JP2013126939A - Group iii nitride semiconductor substrate - Google Patents

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Yuichi Oshima
祐一 大島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor substrate whose surface roughness is isotropic.SOLUTION: The group III nitride semiconductor substrate is composed of a group III nitride semiconductor single crystal containing one crystal plane and another crystal plane having a smaller hardness than the one crystal plane. The substrate surface has an absolute value of a surface roughness difference of ≤10 nm between the substrate surface in one direction parallel with the substrate surface and the substrate surface in a direction different from the one direction.

Description

本発明は、III族窒化物半導体基板に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor substrate.

従来、基板の上にGaN単結晶を気相成長させてGaN単結晶のインゴットを製造する工程と、形成されたGaN単結晶のインゴットを成長方向に平行な方向にスライス加工してGaN基板を作成するスライス工程とを備えるGaN基板の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a GaN single crystal ingot is manufactured by vapor phase growth of a GaN single crystal on a substrate, and a GaN substrate is created by slicing the formed GaN single crystal ingot in a direction parallel to the growth direction. A GaN substrate manufacturing method including a slicing step is known (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の製造方法によれば、GaN単結晶の結晶成長方向に転位は伸びており、転位が伸びている方向に平行にインゴットをスライスするので、スライスして得られる基板の表面に転位が平行に存在することとなり、低転位密度の表面を有したGaN基板を得ることができる。   According to the manufacturing method described in Patent Document 1, dislocations extend in the crystal growth direction of the GaN single crystal, and the ingot is sliced parallel to the direction in which the dislocations extend, so that the surface of the substrate obtained by slicing is sliced. Since dislocations exist in parallel, a GaN substrate having a surface with a low dislocation density can be obtained.

特開2007−84435号公報JP 2007-84435 A

しかし、特許文献1に記載のGaN基板の製造方法においては、スライスする時間を低減させることを目的としてスライスする速度を上げると、スライスによる結晶欠陥の深さ(ダメージ層の深さ)が増大すると共に、スライスに用いるワイヤソーのワイヤの走行に平行な方向に沿ってスライスにより露出する面(スライス面)に形成されるソーマークに起因して、スライス面を研磨した後においても表面粗さにばらつきが生じる場合がある。   However, in the GaN substrate manufacturing method described in Patent Document 1, when the slicing speed is increased for the purpose of reducing the slicing time, the depth of crystal defects (damage layer depth) due to slicing increases. At the same time, due to saw marks formed on the surface exposed by slicing (slicing surface) along the direction parallel to the wire travel of the wire saw used for slicing, the surface roughness varies even after polishing the slicing surface. May occur.

したがって、本発明の目的は、基板の表面粗さが等方的である窒化物半導体基板を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor substrate in which the surface roughness of the substrate is isotropic.

本発明は、上記目的を達成するため、一の結晶面と一の結晶面の硬度より小さい硬度の他の結晶面とを含むIII族窒化物半導体単結晶からなり、基板表面を有するIII族窒化物半導体基板であって、基板表面は、基板表面に平行な一の方向に沿った基板表面の一の表面粗さと、一の方向とは異なる他の方向に沿った基板表面の他の表面粗さとの差の絶対値が、10nm以下であるIII族窒化物半導体基板が提供される。   In order to achieve the above object, the present invention comprises a group III nitride semiconductor single crystal including one crystal plane and another crystal plane having a hardness smaller than the hardness of the one crystal plane, and a group III nitride having a substrate surface The substrate surface is a surface roughness of the substrate surface along one direction parallel to the substrate surface and another surface roughness of the substrate surface along another direction different from the one direction. A group III nitride semiconductor substrate having an absolute value of 10 nm or less is provided.

また、上記前記基板表面内における結晶方位分布が、中心値±0.05°以下であってもよい。   The crystal orientation distribution in the substrate surface may have a center value of ± 0.05 ° or less.

また、前記III族窒化物半導体基板中の鉄濃度が1×1016cm-3以下であってもよい。 Further, the iron concentration in the group III nitride semiconductor substrate may be 1 × 10 16 cm −3 or less.

本発明によれば、基板の表面粗さが等方的である窒化物半導体基板を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a nitride semiconductor substrate in which the surface roughness of the substrate is isotropic.

GaN単結晶における極性面のビッカース硬度の面方位依存性を示す図である。It is a figure which shows the surface orientation dependence of the Vickers hardness of the polar surface in a GaN single crystal. 本発明の実施の形態に係るIII族窒化物半導体基板の製造フローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing flow of the group III nitride semiconductor substrate which concerns on embodiment of this invention. 実施例1に係るアズスライスウエハの顕微ラマン分光測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the micro Raman spectroscopy measurement of the as-sliced wafer which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る研磨済GaN基板の表面粗さ測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the surface roughness measurement of the ground GaN substrate which concerns on Example 1. FIG. 実施例2に係る研磨済GaN基板の表面粗さ測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the surface roughness measurement of the ground GaN substrate which concerns on Example 2. FIG. 比較例1に係る研磨済GaN基板の表面粗さ測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the surface roughness measurement of the ground GaN substrate which concerns on the comparative example 1. 比較例2に係る研磨済GaN基板の表面粗さ測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the surface roughness measurement of the ground GaN substrate concerning the comparative example 2.

III族窒化物半導体(例えば、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)等)の結晶は、ウルツ鉱(WZ)型、閃亜鉛鉱(ZB)型、又は岩塩(RS)型のいずれかの結晶構造をとる。ここで、WZ型の結晶構造をとるIII族窒化物半導体において、[0001]方向(c軸方向)において、III族元素の電気陰性度とV族元素の電気陰性度との差により分極が生じる。例えば、c軸方向に垂直な面は、V族極性面とIII族極性面とに分類される。そして、一例として、III族窒化物半導体であるGaNは、Ga極性面とN極性面とを有しているが、N極性面の方がGa極性面よりもエッチングされやすい特性を有する。   Group III nitride semiconductors (for example, boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), etc.) crystals are wurtzite (WZ) type, zinc blende (ZB) The crystal structure is either of the type or rock salt (RS) type. Here, in a group III nitride semiconductor having a WZ-type crystal structure, polarization occurs in the [0001] direction (c-axis direction) due to the difference between the electronegativity of the group III element and the electronegativity of the group V element. . For example, the plane perpendicular to the c-axis direction is classified into a group V polar plane and a group III polar plane. As an example, GaN, which is a group III nitride semiconductor, has a Ga polar face and an N polar face, but the N polar face is more easily etched than the Ga polar face.

ここで、本発明者は、GaNについて以下の知見を得た。すなわち、本発明者は、Ga極性面及びN極性面それぞれのビッカース硬さを測定したところ、N極性面のビッカース硬さがGa極性面のビッカース硬さに比べてはるかに軟らかいことを発見した。その結果を図1に示す。   Here, the present inventor has obtained the following knowledge about GaN. That is, the present inventor measured the Vickers hardness of each of the Ga polar face and the N polar face, and found that the N polar face Vickers hardness was much softer than the Ga polar face Vickers hardness. The result is shown in FIG.

図1は、GaN単結晶における極性面のビッカース硬度の面方位依存性を示す。   FIG. 1 shows the plane orientation dependence of the Vickers hardness of a polar plane in a GaN single crystal.

図1を参照すると分かるように、GaN単結晶において、(000−1)面、すなわちN極性面におけるビッカース硬度は4.4GPa程度であるが、(000−1)面からの傾きが180°である(0001)面、すなわち、Ga極性面におけるビッカース硬度は7.9GPa程度でありN極性面より硬い。そして、(000−1)面からの傾きが大きくなると、ビッカース硬度が増加する。具体的には、(000−1)面からの傾きが30°を超え、傾きが45°程度まで略単調にビッカース硬度は増加し、傾きが45°を超えると増加の程度が増す。そして、傾きが150°から180°に至るにしたがって、ビッカース硬度が飽和することが示された。なお、例えば(000−1)のようなミラー指数の表記において−n(n:自然数)は、所定の座標軸と負の方向で交差することを意味する。   As can be seen from FIG. 1, in the GaN single crystal, the (000-1) plane, that is, the N-polar plane has a Vickers hardness of about 4.4 GPa, but the inclination from the (000-1) plane is 180 °. A Vickers hardness on a certain (0001) plane, that is, a Ga polar plane is about 7.9 GPa, which is harder than an N polar plane. And when the inclination from the (000-1) plane increases, the Vickers hardness increases. Specifically, the inclination from the (000-1) plane exceeds 30 °, and the Vickers hardness increases almost monotonically until the inclination is about 45 °. When the inclination exceeds 45 °, the degree of increase increases. It was shown that the Vickers hardness saturates as the inclination increases from 150 ° to 180 °. For example, in the Miller index notation such as (000-1), -n (n: natural number) means that it intersects a predetermined coordinate axis in a negative direction.

このように、GaNにおいてGa極性面及びN極性面の機械的な硬さが結晶方位に依存しているという事実を、本発明者は初めて見出した。この機械的な硬さが結晶方位に依存する機構は未解明であるが、この事実に基づいて本発明者は、GaN単結晶をはじめとするIII族窒化物半導体において、機械的に軟らかい結晶面(一例として、GaNの場合、N極性面)側から機械的に硬い結晶面(一例として、GaNの場合、Ga極性面)側に向けたスライスが容易であるという知見を得た。   Thus, the present inventors have found for the first time the fact that the mechanical hardness of the Ga polar face and the N polar face in GaN depends on the crystal orientation. The mechanism by which the mechanical hardness depends on the crystal orientation is not yet elucidated, but based on this fact, the present inventor has proposed that the crystal planes that are mechanically soft in group III nitride semiconductors including GaN single crystals. It was found that slicing from the mechanically hard crystal face (for example, Ga polar face in the case of GaN) to the side (as an example, N polar face in the case of GaN) is easy.

すなわち、本発明者は、一の結晶面と一の結晶面の硬度より小さな硬度を有する他の結晶面とを含むIII族窒化物半導体において、他の結晶面(機械的に柔らかい結晶面)から一の結晶面(機械的に硬い結晶面)に向けたスライスが容易であるという知見を得た。また、本発明者は、III族窒化物半導体単結晶からなるバルク結晶をスライスして、無極性基板、又は半極性基板を作製する場合においても、機械的に軟らかい結晶面側から機械的に硬い結晶面側に向けたスライスが容易であるという知見を得た。   That is, the present inventor, in a group III nitride semiconductor including one crystal face and another crystal face having a hardness smaller than the hardness of one crystal face, from another crystal face (mechanically soft crystal face) It was found that slicing toward one crystal plane (mechanically hard crystal plane) is easy. In addition, the present inventor also slices a bulk crystal made of a group III nitride semiconductor single crystal to produce a nonpolar substrate or a semipolar substrate, and is mechanically hard from the crystal plane side that is mechanically soft. It was found that slicing toward the crystal plane side is easy.

[実施の形態]
(III族窒化物半導体基板の製造方法)
図2は、本発明の実施の形態に係るIII族窒化物半導体基板の製造フローの一例を示す。
[Embodiment]
(Group III nitride semiconductor substrate manufacturing method)
FIG. 2 shows an example of a manufacturing flow of the group III nitride semiconductor substrate according to the embodiment of the present invention.

本実施の形態に係るIII族窒化物半導体基板の製造においては、一の結晶面と一の結晶面の機械的な硬度より小さい硬度を有する他の結晶面とを含むIII族窒化物半導体単結晶からなるバルク結晶を準備するバルク結晶準備工程と、準備したバルク結晶中の他の結晶面側から一の結晶面側に向けてバルク結晶を切断して、表面処理が施されていないIII族窒化物半導体基板を得る切断工程と、切断して得られたIII族窒化物半導体基板の切断面(以下、スライス面ということがある)である表面及び裏面を研磨する研磨工程とを経て本実施の形態に係るIII族窒化物半導体基板が製造される。   In the manufacture of a group III nitride semiconductor substrate according to the present embodiment, a group III nitride semiconductor single crystal including one crystal plane and another crystal plane having a hardness smaller than the mechanical hardness of the one crystal plane. A bulk crystal preparation step for preparing a bulk crystal made of, and a group III nitridation that is not subjected to surface treatment by cutting the bulk crystal from the other crystal face side to the one crystal face side in the prepared bulk crystal The present embodiment is performed through a cutting process for obtaining a semiconductor substrate and a polishing process for polishing the front and back surfaces of the group III nitride semiconductor substrate obtained by cutting (hereinafter, also referred to as slice plane). A group III nitride semiconductor substrate according to the embodiment is manufactured.

以下、III族窒化物半導体基板としてGaN基板を製造する例を、一例として説明する。   Hereinafter, an example of manufacturing a GaN substrate as a group III nitride semiconductor substrate will be described as an example.

(GaNインゴット準備工程)
まず、一例として、c面を有するGaN単結晶基板のGa極性面又はN極性面上に、Hydride Vapor Phase Epitaxy(HVPE)法を用いてGaNの厚膜を形成することにより、GaN単結晶のGaNインゴットを製造する(ステップ100。以下、ステップを「S」とする)。また、サファイア基板表面にEpitaxial Lateral Overgrowth(ELO)法等を用いて前処理を施してもよい。そして、HVPE法により窒化物半導体としてのGaN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、GaN単結晶からなるバルク結晶としてのGaNインゴットを製造することもできる。
(GaN ingot preparation process)
First, as an example, a thick GaN film is formed on a Ga polar surface or an N polar surface of a GaN single crystal substrate having a c-plane by using a Hide Vapor Phase Epitaxy (HVPE) method, thereby forming a GaN single crystal GaN film. An ingot is manufactured (step 100. Hereinafter, the step is referred to as “S”). Alternatively, pretreatment may be performed on the surface of the sapphire substrate using an epitaxial lateral overgrowth (ELO) method or the like. Then, a GaN thick film as a nitride semiconductor is formed by the HVPE method. Next, the sapphire substrate is removed by mechanical polishing or laser peeling. Thereby, a GaN ingot as a bulk crystal made of a GaN single crystal can be manufactured.

(切断工程)
次に、得られたGaNインゴットを、切断(以下、「スライス」ということがある)する。具体的には、第1の硬度を有する一の結晶面としての第1の結晶面と、第1の硬度より小さな第2の硬度を有する他の結晶面としての第2の結晶面とをGaNインゴットは含んでおり、本実施の形態においては、第2の結晶面の側から第1の結晶面の側に向けてスライスする(S110)。例えば、本実施の形態においては、GaNインゴットのN極性面からGa極性面に向けてスライスする。スライスは、例えば、ピアノ線(鋼線)等のワイヤを備えるワイヤソーにより実施することができる。また、スライスは、2mm/h以上のスライス速度で実施することができる。これにより、スライスされたGaN基板(以下、「アズスライスウエハ」と呼ぶことがある。)が作製される。
(Cutting process)
Next, the obtained GaN ingot is cut (hereinafter also referred to as “slice”). Specifically, the first crystal face as one crystal face having the first hardness and the second crystal face as another crystal face having a second hardness smaller than the first hardness are GaN. The ingot is included, and in the present embodiment, the slice is sliced from the second crystal face side to the first crystal face side (S110). For example, in the present embodiment, the GaN ingot is sliced from the N polar face to the Ga polar face. The slicing can be performed by, for example, a wire saw including a wire such as a piano wire (steel wire). The slicing can be performed at a slicing speed of 2 mm / h or more. As a result, a sliced GaN substrate (hereinafter sometimes referred to as “as-sliced wafer”) is manufactured.

なお、他の結晶面から、他の結晶面の硬度より大きな硬度を有する一の結晶面に向けてスライスする限り、N極性面からGa極性面に向けて切断する場合に限られない。例えば、切断方向(スライス方向)と+c軸方向、すなわち[0001]方向とのなす角度が0度以上90度未満、好ましくは0度以上45度以下の角度でGaNインゴットをスライスすることもできる。   As long as slicing is performed from another crystal face toward one crystal face having a hardness larger than the hardness of the other crystal face, it is not limited to the case of cutting from the N polar face toward the Ga polar face. For example, the GaN ingot can be sliced at an angle between the cutting direction (slicing direction) and the + c-axis direction, that is, the [0001] direction, of 0 ° to less than 90 °, preferably 0 ° to 45 °.

(研磨工程)
続いて、アズスライスウエハの両面、すなわち、アズスライスウエハの表面及び裏面を鏡面研磨する(S120)。この研磨工程においては、アズスライスウエハの表面からアズスライスウエハの内部に向かって切断工程により生じた結晶欠陥等のダメージを含む層であるダメージ層を除去する。ダメージ層の深さは、本実施の形態において50μm以下であるので、研磨工程においては少なくともアズスライスウエハの表面から50μm程度の深さまでを研磨、除去する。これにより、ダメージ層が除去されて露出した研磨面を有する本実施の形態に係る研磨済GaN基板が作製される。
(Polishing process)
Subsequently, both surfaces of the as-sliced wafer, that is, the front and back surfaces of the as-sliced wafer are mirror-polished (S120). In this polishing process, the damaged layer, which is a layer including damage such as crystal defects generated by the cutting process, is removed from the surface of the as-sliced wafer toward the inside of the as-sliced wafer. Since the depth of the damaged layer is 50 μm or less in the present embodiment, at least a depth of about 50 μm from the surface of the as-sliced wafer is polished and removed in the polishing step. As a result, a polished GaN substrate according to the present embodiment having an exposed polished surface from which the damaged layer has been removed is manufactured.

なお、III族窒化物半導体としてはGaNに限られず、AlN等、GaNと同様の極性構造を有する他のIII族窒化物半導体を用いることもできる。また、本実施の形態に係るGaNインゴットは、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOVPE)法、分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法、Naフラックス法、アモノサーマル法等を用いて製造することもできる。   The group III nitride semiconductor is not limited to GaN, and other group III nitride semiconductors having the same polar structure as GaN, such as AlN, can also be used. In addition, the GaN ingot according to the present embodiment can be obtained by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method, molecular beam epitaxy (MBE) method, Na flux method, ammonothermal method, and the like. It can also be manufactured.

(実施の形態の効果)
本実施の形態に係るIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、他の結晶面から、他の結晶面の硬度より大きな硬度を有する一の結晶面に向けてバルク結晶をスライスするので、スライスされた基板のダメージ層の厚さ、すなわち、基板表面からの結晶欠陥が生じた部分を含む領域端部までの深さを低減できる。例えば、Si、GaAs等の半導体結晶に比べて硬くて脆いGaN単結晶からなるバルク結晶を用いてスライス速度を高めたとしても、ダメージ層の厚さを低減することができる。これにより、ダメージ層の厚さを低減できると共に、スライス速度を向上させることができる。
(Effect of embodiment)
According to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to the present embodiment, since the bulk crystal is sliced from another crystal plane toward one crystal plane having a hardness larger than the hardness of the other crystal plane, The thickness of the damaged layer of the sliced substrate, that is, the depth from the substrate surface to the end of the region including the portion where the crystal defect has occurred can be reduced. For example, even if the slicing speed is increased by using a bulk crystal made of a GaN single crystal that is harder and more brittle than a semiconductor crystal such as Si or GaAs, the thickness of the damaged layer can be reduced. Thereby, the thickness of the damaged layer can be reduced and the slicing speed can be improved.

そして、ダメージ層の厚さを低減することができるので、研磨工程において研磨する量を低減できる。したがって、研磨工程を経て製造されるIII族窒化物半導体基板の厚さに、切断工程において生じるダメージ層の厚さをスライス時におけるマージンとして加えた場合に、当該マージンの厚さを低減できることになる。これにより、1つのインゴットから切り出すことのできる基板の枚数を増加させることができる。   And since the thickness of a damage layer can be reduced, the quantity grind | polished in a grinding | polishing process can be reduced. Therefore, when the thickness of the damaged layer generated in the cutting process is added as a margin at the time of slicing to the thickness of the group III nitride semiconductor substrate manufactured through the polishing process, the thickness of the margin can be reduced. . As a result, the number of substrates that can be cut out from one ingot can be increased.

更に、スライス速度を、一例として、2mm/h以上のスライス速度に高めてもダメージ層の厚さの増加を抑制できるので、バルク結晶をスライスしてIII族窒化物半導体基板を製造する時間を大幅に短縮することができる。例えば、従来は、スライス速度は高々1mm/hであったので、直径2インチ(50.8mm)のバルク結晶をスライスすることに要する時間は2日以上であったところ、本実施の形態に係る製造方法によれば、スライス速度を2倍上に高めることができるので、直径2インチのバルク結晶をスライスすることに要する時間を1/2以下にすることができる。   Furthermore, even if the slicing speed is increased to a slicing speed of 2 mm / h or more as an example, the increase in the thickness of the damaged layer can be suppressed, so the time for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate by slicing the bulk crystal is greatly increased. Can be shortened. For example, conventionally, since the slicing speed is 1 mm / h at most, the time required for slicing a bulk crystal having a diameter of 2 inches (50.8 mm) is two days or more. According to the manufacturing method, since the slicing speed can be increased twice, the time required for slicing a bulk crystal having a diameter of 2 inches can be reduced to ½ or less.

また、従来、ワイヤソーで切断したGaN結晶には、ワイヤの走行方向と平行な方向にスジ状の凹凸が形成されることがある。これは、ソーマークと呼ばれており、目視においても確認できる。GaN結晶は硬度が高いので、GaNインゴットの切断中にワイヤの撓みが発生したり、ワイヤがぶれやすく、ソーマークが発生しやすい。また、ソーマークは、スライス速度が速くなるほどより顕著に発生する。そして、ソーマークが著しいGaN基板は研磨加工後もその痕跡を研磨面に残留させやすいので、研磨面に表面粗さの違いに起因する縞模様ができたり、研磨面に縞状の浅い凹凸が残留しやすく、研磨面の表面粗さが等方的ではない(非等方的)ことがある。しかしながら、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、他の結晶面から、他の結晶面の硬度より大きな硬度を有する一の結晶面に向けてバルク結晶であるGaNインゴットをスライスするので、スライスして得られたGaN基板のスライス面を研磨しても、研磨面の表面粗さを等方的にすることができる。   Conventionally, streaky irregularities may be formed in a direction parallel to the traveling direction of a wire in a GaN crystal cut with a wire saw. This is called a saw mark and can be confirmed visually. Since the GaN crystal has a high hardness, the wire is bent during the cutting of the GaN ingot, the wire is easily shaken, and a saw mark is easily generated. Also, saw marks are more prominently generated as the slice speed is increased. GaN substrates with marked saw marks are likely to leave traces on the polished surface even after polishing, resulting in striped patterns resulting from differences in surface roughness on the polished surface, and shallow striped irregularities remaining on the polished surface. In some cases, the surface roughness of the polished surface is not isotropic (isotropic). However, according to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to the present embodiment, GaN which is a bulk crystal from another crystal plane toward one crystal plane having a hardness larger than the hardness of the other crystal plane Since the ingot is sliced, even if the sliced surface of the GaN substrate obtained by slicing is polished, the surface roughness of the polished surface can be made isotropic.

また、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、他の結晶面から、他の結晶面の硬度より大きな硬度を有する一の結晶面に向けてバルク結晶をスライスする。すなわち、機械的に柔らかい面から硬い面に向けてバルク結晶をスライスするので、バルク結晶が硬い場合であっても、スライスする時間を低減できる。これにより、ワイヤソーのワイヤの摩耗を低減することができ、ワイヤの摩耗によって生じたワイヤを構成する材料がスライスした結晶の表面、つまり、アズスライスウエハの表面近傍を汚染することを抑制できる。したがって、高純度のIII族窒化物半導体基板を製造することができる。   Further, according to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to the present embodiment, the bulk crystal is sliced from another crystal plane toward one crystal plane having a hardness larger than the hardness of the other crystal plane. . That is, since the bulk crystal is sliced from the mechanically soft surface to the hard surface, the slicing time can be reduced even when the bulk crystal is hard. Thereby, the wear of the wire of a wire saw can be reduced and it can suppress that the material which comprises the wire produced by the wear of a wire contaminates the surface of the crystal | crystallization which sliced, ie, the surface vicinity of an as-sliced wafer. Therefore, a high-purity group III nitride semiconductor substrate can be manufactured.

また、例えば、エピタキシャル成長の下地基板に用いるGaN基板の表面のオフ角度は、InGaN、AlGaN等のエピタキシャル成長層の組成に大きな影響を与える。したがって、GaN基板表面のオフ角は、精密な制御、管理を要する。しかしながら、従来、GaN結晶のように硬い結晶をスライスする場合、高速で無理にスライスすると、ワイヤが撓んだり、ワイヤがGaNインゴットの所期の位置からずれることがある。この場合、スライス面の結晶方位分布が大きくなることがある。この結晶方位分布が大きいスライス面は、スライス面を斜めに研磨することにより修正できるものの、所定の仕上がり厚さを確保するためには、当初の切り出しを厚くすることを要する。一方、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、他の結晶面から、他の結晶面の硬度より大きな硬度を有する一の結晶面に向けてバルク結晶をスライスするので、GaNインゴットの所期の位置において適切にスライスできる。これにより、面精度がよい基板、すなわち高精度のGaN基板を製造することができる。   Further, for example, the off-angle of the surface of the GaN substrate used for the underlying substrate for epitaxial growth greatly affects the composition of the epitaxial growth layer such as InGaN or AlGaN. Therefore, precise control and management are required for the off-angle of the GaN substrate surface. However, conventionally, when a hard crystal such as a GaN crystal is sliced, if the wire is forcibly sliced at high speed, the wire may be bent or the wire may be displaced from the intended position of the GaN ingot. In this case, the crystal orientation distribution on the slice plane may become large. Although this slice plane with a large crystal orientation distribution can be corrected by obliquely polishing the slice plane, it is necessary to increase the initial cutout in order to ensure a predetermined finished thickness. On the other hand, according to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to the present embodiment, the bulk crystal is sliced from another crystal plane toward one crystal plane having a hardness larger than the hardness of the other crystal plane. Therefore, it is possible to appropriately slice at the intended position of the GaN ingot. Thereby, a substrate with good surface accuracy, that is, a highly accurate GaN substrate can be manufactured.

まず、2インチのc面GaN基板を準備した。続いて、準備したGaN基板のGa極性面に、HVPE法によりGaNを更に成長させた。これにより、厚さが20mmであるGaNインゴットを製造した。   First, a 2 inch c-plane GaN substrate was prepared. Subsequently, GaN was further grown on the Ga polar face of the prepared GaN substrate by the HVPE method. Thereby, a GaN ingot having a thickness of 20 mm was manufactured.

次に、ワイヤソーを用いて製造したGaNインゴットをc軸に平行な方向に沿ってスライスした。すなわち、スライスは、N極性面側からGa極性面側に向かう方向、つまり、[0001]方向であって、N極性面からGa極性面に向かう方向に沿って実施した。ここで、ワイヤソーのワイヤは、直径0.16mmのピアノ線を用いた。また、平均粒径5μmのダイヤモンド遊離砥粒をオイルスラリに分散させた塗布剤を準備し、ワイヤソーによるGaNインゴットのスライス(切断)部分にこの塗布剤を供給しつつスライスした。なお、オイルスラリの温度は30℃に設定した。また、切断速度は4mm/hに設定した。   Next, the GaN ingot manufactured using a wire saw was sliced along a direction parallel to the c-axis. That is, slicing was performed along the direction from the N polar face side to the Ga polar face side, that is, the [0001] direction and from the N polar face to the Ga polar face. Here, the wire of the wire saw was a piano wire having a diameter of 0.16 mm. Further, a coating agent in which diamond free abrasive grains having an average particle size of 5 μm were dispersed in an oil slurry was prepared, and sliced while supplying this coating agent to a slice (cut) portion of a GaN ingot by a wire saw. The temperature of the oil slurry was set at 30 ° C. The cutting speed was set to 4 mm / h.

これにより、GaNインゴットから、スライスによって露出したスライス面を両面に有するGaNのアズスライスウエハが得られた。得られたアズスライスウエハは、M面、すなわち、(10−10)面を主表面とするGaN基板であり、サイズが20mm×40mmであり、厚さが0.6mmであった。なお、切断に要した時間は約5時間であった。また、GaNインゴットのスライス中にワイヤの撓みは発生しなかった。ここで、アズスライスウエハの切断面、すなわち、スライスによって外部に露出した基板表面を目視で観察したところ、ソーマークは観察されなかった。   As a result, a GaN as-sliced wafer having slicing surfaces exposed by slicing on both sides was obtained from the GaN ingot. The obtained as-sliced wafer was a GaN substrate whose main surface was the M plane, that is, the (10-10) plane, and had a size of 20 mm × 40 mm and a thickness of 0.6 mm. The time required for cutting was about 5 hours. Further, no bending of the wire occurred during the GaN ingot slice. Here, when the cut surface of the as-sliced wafer, that is, the substrate surface exposed to the outside by slicing was visually observed, no saw mark was observed.

得られたアズスライスウエハの表面のダメージ層の深さを、顕微ラマン分光により算出した。ここで、ラマンスペクトルのピーク位置であるラマンピーク位置は、被測定物中に発生した応力により結晶格子が歪むとシフトする。したがって、アズスライスウエハの劈開断面をアズスライスウエハの表面側から内部に向かって顕微ラマン分光測定して、表面からの深さに対するラマンピーク位置のシフト量を測定することによって、ダメージ層の深さを算出できる。   The depth of the damage layer on the surface of the obtained as-sliced wafer was calculated by microscopic Raman spectroscopy. Here, the Raman peak position, which is the peak position of the Raman spectrum, shifts when the crystal lattice is distorted by the stress generated in the object to be measured. Therefore, the depth of the damage layer is determined by measuring the amount of shift of the Raman peak position with respect to the depth from the surface by microscopic Raman spectroscopy measurement of the cleavage plane of the as-sliced wafer from the surface side to the inside of the as-sliced wafer. Can be calculated.

図3は、実施例1に係るアズスライスウエハの顕微ラマン分光測定の結果を示す。   FIG. 3 shows the results of microscopic Raman spectroscopy measurement of the as-sliced wafer according to Example 1.

図3を参照すると、アズスライスウエハのスライス面の近傍、すなわち、スライス面表面(図3中、深さが0μmの位置)から10μm程度の深さまでの領域では、結晶欠陥等のダメージによりラマンピーク位置は低波数側にシフトしていた。そして、スライス面表面からの深さが深くなるにしたがって、ラマンピーク位置は徐々に高波数側に変化して、深さが40μm以上では、波数6.95cm-1程度で飽和した。この結果、実施例1に係るアズスライスウエハのダメージ層の深さは、40μm以下であると考えられた。 Referring to FIG. 3, in the vicinity of the slice surface of the as-sliced wafer, that is, in the region from the surface of the slice surface (the position where the depth is 0 μm in FIG. 3) to a depth of about 10 μm, the Raman peak is caused by damage such as crystal defects. The position was shifted to the low wavenumber side. As the depth from the surface of the slice surface becomes deeper, the Raman peak position gradually changed to the higher wavenumber side, and was saturated at a wavenumber of about 6.95 cm −1 when the depth was 40 μm or more. As a result, the depth of the damaged layer of the as-sliced wafer according to Example 1 was considered to be 40 μm or less.

続いて、実施例1に係るアズスライスウエハの両面を、50μmずつ研磨して鏡面化した。これにより、厚さが0.5mmであり、研磨面が鏡面である研磨済GaN基板を得た。実施例1に係る研磨済GaN基板は、GaNインゴットを[0001]方向に沿ってスライスした後、スライス面を研磨して形成されたので、その主面はM面、すなわち、(10−10)面である。   Subsequently, both sides of the as-sliced wafer according to Example 1 were polished to a mirror surface by 50 μm. As a result, a polished GaN substrate having a thickness of 0.5 mm and a mirror-finished surface was obtained. Since the ground GaN substrate according to Example 1 was formed by slicing a GaN ingot along the [0001] direction and then polishing the sliced surface, the principal surface was an M-plane, that is, (10-10) Surface.

実施例1に係る研磨済GaN基板の表面粗さ(RMS値)を原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)によって測定した。表面粗さの測定は、ワイヤソーのワイヤの走行方向を基準として、この基準から45°ずつ傾けた4方向について実施した。   The surface roughness (RMS value) of the polished GaN substrate according to Example 1 was measured with an atomic force microscope (AFM). The surface roughness was measured in four directions inclined by 45 ° from this reference with reference to the traveling direction of the wire of the wire saw.

図4は、実施例1に係る研磨済GaN基板の表面粗さ測定の結果を示す。   FIG. 4 shows the results of measuring the surface roughness of the polished GaN substrate according to Example 1.

図4を参照すると、研磨済GaN基板の表面のRMS値は、測定方向によらず略一定値を示した。具体的には、ワイヤの走行方向に沿って測定したRMS値を基準値(図4中、角度が0°の測定値)とすると、この基準値と、ワイヤの走行方向から45°傾いた方向における表面のRMS値、90°傾いた方向における表面のRMS値、及び135°傾いた方向における表面のRMS値との差の絶対値は、10nm以下の範囲内であった。これにより、実施例1に係る研磨済GaN基板の表面の表面粗さが等方的であること、すなわち、ワイヤソーのワイヤの走行方向によってスライス面を研磨した後の研磨面に表面粗さの縞模様が発生すること、縞状の凹凸が残留すること等、特定の方向に沿ってのみ凹凸が生じるような現象(以下、「ソーマークによる影響」ということがある)が発生していないことが確認された。   Referring to FIG. 4, the RMS value of the surface of the polished GaN substrate showed a substantially constant value regardless of the measurement direction. Specifically, assuming that the RMS value measured along the traveling direction of the wire is a reference value (measured value at an angle of 0 ° in FIG. 4), this reference value and a direction inclined by 45 ° from the traveling direction of the wire The absolute value of the difference between the RMS value of the surface at 90 °, the RMS value of the surface in the direction inclined 90 °, and the RMS value of the surface in the direction inclined 135 ° was in the range of 10 nm or less. Thereby, the surface roughness of the surface of the ground GaN substrate according to Example 1 is isotropic, that is, the surface roughness stripes on the polished surface after polishing the slice surface in the wire traveling direction of the wire saw Confirmed that there is no phenomenon (hereinafter sometimes referred to as “the influence of saw marks”) in which unevenness occurs only in a specific direction, such as the occurrence of a pattern or the presence of striped unevenness. It was done.

また、実施例1に係る研磨済GaN基板の表面中の100μm×100μmの領域での表面粗さのRMS値は5nmであった。更に、研磨済GaN基板の表面内における結晶方位分布のばらつきをX線回折法により測定した。その結果、実施例1に係る研磨済GaN基板の表面内における結晶方位分布のばらつきは中心値±0.01°と小さく高精度でGaNインゴットをスライスできたことが確認された。   Further, the RMS value of the surface roughness in the region of 100 μm × 100 μm in the surface of the polished GaN substrate according to Example 1 was 5 nm. Further, the variation in crystal orientation distribution within the surface of the polished GaN substrate was measured by an X-ray diffraction method. As a result, it was confirmed that the variation of the crystal orientation distribution in the surface of the polished GaN substrate according to Example 1 was as small as the center value ± 0.01 °, and the GaN ingot could be sliced with high accuracy.

次に、研磨済GaN基板の表面に、MOVPE法を用いて厚さが3μmのGaNをエピタキシャル成長させ、エピタキシャル層付GaN基板を得た。エピタキシャル層付GaN基板の鉄(Fe)不純物濃度の深さ方向プロファイルを、SIMS分析によって測定した。その結果、Fe濃度は、GaN層中、界面及びGaN基板中のいずれにおいても検出下限値(2×1015cm-3)以下であることが確認された。 Next, GaN having a thickness of 3 μm was epitaxially grown on the surface of the polished GaN substrate using the MOVPE method to obtain a GaN substrate with an epitaxial layer. The depth direction profile of the iron (Fe) impurity concentration of the GaN substrate with an epitaxial layer was measured by SIMS analysis. As a result, it was confirmed that the Fe concentration was below the lower limit of detection (2 × 10 15 cm −3 ) in any of the GaN layer, the interface, and the GaN substrate.

まず、実施例1と同様にして厚さが20mmのGaNインゴットを製造した。次に、実施例1と同様の条件を用いて、GaNインゴットを(11−22)面に平行な方向に沿って、N極性面側からGa極性面側に向かってスライスした。但し、実施例2においてはスライス速度を2mm/hに設定した。これにより、実施例2に係るGaNのアズスライスウエハ(サイズ:23.5mm×40mm、厚さ:0.6mm)が得られた。なお、切断に要した時間は約12時間であり、GaNインゴットのスライス中にワイヤの撓みは発生しなかった。また、アズスライスウエハの切断面を目視で観察したところ、ソーマークは観察されなかった。   First, a GaN ingot having a thickness of 20 mm was manufactured in the same manner as in Example 1. Next, using the same conditions as in Example 1, the GaN ingot was sliced from the N polar face side to the Ga polar face side along the direction parallel to the (11-22) plane. However, in Example 2, the slice speed was set to 2 mm / h. Thereby, a GaN as-sliced wafer (size: 23.5 mm × 40 mm, thickness: 0.6 mm) according to Example 2 was obtained. Note that the time required for cutting was about 12 hours, and no bending of the wire occurred during the GaN ingot slice. Further, when the cut surface of the as-sliced wafer was visually observed, no saw mark was observed.

実施例2に係るアズスライスウエハの表面のダメージ層の深さを、実施例1と同様にして顕微ラマン分光により算出した。その結果、スライスによって生じたダメージ層の深さは50μm以下であると考えられた。   The depth of the damaged layer on the surface of the as-sliced wafer according to Example 2 was calculated by microscopic Raman spectroscopy in the same manner as in Example 1. As a result, the depth of the damaged layer caused by slicing was considered to be 50 μm or less.

続いて、実施例2に係るアズスライスウエハの両面を、70μmずつ研磨して鏡面化した。これにより、厚さが0.46mmであり、研磨面が鏡面である研磨済GaN基板を得た。実施例2に係る研磨済GaN基板は、GaNインゴットを(11−22)面に平行な方向に沿ってスライスした後、スライス面を研磨して形成されたので、その主面は半極性の(11−22)面である。   Subsequently, both sides of the as-sliced wafer according to Example 2 were polished by 70 μm to be mirror-finished. As a result, a polished GaN substrate having a thickness of 0.46 mm and a polished surface that was a mirror surface was obtained. The polished GaN substrate according to Example 2 was formed by slicing a GaN ingot along a direction parallel to the (11-22) plane, and then polishing the sliced surface. 11-22) plane.

実施例2に係る研磨済GaN基板の表面粗さ(RMS値)を原子間力顕微鏡(AFM)によって測定した。表面粗さの測定は、ワイヤソーのワイヤの走行方向を基準として、この基準から45°ずつ傾けた4方向について実施した。   The surface roughness (RMS value) of the polished GaN substrate according to Example 2 was measured with an atomic force microscope (AFM). The surface roughness was measured in four directions inclined by 45 ° from this reference with reference to the traveling direction of the wire of the wire saw.

図5は、実施例2に係る研磨済GaN基板の表面粗さ測定の結果を示す。   FIG. 5 shows the results of measuring the surface roughness of the polished GaN substrate according to Example 2.

図5を参照すると、研磨済GaN基板の表面のRMS値は、測定方向によらず略一定値を示した。具体的には、ワイヤの走行方向に沿って測定したRMS値を基準値(図5中、角度が0°の測定値)とすると、この基準値と、ワイヤの走行方向から45°傾いた方向における表面のRMS値、90°傾いた方向における表面のRMS値、及び135°傾いた方向における表面のRMS値との差の絶対値は、10nm以下の範囲内であった。これにより、実施例2に係る研磨済GaN基板の表面の表面粗さが等方的であること、ソーマークによる影響がないことが確認された。   Referring to FIG. 5, the RMS value of the surface of the polished GaN substrate showed a substantially constant value regardless of the measurement direction. Specifically, assuming that the RMS value measured along the traveling direction of the wire is a reference value (measured value at an angle of 0 ° in FIG. 5), this reference value and a direction inclined by 45 ° from the traveling direction of the wire The absolute value of the difference between the RMS value of the surface at 90 °, the RMS value of the surface in the direction inclined 90 °, and the RMS value of the surface in the direction inclined 135 ° was in the range of 10 nm or less. As a result, it was confirmed that the surface roughness of the polished GaN substrate according to Example 2 was isotropic and that there was no influence of saw marks.

また、実施例2に係る研磨済GaN基板の表面内における結晶方位分布のばらつきをX線回折法により測定した。その結果、実施例2に係る研磨済GaN基板の表面内における結晶方位分布のばらつきは中心値±0.02°と小さく高精度でGaNインゴットをスライスできたことが確認された。   Further, the variation in crystal orientation distribution in the surface of the polished GaN substrate according to Example 2 was measured by an X-ray diffraction method. As a result, it was confirmed that the variation of the crystal orientation distribution in the surface of the polished GaN substrate according to Example 2 was as small as the center value ± 0.02 °, and the GaN ingot could be sliced with high accuracy.

次に、実施例2に係る研磨済GaN基板の表面に、MOVPE法を用いて厚さが3μmのGaNをエピタキシャル成長させ、エピタキシャル層付GaN基板を得た。エピタキシャル層付GaN基板のFe不純物濃度の深さ方向プロファイルを、SIMS分析によって測定した。その結果、Fe濃度は、GaN層中、界面及びGaN基板中のいずれにおいても検出下限値(2×1015cm-3)以下であることが確認された。 Next, GaN having a thickness of 3 μm was epitaxially grown on the surface of the polished GaN substrate according to Example 2 using the MOVPE method to obtain a GaN substrate with an epitaxial layer. The depth direction profile of the Fe impurity concentration of the GaN substrate with an epitaxial layer was measured by SIMS analysis. As a result, it was confirmed that the Fe concentration was below the lower limit of detection (2 × 10 15 cm −3 ) in any of the GaN layer, the interface, and the GaN substrate.

(比較例1)
まず、実施例1と同様にして厚さが20mmのGaNインゴットを製造した。次に、GaNインゴットをc軸に平行な方向、すなわち、[000−1]方向に沿って、Ga極性面側からN極性面側に向かってスライスした。その他のスライス条件は実施例1と同様にした。但し、GaNインゴットのスライス中にワイヤが大きく撓んだことに起因して20mmの厚さのGaNインゴットを完全に切断するまでに約10時間を要した。すなわち、比較例1においては、スライス速度が実質的には2mm/hであった。これにより、比較例1に係るGaNのアズスライスウエハ(サイズ:20mm×40mm、厚さ:0.6mm)が得られた。なお、アズスライスウエハの切断面を目視で観察したところ、ソーマークが明瞭に観察された。
(Comparative Example 1)
First, a GaN ingot having a thickness of 20 mm was manufactured in the same manner as in Example 1. Next, the GaN ingot was sliced from the Ga polar face side to the N polar face side along the direction parallel to the c-axis, that is, the [000-1] direction. Other slicing conditions were the same as in Example 1. However, it took about 10 hours to completely cut the GaN ingot having a thickness of 20 mm because the wire was greatly bent during the GaN ingot slice. That is, in Comparative Example 1, the slice speed was substantially 2 mm / h. As a result, a GaN as-sliced wafer (size: 20 mm × 40 mm, thickness: 0.6 mm) according to Comparative Example 1 was obtained. When the cut surface of the as-sliced wafer was visually observed, saw marks were clearly observed.

比較例1に係るアズスライスウエハの表面のダメージ層の深さを、実施例1と同様にして顕微ラマン分光により算出した。その結果、スライスによって生じたダメージ層の深さは150μm程度であると考えられた。   The depth of the damaged layer on the surface of the as-sliced wafer according to Comparative Example 1 was calculated by microscopic Raman spectroscopy in the same manner as in Example 1. As a result, the depth of the damaged layer produced by slicing was considered to be about 150 μm.

続いて、比較例1に係るアズスライスウエハの両面を、170μmずつ研磨して鏡面化した。これにより、厚さが0.26mmであり、研磨面が鏡面である研磨済GaN基板を得た。比較例1に係る研磨済GaN基板は、GaNインゴットをc軸方向に沿ってスライスした後、スライス面を研磨して形成されたので、その主面はM(10−10)面である。比較例1においては、ダメージ層の深さが150μmと実施例1に比較して深いことにより、ダメージ層を除去することに要する研磨量も多く、最終的に得られる研磨済GaN基板の厚さも0.26mmと薄いものであった。   Subsequently, both sides of the as-sliced wafer according to Comparative Example 1 were polished by 170 μm to be mirror-finished. As a result, a polished GaN substrate having a thickness of 0.26 mm and a polished surface that was a mirror surface was obtained. Since the ground GaN substrate according to Comparative Example 1 was formed by slicing a GaN ingot along the c-axis direction and then polishing the slice surface, the principal surface is an M (10-10) plane. In Comparative Example 1, the depth of the damaged layer is 150 μm, which is deeper than that of Example 1, so that a large amount of polishing is required to remove the damaged layer, and the thickness of the finally obtained GaN substrate is also increased. It was as thin as 0.26 mm.

比較例1に係る研磨済GaN基板の表面粗さ(RMS値)を原子間力顕微鏡(AFM)によって測定した。表面粗さの測定は、ワイヤソーのワイヤの走行方向を基準として、この基準から45°ずつ傾けた4方向について実施した。   The surface roughness (RMS value) of the polished GaN substrate according to Comparative Example 1 was measured with an atomic force microscope (AFM). The surface roughness was measured in four directions inclined by 45 ° from this reference with reference to the traveling direction of the wire of the wire saw.

図6は、比較例1に係る研磨済GaN基板の表面粗さ測定の結果を示す。   FIG. 6 shows the result of measuring the surface roughness of the polished GaN substrate according to Comparative Example 1.

図6を参照すると、研磨済GaN基板の表面のRMS値は、ソーマークと垂直な方向(90°)ではソーマークと平行な方向(45°、135°)に比べて大きな値となる傾向が観察された。具体的には、ワイヤの走行方向に沿って測定したRMS値は50nm程度であり、(図6中、角度が0°の測定値)ワイヤの走行方向から45°傾いた方向における表面のRMS値は170nm程度であり、90°傾いた方向における表面のRMS値は330nm程度であり、135°傾いた方向における表面のRMS値は190°程度であった。これにより、比較例1に係る研磨済GaN基板の表面の表面粗さが非等方的であること、ソーマークによる影響があることが確認された。   Referring to FIG. 6, the RMS value of the surface of the polished GaN substrate tends to be larger in the direction perpendicular to the saw mark (90 °) than in the direction parallel to the saw mark (45 °, 135 °). It was. Specifically, the RMS value measured along the traveling direction of the wire is about 50 nm (in FIG. 6, the measured value is an angle of 0 °). The RMS value of the surface in the direction inclined by 45 ° from the traveling direction of the wire. Is about 170 nm, the RMS value of the surface in the direction inclined by 90 ° is about 330 nm, and the RMS value of the surface in the direction inclined by 135 ° is about 190 °. Thereby, it was confirmed that the surface roughness of the surface of the ground GaN substrate according to Comparative Example 1 is anisotropic and that there is an influence of saw marks.

また、比較例1に係る研磨済GaN基板の表面内における結晶方位分布のばらつきをX線回折法により測定した。その結果、比較例1に係る研磨済GaN基板の表面内における結晶方位分布のばらつきは中心値±0.15°と実施例1及び2に比べて大きかった。これは、高速で無理にGaNインゴットを切断しようとしたことに起因して、ワイヤが撓み、スライス面が乱れたためと考えられる。   Further, the variation in crystal orientation distribution in the surface of the polished GaN substrate according to Comparative Example 1 was measured by an X-ray diffraction method. As a result, the variation in the crystal orientation distribution in the surface of the polished GaN substrate according to Comparative Example 1 was larger than that of Examples 1 and 2 at the center value ± 0.15 °. This is presumably because the wire was bent and the sliced surface was disturbed due to an attempt to forcefully cut the GaN ingot at high speed.

次に、比較例1に係る研磨済GaN基板の表面に、MOVPE法を用いて厚さが3μmのGaNをエピタキシャル成長させ、エピタキシャル層付GaN基板を得た。エピタキシャル層付GaN基板のFe不純物濃度の深さ方向プロファイルを、SIMS分析によって測定した。その結果、Fe濃度は、エピタキシャル成長させたGaN膜中と、GaN基板中とでは検出下限値(2×1015cm-3)以下であった。しかしながら、GaN基板とエピタキシャル成長させたGaN膜との界面では2.2×1017cm-3であり、光デバイス等の電子デバイスに応用するに際して無視できない濃度のFeが検出された。 Next, GaN having a thickness of 3 μm was epitaxially grown on the surface of the polished GaN substrate according to Comparative Example 1 using the MOVPE method to obtain a GaN substrate with an epitaxial layer. The depth direction profile of the Fe impurity concentration of the GaN substrate with an epitaxial layer was measured by SIMS analysis. As a result, the Fe concentration was below the lower limit of detection (2 × 10 15 cm −3 ) in the epitaxially grown GaN film and in the GaN substrate. However, it was 2.2 × 10 17 cm −3 at the interface between the GaN substrate and the epitaxially grown GaN film, and a non-negligible concentration of Fe was detected when applied to an electronic device such as an optical device.

(比較例2)
まず、実施例1と同様にして厚さが24.5mmのGaNインゴットを製造した。次に、GaNインゴットを(11−22)面に平行な方向に沿って、Ga極性面側からN極性面側に向かってスライスした。その他のスライス条件は実施例1と同様にした。但し、ワイヤソーのスライス速度は、2mm/hに設定した。但し、GaNインゴットのスライス中にワイヤが大きく撓んだことに起因して24.5mmの厚さのGaNインゴットを完全に切断するまでに約20時間を要した。すなわち、比較例2においては、実質的にスライス速度が1.2mm/hであったことになる。これにより、比較例2に係るGaNのアズスライスウエハ(サイズ:23.5mm×40mm、厚さ:0.6mm)が得られた。なお、アズスライスウエハの切断面を目視で観察したところ、ソーマークが明瞭に観察された。
(Comparative Example 2)
First, a GaN ingot having a thickness of 24.5 mm was manufactured in the same manner as in Example 1. Next, the GaN ingot was sliced from the Ga polar face side toward the N polar face side along the direction parallel to the (11-22) plane. Other slicing conditions were the same as in Example 1. However, the slicing speed of the wire saw was set to 2 mm / h. However, it took about 20 hours to completely cut the GaN ingot having a thickness of 24.5 mm because the wire was greatly bent during the GaN ingot slice. That is, in Comparative Example 2, the slice speed was substantially 1.2 mm / h. As a result, a GaN as-sliced wafer (size: 23.5 mm × 40 mm, thickness: 0.6 mm) according to Comparative Example 2 was obtained. When the cut surface of the as-sliced wafer was visually observed, saw marks were clearly observed.

比較例2に係るアズスライスウエハの表面のダメージ層の深さを、実施例1と同様にして顕微ラマン分光により算出した。その結果、スライスによって生じたダメージ層の深さは100μm程度であると考えられた。   The depth of the damaged layer on the surface of the as-sliced wafer according to Comparative Example 2 was calculated by microscopic Raman spectroscopy in the same manner as in Example 1. As a result, the depth of the damaged layer produced by slicing was considered to be about 100 μm.

続いて、比較例2に係るアズスライスウエハの両面を、120μmずつ研磨して鏡面化した。これにより、厚さが0.36mmであり、研磨面が鏡面である研磨済GaN基板を得た。比較例2に係る研磨済GaN基板は、GaNインゴットを(11−22)面に平行な方向に沿ってスライスした後、スライス面を研磨して形成されたので、その主面は(11−22)面である。比較例2においては、ダメージ層の深さが120μmと実施例2に比較して深いことにより、ダメージ層を除去することに要する研磨量も多く、最終的に得られる研磨済GaN基板の厚さも0.36mmと薄いものであった。   Subsequently, both sides of the as-sliced wafer according to Comparative Example 2 were polished by 120 μm to make a mirror surface. As a result, a polished GaN substrate having a thickness of 0.36 mm and a mirror-finished polishing surface was obtained. The ground GaN substrate according to Comparative Example 2 was formed by slicing a GaN ingot along a direction parallel to the (11-22) plane and then polishing the sliced surface. ) Surface. In Comparative Example 2, the depth of the damaged layer is 120 μm, which is deeper than that of Example 2, so that a large amount of polishing is required to remove the damaged layer, and the thickness of the finally obtained GaN substrate is also increased. It was as thin as 0.36 mm.

比較例2に係る研磨済GaN基板の表面粗さ(RMS値)を原子間力顕微鏡(AFM)によって測定した。表面粗さの測定は、ワイヤソーのワイヤの走行方向を基準として、この基準から45°ずつ傾けた4方向について実施した。   The surface roughness (RMS value) of the ground GaN substrate according to Comparative Example 2 was measured with an atomic force microscope (AFM). The surface roughness was measured in four directions inclined by 45 ° from this reference with reference to the traveling direction of the wire of the wire saw.

図7は、比較例2に係る研磨済GaN基板の表面粗さ測定の結果を示す。   FIG. 7 shows the results of measuring the surface roughness of the polished GaN substrate according to Comparative Example 2.

図7を参照すると、研磨済GaN基板の表面のRMS値は、ソーマークと垂直な方向ではソーマークと平行な方向に比べて大きな値となる傾向が観察された。具体的には、ワイヤの走行方向に沿って測定したRMS値は50nm程度であり、(図7中、角度が0°の測定値)ワイヤの走行方向から45°傾いた方向における表面のRMS値は160nm程度であり、90°傾いた方向における表面のRMS値は280nm程度であり、135°傾いた方向における表面のRMS値は160°程度であった。これにより、比較例2に係る研磨済GaN基板の表面の表面粗さが非等方的であること、ソーマークによる影響があることが確認された。   Referring to FIG. 7, it was observed that the RMS value of the surface of the polished GaN substrate tends to be larger in the direction perpendicular to the saw mark than in the direction parallel to the saw mark. Specifically, the RMS value measured along the traveling direction of the wire is about 50 nm (in FIG. 7, the measured value is an angle of 0 °). The RMS value of the surface in the direction inclined by 45 ° from the traveling direction of the wire. Is about 160 nm, the RMS value of the surface in the direction inclined by 90 ° is about 280 nm, and the RMS value of the surface in the direction inclined by 135 ° is about 160 °. Thereby, it was confirmed that the surface roughness of the surface of the ground GaN substrate according to Comparative Example 2 is anisotropic and that there is an influence of saw marks.

また、比較例2に係る研磨済GaN基板の表面内における結晶方位分布のばらつきをX線回折法により測定した。その結果、比較例1に係る研磨済GaN基板の表面内における結晶方位分布のばらつきは中心値±0.15°と実施例1及び2に比べて大きかった。これは、高速で無理にGaNインゴットを切断しようとしたことに起因して、ワイヤが撓み、スライス面が乱れたためと考えられる。   Further, the variation in crystal orientation distribution in the surface of the polished GaN substrate according to Comparative Example 2 was measured by an X-ray diffraction method. As a result, the variation in the crystal orientation distribution in the surface of the polished GaN substrate according to Comparative Example 1 was larger than that of Examples 1 and 2 at the center value ± 0.15 °. This is presumably because the wire was bent and the sliced surface was disturbed due to an attempt to forcefully cut the GaN ingot at high speed.

次に、比較例2に係る研磨済GaN基板の表面に、MOVPE法を用いて厚さが3μmのGaNをエピタキシャル成長させ、エピタキシャル層付GaN基板を得た。エピタキシャル層付GaN基板のFe不純物濃度の深さ方向プロファイルを、SIMS分析によって測定した。その結果、Fe濃度は、エピタキシャル成長させたGaN膜中と、GaN基板中とでは検出下限値(2×1015cm-3)以下であった。しかしながら、GaN基板とエピタキシャル成長させたGaN膜との界面では5.8×1016cm-3であり、無視できない濃度のFeが検出された。 Next, GaN having a thickness of 3 μm was epitaxially grown on the surface of the polished GaN substrate according to Comparative Example 2 using the MOVPE method to obtain a GaN substrate with an epitaxial layer. The depth direction profile of the Fe impurity concentration of the GaN substrate with an epitaxial layer was measured by SIMS analysis. As a result, the Fe concentration was below the lower limit of detection (2 × 10 15 cm −3 ) in the epitaxially grown GaN film and in the GaN substrate. However, it was 5.8 × 10 16 cm −3 at the interface between the GaN substrate and the epitaxially grown GaN film, and a non-negligible concentration of Fe was detected.

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。   While the embodiments and examples of the present invention have been described above, the embodiments and examples described above do not limit the invention according to the claims. It should be noted that not all combinations of features described in the embodiments and examples are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention.

Claims (3)

一の結晶面と前記一の結晶面の硬度より小さい硬度の他の結晶面とを含むIII族窒化物半導体単結晶からなり、基板表面を有するIII族窒化物半導体基板であって、
前記基板表面は、前記基板表面に平行な一の方向に沿った前記基板表面の一の表面粗さと、前記一の方向とは異なる他の方向に沿った前記基板表面の他の表面粗さとの差の絶対値が、10nm以下であるIII族窒化物半導体基板。
A group III nitride semiconductor substrate comprising a group III nitride semiconductor single crystal including one crystal plane and another crystal plane having a hardness smaller than the hardness of the one crystal plane, and having a substrate surface,
The substrate surface has one surface roughness of the substrate surface along one direction parallel to the substrate surface and another surface roughness of the substrate surface along another direction different from the one direction. A group III nitride semiconductor substrate having an absolute difference of 10 nm or less.
前記基板表面内における結晶方位分布が、中心値±0.05°以下である請求項1に記載のIII族窒化物半導体基板。   The group III nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein a crystal orientation distribution in the substrate surface has a center value of ± 0.05 ° or less. 前記III族窒化物半導体基板中の鉄濃度が1×1016cm-3以下である請求項2に記載のIII族窒化物半導体基板。 3. The group III nitride semiconductor substrate according to claim 2, wherein an iron concentration in the group III nitride semiconductor substrate is 1 × 10 16 cm −3 or less.
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