JP2013131773A - Group-iii nitride crystal and its surface treatment method, group-iii nitride laminate and its manufacturing method, and group-iii nitride semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの基板などに好適に用いられるIII族窒化物結晶の表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment method for a group III nitride crystal suitably used for a substrate of a semiconductor device.
半導体デバイスの基板などに用いるため、成長されたIII族窒化物結晶の表面は、できるだけ平坦かつ低い不純物濃度となるように処理されることが好ましい。このため、米国特許第6399500号明細書(特許文献1)には、Ga1-X-YAlXInYN結晶の表面を、砥粒を含まない塩基性のポリシング液を用いてポリシングした後、純水でポリシングすることが開示されている。 For use as a substrate of a semiconductor device or the like, it is preferable that the surface of the grown group III nitride crystal be processed to be as flat and low as possible. For this reason, in US Pat. No. 6,399,500 (Patent Document 1), after polishing the surface of a Ga 1 -XY Al X In Y N crystal using a basic polishing liquid not containing abrasive grains, Polishing with water is disclosed.
しかし、III族窒化物結晶は化学的に安定であるため、上記のような砥粒を含まない塩基性のポリシング液を用いてポリシングをしてもポリシング効率が低かった。 However, since the group III nitride crystal is chemically stable, the polishing efficiency is low even when polishing is performed using a basic polishing liquid that does not contain abrasive grains as described above.
したがって、化学的に安定なIII族窒化物結晶を効率的に表面処理するためには、砥粒を用いたラッピングまたはポリシングをする必要がある。特に、III族窒化物結晶よりもモース硬度が高い、たとえば、モース硬度が7より高い硬質砥粒を用いてIII族窒化物結晶をラッピングすることが好ましい。 Therefore, in order to efficiently surface the chemically stable group III nitride crystal, it is necessary to wrap or polish using abrasive grains. In particular, it is preferable to wrap the group III nitride crystal using hard abrasive grains having a Mohs hardness higher than that of the group III nitride crystal, for example, a Mohs hardness higher than 7.
しかし、III族窒化物結晶をラッピングする際に、硬質砥粒が結晶表面に切り込んで機械的に表面層を除去するために、ラッピング後に硬質砥粒が結晶の表面に食い込まれて残留する。III族窒化物結晶は、化学的に安定なため、薬液による表面のエッチングが進まない。そのため、薬液による洗浄処理では、結晶の表面に残留した硬質砥粒を十分に除去することができない。そのため、その結晶上にエピタキシャル層を形成するなどの後工程で、結晶表面に残留した砥粒による汚染の問題が生じる。 However, when lapping a group III nitride crystal, the hard abrasive grains cut into the crystal surface and mechanically remove the surface layer, so that the hard abrasive grains bite into the crystal surface after lapping and remain. Since group III nitride crystals are chemically stable, etching of the surface with a chemical solution does not proceed. Therefore, the hard abrasive grains remaining on the crystal surface cannot be sufficiently removed by the cleaning treatment with the chemical solution. Therefore, a problem of contamination due to abrasive grains remaining on the crystal surface occurs in a subsequent process such as forming an epitaxial layer on the crystal.
したがって、本発明は、ラッピング後に結晶表面に残留した硬質砥粒を除去して結晶表面の不純物を低減することができるIII族窒化物結晶の表面処理方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a group III nitride crystal surface treatment method that can remove hard abrasive grains remaining on the crystal surface after lapping and reduce impurities on the crystal surface.
ここで、ラッピング後に、モース硬度が7以下の軟質砥粒を用いたポリシングにより、ラッピング後の結晶表面に残留した硬質砥粒を除去することができる。しかし、軟質砥粒を用いたポリシング後に、軟質砥粒が結晶の表面に残留する。また、高転位密度領域と低転位密度領域とを含むIII族窒化物結晶においては、高転位密度領域およびその周辺が多く除去されて、ダレが生じて有効面積が小さくなるという問題が生じる。 Here, after lapping, the hard abrasive grains remaining on the crystal surface after lapping can be removed by polishing using soft abrasive grains having a Mohs hardness of 7 or less. However, after polishing with soft abrasive grains, the soft abrasive grains remain on the crystal surface. Further, in a group III nitride crystal including a high dislocation density region and a low dislocation density region, a large amount of the high dislocation density region and its periphery are removed, causing a problem that sagging occurs and the effective area becomes small.
したがって、本発明は、ラッピング後に軟質砥粒を用いたポリシングをする場合、高転位密度領域およびその周辺における表面の過剰な除去を抑制してダレを防止でき、また、結晶の表面に残留した軟質砥粒を除去して結晶表面の不純物を低減することができるIII族窒化物結晶の表面処理方法を提供することも目的とする。 Therefore, in the present invention, when polishing with soft abrasive grains after lapping, excessive removal of the surface in the high dislocation density region and its surroundings can be suppressed to prevent sagging, and soft crystals remaining on the crystal surface can be prevented. It is another object of the present invention to provide a surface treatment method for a group III nitride crystal that can remove abrasive grains and reduce impurities on the crystal surface.
本発明は、III族窒化物結晶の表面を、モース硬度が7より高い硬質砥粒を用いてラッピングする工程と、ラッピングされたIII族窒化物結晶の表面を、砥粒を含まないポリシング液を用いてポリシングする無砥粒ポリシング工程とを備え、ラッピングする工程において用いられる定盤は、Sn、Sn−Bi合金、Sn−Sb合金、Sn−Pb合金、およびCuの金属材料、Al2O3、SiO2、およびCeO2の無機材料、ならびにフェノール樹脂、ウレタン樹脂、アミド樹脂、およびイミド樹脂の有機材料の少なくともひとつを含む定盤、ならびにパッドをその上に固定した定盤のいずれかの定盤であり、砥粒を含まないポリシング液のpHが1以上6以下または8.5以上14以下であるIII族窒化物結晶の表面処理方法である。 The present invention includes a step of lapping the surface of a group III nitride crystal using hard abrasive grains having a Mohs hardness higher than 7, and a polishing liquid containing no abrasive grains on the surface of the lapped group III nitride crystal. The surface plate used in the lapping step includes Sn, Sn—Bi alloy, Sn—Sb alloy, Sn—Pb alloy, and Cu metal material, Al 2 O 3. , inorganic materials SiO 2, and CeO 2, and phenol resins, urethane resins, amide resins, and surface plate containing at least one organic material imide resin, as well as any fixed surface plate fixed thereon a pad A surface treatment method of a group III nitride crystal, wherein the polishing liquid not containing abrasive grains has a pH of 1 or more and 6 or less, or 8.5 or more and 14 or less. .
本発明にかかるIII族窒化物結晶の表面処理方法における無砥粒ポリシング工程において、圧縮率が1.5%以上20%以下のポリシングパッドを用いて、ポリシング圧力が0.98kPa(10gf/cm2)以上58.8kPa(600gf/cm2)以下でポリシングすることができる。 In the non-abrasive polishing step in the surface treatment method for a group III nitride crystal according to the present invention, a polishing pressure of 0.98 kPa (10 gf / cm 2) using a polishing pad having a compression ratio of 1.5% or more and 20% or less. ) Polishing can be performed at 58.8 kPa (600 gf / cm 2 ) or less.
また、本発明は、上記の表面処理により得られるIII族窒化物結晶である。ここで、上記の表面処理により、III族窒化物結晶の表面粗さRaを2nm以下とすることができる。また、加工変質層の厚さを50nm以下とすることができる。また、上記III族窒化物結晶は、低転位密度領域と高転位密度領域とを含み、低転位密度領域の表面と高転位密度領域の表面との高低差を3μm以下とすることができる。また、上記低転位密度領域と高転位密度領域とを含むIII族窒化物結晶において、低転位密度領域における全表面に対して低転位密度領域の平坦面領域が40%以上の面積を有することができる。 Moreover, this invention is a group III nitride crystal obtained by said surface treatment. Here, by the above surface treatment, the surface roughness Ra of the group III nitride crystal can be made 2 nm or less. Further, the thickness of the work-affected layer can be 50 nm or less. The group III nitride crystal includes a low dislocation density region and a high dislocation density region, and the height difference between the surface of the low dislocation density region and the surface of the high dislocation density region can be 3 μm or less. In the group III nitride crystal including the low dislocation density region and the high dislocation density region, the flat surface region of the low dislocation density region may have an area of 40% or more with respect to the entire surface in the low dislocation density region. it can.
また、本発明は、上記のIII族窒化物結晶と、III族窒化物結晶の表面上にエピタキシャル成長された少なくとも1層のIII族窒化物層と、を含むIII族窒化物積層体である。また、本発明は、上記のIII族窒化物結晶を用いたIII族窒化物積層体の製造方法であって、III族窒化物結晶を準備する工程と、III族窒化物結晶の表面上に少なくとも1層のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させる工程と、を備えるIII族窒化物積層体の製造方法である。 In addition, the present invention is a group III nitride laminate including the above group III nitride crystal and at least one group III nitride layer epitaxially grown on the surface of the group III nitride crystal. The present invention also relates to a method for producing a group III nitride laminate using the above group III nitride crystal, comprising a step of preparing a group III nitride crystal, and at least a surface of the group III nitride crystal. And a step of epitaxially growing one group III nitride layer. A method for producing a group III nitride laminate.
また、本発明は、上記のIII族窒化物結晶と、III族窒化物結晶の表面上にエピタキシャル成長された少なくとも1層のIII族窒化物層と、III族窒化物層の最表層およびIII族窒化物結晶の少なくとも一方の表面に形成されている電極と、を含むIII族窒化物半導体デバイスである。また、本発明は、上記のIII族窒化物結晶を用いたIII族窒化物半導体デバイスの製造方法であって、III族窒化物結晶を準備する工程と、III族窒化物結晶の表面上に少なくとも1層のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させる工程と、III族窒化物層の最表層およびIII族窒化物結晶の少なくとも一方の表面に電極を形成する工程と、を備えるIII族窒化物半導体デバイスの製造方法である。 The present invention also provides the above group III nitride crystal, at least one group III nitride layer epitaxially grown on the surface of the group III nitride crystal, the outermost layer of the group III nitride layer and the group III nitride A group III nitride semiconductor device including an electrode formed on at least one surface of the physical crystal. The present invention also relates to a method of manufacturing a group III nitride semiconductor device using the above group III nitride crystal, the step of preparing a group III nitride crystal, and at least a surface of the group III nitride crystal. A group III nitride semiconductor device comprising: epitaxially growing a group III nitride layer; and forming an electrode on at least one surface of the outermost layer of the group III nitride layer and the group III nitride crystal. It is a manufacturing method.
本発明によれば、ラッピング後に結晶表面に残留した硬質砥粒を無砥粒ポリシングにより除去して、結晶表面の不純物を低減することができるIII族窒化物結晶の表面処理方法を提供することができる。また、ラッピング後に軟質砥粒を用いたポリシングをする場合、ラッピング後に結晶表面に残留した硬質砥粒を軟質砥粒ポリシングにより除去し、さらに、軟質砥粒ポリシング後に結晶表面に残留した軟質砥粒を除去して、結晶表面の不純物を低減することができるIII族窒化物結晶の表面処理方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a surface treatment method for a group III nitride crystal that can reduce impurities on the crystal surface by removing hard abrasive grains remaining on the crystal surface after lapping by abrasive-free polishing. it can. In addition, when polishing with soft abrasive grains after lapping, the hard abrasive grains remaining on the crystal surface after lapping are removed by soft abrasive polishing, and further, soft abrasive grains remaining on the crystal surface after polishing soft abrasive grains are removed. It is possible to provide a surface treatment method for a group III nitride crystal that can be removed to reduce impurities on the crystal surface.
(実施形態1)
本発明にかかるIII族窒化物結晶の表面処理方法の一実施形態は、図1および図2を参照して、III族窒化物結晶1の表面を、モース硬度が7より高い硬質砥粒16を用いてラッピングする工程と、ラッピングされたIII族窒化物結晶1の表面を、砥粒を含まないポリシング液27を用いてポリシングする無砥粒ポリシング工程とを備え、砥粒を含まないポリシング液27のpHが1以上6以下または8.5以上14以下である。本実施形態のIII族窒化物結晶の表面処理方法は、硬質砥粒を用いたラッピング工程後における砥粒を含まずpHが1以上6以下または8.5以上14以下のポリシング液を用いた無砥粒ポリシング工程により、結晶表面に残留した硬質砥粒を除去して結晶表面の不純物を低減することができる。
(Embodiment 1)
In one embodiment of the surface treatment method of a group III nitride crystal according to the present invention, referring to FIGS. 1 and 2, the surface of the group III
本実施形態のIII族窒化物結晶の表面処理方法は、図1を参照して、III族窒化物結晶1の表面を、モース硬度が7より高い硬質砥粒16を用いてラッピングする工程を備える。かかるラッピング工程によりIII族窒化物結晶の表面を効率的にラッピングすることができる。
The surface treatment method for a group III nitride crystal according to the present embodiment includes a step of lapping the surface of the group III
本実施形態のラッピング工程は、モース硬度が7より高い硬質砥粒16を用いてIII族窒化物結晶1の表面を機械的に平滑化する工程をいい、たとえば、図1を参照して、回転軸15cを中心にして定盤15を回転させながら、砥粒供給口19から定盤15上に硬質砥粒16を供給するとともに、III族窒化物結晶1を固定した結晶ホルダ11上に重り14を載せてその回転軸11cを中心にして回転させながらIII族窒化物結晶1を、硬質砥粒16が供給された定盤15に押し当てることによって、III族窒化物結晶1の表面をラッピングすることができる。
The lapping process of the present embodiment refers to a process of mechanically smoothing the surface of the group III
ここで、定盤15は、ラッピングを円滑に行なえるものであれば特に制限はないが、Sn(スズ)、Sn−Bi(スズ−ビスマス)合金、Sn−Sb(スズ−アンチモン)合金、Sn−Pb(スズ−鉛)合金、Cu(銅)などの金属材料、Al2O3(酸化アルミニウム)、SiO2(二酸化ケイ素)、CeO2(酸化セリウム)などの無機材料、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂などの有機材料などを含む定盤、およびそれらを複合させた定盤が好ましく用いられる。また、定盤15上にバッド(図示せず)を固定し、その上に硬質砥粒16を散布して上記と同様にラッピングすることができる。
Here, the
また、硬質砥粒16は、モース硬度が7より高ければ特に制限はないが、ダイヤモンド、SiC、BN、Si3N4、Al2O3、Cr2O3、ZrO2などの材料を含む砥粒が好ましく用いられる。これらの砥粒の種類および粒径は、それらの機械的なラッピング作用を考慮してから選定される。ラッピング速度を高めるためには、高硬度で粒径の大きな砥粒が用いられる。表面粗さRaおよびRyを小さくして平滑な面にする、および/または、加工変質層を少なくするためには、低硬度で粒径の小さな砥粒が使用される。研磨時間を短縮して平滑な表面を得るためには、粒度の大きな砥粒から小さな砥粒へと多段階のラッピングが行われる。
Further, the hard
なお、ここで、表面粗さRaとは、粗さ曲面から、その平均面の方向に基準面積を抜き取り、この抜き取り部分の平均面から測定曲面までの距離(偏差)の絶対値を合計してそれを基準面積で平均した値をいう。また、表面粗さRyとは、粗さ曲面から、その平均面の方向に基準面積を抜き取り、この抜き取り部分の平均面から最も高い山頂までの高さと最も低い谷底までの深さとの和をいう。表面粗さRaおよびRyは、AFM(原子間顕微鏡)観察により確認できる。また、加工変質層とは、結晶表面の研削または研磨によって結晶の表面側領域に形成される結晶格子が乱れた層をいい、TEM(透過型電子顕微鏡)観察、CL(カソードルミネッセンス)観察によりその層の存在およびその厚さを確認できる。 Here, the surface roughness Ra means that the reference area is extracted from the roughness curved surface in the direction of the average surface, and the absolute value of the distance (deviation) from the average surface of the extracted portion to the measurement curved surface is summed up. This is the value averaged over the reference area. The surface roughness Ry is the sum of the height from the average surface of the extracted portion to the highest peak and the depth to the lowest valley bottom from the rough curved surface in the direction of the average surface. . The surface roughness Ra and Ry can be confirmed by AFM (atomic microscope) observation. Further, the work-affected layer refers to a layer in which the crystal lattice formed in the surface side region of the crystal is disturbed by grinding or polishing of the crystal surface, and is observed by TEM (transmission electron microscope) observation and CL (cathode luminescence) observation. The presence of the layer and its thickness can be confirmed.
なお、III族窒化物結晶1の表面を機械的に平滑化する工程として、ラッピングの他にグラインディングを用いることができる。グラインディングでは、硬質砥粒をバインダーで固定した砥石が用いられ、ラッピングと比較して高速度でIII族窒化物結晶の表面を除去して平滑化することができる。
In addition to lapping, grinding can be used as the step of mechanically smoothing the surface of group
本実施形態のIII族窒化物結晶の表面処理方法は、図2を参照して、ラッピングされたIII族窒化物結晶1の表面を、砥粒を含まないポリシング液27を用いてポリシングする無砥粒ポリシング工程を備える。かかる無砥粒ポリシング工程により、結晶に残留した硬質砥粒を除去して結晶表面の不純物を低減することができる。
In the surface treatment method of the group III nitride crystal of the present embodiment, referring to FIG. 2, the surface of the lapped group
本実施形態の無砥粒ポリシング工程は、砥粒を含まないポリシング液を用いてIII族窒化物結晶1の表面を化学的に平滑化する工程をいい、たとえば、図2を参照して、回転軸25cを中心にして定盤25上に固定されたポリシングパッド28を回転させながら、ポリシング液供給口29からポリシングパッド28上に砥粒を含まないポリシング液27を供給するとともに、III族窒化物結晶1を固定した結晶ホルダ21上に重り24を載せてその回転軸21cを中心にして回転させながらIII族窒化物結晶1を、上記ポリシングパッド28に押し当てることによって、III族窒化物結晶1の表面に残留する砥粒などの不純物を効率よく除去することができる。
The abrasive-free polishing step of the present embodiment refers to a step of chemically smoothing the surface of the group
ここで、定盤25は、無砥粒ポリシングを円滑に行なえるものであれば特に制限はないが、ステンレス、アルミニウム(Al)などの金属材料、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)などの無機材料、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂などの有機材料などを含む定盤、およびそれらを複合させた定盤が好ましく用いられる。
Here, the
無砥粒ポリシング工程において用いられる砥粒を含まないポリシング液のpHが1以上6以下または8.5以上14以下である。pHが1より小さいまたは14より大きいと結晶の表面粗さRaおよびRyが大きくなる。また、pHが6.5より大きく8.5より小さいと結晶表面の不純物を除去する効果が小さい。同様の理由から、pHは2以上4以下または10以上12以下がより好ましい。 The polishing liquid not containing abrasive grains used in the abrasive-free polishing step has a pH of 1 or more and 6 or less, or 8.5 or more and 14 or less. If the pH is less than 1 or greater than 14, the crystal surface roughness Ra and Ry increase. Further, when the pH is larger than 6.5 and smaller than 8.5, the effect of removing impurities on the crystal surface is small. For the same reason, the pH is more preferably 2 or more and 4 or less, or 10 or more and 12 or less.
ここで、砥粒を含まないポリシング液のpH調整には、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、フタル酸、マレイン酸、フマル酸などの有機酸、KOH、NaOHなどの無機アルカリ、NH4OH、アミンなどの有機アルカリ、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩などの無機塩、クエン酸塩、リンゴ酸塩などの有機塩などが用いられる。これらのpH調整剤中で、結晶表面の不純物の除去効果を高める観点から、無機酸および無機アルカリよりも、金属元素を含まない有機酸、有機アルカリが好ましい。また、有機酸の中でも、カルボキシル基が2以上の多価カルボン酸が好ましい。さらに、後述の酸化剤を添加することによってもpHを調整することもできる。 Here, for adjusting the pH of the polishing liquid not containing abrasive grains, inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid, succinic acid, phthalic acid, maleic acid, Organic acids such as fumaric acid, inorganic alkalis such as KOH and NaOH, organic alkalis such as NH 4 OH and amines, inorganic salts such as sulfates, nitrates and phosphates, organic salts such as citrates and malates Is used. Among these pH adjusters, from the viewpoint of enhancing the effect of removing impurities on the crystal surface, organic acids and organic alkalis that do not contain a metal element are preferable to inorganic acids and inorganic alkalis. Among organic acids, polyvalent carboxylic acids having 2 or more carboxyl groups are preferred. Furthermore, pH can also be adjusted by adding an oxidizing agent described later.
また、砥粒を含まないポリシング液は酸化剤を含むことが好ましい。砥粒を含まないポリシング液は、酸化剤を含むことにより、ORP(酸化還元電位)が高くなり、結晶表面に残留する砥粒などの不純物の除去効果が高くなる。ここで、酸化剤としては、特に制限はないが、ORPを高める観点から、次亜塩素酸、トリクロロイソシアヌル酸などの塩素化イソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウムなどの塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、ニクロム酸カリウムなどのニクロム酸塩、臭素酸カリウムなどの臭素酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどのチオ硫酸塩、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、硝酸、過酸化水素水、オゾンなどが好ましく用いられる。 Moreover, it is preferable that the polishing liquid not containing abrasive grains contains an oxidizing agent. A polishing liquid that does not contain abrasive grains increases the ORP (oxidation-reduction potential) by containing an oxidizing agent, and the effect of removing impurities such as abrasive grains remaining on the crystal surface is enhanced. Here, the oxidizing agent is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing ORP, chlorinated isocyanuric acid such as hypochlorous acid and trichloroisocyanuric acid, chlorinated isocyanurate such as sodium dichloroisocyanurate, permanganic acid Permanganates such as potassium, dichromates such as potassium dichromate, bromates such as potassium bromate, thiosulfates such as sodium thiosulfate, persulfates such as ammonium persulfate and potassium persulfate, nitric acid, persulfate Hydrogen oxide water, ozone and the like are preferably used.
ここで、結晶表面に残留する砥粒などの不純物の除去効果を高める観点から、砥粒を含まないポリシング液は、pHの値xとORPの値y(mV)との間に以下の関係があることが好ましい。すなわち、1≦x≦6の酸性条件においては、
−50x+1000<y<−50x+1800 ・・・(1)
また、8.5≦x≦14のアルカリ性条件においては、
−50x+800<y<−50x+1500 ・・・(2)
の関係を満たすことが好ましい。
Here, from the viewpoint of enhancing the effect of removing impurities such as abrasive grains remaining on the crystal surface, the polishing liquid not containing abrasive grains has the following relationship between the pH value x and the ORP value y (mV). Preferably there is. That is, in the acidic condition of 1 ≦ x ≦ 6,
−50x + 1000 <y <−50x + 1800 (1)
In alkaline conditions of 8.5 ≦ x ≦ 14,
−50x + 800 <y <−50x + 1500 (2)
It is preferable to satisfy the relationship.
また、砥粒を含まないポリシング液には、不純物の除去効果を高める観点から、さらに界面活性剤を添加することができる。砥粒を含まないポリシング液に添加される界面活性剤は、特に制限はなく、アニオン性、カチオン性またはノニオン性のものを用いることができるが、不純物除去効果が高い観点から、アニオン性またはカチオン性の界面活性剤などが好ましく用いられる。 Further, a surfactant can be further added to the polishing liquid not containing abrasive grains from the viewpoint of enhancing the effect of removing impurities. The surfactant added to the polishing liquid not containing abrasive grains is not particularly limited, and anionic, cationic or nonionic surfactants can be used. From the viewpoint of high impurity removal effect, anionic or cationic A surfactant is preferably used.
ここで、III族窒化物結晶は、HVPE(ハイドライド気相成長)法、昇華法などの各種気相法、溶液法(フラックス法を含む)などの各種液相法により成長される。III族窒化物結晶の成長において、結晶内の転位密度を低減するために、下地基板上に開口部を有するSiO2などのマスク層を形成して、その上にIII族窒化物結晶をファセット成長させる場合がある(たとえば、特開2003−165799号公報、特開2003−183100号公報などを参照。)。 Here, the group III nitride crystal is grown by various vapor phase methods such as HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method and sublimation method, and various liquid phase methods such as solution method (including flux method). In the growth of group III nitride crystals, in order to reduce the dislocation density in the crystal, a mask layer such as SiO 2 having an opening is formed on the base substrate, and the group III nitride crystal is facet grown thereon. (For example, refer to JP2003-165799A, JP2003-183100A, etc.).
図4を参照して、上記のファセット成長によって成長されたIII族窒化物結晶1は、結晶中に存在する転位が集められた高転位密度領域1hと、転位が低減した低転位密度領域1kとが存在する。ここで、高転位密度領域1hと低転位密度領域1kとを含むIII族窒化物結晶は、低転位密度領域に対して高転位密度領域がストライプ状に配置されている構造(ストライプ型構造、図4を参照)または低転位密度領域に対して高転位密度領域がドット状に配列されている構造(ドット型構造、図示せず)などを有する。また、III族窒化物結晶1中の高転位密度領域1hおよび低転位密度領域1kは、CL観察(日立製作所製S−4300)などにより観察することができる。
Referring to FIG. 4, group
上記のファセット成長法により成長されたIII族窒化物結晶において、低転位密度領域1kの表面はGa原子表面であるが、高転位密度領域1hの表面はN原子表面である。このため、高転位密度領域1hの表面は、低転位密度領域1kの表面に比べて、化学的なポリシンングの速度が大きい。したがって、図4を参照して、高転位密度領域1hと低転位密度領域1kとを含むIII族窒化物結晶1の表面を、無砥粒ポリシングなどの化学的ポリシングをすると、高転位密度領域1hの表面は、低転位密度領域1kの表面に比べて凹む。
In the group III nitride crystal grown by the above facet growth method, the surface of the low
このため、本実施形態の無砥粒ポリシング工程において、圧縮率が1.5%以上20%以下のポリシングパッド28を用いることが好ましい。ポリシングパッド28の圧縮率が1.5%より小さいと、無砥粒ポリシング後の結晶の表面粗さRaおよびRyが大きくなる。ポリシングパッド28の圧縮率が20%より大きいと、不純物の除去効果が小さくなり、III族窒化物結晶の高転位密度領域1hの表面の凹みが大きくなり、また、低転位密度領域1kの表面における平坦面領域1psが小さくなる。かかる観点から、無砥粒ポリシング工程において用いられるポリシングパッドの圧縮率は、3%以上10%以上がより好ましい。
For this reason, it is preferable to use the
上記の観点から、ポリシングパッド28は、ポリウレタンなどから形成され、スウェード、不織布、エラストマー、発泡体(フォーム)などの形態を有していることが好ましい。
From the above viewpoint, the
ここで、本願において、ポリシングパッドの圧縮率は、初荷重W1をパッドに負荷して1分後のパッドの厚さT1と、荷重をW2に増して1分後のパッドの厚さT2からを用いて、次式(A)
圧縮率(%)= (T1−T2) / T2 × 100 (A)
により定義される。ここで、圧縮率の算出においては、初荷重W1を100g、荷重W2を1600gとした。
Here, in the present application, the compression rate of the polishing pad is defined as the pad thickness T 1 after 1 minute from the initial load W 1 being applied to the pad and the
Compression rate (%) = (T 1 −T 2 ) / T 2 × 100 (A)
Defined by Here, in the calculation of the compressibility, the initial load W 1 was 100 g, and the load W 2 was 1600 g.
また、無砥粒ポリシング工程におけるポリシング圧力は、0.98kPa(10gf/cm2)以上58.8kPa(600gf/cm2)以下であることが好ましい。ポリシング圧力が0.98kPa(10gf/cm2)より小さいと、結晶表面に残留した硬質砥粒などの不純物の除去効果が小さくなり、また、結晶表面全体の平滑化の効果が小さくなる。ポリシング圧力が58.8kPa(600gf/cm2)より大きいと、結晶の表面粗さRaおよびRyが大きくなり、また、低転位密度領域1kの表面における平坦面領域1psが小さくなる。かかる観点から、無砥粒ポリシング工程におけるポリシング圧力は、4.9kPa(50gf/cm2)以上39.2kPa(400gf/cm2)以下がより好ましい。
The polishing pressure in the abrasive-free polishing step is preferably 0.98 kPa (10 gf / cm 2 ) or more and 58.8 kPa (600 gf / cm 2 ) or less. When the polishing pressure is smaller than 0.98 kPa (10 gf / cm 2 ), the effect of removing impurities such as hard abrasive grains remaining on the crystal surface is reduced, and the effect of smoothing the entire crystal surface is reduced. When the polishing pressure is greater than 58.8 kPa (600 gf / cm 2 ), the surface roughness Ra and Ry of the crystal increase, and the
また、硬質砥粒をさらに除去するため、上記無砥流ポリシング工程の後に、水による洗浄工程を設けることができる。洗浄の方法には、特に制限はなく、超音波洗浄、スクラブ洗浄などが用いられるが、硬質砥粒の除去効果を高める観点からスクラブ洗浄が好ましい。スクラブ洗浄は、ポリシング後に結晶表面が乾燥する前に行なうことが好ましい。スクラブ洗浄によれば、結晶の主表面だけでなく側表面の不純物を効果的に除去することができる。 Further, in order to further remove the hard abrasive grains, a water washing step can be provided after the non-abrasive polishing step. The cleaning method is not particularly limited, and ultrasonic cleaning, scrub cleaning, and the like are used, but scrub cleaning is preferable from the viewpoint of enhancing the effect of removing hard abrasive grains. The scrub cleaning is preferably performed after polishing and before the crystal surface is dried. By scrub cleaning, impurities on the side surface as well as the main surface of the crystal can be effectively removed.
なお、硬質砥粒がバインダーにより固定されている砥石を用いてグラインディングされたIII族窒化物結晶1の表面についても、砥粒を含まないポリシング液27を用いてポリシングすることができる。かかる無砥粒ポリシング工程により、結晶に残留した硬質砥粒を除去して結晶表面の不純物を低減することができる。
Note that the surface of the group
(実施形態2)
本発明にかかるIII族窒化物結晶の表面処理方法の他の施形態は、図1〜図3を参照して、実施形態1の表面処理方法のラッピングする工程(図1)後、無砥粒ポリシング工程(図2)前に、ラッピングされた表面を、モース硬度が7以下の軟質砥粒36を含むポリシング液37を用いてポリシングする軟質砥粒ポリシング工程(図3)をさらに備える。かかる軟質砥粒ポリシング工程により、結晶の表面に残留している硬質砥粒を除去することができる。また、軟質砥粒ポリシング工程により結晶の表面に残留する軟質砥粒は、その後に行なわれる無砥粒ポリシング工程により除去される。
(Embodiment 2)
Another embodiment of the surface treatment method of a group III nitride crystal according to the present invention is described below with reference to FIG. 1 to FIG. 3, after the lapping step (FIG. 1) of the surface treatment method of the first embodiment. Before the polishing step (FIG. 2), the lapping surface is further provided with a soft abrasive polishing step (FIG. 3) for polishing using a polishing
すなわち、本実施形態のIII族窒化物結晶の表面処理方法は、III族窒化物結晶の表面を、モース硬度が7より高い硬質砥粒を用いてラッピングする工程(図1)と、ラッピングされたIII族窒化物結晶の表面を、モース硬度が7以下の軟質砥粒36を含むポリシング液37を用いてポリシングする軟質砥粒ポリシング工程(図3)と、軟質砥粒ポリシングされたIII族窒化物結晶の表面を、砥粒を含まないpHが1以上6以下または8.5以上14以下のポリシング液を用いてポリシングする無砥粒ポリシング工程(図2)と、を備える。
That is, in the surface treatment method for a group III nitride crystal of the present embodiment, the surface of the group III nitride crystal is lapped using a hard abrasive having a Mohs hardness higher than 7 (FIG. 1) and the lapping process. A soft abrasive polishing step (FIG. 3) for polishing the surface of the group III nitride crystal using a polishing
ここで、本実施形態のラッピング工程は、実施形態1のラッピング工程と同様である。本実施形態の軟質砥粒ポリシング工程とは、III族窒化物結晶1の表面を化学機械的に平滑化する工程をいい、たとえば、図3を参照して、回転軸35cを中心にして定盤35上に固定されたポリシングパッド38を回転させながら、ポリシング液供給口39からポリシングパッド38上に軟質砥粒36を含むポリシング液37を供給するとともに、III族窒化物結晶1を固定した結晶ホルダ31上に重り34を載せてその回転軸31cを中心にして回転させながらIII族窒化物結晶1を、上記ポリシングパッド38に押し当てることによって、III族窒化物結晶1の表面を化学機械的にポリシングすることができる。かかる軟質砥粒ポリシング工程により、結晶の表面に残留していた硬質砥粒を除去することができる。
Here, the lapping process of the present embodiment is the same as the lapping process of the first embodiment. The soft abrasive polishing process of the present embodiment refers to a process of smoothing the surface of the group
ここで、定盤35は、軟質砥粒ポリシングを円滑に行なえるものであれば特に制限はないが、ステンレス、アルミニウム(Al)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素な(SiC)どの無機材料、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂などの有機材料などを含む定盤、およびそれらを複合させた定盤が好ましく用いられる。
Here, the
軟質砥粒ポリシング工程において用いられる軟質砥粒は、モース硬度が7以下であれば特に制限はないが、ZrO2、SiO2、CeO2、MnO2、Fe2O3、Fe3O4、NiO、ZnO、CoO、Co3O4、GeO2、Ga2O3、In2O3などの材料を含む砥粒が好ましく用いられる。後工程の無砥粒ポリシングにおける軟質砥粒の除去性を高める観点から、軟質砥粒の金属元素は、イオン化傾向が大きいものが好ましい。さらに、後述する洗浄における軟質砥粒の除去性をも高める観点から、H(水素)よりもイオン化傾向が大きいものがより好ましい。 The soft abrasive grains used in the soft abrasive polishing step are not particularly limited as long as the Mohs hardness is 7 or less, but ZrO 2 , SiO 2 , CeO 2 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO. Abrasive grains containing materials such as ZnO, CoO, Co 3 O 4 , GeO 2 , Ga 2 O 3 , and In 2 O 3 are preferably used. From the standpoint of enhancing the removability of the soft abrasive grains in the subsequent abrasive-free polishing, it is preferable that the metal element of the soft abrasive grains has a large ionization tendency. Furthermore, from the viewpoint of enhancing the removability of soft abrasive grains in cleaning described later, those having a larger ionization tendency than H (hydrogen) are more preferable.
また、軟質砥粒36を含むポリシング液37は、特に制限はないが、結晶表面に残留している硬質砥粒などの不純物の除去効果を高める観点から、砥粒を含まないポリシング液と同様のpHを有することが好ましい。すなわち、軟質砥粒36を含むポリシング液37のpHは、1以上6以下または8.5以上14以下が好ましく、2以上4以下または10以上12以下がより好ましい。また、軟質砥粒を含むポリシング液のpH調整には、砥粒を含まないポリシング液と同様の無機酸、有機酸、無機アルカリ、有機アルカリ、無機塩、有機塩および酸化剤を用いることができる。また、これらのpH調整剤中で、結晶表面の不純物の除去効果を高める観点から、無機酸および無機塩より金属元素を含まない有機酸および有機アルカリが好ましい。また、有機酸の中でも、カルボキシル基が2以上の多価カルボン酸が好ましい。
The polishing
また、結晶表面に残留する硬質砥粒などの不純物の除去効果を高める観点から、軟質砥粒を含むポリシング液は、砥粒を含まないポリシング液と同様に、pHの値xとORPの値y(mV)との間に以下の関係があることが好ましい。すなわち、1≦x≦6の酸性条件においては、
−50x+1000<y<−50x+1800 ・・・(3)
また、8.5≦x≦14のアルカリ性条件においては、
−50x+800<y<−50x+1500 ・・・(4)
の関係を満たすことが好ましい。
Also, from the viewpoint of enhancing the effect of removing impurities such as hard abrasive grains remaining on the crystal surface, the polishing liquid containing soft abrasive grains is similar to the polishing liquid not containing abrasive grains in the pH value x and ORP value y. It is preferable that there is the following relationship with (mV). That is, in the acidic condition of 1 ≦ x ≦ 6,
−50x + 1000 <y <−50x + 1800 (3)
In alkaline conditions of 8.5 ≦ x ≦ 14,
−50x + 800 <y <−50x + 1500 (4)
It is preferable to satisfy the relationship.
ここで、III族窒化物結晶は、HVPE(ハイドライド気相成長)法、昇華法などの各種気相法、溶液法(フラックス法を含む)などの各種液相法により成長される。III族窒化物結晶の成長において、結晶内の転位密度を低減するために、下地基板上に開口部を有するSiO2などのマスク層を形成して、その上にIII族窒化物結晶をファセット成長させる場合がある(たとえば、特開2003−165799号公報、特開2003−183100号公報などを参照。)。図4を参照して、かかるファセット成長によって成長されたIII族窒化物結晶1は、結晶中に存在する転位が集められた高転位密度領域1hと、転位が低減した低転位密度領域1kとが存在する。ここで、高転位密度領域1hと低転位密度領域1kとを含むIII族窒化物結晶は、低転位密度領域に対して高転位密度領域がストライプ状に配置されている構造(ストライプ型構造、図4を参照)または低転位密度領域に対して高転位密度領域がドット状に配列されている構造(ドット型構造、図示せず)などを有する。また、III族窒化物結晶1中の高転位密度領域1hおよび低転位密度領域1kは、CL観察(日立製作所製S−4300)などにより観察することができる。
Here, the group III nitride crystal is grown by various vapor phase methods such as HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method and sublimation method, and various liquid phase methods such as solution method (including flux method). In the growth of group III nitride crystals, in order to reduce the dislocation density in the crystal, a mask layer such as SiO 2 having an opening is formed on the base substrate, and the group III nitride crystal is facet grown thereon. (For example, refer to JP2003-165799A, JP2003-183100A, etc.). Referring to FIG. 4, group
上記のファセット成長法により成長されたIII族窒化物結晶において、低転位密度領域1kの表面はGa原子表面であるが、高転位密度領域1hの表面はN原子表面である。このため、高転位密度領域1hの表面は、低転位密度領域1kの表面に比べて、化学機械的なポリシンングの速度が大きい。したがって、図4を参照して、高転位密度領域1hと低転位密度領域1kとを含むIII族窒化物結晶1の表面を、軟質砥粒を含むポリシング液によるポリシングなどの化学機械的ポリシングをすると、高転位密度領域1hの表面は、低転位密度領域1kの表面に比べて凹む。
In the group III nitride crystal grown by the above facet growth method, the surface of the low
このため、本実施形態の軟質砥粒ポリシング工程において、圧縮率が0.8%以上5%以下のポリシングパッド38を用いて、ポリシング圧力が4.9kPa(50gf/cm2)以上98kPa(1000gf/cm2)以下でポリシングすることが好ましい。かかる観点から、ポリシングパッド38は、ポリウレタンなどから形成され、スウェード、不織布、エラストマー、発泡体(フォーム)などの形態を有していることが好ましい。
For this reason, in the soft abrasive polishing process of the present embodiment, a polishing pressure of 4.9 kPa (50 gf / cm 2 ) or more and 98 kPa (1000 gf / 1000) is used using a
ポリシングパッド38の圧縮率が0.8%より小さいと、軟質砥粒ポリシング後の結晶の表面粗さRaおよびRyが大きくなる。ポリシングパッド38の圧縮率が5%より大きいと、III族窒化物結晶の高転位密度領域1hの表面の凹みが大きくなり、低転位密度領域1kの表面における平坦面領域1psが小さくなる。かかる観点から、ポリシングパッド38の圧縮率は、1%以上3%以下がより好ましい。
When the compressibility of the
また、ポリシング圧力が4.9kPa(50gf/cm2)より小さいと、結晶表面に残留した硬質砥粒などの不純物の除去効果が小さくなり、また、結晶表面全体の平滑化の効果が小さくなる。ポリシング圧力が98.1kPa(1000gf/cm2)より大きいと、結晶の表面粗さRa,Ryが大きくなり、高転位密度領域の表面の凹みが大きくなり、また、低転位密度領域1kの表面における平坦面領域1psが小さくなる。かかる観点から、ポリシング圧力は、9.8kPa(100gf/cm2)以上68.6kPa(700gf/cm2)以下がより好ましい。
Also, if the polishing pressure is smaller than 4.9 kPa (50 gf / cm 2 ), the effect of removing impurities such as hard abrasive grains remaining on the crystal surface is reduced, and the effect of smoothing the entire crystal surface is reduced. When the polishing pressure is larger than 98.1 kPa (1000 gf / cm 2 ), the surface roughness Ra, Ry of the crystal is increased, the surface dent of the high dislocation density region is increased, and the surface of the low
本実施形態の無砥粒ポリシング工程は、ラッピングされたIII族窒化物結晶の表面に替えて軟質砥粒ポリシングされたIII族窒化物結晶の表面をポリシングすること以外は、実施形態1の無砥粒ポリシング工程と同様である。かかる無砥粒ポリシング工程により、結晶表面に残留する軟質砥粒などの不純物が除去される。 The abrasive-free polishing step of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the surface of the group III nitride crystal subjected to soft abrasive polishing is polished instead of the surface of the lapped group III nitride crystal. This is the same as the grain polishing step. By this non-abrasive polishing step, impurities such as soft abrasive grains remaining on the crystal surface are removed.
また、軟質砥粒をさらに除去するため、上記無砥流ポリシング工程の後に、水による洗浄工程を設けることができる。洗浄の方法には、特に制限はなく、超音波洗浄、スクラブ洗浄などが用いられるが、軟質砥粒の除去効果を高める観点からスクラブ洗浄が好ましい。スクラブ洗浄は、ポリシング後に結晶表面が乾燥する前に行なうことが好ましい。スクラブ洗浄によれば、結晶の主表面だけでなく側表面の不純物を効果的に除去することができる。 Further, in order to further remove the soft abrasive grains, a water washing step can be provided after the non-abrasive polishing step. The cleaning method is not particularly limited, and ultrasonic cleaning, scrub cleaning, and the like are used, but scrub cleaning is preferable from the viewpoint of enhancing the effect of removing soft abrasive grains. The scrub cleaning is preferably performed after polishing and before the crystal surface is dried. By scrub cleaning, impurities on the side surface as well as the main surface of the crystal can be effectively removed.
(実施形態3)
本発明にかかるIII族窒化物結晶の一実施形態は、図2を参照して、実施形態1または実施形態2の表面処理より得られるIII族窒化物結晶1である。本実施形態のIII族窒化物結晶は、実施形態1または実施形態2の表面処理がされているため、結晶表面に残留する硬質砥粒、軟質砥粒などの不純物が除去されている。このため、本実施形態のIII族窒化物結晶の表面上に1層以上のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させることにより、歩留りよく高特性の半導体デバイスが得られる。
(Embodiment 3)
One embodiment of a group III nitride crystal according to the present invention is a group
本実施形態のIII族窒化物結晶1は、結晶表面上に1層以上のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させて歩留りよく高特性の半導体デバイスを得る観点から、表面粗さRaは、2nm以下が好ましく、1nm以下がより好ましい。また、同様の観点から、表面粗さRyは、20nm以下が好ましく、10nm以下がより好ましい。さらに、同様の観点から、III族窒化物結晶の加工変質層の厚さは、50nm以下が好ましく、30nm以下がより好ましい。
The group
本実施形態のIII族窒化物結晶は、結晶表面における転位密度が均一な結晶であっても、結晶表面における転位密度が不均一な結晶であってもよい。結晶表面における転位密度が不均一な結晶として、図4に示すような低転位密度領域1kと高転位密度領域1hとを含む結晶が挙げられる。
The group III nitride crystal of this embodiment may be a crystal having a uniform dislocation density on the crystal surface or a crystal having a non-uniform dislocation density on the crystal surface. An example of a crystal having a non-uniform dislocation density on the crystal surface is a crystal including a low
本実施形態のIII族窒化物結晶は、図4を参照して、低転位密度領域1kの表面と高転位密度領域1hの表面との高低差Dが3μm以下であることが好ましい。低転位密度領域1kの表面と高転位密度領域1hの表面との高低差Dが3μm以下のIII族窒化物結晶1の表面上に、1層以上のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させることにより、歩留りよく高特性の半導体デバイスが得られる。
In the group III nitride crystal of this embodiment, referring to FIG. 4, the height difference D between the surface of the low
また、本実施形態のIII族窒化物結晶は、図4を参照して、低転位密度領域1kにおける全表面1ksに対して低転位密度領域1kの平坦面領域1psが40%以上の面積を有することが好ましい。ここで、低転位密度領域1kにおける平坦面領域1psは、低転位密度領域1kの表面の最高点P0または最高線L0から低転位密度領域の外縁に向かって一定距離10μmの間隔で点P1、点P2、・・・、点Pk-1、点Pk(ここでkは正の整数)をとるとき、低転位密度領域1kの表面の最高点P0または最高線L0においてその表面(平面に近い曲面である)に接する基準平面Qに対して、点Pk-1と点Pkとを含む直線がなす傾き角θが0.1°未満となる任意の点Pkが存在する面領域と定義する。かかる、平坦面領域1psは、低転位密度領域1kの表面の中心部から外縁部に向かって連続的に存在する。ポリシング時に高転位密度領域1hが除去されやすいために、高転位密度領域1h付近に位置する低転位密度領域1kの外縁部は、低転位密度領域1kの中心部に比べて優先的に除去され、形状ダレが生じる。そのために上記傾き角θが大きくなり、0.1°以上となる領域が生じる。また、低転位密度領域1kにおける全表面1ksの面積に対する低転位密度領域1kの平坦面領域1psの面積の割合(百分率)を、平坦面領域率(単位:%)と定義する。
In addition, with reference to FIG. 4, the group III nitride crystal of the present embodiment has an area where the flat surface region 1ps of the low
また、低転位密度領域1kにおける全表面1ksに対して低転位密度領域1kの平坦面領域1psが40%以上の面積を有するIII族窒化物結晶(すなわち、平坦面領域率が40%以上のIII族窒化物結晶)の表面上に、1層以上のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させることにより、歩留りよく高特性のIII族窒化物半導体デバイスが得られる。かかる観点から、平坦面領域率は、60%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。
Further, the group III nitride crystal in which the flat surface region 1ps of the low
(実施形態4)
本発明にかかるIII族窒化物積層体は、図5を参照して、実施形態3のIII族窒化物結晶1と、III族窒化物結晶1の表面上にエピタキシャル成長された少なくとも1層のIII族窒化物層650と、を含む。本実施形態のIII族窒化物積層体500は、実施形態3のIII族窒化物結晶の表面上にエピタキシャル成長された少なくとも1層のIII族窒化物層650を有するため、PL(フォトルミネッセンス)法により発光させた光の強度(PL強度)が高い。
(Embodiment 4)
Referring to FIG. 5, a group III nitride laminate according to the present invention includes a group
本実施形態のIII族窒化物積層体は、より具体的には、図5を参照して、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の一方の主表面上に、エピタキシャル成長された少なくとも1層のIII族窒化物層として、n型半導体層620としての厚さ1μmのn型GaN層621および厚さ150nmのn型Al0.1Ga0.9N層622、発光層640、p型半導体層630としての厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層631および厚さ150nmのp型GaN層632が順次置かれている。ここで、発光層640は、厚さ10nmのGaN層で形成される障壁層の4層と、厚さ3nmのGa0.85In0.15N層で形成される井戸層の3層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する。
More specifically, referring to FIG. 5, the group III nitride laminate of this embodiment is at least epitaxially grown on one main surface of an n-type GaN crystal substrate (group III nitride crystal 1). As a group III nitride layer, an n-
(実施形態5)
本発明にかかるIII族窒化物積層体の製造方法は、図5を参照して、実施形態3のIII族窒化物結晶1を用いたIII族窒化物積層体500の製造方法であって、III族窒化物結晶1を準備する工程と、III族窒化物結晶1の表面上に少なくとも1層のIII族窒化物層650をエピタキシャル成長させる工程と、を備える。かかるIII族窒化物結晶の表面上に、1層以上のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させることにより、PL法により発光させた光の強度(PL強度)が高いIII族窒化物積層体が得られる。
(Embodiment 5)
The method for producing a group III nitride laminate according to the present invention is a method for producing a group
本実施形態のIII族窒化物積層体の製造方法は、図5を参照して、たとえば、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)をMOCVD装置内に配置して、このn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の一方の主表面上に、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法により、少なくとも1層のIII族窒化物層650として、n型半導体層620としての厚さ1μmのn型GaN層621および厚さ150nmのn型Al0.1Ga0.9N層622、発光層640、p型半導体層630としての厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層631および厚さ150nmのp型GaN層632を順次エピタキシャル成長させる。ここで、発光層640は、厚さ10nmのGaN層で形成される障壁層の4層と、厚さ3nmのGa0.85In0.15N層で形成される井戸層の3層とが交互に積層された多重量子井戸構造とする。
With reference to FIG. 5, for example, an n-type GaN crystal substrate (group III nitride crystal 1) is placed in an MOCVD apparatus and the n-type GaN manufacturing method of the group III nitride laminate of this embodiment is performed. On one main surface of the crystal substrate (group III nitride crystal 1), at least one group
(実施形態6)
本発明にかかるIII族窒化物半導体デバイスは、図6を参照して、実施形態3のIII族窒化物結晶1と、III族窒化物結晶1の表面上にエピタキシャル成長された少なくとも1層のIII族窒化物層650と、III族窒化物層650の最表層およびIII族窒化物結晶1の少なくとも一方の表面に形成されている電極661,662と、を含む。本実施形態のIII族窒化物半導体デバイス600は、実施形態3のIII族窒化物結晶の表面上にエピタキシャル成長された少なくとも1層のIII族窒化物層650を有するため、発光強度が高い。
(Embodiment 6)
Referring to FIG. 6, a group III nitride semiconductor device according to the present invention includes a group
本実施形態のIII族窒化物半導体デバイスは、より具体的には、図6を参照して、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の一方の主表面上に、エピタキシャル成長された少なくとも1層のIII族窒化物層650層として、n型半導体層620としての厚さ1μmのn型GaN層621および厚さ150nmのn型Al0.1Ga0.9N層622、発光層640、p型半導体層630としての厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層631および厚さ150nmのp型GaN層632が順次置かれている。ここで、発光層640は、厚さ10nmのGaN層で形成される障壁層の4層と、厚さ3nmのGa0.85In0.15N層で形成される井戸層の3層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する。
More specifically, referring to FIG. 6, the group III nitride semiconductor device of this embodiment is at least epitaxially grown on one main surface of an n-type GaN crystal substrate (group III nitride crystal 1). As one group
また、本実施形態のIII族窒化物半導体デバイスは、III族窒化物層650の最表層およびIII族窒化物結晶1の少なくとも一方の表面に形成されている電極として、III族窒化物層650の最表層であるp型GaN層632上に第2の電極662(p側電極)が置かれ、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の他方の主表面上に第1の電極661(n側電極)が置かれている。
In addition, the group III nitride semiconductor device of the present embodiment has a group
なお、上記のIII族窒化物半導体デバイス600としてのLED(発光ダイオード、以下同じ)を含む半導体デバイス700は、III族窒化物半導体デバイス600の第2の電極(p側電極)がはんだ層670で導電体682にボンディングされており、第1の電極(n側電極)が導電体681にワイヤ690でボンディングされている。
Note that in the
(実施形態7)
本発明にかかるIII族窒化物半導体デバイスの製造方法は、実施形態3のIII族窒化物結晶を用いた半導体デバイスの製造方法であって、III族窒化物結晶1を準備する工程と、III族窒化物結晶1の表面上に少なくとも1層のIII族窒化物層650をエピタキシャル成長させる工程と、III族窒化物層650の最表層およびIII族窒化物結晶1の少なくとも一方の表面に電極を形成する工程と、を備える。かかるIII族窒化物結晶の表面上に、1層以上のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させることにより、歩留りよくIII族窒化物半導体デバイスが得られる。
(Embodiment 7)
A method for producing a group III nitride semiconductor device according to the present invention is a method for producing a semiconductor device using a group III nitride crystal of Embodiment 3, comprising the step of preparing a group
本実施形態のIII族窒化物半導体デバイスの製造方法は、図6を参照して、たとえば、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)をMOCVD装置内に配置して、このn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の一方の主表面上に、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法により、少なくとも1層のIII族窒化物層650として、n型半導体層620としての厚さ1μmのn型GaN層621および厚さ150nmのn型Al0.1Ga0.9N層622、発光層640、p型半導体層630としての厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層631および厚さ150nmのp型GaN層632を順次エピタキシャル成長させる。ここで、発光層640は、厚さ10nmのGaN層で形成される障壁層の4層と、厚さ3nmのGa0.85In0.15N層で形成される井戸層の3層とが交互に積層された多重量子井戸構造とする。
With reference to FIG. 6, for example, an n-type GaN crystal substrate (group III nitride crystal 1) is placed in an MOCVD apparatus and the n-type GaN manufacturing method of the group III nitride semiconductor device of this embodiment is performed. On one main surface of the crystal substrate (group III nitride crystal 1), at least one group
次に、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の他方の主表面上に第1の電極661として、直径100μmのn側電極を形成する。一方、p型GaN層632上に第2の電極662として、p側電極を形成する。上記積層体を400μm角にチップ化して、III族窒化物半導体デバイス600としてのLED(発光ダイオード)を得る。
Next, an n-side electrode having a diameter of 100 μm is formed as the
その後、上記p側電極をはんだ層670で導電体682にボンディングし、上記n側電極と導電体681とをワイヤ690でボンディングして、LEDを含む半導体デバイス700を得る。
After that, the p-side electrode is bonded to the
(実施例A1〜A7、比較例AR1,AR2)
1.ラッピング工程
HVPE法により成長させたn型GaN結晶を、{0001}面に平行な面でスライスして直径50mm×厚さ0.5mmのn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を得た。図1を参照して、このn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の裏面(N原子表面。この表面を(000−1)表面とする。)をセラミックス製の結晶ホルダ11にワックスで貼り付けた。ラップ装置(図示せず)に直径300mmの定盤15を設置し、砥粒供給口19から粒径2μmのダイヤモンド砥粒(硬質砥粒16)をSn(スズ)製の定盤15に散布しながら、定盤15をその回転軸15cを中心にして回転させるとともに、結晶ホルダ11上に重り14を載せることによりn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を定盤15に押し付けながら、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を結晶ホルダ11の回転軸11cを中心にして回転させることにより、n型GaN結晶の表面(Ga原子表面。この表面を(0001)面とする。)をラッピングした。なお、ダイヤモンド砥粒のモース硬度は10である。
(Examples A1 to A7, Comparative Examples AR1 and AR2)
1. Lapping process An n-type GaN crystal grown by the HVPE method is sliced along a plane parallel to the {0001} plane to obtain an n-type GaN crystal substrate (group III nitride crystal 1) having a diameter of 50 mm and a thickness of 0.5 mm. It was. Referring to FIG. 1, the back surface of this n-type GaN crystal substrate (group III nitride crystal 1) (N atom surface; this surface is defined as (000-1) surface) is placed on a
ここで、ラッピング圧力は29.4kPa(300gf/cm2)とし、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)および定盤15の回転数はいずれも30rpm(回/min)〜100rpm(回/min)、ラッピング時間は30分間とした。かかるラッピングによりn型GaN結晶基板の表面は鏡面となった。このラッピング後のn型GaN結晶基板の表面粗さRyは30nm、表面粗さRaは3.0nmであった。
Here, the lapping pressure is 29.4 kPa (300 gf / cm 2 ), and the rotation speeds of the n-type GaN crystal substrate (Group III nitride crystal 1) and the
2.無砥粒ポリシング工程
次に、図1および図2を参照して、結晶ホルダ11(図2においては結晶ホルダ21に相当する)に固定したままラッピング後のn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を以下のようにして無砥粒ポリシングした。ポリシング装置(図示せず)に設置された直径380mmの定盤25上にポリシングパッド28を設置し、ポリシング液供給口29から砥粒を含まないポリシング液27をポリシングパッド28に供給しながら、回転軸25cを中心にしてポリシングパッド28を回転させるとともに、結晶ホルダ21上に重り24を載せることにより結晶ホルダ21に固定されたラッピング後のn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)をポリシングパッド28に押し付けながら、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を結晶ホルダ21の回転軸21cを中心にして回転させることにより、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(Ga原子表面)をポリシングした。
2. Next, referring to FIG. 1 and FIG. 2, the n-type GaN crystal substrate (group III nitride) after lapping while being fixed to the crystal holder 11 (corresponding to the
ここで、砥粒を含まないポリシング液27としては、表1に示す酸および酸化剤を含み、表1に示すpHおよびORPを有する液を用いた。表1中のTCIAはトリクロロイソシアヌル酸を示し、DCIA−Naはジクロロイソシアヌル酸ナトリウムを示す。また、ポリシングパッド28としては、表1に示す圧縮率を有するポリウレタン製の不織布パッドを用いた。また、定盤25としてはステンレス定盤を用いた。ポリシング条件について、ポリシング圧力は29.4kPa(300gf/cm2)とし、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)およびポリシングパッド28の回転数はいずれも30rpm(回/min)〜100rpm(回/min)、ポリシング時間は30分間とした。
Here, as the polishing
上記工程により、表1に示す実施例A1〜A7、比較例AR1およびAR2の結晶の表面処理を行い、表面処理後の結晶表面の不純物濃度および表面粗さRaおよびRyを測定した。ここで、不純物であるC(炭素)の濃度は、AES(オージェ電子分光)法により測定した。このCは、ダイヤモンド砥粒に由来するものと考えられる。また、表面粗さRaおよびRyは、結晶表面の10μm×10μmの正方形の範囲内におけるAFM(原子間顕微鏡)観察から算出した。結果を表1にまとめた。 Through the above steps, the surface treatment of the crystals of Examples A1 to A7 and Comparative Examples AR1 and AR2 shown in Table 1 was performed, and the impurity concentration and surface roughness Ra and Ry on the crystal surface after the surface treatment were measured. Here, the concentration of C (carbon) as an impurity was measured by an AES (Auger electron spectroscopy) method. This C is considered to be derived from diamond abrasive grains. The surface roughness Ra and Ry were calculated from AFM (atomic microscope) observation within a 10 μm × 10 μm square range on the crystal surface. The results are summarized in Table 1.
表1を参照して、実施例A1〜A7に示すように、モース硬度が7より大きい硬質砥粒(たとえば、モース硬度10を有するダイヤモンド砥粒)を用いたラッピング工程と、砥粒を含まないpHが1以上6以下のポリシング液と圧縮率が1.5%以上20%以下でのポリシングパッドを用いてポリシング圧力が0.98kPa以上58.8kPa以下の条件で行なう無砥粒ポリシング工程を含む表面処理により、結晶表面の不純物濃度が低く、表面粗さRaおよびRyが低い結晶表面が得られた。また、比較例AR1においては、砥粒を含まないポリシング液のpHが0.5であり、1より小さいことから、表面粗さRaおよびRyが大きくなった。また、比較例AR2においては、pHが7であり、6より大きいことから、結晶表面に残留する不純物であるC(炭素)の濃度が高くなった。 Referring to Table 1, as shown in Examples A1 to A7, a lapping process using hard abrasive grains having a Mohs hardness greater than 7 (for example, diamond abrasive grains having a Mohs hardness of 10) and no abrasive grains are included. including a non-abrasive polishing step in which a polishing pressure is 0.98 kPa to 58.8 kPa using a polishing liquid having a pH of 1 to 6 and a polishing pad having a compressibility of 1.5% to 20%. By the surface treatment, a crystal surface having a low impurity concentration on the crystal surface and low surface roughness Ra and Ry was obtained. Moreover, in Comparative Example AR1, since the pH of the polishing liquid not containing abrasive grains was 0.5 and smaller than 1, the surface roughness Ra and Ry increased. In Comparative Example AR2, the pH was 7 and was higher than 6, so the concentration of C (carbon) that was an impurity remaining on the crystal surface was high.
(実施例B1〜B5、比較例BR1)
1.ラッピング工程
硬質砥粒16として粒径3μmのダイヤモンド砥粒を用いたこと、定盤15としてSn−Bi(Bi含有率:2質量%)合金製の定盤を用いたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(Ga原子表面)のラッピング工程を行なった。かかるラッピングによりn型GaN結晶基板の表面は鏡面となった。このラッピング後のn型GaN結晶基板の表面粗さRyは58nm、表面粗さRaは5.1nmであった。
(Examples B1 to B5, comparative example BR1)
1. Lapping Step Example A1 except that diamond abrasive grains having a particle diameter of 3 μm were used as the hard
2.無砥粒ポリシング工程
次に、砥粒を含まないポリシング液27として、表2に示すアルカリおよび酸化剤を含み、表2に示すpHおよびORPを有する液を用いたこと、また、ポリシングパッド28として、表2に示す圧縮率を有するポリウレタン製のスウェードパッドを用いたこと、また、定盤25としてステンレス製の定盤を用いたこと、また、ポリシング圧力を19.6kPa(200gf/cm2)としたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(Ga原子表面)の無砥粒ポリシング工程を行なった。ここで、表2中のTCIAはトリクロロイソシアヌル酸を示し、DCIA−Naはジクロロイソシアヌル酸ナトリウムを示す。
2. Abrasive-free polishing step Next, as the polishing
上記工程により、表2に示す実施例B1〜B5および比較例BR1の結晶の表面処理を行い、表面処理後の結晶表面の不純物濃度および表面粗さRyおよびRaを測定した。ここで、不純物であるC(炭素)の濃度、表面粗さRyおよびRaは、実施例A1と同様にして求めた。結果を表2にまとめた。 Through the above steps, the crystals of Examples B1 to B5 and Comparative Example BR1 shown in Table 2 were subjected to surface treatment, and the impurity concentration and surface roughness Ry and Ra on the crystal surface after the surface treatment were measured. Here, the concentration of C (carbon), which is an impurity, and the surface roughnesses Ry and Ra were determined in the same manner as in Example A1. The results are summarized in Table 2.
表2を参照して、実施例B1〜B5に示すように、モース硬度が7より大きい硬質砥粒(たとえば、モース硬度10を有するダイヤモンド砥粒)を用いたラッピング工程と、砥粒を含まないpHが8.5以上14以下のポリシング液と圧縮率が1.5%以上20%以下でのポリシングパッドを用いてポリシング圧力が0.98kPa以上58.8kPa以下の条件で行なう無砥粒ポリシング工程を含む表面処理により、結晶表面の不純物濃度が低く、表面粗さRyおよびRaが低い結晶表面が得られた。また、比較例BR1においては、pHが7であり、6より大きいことから、結晶表面に残留する不純物であるC(炭素)の濃度が高くなった。 Referring to Table 2, as shown in Examples B1 to B5, a lapping process using hard abrasive grains having a Mohs hardness greater than 7 (for example, diamond abrasive grains having a Mohs hardness of 10) and no abrasive grains are included. A non-abrasive polishing step performed using a polishing solution having a pH of 8.5 to 14 and a polishing pad having a compressibility of 1.5% to 20% under a polishing pressure of 0.98 kPa to 58.8 kPa. By the surface treatment including the crystal surface, a crystal surface having a low impurity concentration on the crystal surface and low surface roughness Ry and Ra was obtained. In Comparative Example BR1, the pH was 7 and was higher than 6, so the concentration of C (carbon) that was an impurity remaining on the crystal surface was high.
(実施例C1〜C13)
1.ラッピング工程
III族窒化物結晶1としてHVPE法によりファセットを形成して成長させた高転位密度領域および低転位密度領域を含むn型GaN結晶基板を用いたこと、硬質砥粒16として粒径3μmのSiC砥粒(モース硬度:9.5)を用いたこと、定盤15としてポリウレタン製の不織布パッドを貼り付けたステンレス製の定盤を用いたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(低転位密度領域のGa原子表面および高転位密度領域のN原子表面をいう。この表面を(0001)面とする。)のラッピング工程を行なった。かかるラッピングによりn型GaN結晶基板の表面は鏡面となった。このラッピング後のn型GaN結晶基板の表面粗さRyは30nm、表面粗さRaは3.2nmであった。
(Examples C1 to C13)
1. Lapping process Use of an n-type GaN crystal substrate including a high dislocation density region and a low dislocation density region grown by forming facets by the HVPE method as the group
2.無砥粒ポリシング工程
次に、砥粒を含まないポリシング液27として、表3に示すアルカリを含み、表3に示すpHおよびORPを有する液を用いたこと、また、ポリシングパッド28として、表3に示す圧縮率を有するポリウレタン製発泡体パッドを用いたこと、また、定盤25としてアルミニウム製の定盤を用いたこと、また、ポリシング圧力を表3に示す圧力としたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)のGa原子表面(この表面を(0001)面とする)の無砥粒ポリシング工程を行なった。
2. Abrasive-free polishing step Next, as the polishing
上記工程により、表3に示す実施例C1〜C13の表面処理を行い、表面処理後の結晶表面の不純物濃度、高転位密度領域の凹み深さ(すなわち、図4における低転位密度領域1kの表面と高転位密度領域1hの表面との高低差D)、平坦面領域率(すなわち、低転位密度領域1kにおける全表面1ksの面積に対する低転位密度領域1kの平坦面領域1psの面積の割合(百分率))および表面粗さRyおよびRaを測定した。ここで、不純物であるSi(ケイ素)の濃度は、TXRF(全反射蛍光X線)法によって測定した。このSiは、SiC砥粒に由来するものと考えられる光干渉式段差計により測定した。また、高転位密度領域の凹み深さは、また、平坦面領域率は、光干渉式段差計による表面形状データから算出した。また、表面粗さRyおよびRaは、実施例A1と同様にして求めた。結果を表3にまとめた。
The surface treatment of Examples C1 to C13 shown in Table 3 is performed by the above-described steps, and the impurity concentration on the crystal surface after the surface treatment and the dent depth of the high dislocation density region (ie, the surface of the low
表3を参照して、実施例C1〜C13に示すように、モース硬度が7より大きい硬質砥粒(たとえば、モース硬度9.5を有するSiC砥粒)を用いたラッピング工程と、砥粒を含まないpHが1以上6.5以下のポリシング液と圧縮率が1.5%以上20%以下でのポリシングパッドを用いてポリシング圧力が0.98kPa以上58.8kPa以下の条件で行なう無砥粒ポリシング工程を含む表面処理により、結晶表面の不純物濃度が低く、高転位密度領域の凹み深さが小さく、平坦面領域率が大きく、表面粗さRyおよびRaが低い結晶表面が得られた。実施例C1では、ポリシングパッドの圧縮率が小さいことから、表面粗さRyおよびRaが増加した。実施例C7では、ポリシングパッドの圧縮率が大きいことから、高転位密度領域の凹み深さが大きくなった。実施例C8では、ポリシング圧力が小さいことから、不純物濃度が大きくなった。実施例C13では、ポリシング圧力が大きいことから、高転位密度領域の凹み深さが大きくなった。 Referring to Table 3, as shown in Examples C1 to C13, a lapping step using hard abrasive grains having a Mohs hardness greater than 7 (for example, SiC abrasive grains having a Mohs hardness of 9.5), and abrasive grains Abrasive-free grains with a polishing pressure of 0.98 kPa to 58.8 kPa using a polishing solution having a pH of 1 to 6.5 and a polishing pad having a compression ratio of 1.5% to 20%. By the surface treatment including the polishing step, a crystal surface having a low impurity concentration on the crystal surface, a small recess depth in the high dislocation density region, a large flat surface area ratio, and a low surface roughness Ry and Ra was obtained. In Example C1, the surface roughness Ry and Ra increased because the compression rate of the polishing pad was small. In Example C7, since the compressibility of the polishing pad was large, the dent depth in the high dislocation density region was large. In Example C8, since the polishing pressure was low, the impurity concentration was high. In Example C13, since the polishing pressure was large, the dent depth in the high dislocation density region was large.
(実施例D1〜D7)
1.ラッピング工程
III族窒化物結晶1としてHVPE法によりファセットを形成して成長させた高転位密度領域および低転位密度領域を含むn型GaN結晶基板を用いたこと、硬質砥粒16として粒径4μmのAl2O3砥粒(モース硬度:9)を用いたこと、定盤15としてポリウレタン製の不織布パッドを貼り付けたステンレス製の定盤を用いたこと、またラッピング圧力を29.4kPa(300gf/cm2)以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(低転位密度領域のGa原子表面および高転位密度領域のN原子表面をいう。この表面を(0001)面とする。)のラッピング工程を行なった。かかるラッピングによりn型GaN結晶基板の表面は鏡面となった。このラッピング後のn型GaN結晶基板の表面粗さRyは26nm、表面粗さRaは2.4nmであった。
(Examples D1 to D7)
1. Lapping process The use of an n-type GaN crystal substrate including a high dislocation density region and a low dislocation density region grown by forming facets by the HVPE method as the group
2.無砥粒ポリシング工程
次に、砥粒を含まないポリシング液27として、表4に示す酸および酸化剤を含み、表4に示すpHおよびORPを有する液を用いたこと、また、ポリシングパッド28として、表4に示す圧縮率を有するポリウレタン製発泡体パッドを用いたこと、また、定盤25としてステンレス製の定盤を用いたこと、また、ポリシング圧力を39.2kPa(400gf/cm2)としたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)のGa原子表面(この表面を(0001)面とする)の無砥粒ポリシング工程を行なった。ここで、表4中のTCIAはトリクロロイソシアヌル酸を示す。
2. Abrasive-free polishing step Next, as the polishing
上記工程により、表4に示す実施例D1〜D7の表面処理を行い、表面処理後の結晶表面の不純物濃度、高転位密度領域の凹み深さ(すなわち、図4における低転位密度領域1kの表面と高転位密度領域1hの表面との高低差D)、平坦面領域率(すなわち、低転位密度領域1kにおける全表面1ksの面積に対する低転位密度領域1kの平坦面領域1psの面積の割合(百分率))および表面粗さRyおよびRaを測定した。ここで、不純物であるAl(アルミニウム)の濃度は、TXRF(全反射蛍光X線)法によって測定した。このAlは、Al2O3砥粒に由来するものと考えられる。また、高転位密度領域の凹み深さは、光干渉式段差計により測定した。また、平坦面領域率は、光干渉式段差計による表面形状データから算出した。また、表面粗さRyおよびRaは、実施例A1と同様にして求めた。結果を表4にまとめた。
The surface treatment of Examples D1 to D7 shown in Table 4 is performed by the above steps, and the impurity concentration on the crystal surface after the surface treatment and the dent depth of the high dislocation density region (that is, the surface of the low
表4を参照して、実施例D1〜D7に示すように、モース硬度が7より大きい硬質砥粒(たとえば、モース硬度9を有するAl2O3砥粒)を用いたラッピング工程と、砥粒を含まないpHが1以上6.5以下のポリシング液と圧縮率が1.5%以上20%以下でのポリシングパッドを用いてポリシング圧力が0.98kPa以上58.8kPa以下の条件で行なう無砥粒ポリシング工程を含む表面処理により、結晶表面の不純物濃度が低く、高転位密度領域の凹み深さが小さく、平坦面領域率が大きく、表面粗さRyおよびRaが低い結晶表面が得られた。実施例D1では、ポリシングパッドの圧縮率が小さいことから、表面粗さRyおよびRaが増加した。実施例D7では、ポリシングパッドの圧縮率が大きいことから、高転位密度領域の凹み深さが大きくなった。 Referring to Table 4, as shown in Examples D1 to D7, a lapping process using hard abrasive grains having a Mohs hardness greater than 7 (for example, Al 2 O 3 abrasive grains having a Mohs hardness of 9), and abrasive grains No polishing with a polishing solution having a pH of 1 to 6.5 and a polishing pad having a compression ratio of 1.5% to 20% and a polishing pressure of 0.98 kPa to 58.8 kPa By the surface treatment including the grain polishing step, a crystal surface having a low impurity concentration on the crystal surface, a low dent depth in the high dislocation density region, a high flat surface area ratio, and a low surface roughness Ry and Ra was obtained. In Example D1, the surface roughness Ry and Ra increased because the compression rate of the polishing pad was small. In Example D7, since the compressibility of the polishing pad was large, the dent depth in the high dislocation density region was large.
(実施例E1〜E12)
1.ラッピング工程
硬質砥粒16として粒径2μmのダイヤモンド砥粒(モース硬度:10)を用いたこと、定盤15としてポリウレタン製の不織布パッドを貼り付けたステンレス製の定盤を用いたこと、またラッピング圧力を29.4kPa(300gf/cm2)としたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(Ga原子表面。この表面を(0001)面とする。)をラッピングした。かかるラッピングによりn型GaN結晶基板の表面は鏡面となった。このラッピング後のn型GaN結晶基板の表面粗さRyは25nm、表面粗さRaは2.3nmであった。
(Examples E1 to E12)
1. Lapping process Diamond abrasive grains having a particle diameter of 2 μm (Mohs hardness: 10) were used as the hard
2.軟質砥粒ポリシング工程
次に、図1および図3を参照して、結晶ホルダ11(図3においては結晶ホルダ31に相当する)に固定したままラッピング後のn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を以下のようにして軟質砥粒ポリシングした。ポリッシュ装置(図示せず)に設置された直径300mmの定盤35上にポリシングパッド38を設置し、ポリシング液供給口39から軟質砥粒36を含むポリシング液37をポリシングパッド38に供給しながら、回転軸35cを中心にしてポリシングパッド38を回転させるとともに、結晶ホルダ31上に重り34を載せることにより結晶ホルダ31に固定されたn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)をポリシングパッド38に押し付けながら、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を結晶ホルダ31の回転軸31cを中心にして回転させることにより、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(Ga原子表面)をポリシングした。
2. Soft Abrasive Polishing Step Next, with reference to FIGS. 1 and 3, the n-type GaN crystal substrate (group III nitride) after lapping while being fixed to the crystal holder 11 (corresponding to the
ここで、軟質砥粒36としては粒径が0.5μmのFe2O3砥粒(モース硬度:6)を用いた。また、軟質砥粒36を含むポリシング液37としては、酸としてHCl(塩酸)および酸化剤としてH2O2を含み、2のpHおよび700mVのORPを有する液を用いた。また、ポリシングパッド38としては、表5に示す圧縮率を有するポリウレタン製の発泡体パッドを用いた。また、定盤35としてはアルミニウム定盤を用いた。ポリシング条件について、表5に示すポリシング圧力で、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)およびポリシングパッド38の回転数はいずれも30rpm(回/min)〜100rpm(回/min)、ポリシング時間は60分間とした。
Here, Fe 2 O 3 abrasive grains (Mohs hardness: 6) having a particle diameter of 0.5 μm were used as the soft
3.無砥粒ポリシング工程
次に、砥粒を含まないポリシング液27として、酸としてHCl(塩酸)および酸化剤としてH2O2を含み、pHが2およびORPが700mVを有する液を用いたこと、また、ポリシングパッド28として、表5に示す圧縮率を有するポリウレタン製のスウェードパッドを用いたこと、また、定盤25としてステンレス製の定盤を用いたこと、また、ポリシング圧力を39.2kPa(400gf/cm2)としたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(Ga原子表面)を無砥粒ポリシングした。
3. Abrasive-free polishing step Next, as a polishing
上記工程により、表5に示す実施例E1〜E12の表面処理を行い、表面処理後の結晶表面の不純物濃度、高転位密度領域の凹み深さ(すなわち、低転位密度領域の表面と高転位密度領域の表面との高低差)、平坦面領域率(すなわち、低転位密度領域1kにおける全表面1ksの面積に対する低転位密度領域1kの平坦面領域1psの面積の割合(百分率))、表面粗さRyおよびRa、ならびに加工変質層の厚さを測定した。ここで、不純物であるC(炭素)の濃度は、AES(オージェ電子分光)法により測定した。このCは、硬質砥粒であるダイヤモンド砥粒に由来するものと考えられる。また、不純物であるFe(鉄)の濃度は、TXRF(全反射蛍光X線)法により測定した。このFeは、軟質砥粒であるFe2O3砥粒に由来するものと考えられる。また、表面粗さRaおよびRyは、実施例A1と同様にして求めた。結果を表5にまとめた。
The surface treatment of Examples E1 to E12 shown in Table 5 is performed by the above-described process, and the impurity concentration on the crystal surface after the surface treatment and the dent depth of the high dislocation density region (that is, the surface of the low dislocation density region and the high dislocation density) Difference in height from the surface of the region), flat surface area ratio (that is, the ratio (percentage) of the area of the flat surface region 1ps of the low
4.III族窒化物積層体の製造工程
次に、図5を参照して、上記の実施例E1〜実施例E12の無砥粒ポリシング後のn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)をMOCVD装置内に配置して、このn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の一方の主表面(Ga原子表面)上に、MOCVD法により、n型半導体層620としての厚さ1μmのn型GaN層621(ドーパント:Si)および厚さ150nmのn型Al0.1Ga0.9N層622(ドーパント:Si)、発光層640、p型半導体層630としての厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層631(ドーパント:Mg)および厚さ150nmのp型GaN層632(ドーパント:Mg)を順次形成して、III族窒化物積層体500を得た。ここで、発光層640は、厚さ10nmのGaN層で形成される障壁層の4層と、厚さ3nmのGa0.85In0.15N層で形成される井戸層の3層とが交互に積層された多重量子井戸構造とした。
4). Next, referring to FIG. 5, the n-type GaN crystal substrate (group III nitride crystal 1) after the abrasive-free polishing in Examples E1 to E12 described above is MOCVDed. An n-
こうして得られたIII族窒化物積層体500をPL(フォトフミネッセンス)法により発光させた光の強度(PL強度)を測定した。結果を表5にまとめた。
The intensity (PL intensity) of light emitted from the group
5.III族窒化物半導体デバイスの製造工程
さらに、図6を参照して、上記の実施例E1〜実施例E12のIII族窒化物積層体500のn型GaN結晶(III族窒化物結晶1)の他方の主表面(N原子表面)上に第1の電極661として、厚さ200nmのTi層、厚さ1000nmのAl層、厚さ200nmのTi層、厚さ2000nmのAu層から形成される積層構造を形成し、窒素雰囲気中で加熱することにより、直径100μmのn側電極を形成した。一方、III族窒化物積層体500のp型GaN層632上に第2の電極662として、厚さ4nmのNi層、厚さ4nmのAu層から形成される積層構造を形成し、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、p側電極を形成した。上記積層体を400μm×400μmの大きさにチップ化して、III族窒化物半導体デバイス600としてのLED(発光ダイオード)を得た。
5. Manufacturing Process of Group III Nitride Semiconductor Device Furthermore, referring to FIG. 6, the other of the n-type GaN crystal (Group III nitride crystal 1) of group
その後、上記p側電極(第2の電極662)をはんだ層670で導電体682にボンディングし、上記n側電極(第1の電極661)と導電体681とをワイヤ690でボンディングして、LEDを含む半導体デバイス700を得た。
Thereafter, the p-side electrode (second electrode 662) is bonded to the
上記のようなIII族窒化物半導体デバイス600および半導体デバイス700を実施例毎に200個製造して、その物性を確認した。これらのうち所定の特性を有するものを製品として、その歩留り(単位:%)を表5にまとめた。
200 group III
表5を参照して、実施例E1〜E12に示すように、モース硬度が7より大きい硬質砥粒(たとえば、モース硬度10を有するダイヤモンド砥粒)を用いたラッピング工程と、モース硬度が7以下の軟質砥粒(たとえば、モース硬度6を有するFe2O3砥粒)を含むポリシング液と圧縮率が0.8%以上5%以下のポリシングパッドを用いて、ポリシング圧力が4.9kPa以上98kPa以下の条件で行なう軟質砥粒ポリシング工程と、砥粒を含まないpHが1以上6.5以下のポリシング液と圧縮率が1.5%以上20%以下でのポリシングパッドを用いてポリシング圧力が0.98kPa以上58.8kPa以下の条件で行なう無砥粒ポリシング工程を含む表面処理により、結晶表面の不純物濃度が低く、高転位密度領域の凹み深さが小さく、平坦面領域率が大きく、表面粗さRyおよびRaが小さい結晶表面が得られた。 Referring to Table 5, as shown in Examples E1 to E12, a lapping process using hard abrasive grains having a Mohs hardness greater than 7 (for example, diamond abrasive grains having a Mohs hardness of 10), and a Mohs hardness of 7 or less A polishing pressure of 4.9 kPa to 98 kPa using a polishing liquid containing a soft abrasive grain (for example, Fe 2 O 3 abrasive grains having a Mohs hardness of 6) and a polishing pad having a compressibility of 0.8% to 5%. The polishing pressure is determined using a soft abrasive polishing process performed under the following conditions, a polishing liquid not containing abrasive grains and having a pH of 1 or more and 6.5 or less and a polishing pad having a compression ratio of 1.5% or more and 20% or less. By surface treatment including an abrasive-free polishing step performed under conditions of 0.98 kPa to 58.8 kPa, the impurity concentration on the crystal surface is low, and the depth of dent in the high dislocation density region Small, large flat surface area ratio, surface roughness Ry and surface roughness Ra smaller crystal surface was obtained.
ここで、実施例E1では軟質砥粒ポリシング工程で用いられるポリシングパッドの圧縮率が小さいことから、表面粗さRyおよびRaが増加した。実施例E6では、軟質砥粒ポリシング工程におけるポリシング圧力が小さいことから、硬質砥粒に由来する不純物(C)の濃度が大きくなった。実施例E12では、軟質砥粒ポリシング工程におけるポリシング圧力が大きいことから、軟質砥粒に由来する不純物(Fe)の濃度が大きくなった。 Here, in Example E1, the surface roughness Ry and Ra increased because the compression rate of the polishing pad used in the soft abrasive polishing process was small. In Example E6, since the polishing pressure in the soft abrasive polishing step was small, the concentration of impurities (C) derived from the hard abrasive was increased. In Example E12, the polishing pressure in the soft abrasive grain polishing step was large, so the concentration of impurities (Fe) derived from the soft abrasive grains was high.
また、実施例E2〜E5およびE7〜E12は、結晶表面の不純物濃度が低く、表面粗さRaおよびRyならびに加工変質層の厚さが小さいことから、III族窒化物積層体のPL強度が高くなり、歩留りよくIII族窒化物半導体デバイスが得られた。一方、実施例E1は、不純物濃度が高く加工変質層の厚さが大きいことから、III族窒化物積層体のPL強度が低くなり、III族窒化物半導体デバイスの歩留りも低下した。また、実施例E6は、結晶表面の不純物濃度が高く加工変質層の厚さが大きいことから、III族窒化物積層体のPL強度が低くなり、III族窒化物半導体デバイスの歩留りも低下した。 In Examples E2-E5 and E7-E12, the impurity concentration on the crystal surface is low, the surface roughness Ra and Ry, and the thickness of the work-affected layer are small, so that the group III nitride laminate has a high PL strength. Thus, a group III nitride semiconductor device was obtained with good yield. On the other hand, in Example E1, since the impurity concentration was high and the thickness of the work-affected layer was large, the PL strength of the group III nitride laminate was lowered, and the yield of the group III nitride semiconductor device was also reduced. In Example E6, since the impurity concentration on the crystal surface was high and the thickness of the work-affected layer was large, the PL strength of the group III nitride laminate was decreased, and the yield of the group III nitride semiconductor device was also decreased.
(実施例F1〜F12)
1.ラッピング工程
III族窒化物結晶1としてHVPE法によりファセットを形成して成長させた高転位密度領域および低転位密度領域を含むn型GaN結晶基板を用いたこと、硬質砥粒16として粒径4μmのSiC砥粒(モース硬度:9.5)を用いたこと、定盤15としてフェノール樹脂製の定盤を用いたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(低転位密度領域のGa原子表面および高転位密度領域のN原子表面)をラッピングした。かかるラッピングによりn型GaN結晶基板の表面は鏡面となった。このラッピング後のn型GaN結晶基板の表面粗さRyは32nm、表面粗さRaは3.4nmであった。
(Examples F1 to F12)
1. Lapping process The use of an n-type GaN crystal substrate including a high dislocation density region and a low dislocation density region grown by forming facets by the HVPE method as the group
2.軟質砥粒ポリシング工程
次に、図1および図3を参照して、結晶ホルダ11(図3においては結晶ホルダ31に相当する)に固定したままラッピング後のn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を以下のようにして軟質砥粒ポリシングした。ポリッシュ装置(図示せず)に設置された直径300mmの定盤35上にポリシングパッド38を設置し、ポリシング液供給口39から軟質砥粒36を含むポリシング液37をポリシングパッド38に供給しながら、回転軸35cを中心にしてポリシングパッド38を回転させるとともに、結晶ホルダ31上に重り34を載せることにより結晶ホルダ31に固定されたn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)をポリシングパッド38に押し付けながら、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)を結晶ホルダ31の回転軸31cを中心にして回転させることにより、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(低転位密度領域のGa原子表面および高転位密度領域のN原子表面)をポリシングした。
2. Soft Abrasive Polishing Step Next, with reference to FIGS. 1 and 3, the n-type GaN crystal substrate (group III nitride) after lapping while being fixed to the crystal holder 11 (corresponding to the
ここで、軟質砥粒36としては粒径が0.1μmのSiO2砥粒(モース硬度:7)を用いた。また、軟質砥粒36を含むポリシング液37としては、酸としてリンゴ酸および酸化剤としてH2O2を含み、2のpHおよび700mVのORPを有する液を用いた。また、ポリシングパッド38としては、表6に示す圧縮率を有するポリウレタン製の発泡体パッドを用いた。また、定盤35としてはアルミニウム定盤を用いた。ポリシング条件について、表6に示すポリシング圧力で、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)およびポリシングパッド38の回転数はいずれも30rpm(回/min)〜100rpm(回/min)、ポリシング時間は60分間とした。
Here, as the soft
3.無砥粒ポリシング工程
次に、砥粒を含まないポリシング液27として、酸としてリンゴ酸および酸化剤としてTCIA(トリクロロイソシアヌル酸)を含み、pHが2およびORPが700mVを有する液を用いたこと、また、ポリシングパッド28として、表6に示す圧縮率を有するポリウレタン製のスウェードパッドを用いたこと、また、定盤25としてステンレス製の定盤を用いたこと、また、ポリシング圧力を19.6kPa(200gf/cm2)としたこと以外は、実施例A1と同様にして、n型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の表面(低転位密度領域のGa原子表面および高転位密度領域のN原子表面)を無砥粒ポリシングした。
3. Abrasive-free polishing step Next, as a polishing
上記工程により、表6に示す実施例F1〜F12の表面処理を行い、表面処理後の結晶表面の不純物濃度、高転位密度領域の凹み深さ(すなわち、低転位密度領域の表面と高転位密度領域の表面との高低差)、平坦面領域率(すなわち、低転位密度領域1kにおける全表面1ksの面積に対する低転位密度領域1kの平坦面領域1psの面積の割合(百分率))、表面粗さRyおよびRa、ならびに加工変質層の厚さを測定した。ここで、不純物であるSi(ケイ素)の濃度、高転位密度領域の凹み深さ、平坦面領域率、表面粗さRyおよびRaは、実施例C1と同様にして求めた。このSiは、硬質砥粒であるSiC砥粒に由来するものと考えられる。また、加工変質層の厚さの測定は、結晶を劈開面で破断した断面のTEM(透過型電子顕微鏡)観察により行なった。結果を表6にまとめた。ここで、表6中のTCIAはトリクロロイソシアヌル酸を示す。
The surface treatment of Examples F1 to F12 shown in Table 6 is performed by the above process, and the impurity concentration on the crystal surface after the surface treatment and the dent depth of the high dislocation density region (that is, the surface of the low dislocation density region and the high dislocation density). Difference in height from the surface of the region), flat surface area ratio (that is, the ratio (percentage) of the area of the flat surface region 1ps of the low
4.III族窒化物積層体の製造工程
次に、図5を参照して、上記の実施例F1〜実施例F12の無砥粒ポリシング後のn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)をMOCVD装置内に配置して、このn型GaN結晶基板(III族窒化物結晶1)の一方の主表面(低転位密度領域のGa原子表面および高転位密度領域のN原子表面)上に、MOCVD法により、n型半導体層620としての厚さ1μmのn型GaN層621(ドーパント:Si)および厚さ150nmのn型Al0.1Ga0.9N層622(ドーパント:Si)、発光層640、p型半導体層630としての厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層631(ドーパント:Mg)および厚さ150nmのp型GaN層632(ドーパント:Mg)を順次形成して、III族窒化物積層体500を得た。ここで、発光層640は、厚さ10nmのGaN層で形成される障壁層の4層と、厚さ3nmのGa0.85In0.15N層で形成される井戸層の3層とが交互に積層された多重量子井戸構造とした。
4). Next, referring to FIG. 5, the n-type GaN crystal substrate (group III nitride crystal 1) after the abrasive-free polishing in Examples F1 to F12 described above is MOCVDed. The MOCVD method is carried out on one main surface (the Ga atom surface in the low dislocation density region and the N atom surface in the high dislocation density region) on one main surface of the n-type GaN crystal substrate (Group III nitride crystal 1). Thus, an n-type GaN layer 621 (dopant: Si) having a thickness of 1 μm as an n-
こうして得られたIII族窒化物積層体500をPL(フォトフミネッセンス)法により発光させた光の強度(PL強度)を測定した。結果を表6にまとめた。
The intensity (PL intensity) of light emitted from the group
5.III族窒化物半導体デバイスの製造工程
さらに、図6を参照して、上記の実施例F1〜実施例F12のIII族窒化物積層体500のn型GaN結晶(III族窒化物結晶1)の他方の主表面(低転位密度領域のN原子表面および高転位密度領域のGa原子表面)上に第1の電極661として、厚さ200nmのTi層、厚さ1000nmのAl層、厚さ200nmのTi層、厚さ2000nmのAu層から形成される積層構造を形成し、窒素雰囲気中で加熱することにより、直径100μmのn側電極を形成した。一方、III族窒化物積層体500のp型GaN層632上に第2の電極662として、厚さ4nmのNi層、厚さ4nmのAu層から形成される積層構造を形成し、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、p側電極を形成した。上記積層体を400μm×400μmの大きさにチップ化して、III族窒化物半導体デバイス600としてのLED(発光ダイオード)を得た。
5. Process for Producing Group III Nitride Semiconductor Device Furthermore, referring to FIG. 6, the other of the n-type GaN crystal (Group III nitride crystal 1) of group
その後、上記p側電極(第2の電極662)をはんだ層670で導電体682にボンディングし、上記n側電極(第1の電極661)と導電体681とをワイヤ690でボンディングして、LEDを含む半導体デバイス700を得た。
Thereafter, the p-side electrode (second electrode 662) is bonded to the
上記のようなIII族窒化物半導体デバイス600および半導体デバイス700を実施例毎に200個製造して、その物性を確認した。これらのうち所定の特性を有するものを製品として、その歩留り(単位:%)を表6にまとめた。
200 group III
表6を参照して、実施例F1〜F12に示すように、モース硬度が7より大きい硬質砥粒(たとえば、モース硬度9.5を有するSiC砥粒)を用いたラッピング工程と、モース硬度が7以下の軟質砥粒(たとえば、モース硬度7を有するSiO2砥粒)を含むポリシング液と圧縮率が0.8%以上5%以下のポリシングパッドを用いて、ポリシング圧力が4.9kPa以上98kPa以下の条件で行なう軟質砥粒ポリシング工程と、砥粒を含まないpHが1以上6.5以下のポリシング液と圧縮率が1.5%以上20%以下でのポリシングパッドを用いてポリシング圧力が0.98kPa以上58.8kPa以下の条件で行なう無砥粒ポリシング工程を含む表面処理により、結晶表面の不純物濃度が低く、高転位密度領域の凹み深さが小さく、平坦面領域率が大きく、表面粗さRyおよびRaが低い結晶表面が得られた。 Referring to Table 6, as shown in Examples F1 to F12, a lapping process using hard abrasive grains having a Mohs hardness of greater than 7 (for example, SiC abrasive grains having a Mohs hardness of 9.5), and a Mohs hardness of A polishing pressure of 4.9 kPa to 98 kPa using a polishing liquid containing 7 or less soft abrasive grains (for example, SiO 2 abrasive grains having a Mohs hardness of 7) and a polishing pad having a compressibility of 0.8% to 5%. The polishing pressure is determined using a soft abrasive polishing process performed under the following conditions, a polishing liquid not containing abrasive grains and having a pH of 1 or more and 6.5 or less and a polishing pad having a compression ratio of 1.5% or more and 20% or less. By surface treatment including an abrasive-free polishing step performed under conditions of 0.98 kPa to 58.8 kPa, the impurity concentration on the crystal surface is low and the dent depth in the high dislocation density region is small. A large flat surface area ratio, surface roughness Ry and surface roughness Ra less crystal surface was obtained.
ここで、実施例F1では軟質砥粒ポリシング工程で用いられるポリシングパッドの圧縮率が小さいことから、表面粗さRyおよびRaが増加した。実施例F5では軟質砥粒ポリシング工程で用いられるポリシングパッドの圧縮率が大きいことから、高転位密度領域の凹み深さが大きくなった。実施例F6では、軟質砥粒ポリシング工程におけるポリシング圧力が小さいことから、硬質砥粒に由来する不純物(Si)の濃度が大きくなった。実施例F12では、軟質砥粒ポリシング工程におけるポリシング圧力が大きいことから、高転位密度領域の凹み深さが大きくなった。 Here, in Example F1, since the compressibility of the polishing pad used in the soft abrasive polishing process was small, the surface roughness Ry and Ra increased. In Example F5, since the compression rate of the polishing pad used in the soft abrasive polishing process was large, the depth of the recess in the high dislocation density region was large. In Example F6, since the polishing pressure in the soft abrasive polishing process was small, the concentration of impurities (Si) derived from the hard abrasive increased. In Example F12, since the polishing pressure in the soft abrasive grain polishing step was large, the dent depth in the high dislocation density region was increased.
また、実施例F2〜F4およびF7〜F11は、結晶表面の不純物濃度が低く、高転位密度領域の凹み深さが3μm以下で、平坦面領域率が40%以上であることから、III族窒化物積層体のPL強度が高くなり、歩留りよくIII族窒化物半導体デバイスが得られた。一方、実施例F1は、表面粗さRyおよびRaならびに加工変質層の厚さが大きいことから、III族窒化物積層体のPL強度が低くなり、III族窒化物半導体デバイスの歩留りも低下した。また、実施例F6は、結晶表面の不純物濃度が高いことから、III族窒化物積層体のPL強度が低くなり、III族窒化物半導体デバイスの歩留りも低下した。また、実施例F5およびF12は、高転位密度領域の凹み深さが3μmより大きく、平坦面領域率が40%未満であることから、III族窒化物積層体のPL強度が低くなり、III族窒化物半導体デバイスの歩留りも低下した。 In Examples F2 to F4 and F7 to F11, the impurity concentration on the crystal surface is low, the recess depth of the high dislocation density region is 3 μm or less, and the flat surface area ratio is 40% or more. The PL strength of the laminate was increased, and a group III nitride semiconductor device was obtained with good yield. On the other hand, in Example F1, since the surface roughnesses Ry and Ra and the thickness of the work-affected layer were large, the PL strength of the group III nitride laminate was lowered, and the yield of the group III nitride semiconductor device was also reduced. In Example F6, since the impurity concentration on the crystal surface was high, the PL intensity of the group III nitride laminate was decreased, and the yield of the group III nitride semiconductor device was also decreased. In Examples F5 and F12, the depth of recess in the high dislocation density region is larger than 3 μm and the flat surface area ratio is less than 40%. Therefore, the PL strength of the group III nitride laminate is reduced, and the group III The yield of nitride semiconductor devices also decreased.
今回開示された実施の形態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のすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 III族窒化物結晶、1h 高転位密度領域、1k 低転位密度領域、1ks 低転位密度領域における全表面、1ps 平坦面領域、11,21,31 結晶ホルダ、11c,15c,21c,25c,31c,35c 回転軸、14,24,34 重り、15,25,35 定盤、16 硬質砥粒、19 砥粒供給口、27,37 ポリシング液、28,38 ポリシングパッド、29,39 ポリシング液供給口、36 軟質砥粒、500 III族窒化物積層体、600 III族窒化物半導体デバイス、620 n型半導体層、621 n型GaN層、622 n型Al0.1Ga0.9N層、630 p型半導体層、631 p型Al0.2Ga0.8N層、632 p型GaN層、640 発光層、650 III族窒化物層、661 第1の電極、662 第2の電極、670 はんだ層、681,682 導電体、690 ワイヤ、700 半導体デバイス。 1 Group III nitride crystal, 1h High dislocation density region, 1k Low dislocation density region, 1ks Total surface in low dislocation density region, 1ps flat surface region, 11, 21, 31 Crystal holder, 11c, 15c, 21c, 25c, 31c , 35c Rotating shaft, 14, 24, 34 Weight, 15, 25, 35 Surface plate, 16 Hard abrasive grain, 19 Abrasive grain supply port, 27, 37 Polishing liquid, 28, 38 Polishing pad, 29, 39 Polishing liquid supply port , 36 soft abrasive grains, 500 group III nitride laminate, 600 group III nitride semiconductor device, 620 n-type semiconductor layer, 621 n-type GaN layer, 622 n-type Al 0.1 Ga 0.9 N layer, 630 p-type semiconductor layer, 631 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer, 632 p-type GaN layer, 640 light-emitting layer, 650 III-nitride layer, 661 a first electrode, 662 a second electrode, 70 solder layer, 681 and 682 conductors, 690 wire, 700 a semiconductor device.
Claims (11)
前記ラッピングされた前記III族窒化物結晶の表面を、砥粒を含まないポリシング液を用いてポリシングする無砥粒ポリシング工程と、を備え、
前記ラッピングする工程において用いられる定盤は、Sn、Sn−Bi合金、Sn−Sb合金、Sn−Pb合金、およびCuの金属材料、Al2O3、SiO2、およびCeO2の無機材料、ならびにフェノール樹脂、ウレタン樹脂、アミド樹脂、およびイミド樹脂の有機材料の少なくともひとつを含む定盤、ならびにパッドをその上に固定した定盤のいずれかの定盤であり、
前記砥粒を含まないポリシング液のpHが1以上6以下または8.5以上14以下であるIII族窒化物結晶の表面処理方法。 Lapping the surface of the group III nitride crystal with a hard abrasive having a Mohs hardness higher than 7,
A polishing-free polishing step of polishing the lapped surface of the group III nitride crystal using a polishing liquid that does not contain abrasive grains, and
The platen used in the lapping step is Sn, Sn—Bi alloy, Sn—Sb alloy, Sn—Pb alloy, Cu metal material, Al 2 O 3 , SiO 2 , and CeO 2 inorganic material, and A surface plate including at least one of an organic material such as a phenol resin, a urethane resin, an amide resin, and an imide resin, and a surface plate of any surface plate with a pad fixed thereon,
A surface treatment method for a group III nitride crystal, wherein the polishing liquid not containing abrasive grains has a pH of 1 to 6 or 8.5 to 14.
前記III族窒化物結晶を準備する工程と、
前記III族窒化物結晶の表面上に少なくとも1層のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させる工程と、を備えるIII族窒化物積層体の製造方法。 A method for producing a group III nitride laminate using the group III nitride crystal according to any one of claims 3 to 7,
Preparing the group III nitride crystal;
And a step of epitaxially growing at least one group III nitride layer on the surface of the group III nitride crystal.
前記III族窒化物結晶を準備する工程と、
前記III族窒化物結晶の表面上に少なくとも1層のIII族窒化物層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記III族窒化物層の最表層および前記III族窒化物結晶の少なくとも一方の表面に電極を形成する工程と、を備えるIII族窒化物半導体デバイスの製造方法。 A method for producing a group III nitride semiconductor device using the group III nitride crystal according to any one of claims 3 to 7,
Preparing the group III nitride crystal;
Epitaxially growing at least one group III nitride layer on the surface of the group III nitride crystal;
And a step of forming an electrode on at least one surface of the group III nitride layer and at least one surface of the group III nitride crystal.
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