JP2010094793A - 窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】可視光及び赤外光を用いて窒化物半導体基板の端部を認識できる窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る窒化物半導体基板１は、窒化物半導体からなる基板であって、基板は、表面１０と、表面１０の反対側の裏面２０と、基板の表面１０側の縁が面取り加工されて形成される第１のエッジ部とを備え、第１のエッジ部の平均表面粗さに対する表面１０の平均表面粗さの比が０．０１以下である。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係る窒化物半導体基板１は、窒化物半導体からなる基板であって、基板は、表面１０と、表面１０の反対側の裏面２０と、基板の表面１０側の縁が面取り加工されて形成される第１のエッジ部とを備え、第１のエッジ部の平均表面粗さに対する表面１０の平均表面粗さの比が０．０１以下である。
【選択図】図１
Description
本発明は、窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板の製造方法に関する。特に、本発明は、基板のエッジに面取りが施された窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板の製造方法に関する。
電子デバイス等の製造に用いられる半導体基板であるＳｉ基板、ＧａＡｓ基板等においては、デバイス製造工程中における搬送時、又はデバイス製造工程中及び出荷時の外観検査等に、画像処理を用いた基板の形状認識、基板の位置確認が採用されている。基板の形状認識及び基板の位置確認は、可視光又は赤外光を基板に照射して、基板によって反射された光を検知することによって実施していることが多い。
従来の窒化物半導体基板として、上面視にて円形の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板のエッジ部の面粗度をＲａ１０ｎｍからＲａ５μｍとした窒化物半導体基板が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の窒化物半導体基板は、エッジ部を平滑にすることによりクラック発生率を減少させることができ、当該窒化物半導体基板を用いた電子デバイスの製造工程において電子デバイスの歩留りを向上させることができる。
しかし、特許文献１に記載の窒化物半導体基板は、可視光及び赤外光を透過するので、Ｓｉ基板用又はＧａＡｓ基板用等の基板の形状認識の手法、及び基板の位置確認の手法をそのまま適用したとしても、窒化物半導体基板の表面及び表面の端部を認識することはできず、基板の形状の認識及び基板の位置確認をすることができない。
したがって、本発明の目的は、可視光及び赤外光を用いて窒化物半導体基板の端部を認識できる窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板の製造方法を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、窒化物半導体からなる基板であって、基板は、表面と、表面の反対側の裏面と、基板の表面側の縁が面取り加工されて形成される第１のエッジ部とを備え、第１のエッジ部の平均表面粗さに対する表面の平均表面粗さの比が０．０１以下である窒化物半導体基板が提供される。
また、上記窒化物半導体基板は、基板の裏面側の縁が面取り加工されて形成される第２のエッジ部を更に備え、第２のエッジ部の平均表面粗さに対する裏面の平均表面粗さの比が０．０１以下であってもよい。
また、上記窒化物半導体基板は、第１のエッジ部は、表面の可視光透過率の０．２倍以下の可視光透過率を有していてもよく、第２のエッジ部は、裏面の可視光透過率の０．２倍以下の可視光透過率を有していてもよい。
また、本発明は、上記目的を達成するため、窒化物半導体からなる基板の表面を鏡面加工する表面加工工程と、基板の表面側の縁を面取り加工することにより第１のエッジ部を形成する第１エッジ形成工程とを備え、第１エッジ形成工程は、第１のエッジ部の平均表面粗さに対する表面の平均表面粗さの比が０．０１以下であり、第１のエッジ部の可視光透過率が表面の可視光透過率の０．２倍以下である第１のエッジを形成する窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
また、上記窒化物半導体基板の製造方法は、基板の表面とは反対側の裏面を鏡面加工する裏面加工工程と、基板の裏面側の縁を面取り加工することにより第２のエッジ部を形成する第２エッジ形成工程とを更に備え、第２エッジ形成工程は、第２のエッジ部の平均粗さに対する裏面の平均表面粗さの比が０．０１以下であり、第２のエッジ部の可視光透過率が裏面の可視光透過率の０．２倍以下である第２のエッジを形成してもよい。
本発明に係る窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板の製造方法によれば、可視光及び赤外光を用いて窒化物半導体基板の端部を認識できる窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板の製造方法を提供できる。
［実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の表面の概要を示し、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の裏面の概要を示す。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の表面の概要を示し、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の裏面の概要を示す。
（窒化物半導体基板１の構成）
図１（ａ）及び（ｂ）を参照する。本実施の形態に係る窒化物半導体基板１は、鏡面加工された表面１０と、窒化物半導体基板１の表面１０側の縁の少なくとも一部が面取り加工されて形成される第１のエッジ部としての面取り部１５と、表面１０の反対側の鏡面加工された裏面２０と、窒化物半導体基板１の裏面２０側の縁の少なくとも一部が面取り加工されて形成される第２のエッジ部としての面取り部２５とを備える。面取り部１５は所定の面取り幅１５ａを有して形成される。面取り部２５も面取り部１５と同様にして、所定の面取り幅２５ａを有して形成される。
図１（ａ）及び（ｂ）を参照する。本実施の形態に係る窒化物半導体基板１は、鏡面加工された表面１０と、窒化物半導体基板１の表面１０側の縁の少なくとも一部が面取り加工されて形成される第１のエッジ部としての面取り部１５と、表面１０の反対側の鏡面加工された裏面２０と、窒化物半導体基板１の裏面２０側の縁の少なくとも一部が面取り加工されて形成される第２のエッジ部としての面取り部２５とを備える。面取り部１５は所定の面取り幅１５ａを有して形成される。面取り部２５も面取り部１５と同様にして、所定の面取り幅２５ａを有して形成される。
また、窒化物半導体基板１は、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から形成することができる。窒化物半導体基板１をＧａＮから形成する場合、表面１０は、例えば、Ｇａ面であり、裏面２０は、例えば、Ｎ面である。また、面取り部１５は、等倍の実体顕微鏡で面取り部１５を視認できると共に、窒化物半導体基板１の表面１０のうち、実質的に素子成長させることのできる有効面積が減少しない範囲を有して形成される。例えば、面取り部１５は、上面視にて、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満、好ましくは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の面取り幅１５ａを有して形成される。同様にして、面取り部２５は、上面視にて、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満、好ましくは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の面取り幅１５ａを有して形成される。
また、表面１０及び面取り部１５は、表面１０と面取り部１５との境界及び面取り部１５を顕微鏡により明瞭に認識できると共に、窒化物半導体基板１上に化合物半導体をエピタキシャル成長させた場合であっても面取り部１５上における異常成長の発生、及び異常成長に起因する割れの発生を低減でき、砥粒径の大きな砥石を用いて表面１０の縁に面取り加工を施しても実質的に問題とならない程度までチッピングの発生を低減させることを目的として、所定の平均粗さ（Ｒａ）を有して形成される。
例えば、表面１０及び面取り部１５は、面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比が０．０１以下、具体的には０．００１以上０．０１以下となる表面粗さを有して形成される。更に、面取り部１５は、表面１０の可視光透過率に対して０．２倍以下の可視光透過率を有して形成される。なお、可視光は、波長が４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の光である。同様にして、裏面２０及び面取り部２５は、面取り部２５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する裏面２０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比が０．０１以下、具体的には０．００１以上０．０１以下となる表面粗さを有して形成される。更に、面取り部２５は、裏面２０の可視光透過率に対して０．２倍以下の可視光透過率を有して形成される。
面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比が０．００１以上０．０１以下となる表面粗さを有して表面１０及び面取り部１５を形成することにより、表面１０の光の透過率及び／又は反射率と、面取り部１５の光の透過率及び／又は反射率との差を表面１０と面取り部１５とを明瞭に識別することができる範囲にすることができ、面取り部１５を形成する場合に窒化物半導体基板１の表面１０側の縁に接触させる砥石の砥粒径が大きくても実質上問題とならない程度までチッピングを低減できる。なお、裏面２０の平均表面粗さと面取り部２５の平均表面粗さも、表面１０と面取り部１５との間の関係と同様にして規定される。なお、表面の平均表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に準拠して、原子間力顕微鏡を用いて５０μｍ×５０μｍの範囲を測定することにより算出できる。
図２は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の断面の概要を示す。
本実施の形態において面取り部１５は、所定の面取り幅１５ａを有すると共に、表面１０の水平方向に対して所定の角度を有して形成される。また、面取り部２５も面取り部１５と同様にして、裏面２０の水平方向に対して所定の角度を有して形成される。更に、窒化物半導体基板１の端部３０の表面は、表面１０の法線方向及び裏面２０の法線方向に水平な方向に沿って形成される。
なお、面取り部１５及び面取り部２５はそれぞれ、窒化物半導体基板１の表面１０側及び裏面２０側の縁の一部分にのみ形成することもできる。例えば、窒化物半導体基板１の面方位を示すオリエンテーションフラット等の直線部分を窒化物半導体基板１の縁に形成する場合、オリエンテーションフラットの領域に面取り部１５及び面取り部２５を形成することができる。また、窒化物半導体１の縁にノッチ等の切り込み部を形成する場合、切り込み部の領域にのみ面取り部１５及び面取り部２５を形成することもできる。
（窒化物半導体基板１の製造方法）
図３は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の製造工程の流れの一例を示す。
図３は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の製造工程の流れの一例を示す。
まず、窒化物半導体基板１の原料となる窒化物半導体基板を準備する（基板準備工程：ステップ１０、以下、ステップを「Ｓ」と略する）。例えば、異種基板であるサファイア基板上にＥｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ（ＥＬＯ）法等を用いて前処理を施す。続いて、Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ（ＨＶＰＥ）法により窒化物半導体の厚膜を形成する。次に、機械研磨又はレーザー剥離法によりサファイア基板を除去する。これにより、窒化物半導体の自立基板が原料となる窒化物半導体基板として得られる。なお、窒化物半導体基板のインゴットを成長して、インゴットをスライスすることにより原料となる窒化物半導体基板を得ることもできる。
次に、得られた窒化物半導体基板の裏面（窒化物半導体基板がＧａＮの場合は、Ｎ面）に鏡面加工を施す（裏面加工工程：Ｓ２０）。裏面の研磨は、まず、裏面の凹凸を除くべく、研削又はラップ（ＧＣ＃８００等を用いる）により実施する。続いて、裏面にポリッシュを施すことにより裏面を鏡面化する。続いて、裏面に鏡面加工を施した窒化物半導体基板の表面（窒化物半導体基板がＧａＮの場合は、Ｇａ面）に鏡面加工を施す（表面加工工程：Ｓ３０）。表面の鏡面加工は、裏面と同様にして実施する。
続いて、窒化物半導体基板の表面側の縁に面取り加工を施す（第１エッジ形成工程：Ｓ４０）。面取り加工は、研削又はラップにより実施する。また、面取り加工は、所定の形状、所定の表面粗さ、及び所定の可視光透過率を面取り部１５が有するように実施する。次に、窒化物半導体基板の裏面側の縁に面取り加工を施す（第２エッジ経営工程：Ｓ５０）。裏面の縁の面取り加工も、表面の縁の面取り加工と同様に実施する。本実施の形態においては、表面及び裏面の鏡面加工とは別個独立に、表面側の縁の面取り加工、及び裏面側の縁の面取り加工を実施する。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体基板１が得られる。
図４は、本発明の実施の形態に係る面取り加工方法の一例の概要を示す。
面取り加工は、表裏面鏡面加工済み窒化物半導体基板５を基板吸着ステージ１００に搭載して、表裏面鏡面加工済み窒化物半導体基板５を砥石１５０に対して相対的に移動させながら、基板吸着ステージ１００に搭載した表裏面鏡面加工済み窒化物半導体基板５の表面１０側の縁又は裏面２０側の縁に砥石１５０を接触させることにより実施する。
面取り加工時においては、砥石１５０は、ω方向１５０ａに所定の回転速度で回転している。一方、表裏面鏡面加工済み窒化物半導体基板５は、基板吸着ステージがθ方向１００ａに所定の回転速度で回転することにより、θ方向１００ａに回転している。また、砥石１５０は、Ｚ方向１５０ｂに稼動すると共に、基板吸着ステージ１００は、Ｘ方向１００ｂ及びＹ方向１００ｃに稼動する。
面取り加工は、表面１０側の縁又は裏面２０側の縁に回転している砥石１５０を接触させつつ、Ｘ方向１００ｂ、Ｙ方向１００ｃ、及びＺ方向１５０ｂのそれぞれについて移動量を調節することにより実施する。そして、所定の傾斜を有すると共に所定の表面粗さを有しており、表面１０側の縁又は裏面２０側の縁から基板の中心方向に、上面視にて、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の幅を有する面取り部１５及び面取り部２５を形成する。なお、砥石１５０の粗さを変えることにより、面取り部１５の表面粗さ及び面取り部２５の表面粗さを調整する。
具体的に、面取り部１５の平均表面粗さに対する表面１０の平均表面粗さの比が０．００１以上０．０１以下であり、面取り部１５の可視光透過率が表面１０の可視光透過率の０．２倍以下となる平均表面粗さを有する面取り部１５を表面１０側の縁の面取り加工により形成する。同様にして、面取り部２５の平均表面粗さに対する裏面２０の平均表面粗さの比が０．００１以上０．０１以下であり、面取り部２５の可視光透過率が裏面２０の可視光透過率の０．２倍以下となる平均表面粗さを有する面取り部２５を裏面２０の縁の面取り加工により形成する。
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る窒化物半導体基板１は、表面１０の端から窒化物半導体基板１の中心方向に向かって所定の範囲に面取り部１５を形成すると共に、面取り部１５の表面粗さに対する表面１０の表面粗さの比を０．０１以下にすると共に、面取り部１５の可視光透過率を表面１０の可視光透過率の０．２倍以下としたので、可視光又は赤外光が表面１０及び面取り部１５に照射された場合に、表面１０と面取り部１５との境界において窒化物半導体基板１の輪郭を光学的に明瞭に把握できる。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体基板１によれば、例えば、光学顕微鏡によって、若しくはステッパー装置、マスクアライナー装置等に搭載された画像処理装置によって、窒化物半導体基板１の輪郭を容易に把握できると共に、窒化物半導体基板１の端部（縁部）を容易に認識できる。
本実施の形態に係る窒化物半導体基板１は、表面１０の端から窒化物半導体基板１の中心方向に向かって所定の範囲に面取り部１５を形成すると共に、面取り部１５の表面粗さに対する表面１０の表面粗さの比を０．０１以下にすると共に、面取り部１５の可視光透過率を表面１０の可視光透過率の０．２倍以下としたので、可視光又は赤外光が表面１０及び面取り部１５に照射された場合に、表面１０と面取り部１５との境界において窒化物半導体基板１の輪郭を光学的に明瞭に把握できる。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体基板１によれば、例えば、光学顕微鏡によって、若しくはステッパー装置、マスクアライナー装置等に搭載された画像処理装置によって、窒化物半導体基板１の輪郭を容易に把握できると共に、窒化物半導体基板１の端部（縁部）を容易に認識できる。
また、本実施の形態に係る窒化物半導体基板１は、裏面２０の端から窒化物半導体基板１の中心方向に向かって所定の範囲に面取り部２５を形成すると共に、面取り部２５の表面粗さに対する裏面２０の表面粗さの比を０．０１以下にすると共に、面取り部２５の可視光透過率を裏面２０の可視光透過率の０．２倍以下としたので、可視光又は赤外光が裏面２０及び面取り部２５に照射された場合に、裏面２０と面取り部２５との境界において窒化物半導体基板１の輪郭を明瞭に把握できる。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体基板１によれば、例えば、光学顕微鏡によって、若しくはステッパー装置、マスクアライナー装置等に搭載された画像処理装置によって裏面アライメントをする場合に、窒化物半導体基板１の輪郭を容易に把握できると共に、窒化物半導体基板１の端部（縁部）を裏面側から容易に認識できる。
なお、本実施の形態に係る窒化物半導体基板１は、可視光又は赤外光によって窒化物半導体基板１の輪郭を認識できるので、輪郭認識用の特殊な光源（例えば、窒化物半導体基板を構成する窒化物半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有する紫外光）を用いなくても、半導体基板の位置検知装置、半導体基板の搬送装置、半導体基板の評価装置等に容易に適用できる。
［実施の形態の変形例］
図５は、本発明の実施の形態の変形例に係る窒化物半導体基板の断面の概要を示す。
図５は、本発明の実施の形態の変形例に係る窒化物半導体基板の断面の概要を示す。
実施の形態の変形例に係る窒化物半導体基板１は、実施の形態に係る窒化物半導体基板１の端の形状が異なる点を除き、実施の形態に係る窒化物半導体基板と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
具体的に、実施の形態に係る窒化物半導体基板１は、面取り部１５及び面取り部２５の端にラウンド加工が施されて形成されるラウンド部３２を備える。係る場合において、面取り部１５及び面取り部２５はそれぞれ、所定の曲率を有した湾曲面で形成される。ラウンド部３２を備えることにより、窒化物半導体基板１の割れ、欠けを抑制できる。
図６は、本発明の実施の形態の変形例に係る面取り加工方法の一例を示す。
本発明の実施の形態の変形例に係る面取り加工は、製造すべき窒化物半導体基板１の縁の形状に予め対応させた形状を有する砥石１５２を用いて実施する。すなわち、砥石１５２は、窒化物半導体基板１の面取り部１５の形状に対応させた砥石表面１５２ｂと、面取り部２５の形状に対応させた砥石表面１５２ｃとを備え、方向１５２ａに沿って稼動する。また、砥石１５２の砥石端部１５２ｄは、方向１５２ａに対して垂直方向に沿った面を有する。なお、砥石端部１５２ｄは、所定の曲率を有した面で形成することもできる。
本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の製造方法に基づいて、実施例に係る窒化物半導体基板を製造した。具体的には、以下の実施例１〜３に係る窒化物半導体基板を製造した。なお、実施例１〜３、及び比較例１〜３に係る窒化物半導体基板は、いずれも直径が５０ｍｍである。
（実施例１）
表面１０、面取り部１５、裏面２０、及び面取り部２５のそれぞれを鏡面化すると共に、面取り幅１５ａ及び面取り幅２５ａを０．５ｍｍにした。そして、面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比を０．００１にした。なお、表面１０のＲａは、３ｎｍにした。
表面１０、面取り部１５、裏面２０、及び面取り部２５のそれぞれを鏡面化すると共に、面取り幅１５ａ及び面取り幅２５ａを０．５ｍｍにした。そして、面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比を０．００１にした。なお、表面１０のＲａは、３ｎｍにした。
（実施例２）
面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比を０．０１にした点を除き、実施例１と同様にして窒化物半導体基板を製造した。
面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比を０．０１にした点を除き、実施例１と同様にして窒化物半導体基板を製造した。
（実施例３）
面取り幅１５ａ及び面取り幅２５ａを０．９ｍｍにすると共に、面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比を０．０１にした点を除き、実施例１と同様にして窒化物半導体基板を製造した。
面取り幅１５ａ及び面取り幅２５ａを０．９ｍｍにすると共に、面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比を０．０１にした点を除き、実施例１と同様にして窒化物半導体基板を製造した。
具体的に、原料となる窒化物半導体基板の表面１０及び裏面２０に鏡面加工を施した後、面取り部１５及び面取り部２５を形成する面取り加工に用いる砥石１５０を＃４００にすることで実施例１に係る窒化物半導体基板を製造した。また、実施例１に係る粗さの比を、砥石１５０の砥粒径を＃２０００にすることで変更した実施例２及び実施例３に係る窒化物半導体基板を製造した。また、砥石１５０のＺ方向１５０ｂの送り量と、基板吸着ステージ１００のＸ方向１００ｂの送り量とを調整することにより、面取り幅１５ａ及び面取り幅２５ａを０．５ｍｍ（実施例１及び２）、０．９ｍｍ（実施例３）にした。
（比較例１）
一方、比較例１として、面取り部１５を形成する面取り加工時に用いる砥石１５０を＃２００にすることにより、表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する比を０．０３にした窒化物半導体基板を製造した。
一方、比較例１として、面取り部１５を形成する面取り加工時に用いる砥石１５０を＃２００にすることにより、表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する比を０．０３にした窒化物半導体基板を製造した。
（比較例２）
また、比較例２として、表面１０及び裏面２０に鏡面加工を施す一方で、面取り加工を施さない窒化物半導体基板を製造した（面取り幅１５ａ及び面取り幅２５ａ＝０．０ｍｍ）。
また、比較例２として、表面１０及び裏面２０に鏡面加工を施す一方で、面取り加工を施さない窒化物半導体基板を製造した（面取り幅１５ａ及び面取り幅２５ａ＝０．０ｍｍ）。
（比較例３）
更に、比較例３として、面取り部１５を形成する面取り加工時の用いる砥石１５０を＃３０００にすることにより、面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比を０．０００５にした窒化物半導体基板を製造した。
更に、比較例３として、面取り部１５を形成する面取り加工時の用いる砥石１５０を＃３０００にすることにより、面取り部１５の平均表面粗さ（Ｒａ）に対する表面１０の平均表面粗さ（Ｒａ）の比を０．０００５にした窒化物半導体基板を製造した。
実施例１〜３、及び比較例１〜３に係る窒化物半導体基板をそれぞれ、ＳＵＳ製のステージ上に黒色のプラスチック板を介して搭載した。そして、直径５０ｍｍの全域を同一画面で撮像するＣＣＤカメラが搭載された実体顕微鏡で窒化物半導体基板を撮像した。なお、白色リング光源を備える実体顕微鏡を用いた。
ここで、表面１０の表面粗さ、面取り部１５の表面粗さ、又は裏面２０の表面粗さ、面取り部２５の表面粗さが増大すると、各々の表面における可視光及び／又は赤外光の散乱及び／又は反射も増大する。この場合、窒化物半導体基板を透過する可視光及び／又は赤外光が減少するので、窒化物半導体基板を搭載している黒色のプラスチック板に吸収される可視光及び／又は赤外光も減少する。
よって、面取り部１５の表面粗さに対する表面１０の表面粗さの比を小さくすると、面取り部１５の可視光透過率が表面１０の可視光透過率に対して減少するので、窒化物半導体基板の表面を撮像するＣＣＤカメラに入射する面取り部１５からの反射光は増大する。これにより、面取り部１５の明度、表面１０と面取り部１５とのコントラスト（明度の差）が大きくなる。
また、窒化物半導体基板の輪郭の認識は、ＣＣＤカメラによって撮像された画像に二値化処理を施すことにより実施する。ここで、面取り部１５によって反射される反射光の量を、表面１０によって反射される反射光の量の０．２倍以下にすると、表面１０と面取り部１５とのコントラストが大きくなることにより、輪郭のコントラストが明確になる。面取り部２５によって反射される反射光の量を、裏面２０によって反射される反射光の量の０．２倍以下にした場合も同様である。例えば、実施例１〜３、比較例１においては、表面１０の可視光透過率が６５％から７０％であるのに対して、面取り部１５の可視光透過率は１０％以下であり、面取り部１５の可視光透過率が表面の可視光透過率の０．２倍以下であった。この場合、面取り部１５は、蛍光灯下、目視にて、白濁した状態（不透明な状態）で観察された。
具体的に、撮像された画像において、実施例１〜３、比較例１、及び比較例３に係る窒化物半導体基板の表面と周囲のプラスチック板とは明度が低い状態（黒っぽい色）で観察され、面取り部については明度が高い状態（白色乃至白濁した色）で観察された。撮像した画像の２５６色ビットマップデータに二値化処理を施して、窒化物半導体基板の輪郭の認識結果を比較した。
実施例１〜３、及び比較例１〜２に係る窒化物半導体基板のそれぞれの二値化による基板輪郭の認識の評価結果を表１に示す。
実施例１〜３に係る窒化物半導体基板においては、未認識率が１０％以下であった。なお、二値化時の閾値を１００以上１５０以下に設定した場合に、窒化物半導体基板の表面と当該表面を除く領域とが境界で分離され、かつ、分離された領域の面積が実際の表面積に対して±３％以内である場合に輪郭を認識できない、すなわち、輪郭未認識とした。
表１を参照すると、面取り幅１５ａが０．５ｍｍの場合、表面１０の粗さ／面取り部１５の粗さの比が０．０１以下であれば、輪郭未認識率は５％以下であった。しかしながら、面取り幅１５ａが０．９ｍｍであって、かつ、表面１０の粗さ／面取り部１５の粗さの比が０．０１より大きい場合（例えば、比較例１）、輪郭未認識率は１０％を超えた。これは、面取り幅１５ａが所定値を超えると、表面１０と面取り部１５とのなす角が小さくなると共に、表面１０の粗さ／面取り部１５の粗さの比が小さくなることにより、表面１０と面取り部１５との境界の認識が困難になったためである。したがって、二値化して計算した面積は、実際の表面積よりも大きくなる傾向があることがわかる。
また、比較例１において＃２００という砥粒径の小さな砥石を用いる場合、所定形状の面取り部１５を形成することに要する加工時間が６時間を超えた。したがって、加工時間の観点から砥粒径は、＃２００の砥粒径より大きいことが好ましい。
また、比較例２においては、リング照明が窒化物半導体基板に均等に照射された場合は基板の輪郭を認識できた。しかしながら、基板と照明との位置関係が変化すると、基板の端面が部分的に照明の光を反射することにより、基板の輪郭を認識できない場合があった。また、基板の輪郭が認識できたとしても、輪郭がぼやけ、未認識率が２２％であった。これは、比較例２に係る窒化物半導体基板は面取り部を備えておらず、窒化物半導体基板とプラスチック板との段差によって生じる影の影響と考えられた。
以上より、面取り幅１５が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満の範囲である場合、表面１０の粗さ／面取り部１５の粗さの比は０．０１以下であることが好ましいことが示された。
次に、実施例１〜３、及び比較例１〜３に係る窒化物半導体基板上に、５μｍ厚の窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成長した。そして、ＧａＮ膜を成長した後の窒化物半導体基板表面のクラック発生率を測定した。なお、有機金属材料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ガス原料としてアンモニア（ＮＨ３）、キャリアガスとして水素及び窒素を用いた。表２に、実施例１〜３、及び比較例１〜２に係る窒化物半導体基板のクラック発生率の結果を示す。
表２を参照するとわかるように、実施例１〜３に係る窒化物半導体基板においては、クラック発生率が５％以下であった。この値は、実際に実施例１〜３に係る窒化物半導体基板を電子デバイスの製造工程に供給する場合に問題とならない値である。一方、比較例２に係る窒化物半導体基板は、面取り部を備えていないことに起因した、基板周辺に盛り上がるようにＧａＮ膜が成長する異常成長が観察され、異常成長した部分からクラックが多数発生していた。
次に、表面１０の粗さ／面取り部１５の粗さの比の違いによって面取り加工時に生じるクラック・深い傷の発生率の結果を表３に示す。
表３の比較例３を参照するとわかるように、表面１０の粗さ／面取り部１５の粗さの比を小さくする、すなわち、表面１０の粗さに対して面取り部１５の粗さを大きくすることを目的として、粗い砥石１５０（例えば、＃３０００）を用いて面取り加工を施すと、大きく深い傷が面取り部に生じやすく、生じた傷を基点としてクラック等の破壊が発生しやすいと考えられた。したがって、表面１０の粗さ／面取り部１５の粗さとの比、及び裏面２０の粗さ／面取り部２５の粗さとの比は、０．００１以上０．０１以下にすることが好ましいことが示された。
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１ 窒化物半導体基板
５ 表裏面鏡面加工済み窒化物半導体基板
１０ 表面
１５、２５ 面取り部
１５ａ、２５ａ 面取り幅
１７、２７ 面取り部表面
２０ 裏面
３０ 端部
３２ ラウンド部
１００ 基板吸着ステージ
１００ａ θ方向
１００ｂ Ｘ方向
１００ｃ Ｙ方向
１５０、１５２ 砥石
１５０ａ ω方向
１５０ｂ Ｚ方向
１５２ａ 方向
１５２ｂ、１５２ｃ 砥石表面
１５２ｄ 砥石端部
５ 表裏面鏡面加工済み窒化物半導体基板
１０ 表面
１５、２５ 面取り部
１５ａ、２５ａ 面取り幅
１７、２７ 面取り部表面
２０ 裏面
３０ 端部
３２ ラウンド部
１００ 基板吸着ステージ
１００ａ θ方向
１００ｂ Ｘ方向
１００ｃ Ｙ方向
１５０、１５２ 砥石
１５０ａ ω方向
１５０ｂ Ｚ方向
１５２ａ 方向
１５２ｂ、１５２ｃ 砥石表面
１５２ｄ 砥石端部
Claims (6)
- 窒化物半導体からなる基板であって、
前記基板は、表面と、前記表面の反対側の裏面と、前記基板の表面側の縁が面取り加工されて形成される第１のエッジ部とを備え、
前記第１のエッジ部の平均表面粗さに対する前記表面の平均表面粗さの比が０．０１以下である窒化物半導体基板。 - 前記基板の裏面側の縁が面取り加工されて形成される第２のエッジ部を
更に備え、
前記第２のエッジ部の平均表面粗さに対する前記裏面の平均表面粗さの比が、０．０１以下である請求項１に記載の窒化物半導体基板。 - 前記第１のエッジ部は、前記表面の可視光透過率の０．２倍以下の可視光透過率を有する請求項２に記載の窒化物半導体基板。
- 前記第２のエッジ部は、前記裏面の可視光透過率の０．２倍以下の可視光透過率を有するである請求項３に記載の窒化物半導体基板。
- 窒化物半導体からなる基板の表面を鏡面加工する表面加工工程と、
前記基板の表面側の縁を面取り加工することにより第１のエッジ部を形成する第１エッジ形成工程と
を備え、
前記第１エッジ形成工程は、前記第１のエッジ部の平均表面粗さに対する前記表面の平均表面粗さの比が０．０１以下であり、前記第１のエッジ部の可視光透過率が前記表面の可視光透過率の０．２倍以下である前記第１のエッジを形成する窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記基板の前記表面とは反対側の裏面を鏡面加工する裏面加工工程と、
前記基板の裏面側の縁を面取り加工することにより第２のエッジ部を形成する第２エッジ形成工程と
を更に備え、
前記第２エッジ形成工程は、前記第２のエッジ部の平均表面粗さに対する前記裏面の平均表面粗さの比が０．０１以下であり、前記第２のエッジ部の可視光透過率が前記裏面の可視光透過率の０．２倍以下である前記第２のエッジを形成する請求項５に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
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