JP2007277053A - 転位の検出方法、転位数の測定方法、転位密度の測定方法、ＧａＮ結晶基板および転位密度の算出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角が０．５°よりも大きい場合でもより正確な転位密度が測定可能な転位の検出方法、その検出方法を用いた転位数の測定方法および転位密度の測定方法ならびにその転位密度の測定方法により転位密度が測定されたＧａＮ結晶基板および転位密度の算出方法を提供する。
【解決手段】ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．５°以下とする工程と、ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングする工程と、を含む、転位の検出方法、その検出方法を用いた転位数の測定方法および転位密度の測定方法ならびにその転位密度の測定方法により転位密度が測定されたＧａＮ結晶基板および転位密度の算出方法である。
【選択図】図２
【解決手段】ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．５°以下とする工程と、ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングする工程と、を含む、転位の検出方法、その検出方法を用いた転位数の測定方法および転位密度の測定方法ならびにその転位密度の測定方法により転位密度が測定されたＧａＮ結晶基板および転位密度の算出方法である。
【選択図】図２
Description
本発明は、転位の検出方法、転位数の測定方法、転位密度の測定方法、ＧａＮ（窒化ガリウム）結晶基板および転位密度の算出方法に関する。
ＧａＮ結晶基板は、発光ダイオード（Light Emitting Diode）またはレーザダイオード（Laser Diode）などの発光デバイス用の基板または電子デバイス用の基板などに用いられる。
このようなＧａＮ結晶基板の評価方法の一例としては、ＧａＮ結晶基板の転位密度を測定し、その転位密度が少ないＧａＮ結晶基板を高品質のＧａＮ結晶基板として評価する方法がある。
たとえば、非特許文献１などには、ＫＯＨ（水酸化カリウム）融液とＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）融液の混合融液をエッチング液として用いてＧａＮ結晶基板の表面をエッチングし、そのエッチングにより現れたエッチピットの数を測定して転位密度を測定する方法が開示されている。
J.L.Weyher et al., "Defects in GaN single crystals and homoepitaxial structures", Journal of Crystal Growth, vol.281, ２００５年, ｐ．１３５〜ｐ．１４２
J.L.Weyher et al., "Defects in GaN single crystals and homoepitaxial structures", Journal of Crystal Growth, vol.281, ２００５年, ｐ．１３５〜ｐ．１４２
従来のＧａＮ結晶基板の転位密度の評価においては、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角が０°に近いＧａＮ結晶基板が用いられていたために問題なくエッチピットを観察することができた。
しかしながら、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角が０．５°よりも大きいＧａＮ結晶基板の転位密度の評価においては、エッチング時にミクロステップが大量に発生してエッチピットがほとんど消失してしまうため、測定された転位密度の値が不正確になるという問題があった。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角が０．５°よりも大きい場合でもより正確な転位密度が測定可能な転位の検出方法、その検出方法を用いた転位数の測定方法および転位密度の測定方法ならびにその転位密度の測定方法により転位密度が測定されたＧａＮ結晶基板および転位密度の算出方法を提供することにある。
本発明は、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．５°以下とする工程と、ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングする工程と、を含む、転位の検出方法である。
また、本発明は、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．３°以下とする工程と、ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングする工程と、を含む、転位の検出方法である。
また、本発明は、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．１°以下とする工程と、ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングする工程と、を含む、転位の検出方法である。
また、本発明は、上記のいずれかの転位の検出方法を用いたことを特徴とする転位数の測定方法である。
また、本発明は、上記のいずれかの転位の検出方法を用いたことを特徴とする転位密度の測定方法である。
また、本発明は、上記の転位密度の測定方法により転位密度が測定されたＧａＮ結晶基板である。
さらに、本発明は、ＧａＮ結晶から複数枚のＧａＮ結晶基板を切り出す工程と、切り出したＧａＮ結晶基板の一部について上記の転位密度の測定方法により転位密度を測定する工程と、測定方法により測定された転位密度を転位密度が測定されていないＧａＮ結晶基板の転位密度とする工程と、を含む、転位密度の算出方法である。
本発明によれば、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角が０．５°よりも大きい場合でもより正確な転位密度が測定可能な転位の検出方法、その検出方法を用いた転位数の測定方法および転位密度の測定方法ならびにその転位密度の測定方法により転位密度が測定されたＧａＮ結晶基板および転位密度の算出方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
本発明者がＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角が０．５°よりも大きい場合でも正確な転位密度を測定する方法について鋭意検討した結果、ＧａＮ結晶基板の最表面をたとえば研削等することによって、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．５°以下、好ましくは０．３°以下、より好ましくは０．１°以下に修正し、その修正後のＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングすることによってエッチピットがほとんど消失せずに検出できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち、ＧａＮ結晶基板中の転位はエッチピットとして検出されるため、本発明によれば、ＧａＮ結晶基板の最表面に出現したエッチピットの数を数えることによってより正確な転位数を算出することができ、ＧａＮ結晶基板の最表面における全体の転位数をＧａＮ結晶基板の最表面の面積で割ることによってより正確な転位密度を算出することができる。
また、本発明によれば、ＧａＮ結晶から複数枚のＧａＮ結晶基板を切り出し、切り出したＧａＮ結晶基板の一部について上記の転位密度の測定方法により転位密度を測定することによって、測定された転位密度を転位密度が測定されていないＧａＮ結晶基板の転位密度とすることもできる。
なお、本発明において、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角とは、たとえば図１の模式図に示すように、ＧａＮ結晶基板の（０００１）の面方位を有する（０００１）面とＧａＮ結晶基板の最表面とが為す小さい方の角度θのことを意味する。
また、本発明において、エッチング液としては、ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチングすることができるものであれば特に限定せず用いることができ、たとえばＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液との混合融液などを用いることができる。
（実験例１）
直径３０ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶からなるＧａＮ結晶基板を３６枚用意し、これら３６枚のＧａＮ結晶基板のすべてについてＸ線回折によりＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角を測定した。なお、本明細書において、（０００１）Ｇａ面とは、ガリウム原子からなる（０００１）の面方位を有する結晶面のことを意味する。
直径３０ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶からなるＧａＮ結晶基板を３６枚用意し、これら３６枚のＧａＮ結晶基板のすべてについてＸ線回折によりＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角を測定した。なお、本明細書において、（０００１）Ｇａ面とは、ガリウム原子からなる（０００１）の面方位を有する結晶面のことを意味する。
そして、上記で測定したオフ角が０．０３°以下となるようにＧａＮ結晶基板の最表面を研削し、その後、ＧａＮ結晶基板の最表面を研磨した。続いて、上記の研磨後のＧａＮ結晶基板をＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液を混合した３２０℃の混合融液（ＫＯＨ融液の質量：ＮａＯＨ融液の質量＝５０：５０）中に浸漬することによって、各ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチングし、エッチピットを出現させた。
次いで、エッチング後の各ＧａＮ結晶基板の最表面の組織写真をとり、その組織写真から上記の各ＧａＮ結晶基板のエッチピットの密度（ＥＰＤ）を算出した。このＥＰＤは転位密度に対応するものである。
そして、上記のＧａＮ結晶基板を４枚ずつ、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角がそれぞれ０．１°、０．２°、０．３°、０．４°、０．５°、０．６°、０．７°、０．８°または０．９°となるようにＧａＮ結晶基板の最表面を修正研削し、その後、ＧａＮ結晶基板の最表面を研磨した。
続いて、上記の研磨後の各ＧａＮ結晶基板をＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液を混合した３２０℃の混合融液（ＫＯＨ融液の質量：ＮａＯＨ融液の質量＝５０：５０）中に浸漬することによって、各ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチングし、エッチピットを出現させた。次いで、エッチング後の各ＧａＮ結晶基板の最表面の組織写真をとり、その組織写真から上記の各ＧａＮ結晶基板のＥＰＤを算出した。
そして、上記の各ＧａＮ結晶基板について、上記オフ角を０．０３°以下としたときのＥＰＤに対する上記各オフ角への修正後のＥＰＤの割合（ＥＰＤ残存率）を算出した。その結果を図２に示す。なお、図２において、縦軸はＥＰＤ残存率（％）を示し、横軸は上記修正後の各オフ角（°）を示している。
図２に示す結果から、上記オフ角が０．５°よりも大きいＧａＮ結晶基板であっても、上記オフ角を０．５°以下と修正した後にエッチング液を用いてその最表面をエッチングしてエッチピットを出現させることによって、より正確な転位密度の測定が可能となることが確認された。
また、上記オフ角を０．３°以下と修正した後にエッチング液を用いてその最表面をエッチングしてエッチピットを出現させることによってさらに正確な転位密度の測定が可能となることが確認された。また、上記オフ角を０．１°以下と修正した後にエッチング液を用いてその最表面をエッチングしてエッチピットを出現させることによって最も正確な転位密度の測定が可能となることが確認された。
なお、非特許文献１には、ＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液の混合融液（ＫＯＨ融液の質量：ＮａＯＨ融液の質量＝５０：５０）にＭｇＯを加えた場合には、ＧａＮ結晶基板の裏面の溶解を抑えることができる効果が述べられているが、最表面のＧａ面のＥＰＤにはオフ角による影響が見られたため、より正確な転位密度の測定には、本発明と同様の修正が必要であることもわかった。
（実験例２）
直径３０ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶からなるＧａＮ結晶基板を４０枚用意し、これら４０枚のＧａＮ結晶基板のすべてについてＸ線回折によりＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角を測定した。
直径３０ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶からなるＧａＮ結晶基板を４０枚用意し、これら４０枚のＧａＮ結晶基板のすべてについてＸ線回折によりＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角を測定した。
そして、上記で測定したオフ角が０．０３°以下となるようにＧａＮ結晶基板の最表面を研削し、その後、ＧａＮ結晶基板の最表面を研磨した。続いて、上記の研磨後の各ＧａＮ結晶基板をＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液を混合した３２０℃の混合融液（ＫＯＨ融液の質量：ＮａＯＨ融液の質量＝５０：５０）中に浸漬することによって、各ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチングし、エッチピットを出現させた。
次いで、エッチング後の各ＧａＮ結晶基板の最表面の組織写真をとり、その組織写真から上記の各ＧａＮ結晶基板のＥＰＤを算出した。
そして、上記のＧａＮ結晶基板を４枚ずつ、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角がｍ軸方向にそれぞれ０．１°、０．３°、０．５°、０．７°または０．９°となるようにＧａＮ結晶基板の最表面を修正研削した。また、残りのＧａＮ結晶基板についても４枚ずつ、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角がａ軸方向にそれぞれ０．１°、０．３°、０．５°、０．７°または０．９°となるようにＧａＮ結晶基板の最表面を修正研削した。その後、これらのＧａＮ結晶基板の最表面を研磨した。
続いて、上記の研磨後の各ＧａＮ結晶基板をＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液を混合した３２０℃の混合融液（ＫＯＨ融液の質量：ＮａＯＨ融液の質量＝５０：５０）中に浸漬することによって、各ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチングし、エッチピットを出現させた。次いで、エッチング後の各ＧａＮ結晶基板の最表面の組織写真をとり、その組織写真から上記の各ＧａＮ結晶基板のＥＰＤを算出した。
そして、上記の各ＧａＮ結晶基板について、上記オフ角を０．０３°以下としたときのＥＰＤに対する上記各オフ角への修正後のＥＰＤの割合（ＥＰＤ残存率）を算出した。その結果を図３に示す。なお、図３において、縦軸はＥＰＤ残存率（％）を示し、横軸は上記修正後の各オフ角（°）を示している。
図３に示す結果から、オフ角の方位によらず、上記オフ角が０．５°よりも大きいＧａＮ結晶基板の上記オフ角を０．５°以下と修正した後にエッチング液を用いてその最表面をエッチングしてエッチピットを出現させることによってより正確な転位密度の測定が可能となることが確認された。
また、上記オフ角を０．３°以下と修正した後にエッチング液を用いてその最表面をエッチングしてエッチピットを出現させることによってさらに正確な転位密度の測定が可能となることが確認された。また、上記オフ角を０．１°以下と修正した後にエッチング液を用いてその最表面をエッチングしてエッチピットを出現させることによって最も正確な転位密度の測定が可能となることが確認された。
（実施例１）
直径３０ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶からなるＧａＮ結晶基板を用意し、Ｘ線回折によりＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角を測定した。
直径３０ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶からなるＧａＮ結晶基板を用意し、Ｘ線回折によりＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角を測定した。
そして、上記で測定したオフ角が０．１°以下となるようにＧａＮ結晶基板の最表面を研削し、その後、ＧａＮ結晶基板の最表面を研磨した。続いて、上記の研磨後のＧａＮ結晶基板をＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液を混合した３２０℃の混合融液（ＫＯＨ融液の質量：ＮａＯＨ融液の質量＝５０：５０）中に浸漬することによって、ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチングし、エッチピットを出現させた。
次いで、エッチング後のＧａＮ結晶基板の最表面の組織写真をとり、その組織写真から上記のＧａＮ結晶基板のＥＰＤを算出したところ、５×１０5／ｃｍ2であった。その後、このＧａＮ結晶基板の最表面を研磨し、転位密度が５×１０5／ｃｍ2のＧａＮ結晶基板を得た。
（実施例２）
直径３０ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶からなるＧａＮ結晶基板を用意し、Ｘ線回折によりＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角を測定した。
直径３０ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶からなるＧａＮ結晶基板を用意し、Ｘ線回折によりＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角を測定した。
そして、上記で測定したオフ角が０．１°以下となるようにＧａＮ結晶基板の最表面を研削し、その後、ＧａＮ結晶基板の最表面を研磨した。続いて、上記の研磨後のＧａＮ結晶基板をＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液を混合した３２０℃の混合融液（ＫＯＨ融液の質量：ＮａＯＨ融液の質量＝５０：５０）中に浸漬することによって、ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチングし、エッチピットを出現させた。
次いで、エッチング後のＧａＮ結晶基板の最表面の組織写真をとり、その組織写真から上記のＧａＮ結晶基板のＥＰＤを算出したところ、４×１０5／ｃｍ2であった。そして、上記オフ角が０．５°となるようにＧａＮ結晶基板の最表面を修正研削した後に研磨し、転位密度が４×１０5／ｃｍ2のＧａＮ結晶基板を得た。
（実験例３）
直径３０ｍｍで厚さが１５ｍｍの円柱状のＧａＮ単結晶をその底面から厚さ１ｍｍごとに底面となす角が０．１°以下となるように１５枚のＧａＮ結晶基板を切り出し、各ＧａＮ結晶基板の最表面となるＧａ面を研磨した。
直径３０ｍｍで厚さが１５ｍｍの円柱状のＧａＮ単結晶をその底面から厚さ１ｍｍごとに底面となす角が０．１°以下となるように１５枚のＧａＮ結晶基板を切り出し、各ＧａＮ結晶基板の最表面となるＧａ面を研磨した。
これらのＧａＮ結晶基板のうち、底面から１ｍｍ、４ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍまたは１３ｍｍの各位置で切り出した５枚のＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）Ｇａ面に対するオフ角をＸ線回折により測定した。
そして、上記で測定したオフ角が０．１°以下となるように上記５枚のＧａＮ結晶基板の最表面を研削し、その後、ＧａＮ結晶基板の最表面を研磨した。続いて、上記の研磨後の各ＧａＮ結晶基板をＫＯＨ融液とＮａＯＨ融液を混合した３２０℃の混合融液（ＫＯＨ融液の質量：ＮａＯＨ融液の質量＝５０：５０）中に浸漬することによって、各ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチングし、エッチピットを出現させた。
次いで、エッチング後の各ＧａＮ結晶基板の最表面の組織写真をとり、その組織写真から上記の５枚の各ＧａＮ結晶基板のＥＰＤを算出したところ、２×１０5／ｃｍ2以上８×１０5／ｃｍ2以下であったことから、残りの１０枚の各ＧａＮ結晶基板のＥＰＤも２×１０5／ｃｍ2以上８×１０5／ｃｍ2以下とした。
なお、残りの１０枚の各ＧａＮ結晶基板のＥＰＤについても上記と同一の方法および同一の条件で測定したところ、２×１０5／ｃｍ2以上８×１０5／ｃｍ2以下であることが確認された。
今回開示された実施の形態、実験例および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明によれば、ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角が０．５°よりも大きい場合でもより正確な転位密度が測定可能な転位の検出方法、その検出方法を用いた転位数の測定方法および転位密度の測定方法ならびにその転位密度の測定方法により転位密度が測定されたＧａＮ結晶基板および転位密度の算出方法を提供することができる。
Claims (7)
- ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．５°以下とする工程と、前記ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングする工程と、を含む、転位の検出方法。
- ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．３°以下とする工程と、前記ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングする工程と、を含む、転位の検出方法。
- ＧａＮ結晶基板の最表面の（０００１）面に対するオフ角を０．１°以下とする工程と、前記ＧａＮ結晶基板の最表面をエッチング液によりエッチングする工程と、を含む、転位の検出方法。
- 請求項１から３のいずれかに記載の転位の検出方法を用いたことを特徴とする、転位数の測定方法。
- 請求項１から３のいずれかに記載の転位の検出方法を用いたことを特徴とする、転位密度の測定方法。
- 請求項５に記載の転位密度の測定方法により転位密度が測定された、ＧａＮ結晶基板。
- ＧａＮ結晶から複数枚のＧａＮ結晶基板を切り出す工程と、切り出したＧａＮ結晶基板の一部について請求項５に記載の転位密度の測定方法により転位密度を測定する工程と、前記測定方法により測定された転位密度を前記転位密度が測定されていないＧａＮ結晶基板の転位密度とする工程と、を含む、転位密度の算出方法。
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