线方向、相对于c面、a面、m面分别倾斜的面的法线方向。
作为III族元素氮化物结晶层的形成方法，只要是结晶取向大致仿照晶种膜的结晶取向的形成方法即可，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当形成方法。作为该形成方法，例如可以举出：有机金属化学气相生长(MOCVD：Metal－Organic ChemicalVapor Deposition)法、氢化物气相生长(HVPE)法、脉冲激发堆积(PXD)法、MBE法、升华法等气相生长法；Na助熔剂法、氨热法、水热法、溶胶凝胶法等液相生长法；利用了粉末的固相生长的粉末生长法；这些方法的组合等。
作为III族元素氮化物结晶层的形成方法采用Na助熔剂法的情况下，优选按照日本特许第5244628号公报中记载的制造方法以能够更表现出本发明的效果的方式适当调整条件等进行Na助熔剂法。
接下来，通过将III族元素氮化物结晶层自基底基板分离，能够得到包括III族元素氮化物结晶层的自立基板。
作为将III族元素氮化物结晶层自基底基板分离的方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当方法。作为该方法，例如可以举出：在培养出III族元素氮化物结晶层后的降温工序中使用热收缩差使III族元素氮化物结晶层自基底基板自发分离的方法、通过化学蚀刻将III族元素氮化物结晶层自基底基板分离的方法、如图2(a)所示自基底基板1的背面1b侧像箭头A那样照射激光而通过激光剥离法将III族元素氮化物结晶层自基底基板剥离的方法、通过磨削将III族元素氮化物结晶层自基底基板剥离的方法等。另外，可以利用线锯等对III族元素氮化物结晶层进行切片，得到包括III族元素氮化物结晶层的自立基板。
接下来，对自立基板的外周部进行磨削加工，由此调整为所期望的直径的圆形。
接下来，通过磨削、精研、研磨加工等表面加工，对主面和/或背面进行除去加工，由此得到以所期望的厚度进行薄板化及平坦化后的自立基板。
在进行磨削、精研、研磨加工等表面加工时，通常，通过采用蜡等手段，将自立基板粘贴于加工平台来进行。此时，如果对将自立基板粘贴于加工平台的压力、具体的为将自立基板粘贴于加工平台时向该自立基板施加的压力适当地进行调整，则优选本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板能够成为选自由下述(1)～(3)构成的组中的至少1者。
(1)主面的表面起伏曲线的最大高度Wz为150nm以下。
(2)主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq为25nm以下。
(3)主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm为0.5mm以上。
主要包含硅这样的硬度低的材料的自立基板的情况下，即便该自立基板的表面翘曲，通过将该表面变得平坦的程度的压力施加于该自立基板整体，该自立基板的该表面的整体仿照加工平台的表面的平面度而平滑地变化，该自立基板的该表面也以均匀地平坦化的状态容易地粘贴于加工平台。
另一方面，主要包含III族元素氮化物这样的硬度高的材料的自立基板的情况下，当该自立基板的表面翘曲时，在该表面变得平坦的程度的压力下，该表面的整体没有均匀地仿照加工平台的表面的平面度。因此，在以毫米单位的局部视点观察时，以自立基板的表面产生了起伏的状态粘贴于加工平台。然后，在该状态下进行自立基板的表面加工，当表面加工后从加工平台拆下时，在自立基板的表面产生起伏。
通过使将自立基板粘贴于加工平台时的压力增大到翘曲的自立基板的表面变得平坦的压力以上，使得具有局部翘曲的形状的基板表面也得以平坦地粘贴。此外，在将自立基板粘贴于加工平台时，将有机硅片材这样的柔软材料载放于自立基板上进行压制，由此对自立基板整体施加更均匀的压力，能够将具有局部弯曲的形状的表面平坦地粘贴。在该状态下进行自立基板的表面加工，当从加工平台拆下时，能够制作表面起伏小的自立基板。将自立基板粘贴于加工平台时的优选压力为翘曲的自立基板的表面变得平坦的压力的2倍以上。
翘曲的自立基板的表面变得平坦的具体压力值可以采用由下式计算出的值。应予说明，代表性地，可以基于下式计算出压力值，不过，因具有自立基板的厚度、结晶品质不均匀的区域等原因，在基于下式计算出的压力值下，翘曲的自立基板的表面没有充分变得平坦，这种情况下，可以根据需要使压力进一步增大。
S＝2.1×10－11×B×T3
(S为压力(单位为MPa)，B为自立基板的翘曲(单位为μm)，T为自立基板的厚度(单位为μm)。)
不过，在将自立基板粘贴于加工平台时，如果将过高的压力施加于自立基板，则有可能该自立基板发生开裂，在该自立基板产生裂纹，或者将自立基板和加工平台粘接所需要的蜡量没有残留于自立基板与加工平台之间，因此，以在该自立基板没有产生开裂或裂纹且自立基板和加工平台能够粘接的压力进行粘贴是非常重要的，将自立基板粘贴于加工平台时的优选压力为10MPa以下。
因此，如上所述，“将自立基板粘贴于加工平台时的优选压力”为翘曲的自立基板的表面变得平坦的压力的2倍以上，因此，该“将自立基板粘贴于加工平台时的优选压力”为(2×S)以上，更优选为(3×S)以上。
自立基板的厚度(厚度非恒定的情况下，最大厚度部位的厚度)优选为300μm～1000μm。
根据需要，通过磨削加工，进行自立基板外周缘的倒角。在主面表面残留有加工变质层的情况下，将加工变质层实质上除去。另外，在背面表面残留有由加工变质层所引起的残留应力的情况下，将残留应力除去，最终，得到本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板100。
得到的III族元素氮化物半导体基板100能够使结晶在其主面(III族元素极性面)10上外延生长，如图2(c)所示，将功能层4成膜，得到功能元件5。20是背面(氮极性面)。
作为在得到的III族元素氮化物半导体基板上生长的外延结晶，可例示：氮化镓、氮化铝、氮化铟或它们的混晶。作为该外延结晶，具体而言，例如可以举出：GaN、AlN、InN、GaxAl1－xN(1＞x＞0)、GaxIn1－xN(1＞x＞0)、AlxIn1－xN(1＞x＞0)、GaxAlyInzN(1＞x＞0、1＞y＞0、x+y+z＝1)。另外，作为在得到的III族元素氮化物半导体基板上设置的功能层，除了发光层以外，可以举出：整流元件层、开关元件层、功率半导体层等。另外，在得到的III族元素氮化物半导体基板的III族元素极性面上设置功能层后，对氮极性面进行加工，例如进行磨削、研磨加工，由此也能够使自立基板的厚度、厚度分布变小。
实施例
以下，通过实施例，对本发明具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的任何限定。应予说明，实施例等中的试验及评价方法如下。应予说明，记载为“份”的情况下，只要没有特别记载事项，则是指“重量份”；记载为“％”的情况下，只要没有特别记载事项，则是指“重量％”。
＜表面起伏的测定＞
基于ISO 4287：1997，进行主面的表面起伏曲线的测定。测定长度设为8mm，用于除去长波长成分的截止波长设为8mm，用于除去短波长成分的截止波长设为0.25mm。关于测定位置，将基板的半径设为R(mm)的情况下，在基板的表面处的下述9点、即(0，0)、(0，R－5)、(R－5，0)、(0，－R+5)、(－R+5，0)、(0，(R－5)/2)、((R－5)/2，0)、(0，(－R+5)/2)、((－R+5)/2，0)的坐标位置进行测定。根据在各点得到的表面起伏曲线，求出各点的表面起伏曲线的最大高度、表面起伏曲线的均方根高度、表面起伏曲线要素的平均长度，将各自在9点中的最大值设为该基板的主面的表面起伏曲线的最大高度Wz(nm)、主面的表面起伏曲线的均方根高度Wq(nm)、主面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm(mm)。
＜主面的均方根粗糙度Rms的测定＞
采用AFM(Atomic Force Microscope)进行主面的均方根粗糙度Rms的测定。测定范围设为10μm见方。
＜器件的特性评价＞
利用MOCVD法，使HEMT结构在得到的自立基板上外延生长。对于HEMT结构，在自立基板上将i型GaN层2μm、AlN层1nm、AlGaN层25nm按该顺序依次进行成膜，AlGaN层的Al组成设为30％。
作为漏电极、源电极，蒸镀Ti/Al/Ni/Au(厚度15nm/7nm/10nm/50nm)后，以RTA于700℃进行30秒钟退火。之后，作为栅电极，以蒸镀形成Pd/Ti/Au(厚度40nm/15nm/80nm)。利用光刻工艺进行图案形成。
图案形成中，单位栅极宽度为150μm，栅极长度为2μm，元件尺寸的纵向长度为1mm，通过改变栅极指状物的根数而使元件尺寸的横向长度在0.5mm～5mm的范围内进行变化。之后，进行元件分离，制作HEMT元件。
使器件尺寸发生变化，以各元件尺寸进行各10个器件的特性评价。在各器件尺寸间对最大漏电极电流在10个元件间的偏差进行比较。
器件特性的偏差以[(最大值―最小值)/(最大值+最小值)]的绝对值×100(％)进行计算。
〔实施例1〕
在直径4英寸的蓝宝石基板上，通过MOCVD法形成厚度2μm的包含氮化镓的晶种膜，得到晶种基板。
将得到的晶种基板在氮气氛的手套箱内配置于氧化铝坩埚之中。
接下来，按Ga/(Ga+Na)(mol％)＝15mol％的方式将金属镓和金属钠填充于上述坩埚内。将该坩埚放入耐热金属制的容器中，然后，设置于结晶培养炉的能够旋转的台上。将结晶培养炉升温加压至870℃、4.0MPa后，保持100小时，使容器旋转，由此一边搅拌溶液一边使其结晶生长。之后，缓慢冷却至室温，减压至大气压。然后，从结晶培养炉中取出培养容器。
将坩埚之中的已固化的金属钠利用醇冲洗除去，在晶种基板上得到没有裂纹的氮化镓结晶层(厚度1mm)。
利用LLO(激光剥离)法，将基底基板剥离，分离出氮化镓结晶层，得到氮化镓自立基板。
对氮化镓自立基板的外周部进行磨削加工，调整为直径100mm的圆形的氮化镓自立基板。
采用蜡，将得到的自立基板粘贴于陶瓷制的加工用平台，对Ga极性面进行磨削精研加工。最终精加工采用粒径0.1μm的金刚石磨粒，进行表面加工至均方根粗糙度Rms达到1nm以下，之后，利用RIE，将加工变质层除去。应予说明，将自立基板粘贴于加工平台时，按自立基板表面全部被覆盖的方式将厚度2mm的有机硅片材载放于自立基板上，施加载荷。向该自立基板表面整体施加的压力设为1.5MPa。
表面加工后，将从基板的中央通过的氮化镓单晶的a轴设为X轴，将与从基板的中央通过的X轴正交的m轴设为Y轴时，在(0，0)、(0，45)、(45，0)、(0，－45)、(－45，0)、(0，22.5)、(22.5，0)、(0，－22.5)、(－22.5，0)这9点的坐标位置，对表面起伏曲线的最大高度Wz、表面起伏曲线的均方根高度Wq、表面起伏曲线要素的平均长度WSm进行测定，关于各自在9点中的最大值，Wz为31nm，Wq为8nm，WSm为4.2mm。
接下来，将对Ga极性面进行了加工的自立基板翻过来，采用蜡，固定于陶瓷制的加工用平台，对氮极性面进行磨削精研加工。最终精加工采用粒径0.1μm的金刚石磨粒，进行镜面精加工，之后，采用RIE，将加工变质层除去。
像这样，制作作为氮化镓自立基板的晶片(1)。
晶片(1)的厚度为500μm。
将结果示于表1。
〔实施例2〕
在将自立基板粘贴于加工平台时，将向该自立基板施加的压力设为1.2MPa，除此以外，与实施例1同样地进行，制作作为氮化镓自立基板的晶片(2)。
晶片(2)的厚度为500μm。
关于表面起伏曲线的最大高度Wz、表面起伏曲线的均方根高度Wq、表面起伏曲线要素的平均长度WSm各自的最大值，Wz为59nm，Wq为10nm，WSm为2.9mm。
将结果示于表1。
〔实施例3〕
在将自立基板粘贴于加工平台时，将向该自立基板施加的压力设为0.9MPa，除此以外，与实施例1同样地进行，制作作为氮化镓自立基板的晶片(3)。
晶片(3)的厚度为500μm。
关于表面起伏曲线的最大高度Wz、表面起伏曲线的均方根高度Wq、表面起伏曲线要素的平均长度WSm各自的最大值，Wz为113nm，Wq为17nm，WSm为1.6mm。
将结果示于表1。
〔实施例4〕
在将自立基板粘贴于加工平台时，将向该自立基板施加的压力设为0.6MPa，除此以外，与实施例1同样地进行，制作作为氮化镓自立基板的晶片(4)。
晶片(4)的厚度为500μm。
关于表面起伏曲线的最大高度Wz、表面起伏曲线的均方根高度Wq、表面起伏曲线要素的平均长度WSm各自的最大值，Wz为147nm，Wq为23nm，WSm为1.1mm。
将结果示于表1。
〔比较例1〕
在将自立基板粘贴于加工平台时，将向该自立基板施加的压力设为0.3MPa，除此以外，与实施例1同样地进行，制作作为氮化镓自立基板的晶片(C1)。
晶片(C1)的厚度为500μm。
关于表面起伏曲线的最大高度Wz、表面起伏曲线的均方根高度Wq、表面起伏曲线要素的平均长度WSm各自的最大值，Wz为202nm，Wq为36nm，WSm为0.4mm。
将结果示于表1。
[表1]
Figure BDA0004090159210000161
实施例1～4、比较例1中，均方根粗糙度Rms均与表面起伏的大小没有关系，其值为能够进行良好的外延生长的足够小的值。认为不依赖于表面起伏的大小的理由是因为对局部的表面粗糙度进行测定。
实施例1～4中，即便器件的元件尺寸变大，器件特性的偏差也得到充分抑制。另一方面，如在比较例1中看到的那样，当基板的表面起伏变大时，器件特性的偏差变大，进而，随着器件的元件尺寸变大，器件特性的偏差变大。
产业上的可利用性
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板可以作为各种半导体器件的基板加以利用。
符号说明
100III族元素氮化物半导体基板
100’自立基板
1基底基板
1a基底基板1的主面
1b基底基板1的背面
2 晶种膜
2a 晶种膜2的III族元素极性面
3 III族元素氮化物层
4 功能层
5 功能元件
10主面
10’主面
20背面
20’背面
30侧面

Claims (5)

1.一种III族元素氮化物半导体基板，其具备第一面和第二面，
所述III族元素氮化物半导体基板的特征在于，
该第一面的表面起伏曲线的最大高度Wz为150nm以下。
2.一种III族元素氮化物半导体基板，其具备第一面和第二面，
所述III族元素氮化物半导体基板的特征在于，
该第一面的表面起伏曲线的均方根高度Wq为25nm以下。
3.一种III族元素氮化物半导体基板，其具备第一面和第二面，
所述III族元素氮化物半导体基板的特征在于，
该第一面的表面起伏曲线要素的平均长度WSm为0.5mm以上。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的III族元素氮化物半导体基板，其特征在于，
所述III族元素氮化物半导体基板的所述第一面的均方根粗糙度Rms为10nm以下。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的III族元素氮化物半导体基板，其特征在于，
所述III族元素氮化物半导体基板的直径为75mm以上。
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