JP2008181972A - 窒化ガリウム基板のマーキング方法及び窒化ガリウム基板 - Google Patents

Abstract

【課題】クラックなどを発生させることなく、レーザ照射によるマーキングが可能な窒化ガリウム基板のマーキング方法及び窒化ガリウム基板を提供する。
【解決手段】窒化ガリウム基板面の少なくとも一部をラップ面に加工し、前記ラップ面にレーザ光を照射して文字・記号をマーキングする。レーザ光が照射される窒化ガリウム基板面（照射面）をラップ面にしているので、レーザ光の吸収が向上し、窒化ガリウム基板にクラックなどを発生させることなく、良好にマーキングできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化ガリウム基板のマーキング方法及び窒化ガリウム基板に関し、特にレーザ照射による文字・記号のマーキングを改善した窒化ガリウム基板のマーキング方法及び窒化ガリウム基板に関する。

近年、高寿命青色レーザや高輝度青色ＬＥＤ，高特性電子デバイス向けに使用される窒化ガリウム単結晶基板として、ＨＶＰＥ(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等により成長
された低転位の自立型窒化ガリウム単結晶基板が製造されている。この自立型窒化ガリウム単結晶基板は、成長直後の状態は通常円形で、厚さ・外径にばらつきがある。

通常、基板は、エピタキシャル・デバイス工程では、平坦な面とされ、サセプタにセットするために均一な外径とされる。また、ワレ防止などのために面取り加工、結晶方位判別のため結晶面に平行にＯＦ（オリエンテーションフラット）加工、表面（オモテ面、デバイス作製面）・裏面（ウラ面）を見分けるために、ＩＦ（インデックスフラット）加工や梨地状の裏面加工が基板に施される。
そこで、通常、基板形状を整えるため、ＮＣ加工機や倣い式の加工機を用いて外形・ＯＦ・ＩＦ加工・面取り加工が行われる。また、平坦な面を得るために研削・ラップ・エッチング・研磨加工が行われ、通常、表面・裏面ともにミラー面とされる。

また、Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板には、基板の製造管理用の文字や記号よりなるマークを、レーザ光を用いて基板の表面や裏面に刻印するマーキング作業が行われており、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波(波長：λ＝１.０６μｍ)や第２高波長(第２高調波、波長：λ＝５３２ｎｍ)のビームをレンズで絞って基板に照射し、基板に文字や記号をマーキング（刻
印）している。
表面・裏面ともに歪みのないミラー面状態に加工された窒化ガリウム（ＧａＮ）基板は、可視光に対し透明である。しかし、可視光に対し透明な窒化ガリウム基板に対しても、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波や第２高波長のレーザ光を用いてマーキングすることは可能である。

従来、Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板のマーキングに用いられるＮｄ−ＹＡＧレーザの基本波や第２高波長のレーザ光では、可視光に対し透明な窒化ガリウムウェハにマーキングできないとして、４００ｎｍ以下の短波長の光ビームまたは５０００ｎｍ以上の長波長の光ビームを用いて窒化ガリウムウェハに照射し、文字、記号よりなる標識を窒化ガリウムウェハの表面、裏面あるいは内部に刻印するという提案がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２０９０３２号公報

上述したように、窒化ガリウム基板は可視光を吸収しにくいため、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波（λ＝１.０６μｍ）や第２高波長（λ＝５３２ｎｍ）のレーザビームを用い、
両面ミラー面に加工した窒化ガリウム基板にマーキングした場合に、文字や記号の打ち始めの位置にクラックが生じやすく、また、レーザ光が基板を透過して基板の裏面もマーキングされてしまう。

本発明は、上記課題を解決し、クラックなどを発生させることなく、レーザ照射によるマーキングが可能な窒化ガリウム基板のマーキング方法及び窒化ガリウム基板を提供する
ことにある。

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、窒化ガリウム基板面の少なくとも一部をラップ面に加工し、前記ラップ面にレーザ光を照射して文字・記号をマーキングすることを特徴とする窒化ガリウム基板のマーキング方法である。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ラップ面が、表面平均粗さＲａ＝０.１μｍ以上であることを特徴とする窒化ガリウム基板のマーキング方法である。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記レーザ光が、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波又は第２高波長であることを特徴とする窒化ガリウム基板のマーキング方法である。

本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかの態様において、前記レーザ光が照射される前記ラップ面の反対側の面が、表面平均面粗さＲａ＝０.００３μｍ以下のミ
ラー面であることを特徴とする窒化ガリウム基板のマーキング方法である。

本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかの態様において、前記文字・記号が、ライン状にマーキングされていることを特徴とする窒化ガリウム基板のマーキング方法である。

本発明の第６の態様は、窒化ガリウム基板面の少なくとも一部がラップ面に加工されており、前記ラップ面にレーザ照射による文字・記号からなるマークが形成されていることを特徴とする窒化ガリウム基板である。

本発明によれば、マーキング用のレーザ光が照射される窒化ガリウム基板面（照射面）をラップ面にしているので、レーザ光の吸収が向上し、窒化ガリウム基板にクラックなどを発生させることなく、良好にマーキングできる。

以下、本発明に係る窒化ガリウム基板のマーキング方法及び窒化ガリウム基板の実施形態を説明する。

まず、低転位の自立型窒化ガリウム基板をＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）
法、ＭＯＣ（Metal Organic Chloride）法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法などを用いて作製する。
得られた自立型の窒化ガリウム基板に対し、ＮＣ加工機や倣い式の加工機などを用いて、必要に応じて外形加工・ＯＦ加工・ＩＦ加工・面取り加工を行う。その後、平坦な面を得るために、必要に応じて研削加工・ラップ加工・エッチング加工・研磨加工を行う。なお、ラップ・研磨加工等の後に、必要とするＯＦ加工・ＩＦ加工・面取り加工等を行うなど、加工の手順は、種々に変更して実施される。
ラップ加工（ラッピング）は、遊離砥粒を分散させた研磨剤を介して窒化ガリウム基板とラップ工具を擦り合わせる研磨（粗面研磨）であり、窒化ガリウム基板面をラップ面に加工する。研磨加工（ポリシング）は、金属よりも軟らかいポリッシャを用い、ラッピングより微細な砥粒を使用した遊離砥粒研磨であり、窒化ガリウム基板面をミラー面に加工する。

ところで、Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板には、基板の製造管理用の文字や記号をレーザ光を用いて基板の表面や裏面に刻印（マーキング）したものがあり、このマーキング作業は、ミラー面（鏡面）に加工された基板面に、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波(波長：λ＝１.０６μｍ)や第２高波長(波長：λ＝５３２ｎｍ)のビームを基板に照射して行っている。
窒化ガリウム基板でも、基板の製造管理用の文字や記号を刻印して、基板管理に利用したい場合があり、今後、その要請は高くなる。しかし、Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板に採用されているマーキング方法、即ちミラー面に加工された基板面に、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波や第２高波長のビームを基板に照射してマーキングする方法を、可視光に対し透明であって可視光を吸収しにくい窒化ガリウム基板に、従来のようにそのまま適用すると、レーザ光による文字や記号の打ち始めの位置にクラックが生じやすいなどの問題が生じる。

そこで、本実施形態に係る窒化ガリウム基板のマーキング方法では、窒化ガリウム基板の表面粗さに着目し、窒化ガリウム基板のレーザ照射面をラップ面とすることにより、可視光及びその周辺の波長域のレーザ光に対する吸収率を高めている。

即ち、本実施形態に係る窒化ガリウム基板のマーキング方法では、レーザ光が照射される窒化ガリウム基板面をラップ面に加工し、このラップ面にレーザ光を照射して文字・記号をマーキングする。レーザ光が照射される窒化ガリウム基板面の表面粗さは、照射されるレーザ光の波長域の光吸収に適した表面粗さのラップ面とする。ラップ面は、例えば、表面平均粗さＲａが０.１〜１.５μｍの範囲とする。また、レーザ照射される窒化ガリウム基板面とは反対側の反対面は、反対面にもマーキングされないことなどを考慮して、表面平均粗さＲａが０.２〜３ｎｍのミラー面とするのが好ましい。
表面平均粗さＲａは、中心線平均粗さ、算術平均粗さ（JIS B 0601）とも呼ばれ、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から粗さ曲線までの偏差の絶対値を積分したもの（面積）を基準長さＬで割って平均した値である。

レーザ照射面がラップ面でレーザ光の吸収がよくなっているので、可視域及びその周辺の波長域のレーザ光、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波や第２高波長でも、文字・記号の打ち始め箇所などにクラックが生じたりすることなく、良好にマーキングが行える。
Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板のマーキングに多く用いられているＮｄ−ＹＡＧレーザの基本波や第２高波長のビームが使えるので、窒化ガリウム基板へのマーキングを簡易に実施でき、極めて実用性が高い。

レーザ光としてＮｄ−ＹＡＧレーザの第２高波長(波長：λ＝５３２ｎｍ)のビームを用いて、種々の表面粗さの窒化ガリウム基板面に刻印した場合のクラック発生の有無について調べた。
その結果、表面平均粗さＲａが０.２μｍ、０.１μｍのときには、クラックの発生はなかったが、表面平均粗さＲａが０.０９μｍ、０.０８μｍ、０.０５μｍのときには、ク
ラックが発生した。従って、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第２高波長を基板に照射してマーキングする場合、ラップ面の表面平均粗さＲａを０.１μｍ以上とするのが好ましい。

また、表面平均粗さＲａが０.１μｍ以上のラップ面に加工された窒化ガリウム基板面
にＮｄ−ＹＡＧレーザの第２高波長を照射した場合に、レーザ照射面の反対側の反対面の表面平均面粗さＲａを種々に変えた窒化ガリウム基板を用いて、反対面にもマーキングされるか否かを調べた。
この結果、反対面の表面平均粗さＲａが０.２μｍ、０.１μｍ、０.０９μｍ、０.０８μｍ、０.０５μｍのときには、反対面にもマーキングされたが、反対面の表面平均粗さ
Ｒａが０.００３μｍ、０.００１μｍのときには、反対面にマーキングされる事はなかった。従って、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第２高波長を基板に照射してマーキングする場合、レ
ーザ照射面の反対側の反対面の表面平均粗さＲａを０.００３μｍ以下のミラー面とする
と、反対面にマーキングされる事がなく好ましい。

レーザ照射によってマーキングを施す窒化ガリウム基板面（照射面）は、窒化ガリウム基板の表面（発光素子などのデバイス作製面、通常、ガリウム極性面）でも、裏面（通常、窒素極性面）でも、或いは表面及び裏面の両面でもよい。例えば、窒化ガリウム基板の表面をラッピングし、加工されたラップ面にレーザ光を照射してマーキングした後、マークが残るように窒化ガリウム基板の表面をポリシングしてミラー面としたり、或いは、窒化ガリウム基板の裏面をラップ面に加工し、レーザ光を照射してマーキングするようにしてもよい。
また、ラッピングするラップ面は、窒化ガリウム基板の表面や裏面の全面でも、或いは表面や裏面の一部でもよい。レーザ照射によるマークは、基板（ウェハ）の周縁部、例えばＯＦ付近などに刻印されるので、刻印部のみに所定の表面粗さのラップ加工をするようにしてもよい。
レーザ照射面及びその反対面ともにラップ面に加工された窒化ガリウム基板に、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波や第２高波長のビームを用いてマーキングした場合、両面ともマーキングされる。この場合、その後、どちらかの面にマーキング深さ分の除去加工を行ってもよい。

レーザ光の照射によるマーキングは、レーザビームをレンズなどで絞って窒化ガリウム基板面に照射し、レーザビーム照射系と基板とを相対的に移動させて文字・記号を基板に刻印する。その際、文字・記号をドット状のものにすると、レーザ光のパワーが集中し、クラックなどが発生しやすくなるので、文字・記号はライン状のものにするのが望ましい。

マーキングされる文字・記号からなるマークは基板の製造管理などに用いられ、例えば、基板番号、ロット番号、製造者、基板の特性・品質、基板の所定位置・方位などの内容・情報を表示するための「しるし」として利用される。文字は、例えば、英数字などであり、記号は、例えば、各種符号、バーコードなどが含まれる。窒化ガリウム基板にマークが施されることにより、基板の製造管理が容易となり、異品種混入防止や品質トラブルがなくなる。

マーキングに用いられるレーザ光には、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波や第２高波長の他に、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第３高波長（λ＝３５５ｎｍ）、エキシマレーザ光、炭酸ガスレーザ光などを使用してもよい。

次に、本発明の実施例を、これと比較するための比較例と共に述べる。
（実施例１）
本実施例では、窒化ガリウム基板の照射面をラップ面（Ｒａ＝０.８μｍ）、照射面の
裏側の反対面をミラー面（Ｒａ＝０.３ｎｍ）に加工し、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第２高波
長（λ＝５３２ｎｍ）のビームを照射面に照射してマーキングを実施した。Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第２高波長のビームは、パワー（出力）３.４Ｗ、加工周波数３ＫＨｚであり、
加工速度は１０ｍｍ／ｓで行った。図１は、本実施例のレーザ照射による窒化ガリウム基板面のマーキング状態を示す写真であり、（ａ）は照射面、（ｂ）は反対面を示す。図１に示すように、照射面はクラックが生じることなく、きれいに文字（アラビア数字）が形成された。マーキング（刻印）された文字の線幅は約０.２ｍｍ、文字の深さは約５０μ
ｍであった。また、反対面はマーキングされなかった。反対面から照射面の文字（裏文字）が透かして見えた。
なお、窒化ガリウム基板面の表面平均粗さＲａの測定は、Veeco社製（型式Dektak^３ST
）の表面粗さ測定装置を用い、測定距離(上記基準長さＬに相当）１ｍｍにて、表面平均
粗さＲａを求めた。

（実施例２）
また、上記実施例１において、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第２高波長のビームのパワー（出力）を０.１〜０.５Ｗ、加工周波数を３ＫＨｚ、加工速度を１ｍｍ／ｓに変更し、その他は上記実施例１と同様にしてレーザ照射によるマーキングを実施したところ、クラックは発生せずに、より良好に印字できた。

（比較例１）
比較例１では、窒化ガリウム基板の照射面をミラー面（Ｒａ＝０.３ｎｍ）、反対面も
ミラー面（Ｒａ＝０.３ｎｍ）に加工し、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第２高波長のビーム（パ
ワー（出力）３.４Ｗ、加工周波数３ＫＨｚで、加工速度は１０ｍｍ／ｓ）を照射面に照
射してマーキングを実施した。図２は、比較例１のレーザ照射による窒化ガリウム基板面のマーキング状態を示す写真であり、（ａ）は照射面、（ｂ）は反対面を示す。図２に示すように、照射面はマーキングされているが、文字の書き始めの部分などに一部大きなクラックが生じた。また、反対面も一部マーキングされる場合があり、マーキング不良であった。また、ドットタイプの文字の方が、ラインタイプの文字よりもクラックが生じやすかった。

（比較例２）
比較例２では、窒化ガリウム基板の照射面をミラー面（Ｒａ＝０.３ｎｍ）、反対面を
ラップ面（Ｒａ＝０.８μｍ）に加工し、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第２高波長のビーム（パ
ワー（出力）３.４Ｗ、加工周波数３ＫＨｚで、加工速度は１０ｍｍ／ｓ）を照射面に照
射してマーキングを実施した。図３は、比較例２のレーザ照射による窒化ガリウム基板面のマーキング状態を示す写真であり、（ａ）は照射面、（ｂ）は反対面を示す。図３に示すように、照射面はマーキングされているが、文字の書き始めや折り返しの部分に一部大きなクラックが生じた。また、裏面側もマーキングされ、マーキング不良であった。

本発明の実施例１のレーザ照射による窒化ガリウム基板面のマーキング状態を示す写真である。 比較例１のレーザ照射による窒化ガリウム基板面のマーキング状態を示す写真である。 比較例２のレーザ照射による窒化ガリウム基板面のマーキング状態を示す写真である。

Claims (6)

1. 窒化ガリウム基板面の少なくとも一部をラップ面に加工し、前記ラップ面にレーザ光を照射して文字・記号をマーキングすることを特徴とする窒化ガリウム基板のマーキング方法。
2. 前記ラップ面が、表面平均粗さＲａ＝０.１μｍ以上であることを特徴とする請求項１
   に記載の窒化ガリウム基板のマーキング方法。
3. 前記レーザ光が、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波又は第２高波長であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化ガリウム基板のマーキング方法。
4. 前記レーザ光が照射される前記ラップ面の反対側の面が、表面平均面粗さＲａ＝０.０
   ０３μｍ以下のミラー面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化ガリウム基板のマーキング方法。
5. 前記文字・記号が、ライン状にマーキングされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化ガリウム基板のマーキング方法。
6. 窒化ガリウム基板面の少なくとも一部がラップ面に加工されており、前記ラップ面にレーザ照射による文字・記号からなるマークが形成されていることを特徴とする窒化ガリウム基板。