JP2007115985A

JP2007115985A - 表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法、表面処理された窒化ガリウム系エピタキシャル基板を作製する方法、窒化ガリウム基板および窒化ガリウム系エピタキシャル基板

Info

Publication number: JP2007115985A
Application number: JP2005307466A
Authority: JP
Inventors: Tomihito Miyazaki; 富仁宮崎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】窒化ガリウム半導体表面を保護するために表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法を提供する。
【解決手段】表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法は、窒化ガリウム基板を準備する工程を有する。窒化ガリウム基板１１は、鏡面研磨された第１の面１３と該第１の面１３の反対側の第２の面１５とを有する。また、この方法は、窒化ガリウム基板１１の第１の面１３の全面をフッ素系ガスのプラズマに晒して、第１の面１３にフッ素終端を施す工程を有する。フッ素系ガスは、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法、表面処理された窒化ガリウム系エピタキシャル基板を作製する方法、窒化ガリウム基板および窒化ガリウム系エピタキシャル基板に関する。

非特許文献１には、イオン注入されたレジストの剥離について記載されている。レジストの剥離には、O_２プラズマ処理が用いられている。O_２プラズマ処理の後に、ウエハ表面に残さが形成される。
Shuzo Fujimura et al., JapaneseJournal Of AppliedPhysics, VOL. 28, No. 10, Oct. 1989, pp.2130-2136

窒化ガリウム系半導体領域上に形成されたレジストは、アセトン、リムーバーといったウェット処理またはO_２プラズマ処理といったドライ処理により除去される。窒化ガリウム系半導体領域の表面がレジストを除去するための酸素プラズマに曝されると、窒素空孔が生じる可能性がある。窒素空孔は、窒化ガリウム系半導体領域上に成長される窒化ガリウム系半導体の結晶品質を向上することの妨げになり、また、例えば電流コラプスの発生の原因になり電子デバイス特性にも悪影響を及ぼす。つまり、窒化ガリウム系半導体の表面における窒素空孔の発生は、結晶品質およびデバイス特性にとって重要であることが理解される。一方、これまで、窒化ガリウム系半導体の表面の保護については、あまり検討されてきていない。

多くの場合、窒化ガリウム系半導体デバイスの製造メーカは窒化ガリウム系基板の製造メーカと異なる。窒化ガリウム基板が窒化ガリウム系基板の製造メーカの清浄な工場において作製された後に窒化ガリウム系半導体デバイスの製造メーカの工場において結晶成長工程に窒化ガリウム基板が仕掛かるまで、比較的長い時間が経過する。また、窒化ガリウム系半導体デバイスの製造メーカは、窒化ガリウム基板上に所望のエピタキシャル層を有するエピタキシャル基板を窒化ガリウム基板の製造メーカから購入することもある。このときも、窒化ガリウム基板と同様に、窒化ガリウム系半導体デバイスの製造メーカにおけるデバイス製造工程にエピタキシャル基板が仕掛かるまで、比較的長い時間が経過する。

窒化ガリウム基板および窒化ガリウム系エピタキシャル基板では、その表面が酸素や水分に晒されることにより窒素空孔が生じる。酸素や水分との表面反応により、各構成元素の酸化物が生成される。特に、ＮＯx成分の蒸気圧が高いので、窒化ガリウム基板の表面から窒素の選択的な脱離が起こる。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、窒化ガリウム半導体表面を保護するために表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法を提供することを目的とし、窒化ガリウム系半導体表面を保護するために表面処理された窒化ガリウム系エピタキシャル基板を作製する方法を提供することを目的とし、保護された表面を有する窒化ガリウム基板および窒化ガリウム系エピタキシャル基板を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法である。この方法は、（ａ）鏡面研磨された第１の面と該第１の面の反対側の第２の面とを有する窒化ガリウム基板を準備する工程と、（ｂ）前記窒化ガリウム基板の前記第１の面の全面をフッ素系ガスのプラズマに晒して、前記第１の面にフッ素終端を施す工程とを備える。

この方法によれば、ウェット処理ではなくドライプロセスが用いられるので、窒化ガリウム基板の第１の面の全面が水分に晒されることがない。プラズマ処理を用いるので、窒化ガリウム基板の第１の面の全面にわたって、高い均一性のフッ素終端処理が可能であり、また、プラズマに晒す時間に応じて処理の程度を調整できる。上記の表面処理を行うことにより、安定した表面を有する窒化ガリウム基板を供給できる。

本発明に係る方法では、前記フッ素系ガスは、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含むことができる。これらは、好適なフッ素系ガスの例示である。

本発明の別の側面は、表面処理された窒化ガリウム系エピタキシャル基板を作製する方法である。前記窒化ガリウム系エピタキシャル基板は、窒化ガリウム基板と該窒化ガリウム基板上に設けられた一または複数の窒化ガリウム系半導体膜とを含む。この方法は、（ａ）窒化ガリウム系半導体からなる第１の面と該第１の面の反対側の第２の面とを有する窒化ガリウム系エピタキシャル基板を準備する工程と、（ｂ）前記窒化ガリウム系エピタキシャル基板の前記第１の面の全面をフッ素系ガスのプラズマに晒して、前記第１の面にフッ素終端を施す工程とを備える。

この方法によれば、ウェット処理ではなくドライプロセスが用いられるので、窒化ガリウム系エピタキシャル基板の第１の面の全面が水分に晒されることがない。プラズマ処理を用いるので、窒化ガリウム系エピタキシャル基板の第１の面の全面にわたって、高い均一性のフッ素終端処理が可能であり、また、プラズマに晒す時間に応じて処理の程度を調整できる。上記の表面処理を行うことにより、安定した表面を有する窒化ガリウム基板を供給できる。

本発明の更なる別の側面は、鏡面研磨された第１の面と該第１の面の反対側の第２の面とを有する窒化ガリウム基板であって、前記第１の面の全体にフッ化ガリウムが形成されている。

この窒化ガリウム基板によれば、表面処理を行うことにより第１の面の全体にフッ化ガリウムが形成されている。フッ素終端化処理された表面を有する窒化ガリウム基板では、その表面が酸素や水分の影響を受けにくくなり、窒素空孔が発生しにくくなる。化学的な安定な表面を有する窒化ガリウム基板が供給される。

本発明の更なる別の側面に係る窒化ガリウム系エピタキシャル基板は、（ａ）鏡面研磨された第１の面と該第１の面の反対側の第２の面とを有する窒化ガリウム基板と、（ｂ）前記第１の面上に設けられた窒化ガリウム系半導体層とを備え、前記窒化ガリウム系半導体層の表面の全体にフッ化ガリウムが形成されている。

この窒化ガリウム系エピタキシャル基板によれば、表面処理を行うことにより窒化ガリウム系半導体層の表面の全体にフッ化ガリウムが形成されている。フッ素終端化処理された表面を有する窒化ガリウム系エピタキシャル基板では、その表面が酸素や水分の影響を受けにくくなり、窒素空孔が発生しにくくなる。化学的な安定な表面を有する窒化ガリウム系エピタキシャル基板が供給される。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、窒化ガリウム半導体表面を保護するために表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法が提供され、また窒化ガリウム系半導体表面を保護するために表面処理された窒化ガリウム系エピタキシャル基板を作製する方法が提供され、保護された表面を有する窒化ガリウム基板および窒化ガリウム系エピタキシャル基板が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法、表面処理された窒化ガリウム系エピタキシャル基板を作製する方法、窒化ガリウム基板および窒化ガリウム系エピタキシャル基板に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る、表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法を示す図面である。図１（Ａ）に示されるように、窒化ガリウム基板１１を準備する。窒化ガリウム基板１１は、第１の面１３と該第１の面１３の反対側の第２の面１５とを有する。第１の面１３は鏡面研磨されている。窒化ガリウム基板１１のサイズは、例えば２インチ程度またはそれ以上である。窒化ガリウム基板１１のサイズは基板の作製技術の進歩と共に変更されるのであり、上記の値は一例に過ぎない。窒化ガリウム基板１１は、自立可能な厚さを有しており、例えば３００マイクロメートル以上である。

次いで、図１（Ｂ）に示されるように、窒化ガリウム基板１１をプラズマ処理装置１７内に配置する。プラズマ処理装置１７には、ガスソースからフッ素系ガスＧ_Ｆが供給される。プラズマ処理装置１７に高周波電力を印加すると、フッ素系ガスＧ_Ｆのプラズマ１９が発生される。窒化ガリウム基板１１の第１の面１３の全面は、フッ素系ガスプラズマ１９に晒される。第１の面１３はプラズマ１９に晒されると、窒化ガリウム基板１１ａは、第１の面１３にフッ素処理が施された面１３ａを有する。プラズマ処理が完了すると、図１（Ｃ）に示されるように、フッ素終端された面１３ｂを有する窒化ガリウム基板１１ｂが作製される。

この方法によれば、ウェット処理ではなくドライプロセスが用いられるので、窒化ガリウム基板１１の第１の面１３の全面が水分に晒されることがない。プラズマ処理を用いるので、窒化ガリウム基板１１の第１の面１３の全面にわたって、高い均一性のフッ素終端処理が可能であり、また、プラズマに晒す時間に応じて処理の程度を調整できる。上記の表面処理を行うことにより、安定した表面１３ａを有する窒化ガリウム基板１１ａを供給できる。

本実施の形態に係る方法では、フッ素系ガスＧ_Ｆは、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含むことができる。これらは、好適なフッ素系ガスの例示である。

プラズマ処理の一例として、
ガスＳＦ_６：２０〜５０ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：５０〜２００Ｐａ
プラズマパワー：０．００２〜０．０１Ｗ／ｍｍ^２
である。

上記のプロセスの結果、図１（Ｃ）に示されるような窒化ガリウム基板が提供される。窒化ガリウム基板１１ｂは、鏡面研磨されておりフッ化ガリウムが全体に形成されている第１の面１１ｂと該第１の面１１ｂの反対側の第２の面１５とを有する。この窒化ガリウム基板１１ｂによれば、表面処理を行うことにより第１の面の全体にフッ化ガリウムが形成されている。フッ素終端化処理された表面を有する窒化ガリウム基板では、その表面が酸素や水分の影響を受けにくくなり、窒素空孔が発生しにくくなる。化学的な安定な表面を有する窒化ガリウム基板が供給される。

（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態に係る、表面処理された窒化ガリウム系エピタキシャル基板を作製する方法を示す図面である。図２（Ａ）に示されるように、窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１を準備する。窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１は、窒化ガリウム基板１１ｂと該窒化ガリウム基板１１ｂ上に設けられた窒化ガリウム系半導体膜２２とを含む。窒化ガリウム系半導体膜２２は、例えば有機金属気相成長法または分子線エピタキシ法といった成膜方法により作製される。第１の実施の形態において説明されたように、窒化ガリウム基板１１ｂの表面はフッ素処理されているので、窒素空孔の数が低減された表面を有する窒化ガリウム基板１１ｂ上に、窒化ガリウム系半導体膜２２が堆積される。本実施の形態は、窒化ガリウム基板１１ｂに替えて窒化ガリウム基板１１を用いることができる。窒化ガリウム基板１１を用いる場合にも、本実施の形態が提供する技術的な寄与が小さくなるのではない。したがって、引き続く説明では、窒化ガリウム基板１１を参照しながら説明する。

窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１は、第１の面２３と該第１の面２３の反対側の第２の面２５とを有する。第１の面２３は、鏡面研磨された窒化ガリウム基板１１の表面上に成長された窒化ガリウム系半導体からなる。窒化ガリウム系半導体としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮを用いることができる。本実施例では、窒化ガリウム基板１１上には、単一の窒化ガリウム系半導体膜２２が形成されているが、更に一以上の窒化ガリウム系半導体膜が形成されていてもよい。窒化ガリウム系半導体膜２２の厚さは、例えば３マイクロメートル程度であり、上記の値は一例に過ぎない。

次いで、図２（Ｂ）に示されるように、窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１をプラズマ処理装置２７内に配置する。プラズマ処理装置２７には、ガスソースからフッ素系ガスＧ_Ｆが供給される。プラズマ処理装置２７に高周波電力を印加すると、フッ素系ガスＧ_Ｆのプラズマ２９が発生される。窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１の第１の面２３の全面は、フッ素系ガスプラズマ２９に晒される。第１の面２３はプラズマ２９に晒されると、窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１は、第１の面２３にフッ素処理が施された面を有する。プラズマ処理が完了すると、図２（Ｃ）に示されるように、フッ素終端された面２３ｂを有する窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１ｂが作製される。

上記のプロセスの結果、図２（Ｃ）に示されるような窒化ガリウム系エピタキシャル基板が提供される。窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１ｂは、窒化ガリウム基板１１と、窒化ガリウム基板１１の第１の面１３上に設けられた窒化ガリウム系半導体層２２ｂとを備え、窒化ガリウム系半導体層２２ｂの表面の全体にフッ化ガリウムが形成されている。

この窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１ｂによれば、表面処理を行うことにより窒化ガリウム系半導体層の表面の全体にフッ化ガリウムが形成される。フッ素終端化処理された表面を有する窒化ガリウム系エピタキシャル基板２１ｂでは、その表面が酸素や水分の影響を受けにくくなり、窒素空孔が発生しにくくなる。化学的な安定な表面を有する窒化ガリウム系エピタキシャル基板が供給される。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１（Ａ）は、窒化ガリウム基板を準備する工程を示す図面である。図１（Ｂ）は、フッ素系ガスを用いて窒化ガリウム基板の表面をプラズマ処理する工程を示す図面である。図１（Ｃ）は、フッ素プラズマ処理された表面を有する窒化ガリウム基板を示す図面である。図２（Ａ）は、窒化ガリウム系エピタキシャル基板を準備する工程を示す図面である。図２（Ｂ）は、フッ素系ガスを用いて窒化ガリウム系エピタキシャル基板の表面をプラズマ処理する工程を示す図面である。図２（Ｃ）は、フッ素プラズマ処理された表面を有する窒化ガリウム系エピタキシャル基板を示す図面である。

符号の説明

１１…窒化ガリウム基板、１１ａ…窒化ガリウム基板、１１ｂ…窒化ガリウム基板、１３…窒化ガリウム基板、１３ａ…窒化ガリウム基板の面、１３ｂ…フッ素終端された面、１５…窒化ガリウム基板の面、１７…プラズマ処理装置、Ｇ_Ｆ…フッ素系ガス、１９…プラズマ、２１…窒化ガリウム系エピタキシャル基板、２１ａ…窒化ガリウム系エピタキシャル基板、２１ｂ…窒化ガリウム系エピタキシャル基板、２２…窒化ガリウム系半導体膜、２２ｂ…窒化ガリウム系半導体層、２３…窒化ガリウム系エピタキシャル基板、２３ａ…窒化ガリウム系エピタキシャル基板の面、２３ｂ…フッ素終端された面、２７…プラズマ処理装置、２９…プラズマ、

Claims

表面処理された窒化ガリウム基板を作製する方法であって、
鏡面研磨された第１の面と該第１の面の反対側の第２の面とを有する窒化ガリウム基板を準備する工程と、
前記窒化ガリウム基板の前記第１の面の全面をフッ素系ガスのプラズマに晒して、前記第１の面にフッ素終端を施す工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
前記フッ素系ガスは、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
表面処理された窒化ガリウム系エピタキシャル基板を作製する方法であって、前記窒化ガリウム系エピタキシャル基板は、窒化ガリウム基板と該窒化ガリウム基板上に設けられた一または複数の窒化ガリウム系半導体膜とを含み、
窒化ガリウム系半導体からなる第１の面と該第１の面の反対側の第２の面とを有する窒化ガリウム系エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記窒化ガリウム系エピタキシャル基板の前記第１の面の全面をフッ素系ガスのプラズマに晒して、前記第１の面にフッ素終端を施す工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
前記フッ素系ガスは、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含む、ことを特徴とする請求項３に記載された方法。
鏡面研磨された第１の面と該第１の面の反対側の第２の面とを有する窒化ガリウム基板であって、
前記第１の面の全体にフッ化ガリウムが形成されている、窒化ガリウム基板。
鏡面研磨された第１の面と該第１の面の反対側の第２の面とを有する窒化ガリウム基板と、
前記第１の面上に設けられた窒化ガリウム系半導体層と
を備え、
前記窒化ガリウム系半導体層の表面の全体にフッ化ガリウムが形成されている、窒化ガリウム系エピタキシャル基板。