JP2006073769A - エピタキシャル成長用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 サファイヤ基板への結晶成長の核となる部分を、より簡便な方法によって提供すること。
【解決手段】サファイヤ基板１の主面上に凹凸パターン５を形成して窒化物半導体単結晶４のエピタキシャル成長用基板を製造する方法において、サファイヤ基板１の主面に研磨工程を行って該主面の平坦度をＲａ＝１ｎｍ以下にした後、該研磨工程で用いた砥粒よりも粒径の大きな砥粒２を用いて、該サファイヤ基板１の主面全体に深さ１μｍ未満の直線、曲線、同心円等の形状を有するヘアライン状の凹凸パターン５を形成することを特徴とする、エピタキシャル成長用基板の製造方法である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、窒化ガリウムをはじめとした、窒化物半導体単結晶のエピタキシャル成長に用いる基板の製造方法に関する。

今日、窒化ガリウムをはじめとした窒化物半導体単結晶は、青色発光ダイオード（Ｂｌｕｅ ＬＥＤ）などで広く用いられている。窒化物半導体単結晶の成長方法としては、ＭＯＣＶＤ法・ＨＶＰＥ法などの気相成長法が挙げられる。気相成長を行うための基板としてはＳｉＣ基板、ＧａＮ基板等の他、サファイヤ基板が用いられている。

このうち、サファイヤ基板を用いた窒化物半導体単結晶の気相成長が最も容易であり、広く量産化されている。しかしながら、サファイヤ基板と窒化物半導体単結晶との格子定数の差が大きいため、成長した窒化物半導体単結晶が格子欠陥を生じやすい。

そのため、例えば図１に示すように、ステップ状にオフアングルしたサファイヤ基板１の主面上に、素子構造となる窒化物半導体単結晶４の層を設けることにより、窒化物半導体単結晶４の結晶性を向上させる発明が、従来知られている（特許文献１）。

また、サファイヤ基板の主面上にリソグラフィ技術によって複数の溝を周期的なストライプ状に形成し、該サファイヤ基板の主面上に窒化物半導体単結晶の層を設けることにより、窒化物半導体単結晶の結晶性を向上させる発明が、従来知られている（特許文献２）。

特開平１１−０７４５６２号公報

特開２００２−０９３７２６号公報

しかしながら、特許文献１に示すサファイヤ基板上にステップを形成する方法では、基板主面の面方位、具体的にはｃ面からのオフアングルは、厳密に正確である必要があった。また、熱処理によって結晶成長の核となる均一なステップ構造を得るためには、基板の平坦度もＲａ＝０．１ｎｍ以下と、原子レベルにおいて平坦であることが求められた。このことは、サファイヤ基板の面方位の調整、およびサファイヤ基板の研磨の各工程において、多大な労力を要するという問題点となった。

また、特許文献２に示す、単結晶基板の主面上にリソグラフィ技術によって溝を形成する方法では、リソグラフィー処理に先立ってサファイヤ基板上にＳｉＯ↓２等からなるレジスト層の形成・除去を行わなくてはならず、サファイヤ基板への溝形成の工程が煩雑になるという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、第１には、サファイヤ基板への結晶成長の核となる部分を、より簡便な方法によって提供することである。第２には、レジスト形成・除去の工程を必要としない、より簡便なサファイヤ基板の主面への凹凸パターンの形成方法を提供することである。

請求項１記載の発明は、サファイヤ基板の主面上に凹凸パターンを形成して窒化物半導体単結晶のエピタキシャル成長用基板を製造する方法において、サファイヤ基板の主面に研磨工程を行って該主面の平坦度をＲａ＝１ｎｍ以下にした後、該研磨工程で用いた砥粒よりも粒径の大きな砥粒を用いて、該サファイヤ基板の主面全体に深さ１μｍ未満の直線、曲線、同心円等の形状を有するヘアライン状の凹凸パターンを形成することを特徴とする、エピタキシャル成長用基板の製造方法である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、凹凸パターンの形成工程で用いる砥粒が、遊離砥粒であることを特徴とする、エピタキシャル成長用基板の製造方法である。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、凹凸パターンの形成工程で用いる砥粒が、固定砥粒であることを特徴とする、エピタキシャル成長用基板の製造方法である。

請求項４記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、遊離砥粒を用いる凹凸パターンの形成手段として片面研磨機を用いることを特徴とする、エピタキシャル成長用基板の製造方法である。

請求項５記載の発明は、請求項３に記載の発明の構成に加えて、固定砥粒を用いる凹凸パターンの形成手段として研磨テープを用いることを特徴とする、エピタキシャル成長用基板の製造方法である。

本発明のエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、サファイヤ基板の主面上に凹凸パターンを形成することによって、サファイヤ基板上における窒化物半導体単結晶の成長核をより簡便に形成することが出来るという効果を奏する。

また、本発明のエピタキシャル成長用基板の製造方法によれば、サファイヤ基板に砥粒を用いて凹凸パターンを形成することによって、レジスト形成などの前工程を要することなく、簡便にサファイヤ基板の主面上に微細な凹凸を形成することが出来るという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本実施形態は、例えば図２及び図３に示すように、サファイヤ基板１と、遊離砥粒６あるいは固定砥粒７を用いた、エピタキシャル成長用基板の製造方法である。

本実施形態で用いるサファイヤ基板１は、予め研磨工程によって該主面を平坦にする（図２（ａ）、図３（ａ））。本実施形態で用いるサファイヤ基板１の主面の面方位は、成長させる窒化物半導体単結晶４の格子定数との関係で決定されるが、例えばｃ面、ａ面、ｒ面などを用いることが出来る。この研磨工程は、従来知られているような技術、例えばアルミナ、ダイヤモンド等を含んだ遊離砥粒を含む研磨液をサファイヤ基板の主面に滴下し、研磨パッドを用いて研磨する方法によって行うことが出来る。研磨工程後のサファイヤ基板の平坦度は、Ｒａ＝１ｎｍ以下であれば良い。

研磨工程を経たサファイヤ基板１に対して、直線、曲線、同心円の形状を有するヘアライン状の凹凸パターン５を形成する。凹凸パターン５の形成方法としては、遊離砥粒６を用いる方法、もしくは固定砥粒７を用いる方法を用いることが出来る。

前者の方法は、サファイヤ基板１の主面上にアルミナ、ダイヤモンド等の砥粒３を含んだ遊離砥流６を滴下して研磨パッド２を載せて、サファイヤ基板１または研磨パッド２のいずれかをスライドさせること、もしくはサファイヤ基板１または研磨パッド２のいずれかをスピンドル等を用いて回転させることで凹凸パターン５を付ける方法である（図２（ｂ）、（ｃ））。遊離砥粒６を用いた凹凸パターン５の形成手段としては、サブミクロンの研磨精度を有する公知の研磨手段を用いることが出来るが、特に片面研磨機を用いることが好ましい。

凹凸パターン５の形成工程で用いる遊離砥流６に含まれる砥粒３の粒径は、前記研磨工程で用いる砥粒よりも大きい必要があり、かつ１μｍよりも小さいことが好ましい。ここで、遊離砥粒６が前記研磨工程で用いる砥粒よりも小さいと、サファイヤ基板１の平坦度をかえって小さくしてしまい、凹凸パターン５が形成できなくなる。一方で、遊離砥粒６が１μｍより大きいと、サファイヤ基板１にダメージがかかり、サファイヤ基板１が損傷を受けやすくなる。

後者の方法は、サファイヤ基板１の主面にアルミナ、ダイヤモンド等からなる砥粒３を固定した固定砥粒７を載せて、サファイヤ基板１または固定砥粒７をスライドさせること、もしくはサファイヤ基板１または固定砥粒７をスピンドル等を用いて回転させることにより、サファイヤ基板１の表面に格子状、縞状もしくは同心円状等の凹凸パターン５を付ける方法である（図３（ｂ））。凹凸パターン５の形成工程で用いる固定砥粒７に固定される砥粒３の粒径は、遊離砥粒６を用いる場合と同様の理由によって、前記研磨工程で用いる砥粒３よりも大きい必要があり、かつ１μｍ以下であることが好ましい。固定砥粒７を用いた凹凸パターン５の形成手段としては、サブミクロンの研磨精度を有する公知の研磨手段を用いることが出来るが、特に研磨テープを用いることが好ましい。

こうして凹凸パターン５を形成したサファイヤ基板１は（図２（ｄ）、図３（ｃ））、砥粒および削り粉を洗浄した後、窒化物半導体単結晶４のエピタキシャル成長に供することが出来る（図２（ｅ）、図３（ｄ））。

従来の技術に係る、ステップの形成されたサファイヤ基板を説明する図である。 本実施形態のうち遊離砥粒を用いる方法に係る、エピタキシャル成長用基板の製造方法を説明する図である。 本実施形態のうち固定砥粒を用いる方法に係る、エピタキシャル成長用基板の製造方法を説明する図である。

符号の説明

１ サファイヤ基板
２ 研磨パッド
３ 砥粒
４ 窒化物半導体単結晶
５ 凹凸パターン
６ 固定砥粒
７ 遊離砥粒

Claims (5)

1. サファイヤ基板の主面上に凹凸パターンを形成して窒化物半導体単結晶のエピタキシャル成長用基板を製造する方法において、
   サファイヤ基板の主面に研磨工程を行って該主面の平坦度をＲａ＝１ｎｍ以下にした後、
   該研磨工程で用いた砥粒よりも粒径の大きな砥粒を用いて、該サファイヤ基板の主面全体に深さ１μｍ未満の直線、曲線、同心円等の形状を有するヘアライン状の凹凸パターンを形成することを特徴とする、エピタキシャル成長用基板の製造方法。
2. 凹凸パターンの形成工程で用いる砥粒が、遊離砥粒であることを特徴とする、請求項１に記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
3. 凹凸パターンの形成工程で用いる砥粒が、固定砥粒であることを特徴とする、請求項１に記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
4. 遊離砥粒を用いる凹凸パターンの形成手段として片面研磨機を用いることを特徴とする、請求項２に記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
5. 固定砥粒を用いる凹凸パターンの形成手段として研磨テープを用いることを特徴とする、請求項３に記載のエピタキシャル成長用基板の製造方法。
   

Images