JP2010118668A - 化合物半導体部材のダメージ評価方法、化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜 - Google Patents

Abstract

【課題】表面のダメージの程度を詳細に評価することができる化合物半導体部材のダメージ評価方法、並びに、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜を提供する。
【解決手段】まず、化合物半導体基板１０の表面１０ａのフォトルミネッセンス測定を行う。次に、フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、化合物半導体基板１０のバンドギャップに対応する波長λ_１におけるピークＰ_１の半値幅Ｗ_１を用いて、化合物半導体基板１０の表面１０ａのダメージを評価する。
【選択図】図４

Description

本発明は、化合物半導体部材のダメージ評価方法、化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜に関する。

化合物半導体はＳｉに比べて種々のメリットを有する。例えば、化合物半導体では、組成を調整することによってバンドギャップを制御することができる。さらに、化合物半導体は、直接遷移、ワイドバンドギャップ等の光学特性を有するので、例えばＬＥＤ又はＬＤ等の光デバイスに好適に利用される。また、化合物半導体は高いキャリア移動度を有するので、高速デバイスにも好適に利用される。

上記光デバイス又は高速デバイス等の化合物半導体デバイスを製造する際には、化合物半導体基板、又は、ガラス基板等の非晶質基板上に化合物半導体膜を形成してなる積層基板が用いられる。化合物半導体基板又は積層基板の表面上には、例えば化合物半導体膜又は電極が形成される。化合物半導体デバイスのデバイス特性は、化合物半導体基板若しくは積層基板と化合物半導体膜との界面、又は、化合物半導体基板若しくは積層基板と電極との界面の影響を強く受ける。したがって、化合物半導体デバイスにおける界面評価は重要である。

また、化合物半導体デバイスを製造する際には、いくつかの製造プロセスにおいて上述の界面にダメージが発生する。例えば、化合物半導体基板又は積層基板の表面粗さはデバイス特性に影響するので、化合物半導体基板又は積層基板の表面は、研磨処理又はエッチング処理される。このとき、表面にスクラッチ又は歪みが生じることによって当該表面にダメージが生じてしまう。また、化合物半導体基板又は積層基板の表面上に、ナノメートルサイズの薄膜又は微細パターンを形成する際には、例えばドライエッチング又はウェットエッチング等が用いられる。このとき、化合物半導体基板若しくは積層基板の表面、又は、薄膜若しくは微細パターンの表面にダメージが生じてしまう。

上述のようなダメージが表面に存在する化合物半導体基板又は化合物半導体膜の表面上に、例えばエピタキシャル膜を成長させることによって化合物半導体デバイスを製造すると、化合物半導体基板又は化合物半導体膜とエピタキシャル膜との界面に存在するダメージに起因してデバイス特性が劣化してしまう。

そこで、化合物半導体基板又は化合物半導体膜の表面のダメージを評価する方法として、通常、Ｘ線回折、走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ）又はカソードルミネッセンス等を用いた方法が用いられている。

一方、特許文献１には、フォトルミネッセンス法を用いて、半導体ウェハに生じるダメージを評価する方法が開示されている。

特開平９−２４６３４１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、ダメージの程度の詳細な評価を必ずしも十分に行うことができない。

そこで本発明は、表面のダメージの程度を詳細に評価することができる化合物半導体部材のダメージ評価方法、並びに、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の化合物半導体部材のダメージ評価方法は、化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定を行う工程と、前記フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、前記化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの半値幅を用いて、前記化合物半導体部材の前記表面のダメージを評価する工程とを含む。

本発明の化合物半導体部材のダメージ評価方法によれば、バンドギャップに対応する波長におけるピーク（以下、「第１のピーク」という。）の半値幅を用いることによって、詳細なダメージ評価を行うことができる。

ダメージの程度によって化合物半導体部材を構成する原子の原子間距離は変化する。その原子間距離が変化するとバンドの広がりも変化する。さらに、バンドの広がりが変化すると第１のピークの半値幅が変化する。したがって、第１のピークの半値幅を用いることにより、ダメージの程度を詳細に評価することができる。例えば、第１のピークの半値幅は、ダメージの程度が大きくなるに連れて大きくなる傾向にある。

本発明の化合物半導体部材のダメージ評価方法は、化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定を行う工程と、前記フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、前記化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長よりも長波長側に位置するピークの強度を用いて、前記化合物半導体部材の前記表面のダメージを評価する工程とを含む。

本発明の化合物半導体部材のダメージ評価方法によれば、バンドギャップに対応する波長よりも長波長側に位置するピーク（以下、「第２のピーク」という。）の強度を用いることによって、詳細なダメージ評価を行うことができる。

第２のピークは、化合物半導体部材のバンド間に発生する準位に起因する。第２のピークの強度は、発光を生じさせるようなダメージの程度によって変化するので、第２のピークの強度を用いることによりダメージの程度を詳細に評価することができる。例えば、第２のピークの強度は、ダメージの程度が大きくなるに連れて大きくなる傾向にある。

本発明の化合物半導体部材のダメージ評価方法は、化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定を行う工程と、前記フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、前記化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長よりも長波長側に位置するピークの半値幅を用いて、前記化合物半導体部材の前記表面のダメージを評価する工程とを含む。

本発明の化合物半導体部材のダメージ評価方法によれば、第２のピークの半値幅を用いることによって、詳細なダメージ評価を行うことができる。

第２のピークの半値幅は発光を生じさせるようなダメージの程度によって変化するので、第２のピークの半値幅を用いることによりダメージの程度を詳細に評価することができる。例えば、第２のピークの半値幅は、ダメージの程度が大きくなるに連れて大きくなる傾向にある。

本発明の化合物半導体部材のダメージ評価方法は、化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定を行う工程と、前記フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、前記化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度と、前記バンドギャップに対応する前記波長よりも長波長側に位置するピークの強度との比を用いて、前記化合物半導体部材の前記表面のダメージを評価する工程と、を含む。

本発明の化合物半導体部材のダメージ評価方法によれば、第１のピークの強度と第２のピークの強度との強度比を用いることによって、詳細なダメージ評価を行うことができる。

この強度比を用いることにより、化合物半導体部材を構成する原子の配列を変えるようなダメージの程度と、発光を生じさせるようなダメージの程度との関連性を詳細に評価することができる。例えば、上記強度比は、ダメージの程度が大きくなるに連れて小さくなる傾向にある。

また、前記化合物半導体部材は、化合物半導体基板であることが好ましい。この場合、化合物半導体基板表面のダメージの程度を評価することができる。また、フォトルミネッセンス測定において光が例えば化合物半導体部材の内部に深く進入した場合でも、化合物半導体部材の裏面の影響や化合物半導体部材を固定する治具の影響等、他の部材の影響が少ない。

また、前記化合物半導体部材は、基板上に設けられた化合物半導体膜であることが好ましい。この場合、基板の表面のフォトルミネッセンス測定を予め行っておくことにより、当該基板上に設けられた化合物半導体膜表面のダメージの程度を評価することができる。また、ダメージの程度が小さい場合であっても、ダメージが化合物半導体膜に与える相対的な影響が大きくなるので、ダメージを検出し易くなる。

また、前記化合物半導体部材は、単結晶材料又は多結晶材料からなることが好ましい。この場合、ダメージを受けた領域の単結晶材料又は多結晶材料がアモルファスに変化するため、ダメージを受けた領域と受けていない領域とを区別し易くなる。このため、ダメージを検出し易くなるので、ダメージ評価の精度を向上できる。

また、前記バンドギャップは、１．６×１０^−１９Ｊ以上であることが好ましい。この場合、フォトルミネッセンス測定の際に、化合物半導体部材が熱による影響を受け難くなる。このため、フォトルミネッセンス測定が容易になる。

また、前記化合物半導体部材は、Ｂ、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも１つを含む窒化物系化合物半導体からなることが好ましい。また、前記化合物半導体部材は、Ｂｅ及びＺｎのうち少なくとも１つを含む酸化物系化合物半導体からなることが好ましい。さらに、前記化合物半導体部材は、ＺｎＳｅ系化合物半導体からなることが好ましい。

本発明の化合物半導体部材の製造方法は、化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定を行う工程と、前記フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、前記化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの半値幅が所定の閾値以下の場合に良品と判断する工程とを含む。

本発明の化合物半導体部材の製造方法によれば、第１のピークの半値幅を用いることによって、ダメージの程度を詳細に評価することができる。このため、本発明の化合物半導体部材の製造方法を用いることにより、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材を製造できる。

本発明の化合物半導体部材の製造方法は、化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定を行う工程と、前記フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、前記化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、ダメージが除去された化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルの前記波長におけるピークの強度に対して所定の閾値以上の場合に良品と判断する工程とを含む。

本発明の化合物半導体部材の製造方法によれば、バンドギャップに対応する波長におけるピークの強度を比較することによって、ダメージの程度を評価することができる。このため、本発明の化合物半導体部材の製造方法を用いることにより、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材を製造できる。

本発明の化合物半導体部材の製造方法は、化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定を行う工程と、前記フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、前記化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長よりも長波長側におけるピークの半値幅が所定の閾値以下の場合に良品と判断する工程とを含む。

本発明の化合物半導体部材の製造方法によれば、第２のピークの強度を用いることによって、ダメージの程度を詳細に評価することができる。このため、本発明の化合物半導体部材の製造方法を用いることにより、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材を製造できる。

本発明の化合物半導体部材の製造方法は、化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定を行う工程と、前記フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、前記化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長よりも長波長側に位置するピークの強度に対する前記バンドギャップに対応する前記波長におけるピークの強度の比が、所定の閾値以上の場合に良品と判断する工程とを含む。

本発明の化合物半導体部材の製造方法によれば、第１のピークの強度と第２のピークの強度との強度比を用いることによって、ダメージの程度を詳細に評価することができる。このため、本発明の化合物半導体部材の製造方法を用いることにより、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材を製造できる。

また、前記化合物半導体部材は、化合物半導体基板であることが好ましい。この場合、ダメージの程度が小さい化合物半導体基板を製造できる。

また、前記化合物半導体部材は、基板上に設けられた化合物半導体膜であることが好ましい。この場合、ダメージの程度が小さい化合物半導体膜を基板上に形成できる。

また、上記化合物半導体部材の製造方法は、前記良品と判断する工程の後に、前記化合物半導体部材の前記表面上に薄膜を形成する工程を更に含むことが好ましい。この場合、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材の表面上に薄膜が形成されるので、当該薄膜の結晶性及び表面粗さが向上する。

また、上記化合物半導体部材の製造方法は、前記良品と判断する工程の後に、前記化合物半導体部材の前記表面上に電極を形成する工程を更に含むことが好ましい。この場合、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材の表面上に電極を形成することができる。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体部材は、表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、前記バンドギャップに対応する前記波長よりも長波長側に位置するピークの強度の２倍以上である。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体部材は、表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルの前記波長におけるピークの強度の１／１０以上である。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体部材では、表面のダメージの程度が小さい。

また、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材は、窒化ガリウム系化合物半導体基板であることが好ましい。この窒化ガリウム系化合物半導体基板では、表面のダメージの程度が小さい。

また、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材は、基板上に設けられた窒化ガリウム系化合物半導体膜であることが好ましい。この窒化ガリウム系化合物半導体膜では、表面のダメージの程度が小さい。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体膜は、表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、前記バンドギャップに対応する前記波長よりも長波長側に位置するピークの強度の２倍以上である窒化ガリウム系化合物半導体部材上に形成される。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体膜は、表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルの前記波長におけるピークの強度の１／１０以上である窒化ガリウム系化合物半導体部材上に形成される。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体膜は、表面のダメージの程度が小さい窒化ガリウム系化合物半導体部材上に形成されている。このため、窒化ガリウム系化合物半導体膜の結晶性及び表面粗さは向上する。

本発明によれば、表面のダメージの程度を詳細に評価することができる化合物半導体部材のダメージ評価方法、並びに、ダメージの程度が小さい化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜が提供される。

実施形態に係る化合物半導体部材のダメージ評価方法及び化合物半導体部材の製造方法の工程を示すフローチャートである。 フォトルミネッセンス測定工程を模式的に示す図面である。 基板上に設けられた化合物半導体膜を模式的に示す断面図である。 フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルを模式的に示す図面である。 図５(ａ)は、薄膜形成工程における化合物半導体基板を模式的に示す断面図であり、図５(ｂ)は、薄膜形成工程における化合物半導体膜を模式的に示す断面図である。 図６(ａ)は、電極形成工程における化合物半導体基板を模式的に示す断面図であり、図６(ｂ)は、電極形成工程における化合物半導体膜を模式的に示す断面図である。 実験例５のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルを示すグラフである。 フォトルミネッセンス測定とカソードルミネッセンス測定との相関関係を示すグラフである。 実験例１〜実験例５のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルの３６５ｎｍ付近におけるピークの強度をそれぞれ示す。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る化合物半導体部材のダメージ評価方法及び化合物半導体部材の製造方法の工程を示すフローチャートである。実施形態に係る化合物半導体部材のダメージ評価方法は、フォトルミネッセンス測定工程Ｓ１及びダメージ評価工程Ｓ２を含む。実施形態に係る化合物半導体部材の製造方法は、フォトルミネッセンス測定工程Ｓ１及びダメージ評価工程Ｓ２を含み、薄膜形成工程Ｓ３及び電極形成工程Ｓ４を更に含むことが好ましい。

（フォトルミネッセンス測定工程）
図２は、フォトルミネッセンス測定工程を模式的に示す図面である。フォトルミネッセンス測定工程Ｓ１では、化合物半導体基板１０（化合物半導体部材）の表面１０ａのフォトルミネッセンス測定を行う。フォトルミネッセンス測定は、フォトルミネッセンス測定装置１６を用いて行われることが好ましい。

フォトルミネッセンス測定装置１６は、化合物半導体基板１０の表面１０ａに向けて光Ｌ１を出射する光源１２を有する。光Ｌ１のエネルギーは、化合物半導体基板１０のバンドギャップよりも高く設定される。光Ｌ１が表面１０ａに照射されると、価電子帯から伝導帯に励起された電子が価電子帯に戻ることにより、化合物半導体基板１０から光Ｌ２が出射される。光Ｌ２が光検出部１４に入射することによって、発光スペクトルが得られる。

光Ｌ１は、単色のレーザ光であることが好ましいが、複数の波長成分を含んでもよい。複数の波長成分を含む光Ｌ１を得るためには、光源１２として色素レーザを用いることが好ましい。また、光Ｌ１は、化合物半導体基板１０のバンドギャップよりも高いエネルギーを有する波長成分を含む白色光でもよい。

化合物半導体基板１０はバルクであるため、フォトルミネッセンス測定において光Ｌ１が例えば化合物半導体基板１０の内部に深く進入した場合でも、化合物半導体基板１０の裏面の影響や化合物半導体基板１０を固定する治具の影響等、他の部材の影響が少ない。

化合物半導体基板１０のバンドギャップは、１．６×１０^−１９Ｊ（１ｅＶ）以上であることが好ましい。この場合、フォトルミネッセンス測定の際に光Ｌ１によって化合物半導体基板１０が加熱された場合でも、化合物半導体基板１０が熱による影響を受け難くなる。このため、フォトルミネッセンス測定を容易且つ高精度に行うことができる。

化合物半導体基板１０は、Ｂ、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも１つを含む窒化物系化合物半導体からなることが好ましい。また、化合物半導体基板１０は、Ｂｅ及びＺｎのうち少なくとも１つを含む酸化物系化合物半導体からなることが好ましい。さらに、化合物半導体基板１０は、ＺｎＳｅ系化合物半導体からなることが好ましい。いずれの場合であっても、化合物半導体基板１０のバンドギャップを大きくすることができるので、フォトルミネッセンス測定において、熱による影響を受け難くなる。

より具体的には、化合物半導体基板１０は、例えば、ＧａＡｓ又はＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体、ＢＮ、ＧａＮ、ＡｌＮ又はＩｎＮ等の窒化物系化合物半導体、ＺｎＯ又はＺｎＳ等のII−VI族化合物半導体、Ｂｅ_ｘＯ_ｙ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３又はＡｌ_２Ｏ_３等の酸化物系化合物半導体、ＺｎＳｅ等のＺｎＳｅ系化合物半導体、ＧａＡｌＮ又はＩｎＧａＮ等の３元系化合物半導体からなる。また、これらの化合物半導体には不純物がドーピングされていてもよい。

例えば化合物半導体基板１０が窒化ガリウム系化合物半導体からなる場合、ウルツ鉱型構造又は閃亜鉛鉱型（立方晶）構造の窒化ガリウム系化合物半導体を好適に用いることができる。ウルツ鉱型構造の場合、表面１０ａは、Ｃ面と呼ばれる（０００１）面、Ｍ面と呼ばれる（１０−１０）面、Ａ面と呼ばれる（１１−２０）面、Ｒ面と呼ばれる（０１−１２）面、及びＳ面と呼ばれる（１０−１１）面のうちいずれの面であってもよい。なお、Ｃ面には、ＧａからなるＧａ面とＮからなるＮ面とがある。通常Ｇａ面の方がエッチングされ難いので、表面１０ａをＧａ面とすることが好ましいが、表面１０ａをＮ面としてもよい。

また、フォトルミネッセンス測定を行う際に、化合物半導体基板１０に代えて、図３に示される化合物半導体膜２０（化合物半導体部材）を用いてもよい。

図３は、基板上に設けられた化合物半導体膜を模式的に示す断面図である。図３に示される基板２２は、例えばガラス基板等の非晶質基板、サファイア基板又はＳｉ基板等の単結晶基板である。化合物半導体膜２０の構成材料としては、化合物半導体基板１０と同様のものが挙げられる。

この場合、フォトルミネッセンス測定は、光Ｌ１を化合物半導体膜２０の表面２０ａに照射することによって行われる。なお、光Ｌ１を表面２０ａと直交する方向から入射させると、化合物半導体膜２０の膜厚によっては、光Ｌ２に基板２２の情報の方が多く含まれる場合がある。光Ｌ１の入射方向を、表面２０ａと直交する方向からずらしていくに連れて光Ｌ２に含まれる基板２２の情報は相対的に少なくなる傾向にある。

（ダメージ評価工程）
図４は、フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルを模式的に示す図面である。ダメージ評価工程Ｓ２では、フォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルを用いて化合物半導体基板１０の表面１０ａのダメージを評価する。かかるダメージとしては、研磨又はエッチング等によるダメージ、スクラッチ又は歪み等が挙げられる。

図４に示される発光スペクトルは、化合物半導体基板１０のバンドギャップに対応する波長λ_１におけるピークＰ_１を有する。波長λ_１はバンドギャップと同じエネルギーを有する。なお、ピークＰ_１は、波長λ_１において必ずしも最大値とならなくてもよい。また、この発光スペクトルは、波長λ_１よりも長波長側に位置する波長λ_２におけるピークＰ_２を有している。ピークＰ_２は、波長λ_２において必ずしも最大値とならなくてもよい。この発光スペクトルを用いることにより、表面１０ａのダメージを後述の方法１〜方法４を用いることによって、詳細に評価することができる。

化合物半導体基板１０が例えば単結晶材料又は多結晶材料からなる場合には、ダメージを受けた領域の単結晶材料又は多結晶材料がアモルファスに変化するため、ダメージを受けた領域と受けていない領域とを区別し易くなる。このため、ダメージを検出し易くなるので、ダメージ評価の精度を向上できる。

＜方法１＞
方法１では、ピークＰ_１の半値幅Ｗ_１を用いてダメージの評価を行う。方法１によれば、ピークＰ_１の半値幅Ｗ_１を用いることによって、下記のように詳細なダメージ評価を行うことができる。

ピークＰ_１の半値幅Ｗ_１は、化合物半導体基板１０のバンドの広がりが変化すると変化する。ここで、バンドの広がりは、化合物半導体基板１０を構成する原子の原子間距離が変化すると変化する。また、原子間距離は、表面１０ａのダメージの程度によって変化する。したがって、ピークＰ_１の半値幅Ｗ_１を用いることにより、ダメージの程度を詳細に評価することができる。例えば、ピークＰ_１の半値幅Ｗ_１は、ダメージの程度が大きくなるに連れて大きくなる傾向にある。

方法１は、化合物半導体基板１０を製造する際に好適に用いられる。ピークＰ_１の半値幅Ｗ_１が所定の閾値以下の場合に良品と判断することによって、ダメージの程度が小さい化合物半導体基板１０を高い歩留まりで製造できる。

＜方法２＞
方法２では、ピークＰ_２の強度Ｉ_２を用いてダメージの評価を行う。方法２によれば、ピークＰ_２の強度Ｉ_２を用いることによって、下記のように詳細なダメージ評価を行うことができる。

ピークＰ_２は、化合物半導体基板１０のバンド間に発生する準位に起因する。よって、発光を生じさせるようなダメージが化合物半導体基板１０に存在すると、ピークＰ_２が出現する。発光を生じさせるようなダメージの程度によって、ピークＰ_２の強度Ｉ_２が変化するので、ピークＰ_２の強度Ｉ_２を用いることによりダメージの程度を詳細に評価することができる。例えば、ピークＰ_２の強度Ｉ_２は、ダメージの程度が大きくなるに連れて大きくなる傾向にある。

方法２は、化合物半導体基板１０を製造する際に好適に用いられる。ピークＰ_２の強度Ｉ_２が、予めダメージが除去された化合物半導体基板の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて波長λ_２に位置するピークの強度に対して、所定の閾値以下の場合に良品と判断することによって、ダメージの程度が小さい化合物半導体基板１０を高い歩留まりで製造できる。

＜方法３＞
方法３では、ピークＰ_２の半値幅Ｗ_２を用いてダメージの評価を行う。方法３によれば、ピークＰ_２の半値幅Ｗ_２を用いることによって、下記のように詳細なダメージ評価を行うことができる。

ピークＰ_２の半値幅Ｗ_２は発光を生じさせるようなダメージの程度によって変化するので、ピークＰ_２の半値幅Ｗ_２を用いることによりダメージの程度を詳細に評価することができる。例えば、ピークＰ_２の半値幅Ｗ_２は、ダメージの程度が大きくなるに連れて大きくなる傾向にある。

方法３は、化合物半導体基板１０を製造する際に好適に用いられる。ピークＰ_２の半値幅Ｗ_２が所定の閾値以下の場合に良品と判断することによって、ダメージの程度が小さい化合物半導体基板１０を高い歩留まりで製造できる。

＜方法４＞
方法４では、ピークＰ_１の強度Ｉ_１とピークＰ_２の強度Ｉ_２との強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）を用いてダメージの評価を行う。方法４によれば、強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）を用いることによって、下記のように詳細なダメージ評価を行うことができる。

強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）は、化合物半導体基板１０を構成する原子の配列を変えるようなダメージの程度と、発光を生じさせるようなダメージの程度との関連性の指標となる。よって、強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）を用いることにより上記関連性を詳細に評価することができる。例えば、強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）は、ダメージの程度が大きくなるに連れて小さくなる傾向にある。

方法４は、化合物半導体基板１０を製造する際に好適に用いられる。強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）が所定の閾値以上の場合に良品と判断することによって、ダメージの程度が小さい化合物半導体基板１０を高い歩留まりで製造できる。

＜方法５＞
方法５では、ピークＰ_１の強度Ｉ_１を用いてダメージの評価を行う。例えば、ピークＰ_１の強度Ｉ_１は、ダメージの程度が大きくなるに連れて小さくなる。方法５は、化合物半導体基板１０を製造する際に好適に用いられる。ピークＰ_１の強度Ｉ_１が、予めダメージが除去された化合物半導体基板の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて波長λ_１に位置するピークの強度に対して、所定の閾値以上の場合に良品と判断することによって、ダメージの程度が小さい化合物半導体基板１０を高い歩留まりで製造できる。

化合物半導体基板１０が例えば窒化ガリウム系化合物半導体からなる場合、強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）が２以上であることが好ましい。この場合、表面のダメージの程度が小さい窒化ガリウム系化合物半導体基板が得られる。

また、化合物半導体基板１０が例えば窒化ガリウム系化合物半導体からなる場合に、波長λ_１（３６５ｎｍ付近）におけるピークＰ_１の強度Ｉ_１が、ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体基板（ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体部材）の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルの波長λ_１（３６５ｎｍ付近）におけるピークの強度の１／１０以上であることが好ましい。この場合、表面のダメージの程度が小さい窒化ガリウム系化合物半導体基板が得られる。

なお、化合物半導体基板１０に代えて、化合物半導体膜２０のダメージを評価してもよい。この場合、基板２２の表面２２ａのフォトルミネッセンス測定を予め行い、方法１〜方法４を用いることにより、基板２２上に設けられた化合物半導体膜２０の表面２０ａにおけるダメージの程度を詳細に評価することができる。また、ダメージが化合物半導体膜２０に与える相対的な影響が大きくなるので、ダメージの程度が小さい場合であってもダメージを検出し易くなる。

さらに、方法１〜方法５を用いることによって、ダメージの程度が小さい化合物半導体膜２０を高い歩留まりで製造できる。また、化合物半導体膜２０が例えば窒化ガリウム系化合物半導体からなる場合、強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）が２以上であることが好ましい。この場合、表面のダメージの程度が小さい窒化ガリウム系化合物半導体膜が得られる。

また、化合物半導体膜２０が例えば窒化ガリウム系化合物半導体からなる場合に、波長λ_１（３６５ｎｍ付近）におけるピークＰ_１の強度Ｉ_１が、ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体膜（ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体部材）の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルの波長λ_１（３６５ｎｍ付近）におけるピークの強度の１／１０以上であることが好ましい。この場合、表面のダメージの程度が小さい窒化ガリウム系化合物半導体膜が得られる。

（薄膜形成工程）
図５(ａ)は、薄膜形成工程における化合物半導体基板を模式的に示す断面図である。図５(ｂ)は、薄膜形成工程における化合物半導体膜を模式的に示す断面図である。薄膜形成工程Ｓ３は、ダメージ評価工程Ｓ２の後に実施されることが好ましい。

薄膜形成工程Ｓ３では、図５(ａ)に示されるように、化合物半導体基板１０の表面１０ａ上に薄膜３０を形成する。薄膜３０は、例えばエピタキシャル成長法を用いて形成される。薄膜３０としては、例えば、化合物半導体膜、酸化膜、ＺｎＯ膜、アモルファス膜等が挙げられる。ダメージの程度が小さい化合物半導体基板１０の表面１０ａ上に薄膜３０が形成されると、薄膜３０の結晶性及び表面粗さは向上する。例えば、化合物半導体基板１０が窒化ガリウム系化合物半導体からなり、強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）が２以上である場合、窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜３０の結晶性及び表面粗さは向上する。

また、例えば、化合物半導体基板１０が窒化ガリウム系化合物半導体からなり、波長λ_１（３６５ｎｍ付近）におけるピークＰ_１の強度Ｉ_１が、ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体基板（ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体部材）の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルの波長λ_１（３６５ｎｍ付近）におけるピークの強度の１／１０以上である場合、窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜３０の結晶性及び表面粗さは向上する。

また、薄膜形成工程Ｓ３では、図５(ｂ)に示されるように、化合物半導体膜２０の表面２０ａ上に薄膜３２を形成してもよい。薄膜３２は、例えばエピタキシャル成長法を用いて形成される。薄膜３２としては、薄膜３０と同様のものが挙げられる。ダメージの程度が小さい化合物半導体膜２０の表面２０ａ上に薄膜３２が形成されると、薄膜３２の結晶性及び表面粗さは向上する。例えば、化合物半導体膜２０が窒化ガリウム系化合物半導体からなり、強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）が２以上である場合、窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜３２の結晶性及び表面粗さは向上する。

また、例えば、化合物半導体膜２０が窒化ガリウム系化合物半導体からなり、波長λ_１（３６５ｎｍ付近）におけるピークＰ_１の強度Ｉ_１が、ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体膜（ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体部材）の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおけるの波長λ_１（３６５ｎｍ付近）におけるピークの強度の１／１０以上である場合、窒化ガリウム系化合物半導体からなる薄膜３２の結晶性及び表面粗さは向上する。

（電極形成工程）
図６(ａ)は、電極形成工程における化合物半導体基板を模式的に示す断面図である。図６(ｂ)は、電極形成工程における化合物半導体膜を模式的に示す断面図である。電極形成工程Ｓ４は、ダメージ評価工程Ｓ２の後に実施されることが好ましく、薄膜形成工程Ｓ３の後に実施されることが更に好ましい。

電極形成工程Ｓ４では、図６(ａ)に示されるように、薄膜３０上に、例えば金属膜等の電極４０を形成する。この場合、薄膜３０は優れた結晶性を有し、かつ、表面粗さも低減されているので、薄膜３０と電極４０との界面におけるダメージの発生を抑制できる。

なお、電極４０を化合物半導体基板１０の表面１０ａ上に直接形成してもよい。その場合、ダメージの程度が小さい化合物半導体基板１０を用いることにより、化合物半導体基板１０と電極４０との界面におけるダメージの発生を抑制できる。

また、電極形成工程Ｓ４では、図６(ｂ)に示されるように、薄膜３２上に電極４２を形成してもよい。この場合、薄膜３２は優れた結晶性を有し、かつ、表面粗さも低減されているので、薄膜３２と電極４２との界面におけるダメージの発生を抑制できる。

なお、電極４０を化合物半導体膜２０の表面２０ａ上に直接形成してもよい。その場合、ダメージの程度が小さい化合物半導体膜２０を用いることにより、化合物半導体膜２０と電極４２との界面におけるダメージの発生を抑制できる。

上記各工程を経ることによって、化合物半導体デバイスを製造することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

続いて、上記実施形態に係る実験例について説明する。

（実験例１）
まず、ＧａＮ単結晶インゴットをスライスすることによって、２インチφのＧａＮ単結晶基板を準備した。準備したＧａＮ単結晶基板の表面を研磨した後、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）を用いて、表面にドライエッチングを施した。ドライエッチング条件を下記に示す。
・エッチングガス：Ａｒガス
・供給電力：２００Ｗ
・チャンバ内圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
・エッチング時間：１０分間

その後、表面のダメージを除去するために、ＧａＮ単結晶基板を４０℃の５％ＮＨ_４ＯＨ溶液に１５分間浸漬させることによってウェットエッチングを行った。このようにして実験例１のＧａＮ単結晶基板を得た。

（実験例２）
まず、ＧａＮ単結晶インゴットをスライスすることによって、２インチφのＧａＮ単結晶基板を準備した。準備したＧａＮ単結晶基板の表面を粗研磨した後、粒径０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いて表面を更に研磨した。その後、イソプロピルアルコールを用いて表面を洗浄した。このようにして実験例２のＧａＮ単結晶基板を得た。

（実験例３）
粒径０．５μｍのダイヤモンド砥粒に代えて、粒径０．１μｍのダイヤモンド砥粒を用いたこと以外は実験例２と同様にして、実験例３のＧａＮ単結晶基板を得た。

（実験例４）
実験例３と同様にして得られたＧａＮ単結晶基板に、実験例１のドライエッチングを施して、実験例４のＧａＮ単結晶基板を得た。

（実験例５）
実験例４と同様にして得られたＧａＮ単結晶基板に、希釈したＨ_３ＰＯ_４溶液を用いてウェットエッチングを施して、実験例５のＧａＮ単結晶基板を得た。

（フォトルミネッセンス測定）
フォトルミネッセンス測定では、光源１２として、波長３２５ｎｍのレーザ光を出射可能なＨｅ−Ｃｄレーザを用いた。レーザ光を、実験例１〜実験例５のＧａＮ単結晶基板の表面に垂直に入射させることによって、それぞれの発光スペクトルを得た。発光スペクトルの一例を図７に示す。

図７は、実験例５のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルを示すグラフである。縦軸はＰＬ強度（フォトルミネッセンス強度）を示し、横軸は波長を示す。なお、図７におけるＰＬ強度は、３６５ｎｍ付近のピークＰ_１の強度Ｉ_１を１とした相対値である。また、３６５ｎｍよりも長波長側の４７０〜６４０ｎｍ付近にブロードなピークＰ_２が見られる。

フォトルミネッセンス測定は、波長０．５ｎｍ間隔で実施し、ピークＰ_１付近の値を正規分布で補間した。また、バックグラウンドはピークＰ_１の裾の部分を直線近似することにより行った。

（ダメージ評価）
図８は、フォトルミネッセンス測定とカソードルミネッセンス測定との相関関係を示すグラフである。縦軸はＰＬ強度を示し、横軸はＣＬ強度（カソードルミネッセンス強度）を示す。図８中、プロットＤ１〜プロットＤ５は、実験例１〜実験例５のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルの３６５ｎｍ付近におけるピークＰ_１の強度Ｉ_１をそれぞれ示す。なお、ＰＬ強度は、実験例２のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルの３６５ｎｍ付近におけるピークＰ_１の強度Ｉ_１を１とした相対値である。また、ＣＬ強度も、実験例２のＧａＮ単結晶基板におけるＣＬ強度を１とした相対値である。

図８から、フォトルミネッセンス測定とカソードルミネッセンス測定とが相関関係を有していることが分かる。また、一般に、ＣＬ強度はダメージの程度が大きくなるに連れて小さくなるので、ＰＬ強度もダメージの程度が大きくなるに連れて小さくなることが分かる。

図９は、実験例１〜実験例５のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルの３６５ｎｍ付近におけるピークＰ_１の強度Ｉ_１をそれぞれ示す。図９から、実験例１、実験例４、実験例５、実験例３、実験例２の順に表面のダメージの程度が大きくなることが分かる。

表１に、実験例１〜実験例５のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルの３６５ｎｍ付近におけるピークＰ_１の半値幅Ｗ_１をそれぞれ示す。表１から、ダメージの程度が大きくなるに連れてピークＰ_１の半値幅Ｗ_１が大きくなることが分かる。

表２に、実験例１〜実験例５のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルのピークＰ_２の強度Ｉ_２及び半値幅Ｗ_２をそれぞれ示す。表２から、ダメージの程度が大きくなるに連れてピークＰ_２の強度Ｉ_２及び半値幅Ｗ_２がいずれも大きくなることが分かる。

表３に、実験例１〜実験例５のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルにおける強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）をそれぞれ示す。表３から、ダメージの程度が大きくなるに連れて強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）が小さくなることが分かる。

（実験例６）
２０ｍｍ角のＧａＮ単結晶基板を用いた以外は実験例１と同様にして、ダメージが除去された実験例６のＧａＮ単結晶基板を得た。

（実験例７）
ＧａＮ単結晶インゴットをスライスして、２０ｍｍ角のＧａＮ単結晶基板を準備した。準備したＧａＮ単結晶基板の表面を粗研磨した後、粒径０．３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて表面を更に研磨することによって、実験例７のＧａＮ単結晶基板を得た。

（実験例８）
粒径０．３μｍのダイヤモンド砥粒に代えて、粒径０．８μｍのダイヤモンド砥粒を用いたこと以外は実験例７と同様にして、実験例８のＧａＮ単結晶基板を得た。
（フォトルミネッセンス測定）

実験例６〜実験例８のＧａＮ単結晶基板の表面のフォトルミネッセンス測定を実施した。表４に、実験例６〜実験例８のＧａＮ単結晶基板から得られる発光スペクトルにおけるピークＰ_１の強度Ｉ_１及び強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）をそれぞれ示す。ピークＰ_１の強度Ｉ_１から実験例６、実験例７、実験例８の順に表面のダメージの程度は大きくことが分かる。よって、ダメージの程度が大きくなるに連れて強度比（Ｉ_１／Ｉ_２）が小さくなることが分かる。

次に、実験例６〜実験例８のＧａＮ単結晶基板の表面上に、ＨＶＰＥ法を用いて膜厚１μｍのＧａＮ薄膜を形成した。ＧａＮ薄膜の形成条件を下記に示す。なお、ＧａＣｌガスは、Ｇａ金属をＨＣｌガスと８８０℃で反応させることによって得られる。
・ＧａＮ単結晶基板の温度：１０００℃
・反応ガス：ＮＨ_３ガス、ＧａＣｌガス
・ＮＨ_３ガス圧力：１０ｋＰａ
・ＧａＣｌガス圧力：０．６Ｐａ

ＧａＮ薄膜を形成した後、ＡＦＭによりＧａＮ薄膜の表面粗さ（Ｒａ：算術平均粗さ）を測定した。また、Ｘ線回折によりバルクに対する格子歪みの割合を測定した。これらの測定結果を表５に示す。表５から、実験例６及び実験例７のＧａＮ単結晶基板は、化合物半導体デバイスに用いる基板として十分な性能を有することが分かった。

１０…化合物半導体基板（化合物半導体部材）、１０ａ…化合物半導体基板の表面、１２…光源、１４…光検出部、１６…フォトルミネッセンス装置、２０…化合物半導体膜（化合物半導体部材）、２０ａ…化合物半導体膜の表面、２２…基板、３０，３２…薄膜、４０，４２…電極、Ｉ_１，Ｉ_２…強度、Ｌ１…光、Ｐ_１，Ｐ_２…ピーク、Ｗ_１，Ｗ_２…半値幅、λ_１，λ_２…波長。

Claims (6)

1. 表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、前記バンドギャップに対応する前記波長よりも長波長側に位置するピークの強度の２倍以上である、窒化ガリウム系化合物半導体部材。
2. 表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルの前記波長におけるピークの強度の１／１０以上である、窒化ガリウム系化合物半導体部材。
3. 当該窒化ガリウム系化合物半導体部材は、窒化ガリウム系化合物半導体基板である、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体部材。
4. 当該窒化ガリウム系化合物半導体部材は、基板上に設けられた窒化ガリウム系化合物半導体膜である、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体部材。
5. 表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、前記バンドギャップに対応する前記波長よりも長波長側に位置するピークの強度の２倍以上である窒化ガリウム系化合物半導体部材上に形成される、窒化ガリウム系化合物半導体膜。
6. 表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルにおいて、当該窒化ガリウム系化合物半導体部材のバンドギャップに対応する波長におけるピークの強度が、ダメージが除去された窒化ガリウム系化合物半導体部材の表面のフォトルミネッセンス測定によって得られた発光スペクトルの前記波長におけるピークの強度の１／１０以上である窒化ガリウム系化合物半導体部材上に形成される、窒化ガリウム系化合物半導体膜。

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