JP2013177256A - Periodic table group 13 metal nitride substrate - Google Patents

Periodic table group 13 metal nitride substrate Download PDF

Info

Publication number
JP2013177256A
JP2013177256A JP2012041155A JP2012041155A JP2013177256A JP 2013177256 A JP2013177256 A JP 2013177256A JP 2012041155 A JP2012041155 A JP 2012041155A JP 2012041155 A JP2012041155 A JP 2012041155A JP 2013177256 A JP2013177256 A JP 2013177256A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
crystal
periodic table
metal nitride
table group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012041155A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Namida
秀郎 浪田
Satoru Nagao
哲 長尾
Koichi Akimoto
晃一 秋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2012041155A priority Critical patent/JP2013177256A/en
Publication of JP2013177256A publication Critical patent/JP2013177256A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a periodic table group 13 metal nitride substrate high in crystallinity near a crystal surface.SOLUTION: An as-grown crystal is sliced and then subjected to grinding and polishing so that (FWMH)/(FWMH)≤1.25 is satisfied when the minimum half width obtained when the half widths of an X-ray rocking curve are measured by varying the penetration depth in the direction from the substrate principal plane to the substrate thickness is defined as (FWMH), and the minimum half width calculated from the theory of dynamical diffraction of a periodic table group 13 metal nitride perfect catalyst is defined as (FWMH). Thus, the difference between the metal nitride and the perfect crystal at the minimum half-width of the X-ray rocking curve present in a position about 112 nm deep from the substrate surface is reduced.

Description

本発明は、周期表第13族金属窒化物基板に関し、特に理想的な低歪みの表面層を有する周期表第13族金属窒化物基板に関する。   The present invention relates to a periodic table group 13 metal nitride substrate, and more particularly to a periodic table group 13 metal nitride substrate having an ideal low strain surface layer.

窒化ガリウムに代表される周期表第13族金属窒化物は、発光ダイオード及びレーザーダイオード等の発光デバイスや高電子移動度トランジスタ(HEMT)及びヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)等の高周波及び高出力の電子デバイスに適用される物質として有用である。特に発光デバイスとして用いられる際には、最近の省エネの流れもあって効率の良い発光が求められており、そのためには結晶性の高い周期表第13族金属窒化物結晶が求められている。   Periodic table Group 13 metal nitrides typified by gallium nitride are high-frequency and high-power electrons such as light-emitting devices such as light-emitting diodes and laser diodes, high electron mobility transistors (HEMT), and heterojunction bipolar transistors (HBT). Useful as a material applied to devices. In particular, when used as a light emitting device, efficient light emission is required due to the recent trend of energy saving, and for this purpose, a periodic table group 13 metal nitride crystal having high crystallinity is required.

結晶性の高い窒化物結晶としては、例えば、結晶の表面からのX線侵入深さを変化させるX線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、0.3μmの深さにおける面間隔と5μmの深さにおける面間隔とから得られる結晶の表面層の均一歪みが一定の値以下であるものが開示されている(特許文献1参照)。   The nitride crystal having high crystallinity is, for example, a plane spacing at a depth of 0.3 μm in a plane spacing of a specific crystal lattice plane obtained from an X-ray diffraction measurement that changes the X-ray penetration depth from the crystal surface. And the uniform distortion of the surface layer of the crystal obtained from the interplanar spacing at a depth of 5 μm is disclosed (see Patent Document 1).

特開2007−5526号公報JP 2007-5526 A

K.Akimoto and T.Emoto, Journal of Physics: Condensed Matter, 22, 473001, 2010.K. Akimoto and T. Emoto, Journal of Physics: Condensed Matter, 22, 473001, 2010.

本発明者らが上記方法について検討したところ、従来のX線回折法により得られる情報は結晶全体の情報のみが得られ、表面近傍を限定して得ることができなかった。そのため、上記特許文献1に記載のパラメータを満たす窒化物結晶であっても、結晶表面には歪みや結晶方位分布が存在する場合があることを、本発明者らは見出した。すなわち、結晶表面における結晶性が高い、周期表第13族金属窒化物基板は検討できていなかった。
本発明は、真に結晶表面近傍において結晶性が高い、周期表第13族金属窒化物基板を得ることを課題とする。
When the present inventors examined the above method, the information obtained by the conventional X-ray diffraction method was obtained only for the entire crystal, and could not be obtained by limiting the vicinity of the surface. Therefore, the present inventors have found that even a nitride crystal satisfying the parameters described in Patent Document 1 may have strain and crystal orientation distribution on the crystal surface. That is, a periodic table group 13 metal nitride substrate having high crystallinity on the crystal surface has not been studied.
An object of the present invention is to obtain a periodic table group 13 metal nitride substrate having high crystallinity in the vicinity of the crystal surface.

本発明者らは、真に結晶表面近傍において結晶性が高い、周期表第13族金属窒化物基板を得るべく検討したところ、「極端に非対称なX線回折法」を用いることで結晶表面近傍の状況を正確に把握することが可能となり、また、この方法により完全結晶におけるX線ロッキングカーブの半値幅を算出することが可能となることを見出した(非特許文献1参照)。
このような状況下、本発明者らは完全結晶におけるX線ロッキングカーブの半値幅が全反射臨界角近傍において極小値を示すことに着目し、実際の周期表第13族金属窒化物基板についてX線ロッキングカーブの半値幅を測定し、その極小値と、完全結晶における極小値とを比較して、両方の値が近似している場合には結晶表面近傍における結晶性が高く、発光デバイスとして用いた際に効率良く発光することを見出し、本発明を完成させた。
The inventors of the present invention have studied to obtain a periodic table group 13 metal nitride substrate having high crystallinity in the vicinity of the crystal surface. By using the “extremely asymmetric X-ray diffraction method”, the vicinity of the crystal surface is obtained. It has been found that this situation can be accurately grasped, and that the half width of the X-ray rocking curve in a complete crystal can be calculated by this method (see Non-Patent Document 1).
Under such circumstances, the present inventors pay attention to the fact that the full width at half maximum of the X-ray rocking curve in the perfect crystal shows a minimum value in the vicinity of the total reflection critical angle, and the actual periodic table group 13 metal nitride substrate X Measure the full width at half maximum of the line rocking curve and compare the minimum value with the minimum value in the complete crystal. If both values are approximate, the crystallinity near the crystal surface is high, and it is used as a light-emitting device. The present invention was completed by discovering that light was efficiently emitted when the light was emitted.

即ち本発明は以下のとおりである。
(1)周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に侵入深さを変化させてX線ロッキングカーブの半値幅を測定した際に得られる、該半値幅の極小値を(FWMH)i mと定義し、
前記周期表第13族金属窒化物完全結晶の動力学的回折理論から計算される半値幅の極小値を(FWMH)i tと定義した際に、
(FWMH)i m/(FWMH)i t≦1.25
を満たす、周期表第13族金属窒化物基板。
(2)周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に、侵入深さを500nmから1000nmまで変化させてX線ロッキングカーブの半値幅を測定した際に得られる、該半値幅の平均値が200arcsec以下である、(1)に記載の周期表第13族金属窒化物基板。
(3)周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に300nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.050°以下である、(1)または(2)に記載の周期表第13族金属窒化物基板。
(4)周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に400nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.040°以下である、(1)から(3)のいずれかに記載の周期表第13族金属窒化物基板。
(5)周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に500nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.030°以下である、(1)から(4)のいずれかに記載の周期表第13族金属窒化物基板。
(6)周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に、侵入深さを300nmから400nmまで変化させてX線ロッキングカーブ測定を行い、横軸を侵入深さ、縦軸を結晶格子面の傾きΔθの分散としてプロットした際に形成される一次直線の傾きが、−0.01°/100nm以上である、(1)から(5)のいずれかに記載の周期表第13族金属窒化物基板。
That is, the present invention is as follows.
(1) The minimum of the half-value width obtained when the half-value width of the X-ray rocking curve is measured by changing the penetration depth from the substrate main surface to the substrate thickness direction with respect to the periodic table group 13 metal nitride substrate. Define the value as (FWMH) i m ,
When the minimum value of the half width calculated from the dynamic diffraction theory of the group 13 metal nitride perfect crystal of the periodic table is defined as (FWMH) i t ,
(FWMH) i m / (FWMH) i t ≦ 1.25
The periodic table group 13 metal nitride substrate satisfying
(2) Obtained when the half-value width of the X-ray rocking curve is measured by changing the penetration depth from 500 nm to 1000 nm from the substrate main surface to the substrate thickness direction with respect to the periodic table group 13 metal nitride substrate. The periodic table group 13 metal nitride substrate according to (1), wherein an average value of the half widths is 200 arcsec or less.
(3) X-ray rocking curve measurement was performed on the periodic table group 13 metal nitride substrate at a penetration depth of 300 nm from the substrate main surface in the substrate thickness direction, and the dispersion of the obtained crystal lattice plane inclination Δθ was zero. The periodic table group 13 metal nitride substrate according to (1) or (2), which is .050 ° or less.
(4) X-ray rocking curve measurement is performed on the periodic table group 13 metal nitride substrate at a penetration depth of 400 nm from the main surface of the substrate in the thickness direction of the substrate, and the dispersion of the obtained crystal lattice plane inclination Δθ is 0 The periodic table group 13 metal nitride substrate according to any one of (1) to (3), which is 0.040 ° or less.
(5) An X-ray rocking curve measurement at a penetration depth of 500 nm from the substrate main surface to the substrate thickness direction is performed on the group 13 metal nitride substrate of the periodic table, and the dispersion of the obtained crystal lattice plane inclination Δθ is 0 The periodic table group 13 metal nitride substrate according to any one of (1) to (4), which is 0.030 ° or less.
(6) The X-ray rocking curve measurement was performed on the periodic table group 13 metal nitride substrate by changing the penetration depth from 300 nm to 400 nm from the substrate main surface to the substrate thickness direction, and the horizontal axis represents the penetration depth. The period according to any one of (1) to (5), wherein the slope of the linear line formed when the vertical axis is plotted as the dispersion of the slope Δθ of the crystal lattice plane is −0.01 ° / 100 nm or more. Table Group 13 metal nitride substrate.

本発明の周期表第13族金属窒化物基板は、基板表面における結晶性が高く、発光デバイスとして用いた際に効率良く発光する。   The periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention has high crystallinity on the substrate surface and emits light efficiently when used as a light emitting device.

本発明のアズグロウン結晶を製造する装置の態様を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the aspect of the apparatus which manufactures the as-grown crystal of this invention. X線ロッキングカーブ測定を行う装置の態様を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the aspect of the apparatus which performs a X-ray rocking curve measurement. 本発明の実施例で得られたGaN基板の半値幅、及びGaN完全結晶の半値幅をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the half value width of the GaN board | substrate obtained in the Example of this invention, and the half value width of a GaN perfect crystal. 本発明における、結晶格子面の傾きΔθの分散を計算する過程におけるフィッティングを示すグラフである。It is a graph which shows the fitting in the process in which the dispersion | distribution of inclination (DELTA) (theta) of a crystal lattice plane in this invention is calculated. 本発明における、結晶格子面の傾きΔθの分散を計算する過程におけるΔθの割合を示すグラフである。It is a graph which shows the ratio of (DELTA) (theta) in the process which calculates dispersion | distribution of inclination (DELTA) (theta) of a crystal lattice plane in this invention. 本発明の実施例で得られた基板における、結晶格子面の傾きΔθの分散をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the dispersion | distribution of inclination (DELTA) (theta) of a crystal lattice plane in the board | substrate obtained in the Example of this invention.

本発明の周期表第13族金属窒化物基板について、以下詳細に説明する。構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づきされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。   The periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention will be described in detail below. The description of the constituent elements may be based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.

本発明において、周期表第13族金属窒化物基板は、周期表第13族金属窒化物結晶からなる半導体基板を意味し、周期表第13族金属窒化物結晶は例えばGaxAlyIn1-x-yN結晶(式中0≦x≦1、0≦y≦1)で表され、具体的には窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムまたはこれらの混晶があげられる。また、本発明において主面とは、デバイスを形成すべき面、あるいは構造体において最も広い面を意味する。本発明の窒化物基板は主面の面指数は特に限定されず、極性面であるC面、非極性面であるA面、M面や、半極性面のいずれでもよい。 In the present invention, the periodic table group 13 metal nitride substrate means a semiconductor substrate made of a periodic table group 13 metal nitride crystal, and the periodic table group 13 metal nitride crystal is, for example, Ga x Al y In 1− It is represented by an xy N crystal (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), and specifically includes gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, or a mixed crystal thereof. In the present invention, the main surface means a surface on which a device is to be formed or a widest surface in the structure. In the nitride substrate of the present invention, the surface index of the main surface is not particularly limited, and may be any of a C surface that is a polar surface, an A surface that is a nonpolar surface, an M surface, or a semipolar surface.

本発明では、半導体素子を形成するためにエピタキシャル層を形成する面を有する結晶を基板という。一般には、アズグロウン結晶からスライス、研削などの形態加工を実施して基板を得るが、本発明では加工途中のものは基板と呼ばず、結晶と呼ぶ。
また、研削とは、一般に主として形態加工を目的とした加工であり、固定砥粒を用いた加工をいう。研削を行うための方法は特に限定されないが、ダイヤモンド砥粒や炭化ケイ素砥粒などを結合剤で固定した固定砥粒であって、比較的粒径の大きな砥粒を用いて、荒く削るような方法を用いることができる。
一方で、研磨とは、一般に主として表面の加工によって生じた歪みの軽減を目的とした加工である。本発明においては機械研磨、化学機械研磨を総称して研磨という。研磨を行うための方法は特に限定されないが、比較的粒径の小さな遊離砥粒を用いて、微細な表面状態の調整を行うような方法を用いることができる。もちろん、比較的粒径の小さな固定砥粒を用いた場合であってもこのような表面研磨は可能であり、固定砥粒を用いた場合であっても研磨の範囲に含まれ得る。
また、本発明においてプレートとは、研削あるいは研磨時に結晶を装置に取り付けるために、結晶を張り付けるプレートのことを指す。結晶を張り付けるプレート面は、研削・研磨後に均一な厚みの基板を得るために、平坦なものが好ましい。
In the present invention, a crystal having a surface on which an epitaxial layer is formed in order to form a semiconductor element is referred to as a substrate. In general, morphological processing such as slicing and grinding is performed from an as-grown crystal to obtain a substrate. In the present invention, a substrate in the middle of processing is not called a substrate but called a crystal.
Grinding is generally a process mainly for the purpose of form processing and refers to a process using fixed abrasive grains. The method for grinding is not particularly limited, but is a fixed abrasive in which diamond abrasive grains, silicon carbide abrasive grains, etc. are fixed with a binder, and the abrasive grains having a relatively large particle diameter are used for rough cutting. The method can be used.
On the other hand, polishing is generally a process aimed mainly at reducing distortion caused by surface processing. In the present invention, mechanical polishing and chemical mechanical polishing are collectively referred to as polishing. A method for performing polishing is not particularly limited, but a method of adjusting a fine surface state using loose abrasive grains having a relatively small particle diameter can be used. Of course, such surface polishing is possible even when fixed abrasive grains having a relatively small particle diameter are used, and even when fixed abrasive grains are used, they can be included in the range of polishing.
In the present invention, the term “plate” refers to a plate to which a crystal is attached in order to attach the crystal to an apparatus during grinding or polishing. The plate surface to which the crystal is attached is preferably flat in order to obtain a substrate having a uniform thickness after grinding and polishing.

本発明の周期表第13族金属窒化物基板は、周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に侵入深さを変化させてX線ロッキングカーブの半値幅を測定した際に得られる、該半値幅の極小値を(FWMH)i mと定義し、前記周期表第13族金属窒化物完全結晶の半値幅の極小値を(FWMH)i tと定義した際に、(FWMH)i m/(FWMH)i t≦1.25を満たす、周期表第13族金属窒化物基板である。
上記説明したとおり、従来のX線回折法により得られる情報は結晶全体の情報のみであり、結晶表面近傍を限定して情報を得ることができない。そのため、結晶表面に存在する歪みや結晶方位分布の存在を十分認識することができず、また、このような結晶表面に存在する歪みや結晶方位分布の存在を低減するような方法は検討されていなかった。
The periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention measures the half-value width of the X-ray rocking curve with respect to the periodic table group 13 metal nitride substrate by changing the penetration depth from the substrate main surface to the substrate thickness direction. When the minimum value of the full width at half maximum is defined as (FWMH) i m, and the minimum value of the full width at half maximum of the group 13 metal nitride perfect crystal of the periodic table is defined as (FWMH) i t , (FWMH) i m / (FWMH) i t ≦ 1.25, a periodic table group 13 metal nitride substrate.
As described above, the information obtained by the conventional X-ray diffraction method is only information on the entire crystal, and information cannot be obtained by limiting the vicinity of the crystal surface. For this reason, it is not possible to fully recognize the existence of strain and crystal orientation distribution existing on the crystal surface, and methods for reducing the existence of such strain and crystal orientation distribution existing on the crystal surface have been studied. There wasn't.

本発明者らは、「極端に非対称なX線回折法」により結晶表面近傍の状況を正確に把握することが可能となり、また、この方法により完全結晶におけるX線ロッキングカーブの半値幅を算出することが可能となることを見出した(非特許文献1参照)。そして、完全結晶におけるX線ロッキングカーブの半値幅が全反射臨界角近傍において極小値を示すことに着目し、実際の基板についてX線ロッキングカーブの半値幅を測定し、その極小値と、完全結晶における極小値とを比較して、両方の値が近似している場合には結晶性が高く、発光デバイスとして用いた際に効率良く発光することを見出した。
また、C面を主面とするGaN基板について(103)反射のX線ロッキングカーブの半値幅を測定した場合には、C面からの侵入深さ約112nmにおいて極小値を示し、それが全反射臨界角近傍における極小値となる。なお、主面がオフ角度を有する場合には、そのオフ角度の大きさによって、極小値を与える侵入深さは変化する。
The present inventors can accurately grasp the situation near the crystal surface by the “extremely asymmetric X-ray diffraction method”, and calculate the half-value width of the X-ray rocking curve in the complete crystal by this method. It was found that this is possible (see Non-Patent Document 1). Then, paying attention to the fact that the full width at half maximum of the X-ray rocking curve in the complete crystal shows a minimum value near the total reflection critical angle, the half width of the X-ray rocking curve was measured for an actual substrate, and the minimum value and the complete crystal In comparison with the local minimum value, the crystallinity was high when both values were approximated, and it was found that light was efficiently emitted when used as a light-emitting device.
In addition, when the half width of the (103) reflection X-ray rocking curve is measured for the GaN substrate having the C plane as the main surface, the minimum value is shown at the penetration depth of about 112 nm from the C plane, which is the total reflection. The local minimum is near the critical angle. When the main surface has an off angle, the penetration depth that gives the minimum value varies depending on the magnitude of the off angle.

上記(FWMH)i m/(FWMH)i tの値は、1.23以下であることが好ましく、1.21以下であることがより好ましく、1.18以下であることが更に好ましく、1.1
5以下であることが特に好ましい。この値が1に近づくほど完全結晶と同様の表面を有し、良好な結晶性を有しているといえる。なお、上記(FWMH)i m/(FWMH)i tの値は、通常1.00以上である。
また、C面を主面をするGaN基板においては、完全結晶におけるX線ロッキングカーブの半値幅の極小値は後述するように44.5arcsecであるが、本発明の周期表第13族金属窒化物基板の半値幅の極小値は、55.0arcsec以下であることが好ましく、54.0arcsec以下であることがより好ましく、53.0arcsec以下であることが更に好ましく、52.0arcsec以下であることが特に好ましい。
The value of (FWMH) i m / (FWMH) i t is preferably 1.23 or less, more preferably 1.21 or less, still more preferably 1.18 or less. 1
Particularly preferred is 5 or less. The closer this value is to 1, it can be said that it has a surface similar to a perfect crystal and has good crystallinity. The value of the (FWMH) i m / (FWMH ) i t is usually 1.00 or more.
Further, in the GaN substrate having the C plane as the main surface, the minimum value of the half-value width of the X-ray rocking curve in the complete crystal is 44.5 arcsec as described later, but the periodic table group 13 metal nitride of the present invention is used. The minimum value of the half width of the substrate is preferably 55.0 arcsec or less, more preferably 54.0 arcsec or less, further preferably 53.0 arcsec or less, and particularly preferably 52.0 arcsec or less. preferable.

本発明における、周期表第13族金属窒化物基板の(FWMH)i mは、極端に非対称なX線回折法により測定することができる。この方法は、X線を全反射臨界角付近で入射すること、例えばX線の入射波を結晶表面からの角度0°〜2°程度とすることで、ロッキングカーブを測定するものである。 In the present invention, (FWMH) i m of the periodic table Group 13 metal nitride substrate can be extremely measured by asymmetrical X-ray diffraction method. This method measures the rocking curve by making X-rays enter near the total reflection critical angle, for example, by setting the incident wave of X-rays at an angle of about 0 ° to 2 ° with respect to the crystal surface.

この場合のX線源は、強度が大きいものを用いることが好ましく、例えばシンクロトロン放射光などを用いると良い。
以下、周期表第13族金属窒化物基板として窒化ガリウム基板を用いた場合の測定方法について、図2を用いて説明する。
図2は、本発明において用いられ得る測定機器を示す。放射光源1から出射したX線は分光結晶2で単色化及び平行化される。分光結晶による発散角が10arcsec以下であり、単色性がΔE/E=4.0×10-4以下であるビームを用いる。分光結晶2で単色化及び平行化されたX線は、次にイオンチャンバ3を通過しゴニオメータ4上に配置された周期表第13族金属窒化物基板に入射する。この際の入射角度は、窒化物基板表面から0°〜2°である。そして、窒化物基板表面からの回折波を検出器5で測定することでロッキングカーブが測定される。
In this case, it is preferable to use an X-ray source having a high intensity, for example, synchrotron radiation.
Hereinafter, a measurement method when a gallium nitride substrate is used as the Group 13 metal nitride substrate of the periodic table will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows a measuring instrument that can be used in the present invention. X-rays emitted from the radiation source 1 are monochromatized and collimated by the spectral crystal 2. A beam having a divergence angle by a spectral crystal of 10 arcsec or less and a monochromaticity of ΔE / E = 4.0 × 10 −4 or less is used. The X-rays monochromatized and collimated by the spectroscopic crystal 2 then pass through the ion chamber 3 and enter the periodic table group 13 metal nitride substrate disposed on the goniometer 4. The incident angle at this time is 0 ° to 2 ° from the nitride substrate surface. Then, the rocking curve is measured by measuring the diffracted wave from the nitride substrate surface with the detector 5.

周期表第13族金属窒化物完全結晶のX線ロッキングカーブの半値幅は、非特許文献1に記載の動力学的回折理論を用いる方法で算出することができる。具体的には、極端に非対称なX線回折法を用いるため、鏡面反射波を考慮する必要があり、三波近似の理論を用いて、以下の基本方程式より回折強度を求めることができる。
The full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the group 13 metal nitride perfect crystal of the periodic table can be calculated by the method using the dynamic diffraction theory described in Non-Patent Document 1. Specifically, since an extremely asymmetric X-ray diffraction method is used, it is necessary to consider specular reflection waves, and the diffraction intensity can be obtained from the following basic equation using the theory of three-wave approximation.

このように算出された周期表第13族金属窒化物完全結晶の半値幅は、全反射臨界角近傍で極小値を与える。本発明者らが検討したところ、全反射臨界角、つまり、X線が全反射する角度で入射したX線には結晶表面の品質を最も良く表している情報が含まれている。そのため、実際に製造した周期表第13族金属窒化物基板においても基板表面の結晶性を最も良く表しており、半値幅の極小値を用いた完全結晶との比較において近い値を有する結晶は結晶性が良く、発光デバイスとした際に、効率よく発光する。
なお、周期表第13族金属窒化物基板には、X線ロッキングカーブ測定における半値幅に極小値を有さないものも存在する。そのような場合には、完全結晶において全反射臨界角近傍における極小値を与える侵入深さでの半値幅の値を極小値とみなし、完全結晶における半値幅の極小値との比を算出するものとする。
The half width of the periodic crystal of Group 13 metal nitride perfect crystal thus calculated gives a local minimum value near the total reflection critical angle. As a result of studies by the present inventors, the X-ray incident at the total reflection critical angle, that is, the angle at which the X-ray is totally reflected, contains information that best represents the quality of the crystal surface. Therefore, even in the periodic table group 13 metal nitride substrate actually manufactured, the crystallinity of the substrate surface is best represented, and a crystal having a close value in comparison with a perfect crystal using the minimum value of the half width is a crystal. When it is made into a light emitting device, it emits light efficiently.
There are some periodic table group 13 metal nitride substrates that do not have a minimum value in the half-value width in the X-ray rocking curve measurement. In such a case, the full width at half maximum at the penetration depth that gives the minimum value near the critical angle near the total reflection in the complete crystal is regarded as the minimum value, and the ratio of the full width at half maximum in the complete crystal is calculated. And

このような完全結晶との比較において、X線ロッキングカーブ測定における極小値が近い値を示す周期表第13族金属窒化物基板を提供する方法は、アズグロウン結晶からスライスした後に行う研削、研磨を、適宜行うことが挙げられる。
例えば、研磨により結晶の端部にチッピングが生じると、該チップにより結晶表面に傷が生じる場合があり、結晶性の良い基板を得ることができない。このような研磨による結晶端部のチッピングを防止するため、研磨前に結晶の端部に対し面取り加工(チャンファー処理)を施すことが挙げられる。また、研磨において、機械研磨を二段階で行い、一段階目の機械研磨と二段階目の機械研磨の間に面取り研磨を施すことが挙げられる。その他、機械研磨を実施した後に行う化学機械研磨に十分な時間をかけることでも、本発明の半値幅の比を小さくすることが可能である。
また、アズグロウン結晶を成長させるのに用いるシードの結晶性が低い場合には、アズグロウン結晶の結晶性も低くなる傾向にある。そのため、シードに結晶性の高いシードを用いてアズグロウン結晶を成長させることでも、本発明の半値幅の比を小さくすることが可能となる。なお、本発明の周期表第13族金属窒化物基板を得るための詳しい製造方法については後述する。
In comparison with such a perfect crystal, the method for providing a periodic table group 13 metal nitride substrate showing a close minimum value in X-ray rocking curve measurement is grinding and polishing performed after slicing from an as-grown crystal. It may be performed appropriately.
For example, if chipping occurs at the ends of the crystal due to polishing, the chip may cause scratches on the crystal surface, and a substrate with good crystallinity cannot be obtained. In order to prevent such chipping of the crystal end due to polishing, it is possible to chamfer the end of the crystal before chamfering. Further, in the polishing, mechanical polishing is performed in two stages, and chamfering polishing is performed between the first stage mechanical polishing and the second stage mechanical polishing. In addition, the half width ratio of the present invention can be reduced by taking a sufficient time for chemical mechanical polishing performed after mechanical polishing.
Further, when the crystallinity of the seed used for growing the as-grown crystal is low, the crystallinity of the as-grown crystal tends to be low. Therefore, the half-width ratio of the present invention can also be reduced by growing an as-grown crystal using a highly crystalline seed as a seed. In addition, the detailed manufacturing method for obtaining the periodic table group 13 metal nitride substrate of this invention is mentioned later.

また、本発明の周期表第13族金属窒化物基板は、基板主面から基板厚み方向に、侵入深さを500nmから1000nmまで変化させてX線ロッキングカーブの半値幅を測定した際に得られる半値幅の平均値が200arcsec以下であることが好ましい。基板における侵入深さ500nmから1000nmの箇所はバルクの結晶性を表わす箇所であり、この位置において半値幅の平均値が200arcsec以下であることは、完全結晶における値に近く、結晶性が高いことを意味する。より好ましくは150arcsec以下であり、100arcsec以下であることが更に好ましい。   Moreover, the periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention is obtained when the half-value width of the X-ray rocking curve is measured by changing the penetration depth from 500 nm to 1000 nm from the substrate main surface to the substrate thickness direction. It is preferable that the average value of the full width at half maximum is 200 arcsec or less. A portion having a penetration depth of 500 nm to 1000 nm in the substrate is a portion showing bulk crystallinity, and that the average value of the half-value width is 200 arcsec or less at this position is close to the value in the complete crystal and high in crystallinity. means. More preferably, it is 150 arcsec or less, and further preferably 100 arcsec or less.

また、本発明の周期表第13族金属窒化物基板は、基板主面から基板厚み方向に300nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.05°以下であることが好ましい。
本発明者らが検討したところ、半値幅の広がりの主な原因が、結晶格子面の傾きΔθであることを見出した。結晶格子面の傾きΔθとは、結晶格子面の主面に対する傾きを意味しており、結晶格子面の傾きΔθが大きいほど結晶面が主面から傾いていることを意味する。また、結晶格子面の傾きΔθの分散とは、結晶の歪を表わしており、分散の値が小さいほど、歪が小さいことを表す。
In addition, the periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention performs X-ray rocking curve measurement at a penetration depth of 300 nm in the substrate thickness direction from the substrate main surface, and the obtained dispersion of the inclination Δθ of the crystal lattice plane is The angle is preferably 0.05 ° or less.
As a result of investigations by the present inventors, it has been found that the main cause of the expansion of the half-value width is the inclination Δθ of the crystal lattice plane. The inclination Δθ of the crystal lattice plane means the inclination of the crystal lattice plane with respect to the main surface. The larger the inclination Δθ of the crystal lattice plane, the more the crystal plane is inclined from the main surface. Further, the dispersion of the crystal lattice plane inclination Δθ represents the strain of the crystal, and the smaller the dispersion value, the smaller the strain.

結晶格子面の傾きΔθの分散の算出方法について、周期表第13族金属窒化物が窒化ガリウムである場合を例として説明する。
まず、窒化ガリウム完全結晶のロッキングカーブ、を算出し、これらの計算したピークの比率を変化させ、実験値のフィッティングを行い、Δθの存在比を計算する。図4に侵入深さが330nmに相当するときのロッキングカーブ、フィッティングを示す。なお、図4は結晶面の傾きを±0.03°の範囲で0.005°ずつ変化させて計算したものである。
この際のΔθの存在比を図5に示すようにプロットし、存在比が0.5となる部分での値を求め、その値を2で割ったものをΔθの分散と定義した。
A method for calculating the dispersion of the inclination Δθ of the crystal lattice plane will be described by taking as an example the case where the Group 13 metal nitride of the periodic table is gallium nitride.
First, the rocking curve of the complete gallium nitride crystal is calculated, the ratio of these calculated peaks is changed, the experimental values are fitted, and the abundance ratio of Δθ is calculated. FIG. 4 shows the rocking curve and fitting when the penetration depth corresponds to 330 nm. FIG. 4 is calculated by changing the inclination of the crystal plane by 0.005 ° in a range of ± 0.03 °.
The abundance ratio of Δθ at this time was plotted as shown in FIG. 5, and a value at a portion where the abundance ratio was 0.5 was obtained, and the value divided by 2 was defined as a dispersion of Δθ.

上記のようにして求めた基板主面から300nmの侵入深さにおける、Δθの分散は、0.050°以下であることが好ましく、0.030°以下であることがより好ましく、
0.020°以下であることが更に好ましく、0.015°以下であることが特に好ましい。
The dispersion of Δθ at the penetration depth of 300 nm from the substrate main surface determined as described above is preferably 0.050 ° or less, more preferably 0.030 ° or less,
The angle is more preferably 0.020 ° or less, and particularly preferably 0.015 ° or less.

また、本発明の周期表第13族金属窒化物基板は、基板主面から基板厚み方向に400nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.040°以下であることが好ましい。
上記のようにして求めた400nmの侵入深さにおける、Δθの分散は、0.020°以下であることが好ましく、0.015°以下であることがより好ましい。
In addition, the periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention performs X-ray rocking curve measurement at a penetration depth of 400 nm from the main surface of the substrate in the thickness direction of the substrate. It is preferable that it is 0.040 degrees or less.
The dispersion of Δθ at the penetration depth of 400 nm determined as described above is preferably 0.020 ° or less, and more preferably 0.015 ° or less.

また、本発明の周期表第13族金属窒化物基板は、基板主面から基板厚み方向に500nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.030°以下であることが好ましい。
上記のようにして求めた500nmの侵入深さにおける、Δθの分散は、0.020°以下であることが好ましく、0.015°以下であることがより好ましく、0.010°以下であることが特に好ましい。
In addition, the periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention performs X-ray rocking curve measurement at a penetration depth of 500 nm from the main surface of the substrate in the thickness direction of the substrate. It is preferable that it is 0.030 degrees or less.
The dispersion of Δθ at the penetration depth of 500 nm determined as described above is preferably 0.020 ° or less, more preferably 0.015 ° or less, and 0.010 ° or less. Is particularly preferred.

また、本発明の周期表第13族金属窒化物基板は、基板主面から基板厚み方向に、侵入深さを300nmから400nmまで変化させてX線ロッキングカーブを行い、横軸を侵入深さ、縦軸を結晶格子面の傾きΔθの分散としてプロットした際に形成される一次直線の傾きが、−0.01°/100nm以上であることが好ましい。このような一次直線の傾きを示す周期表第13族金属窒化物基板は、結晶性が高く、特に深さ方向に歪みの変化が少ないものとなる傾向がある。なお、この一次直線は最小自乗法により一次近似直線として得ることができる。   Further, the periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention performs an X-ray rocking curve by changing the penetration depth from 300 nm to 400 nm in the substrate thickness direction from the substrate main surface, and the horizontal axis represents the penetration depth. It is preferable that the slope of the linear line formed when the vertical axis is plotted as the variance of the inclination Δθ of the crystal lattice plane is −0.01 ° / 100 nm or more. The periodic table group 13 metal nitride substrate showing the inclination of such a linear straight line has a high crystallinity and tends to have a small strain change particularly in the depth direction. This linear line can be obtained as a linear approximation line by the method of least squares.

以下、本発明の周期表第13族金属窒化物基板を得るための製造方法について説明する。本発明の周期表第13族金属窒化物基板は結晶性が非常に高く、研磨工程において基板表面にチッピングによるスクラッチを生じさせないことが重要である。このようなチッピングを生じさせない製造方法の一例として、研磨において機械研磨を二段階で行い、その間に面取り研磨を施す方法について説明するが、本発明は以下の製造方法にのみ限定されるものではない。なお、二段階で行う機械研磨のうち、始めに行う機械研磨を第一機械研磨(以下、これを単に「第一研磨」と略することがある)と称し、面取り研磨を施した後に行う機械研磨を第二機械研磨(以下、これを単に「第二研磨」と略することがある)と称する。   Hereinafter, the manufacturing method for obtaining the periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention will be described. The periodic table group 13 metal nitride substrate of the present invention has very high crystallinity, and it is important that scratches due to chipping do not occur on the substrate surface in the polishing process. As an example of a manufacturing method that does not cause such chipping, a method of performing mechanical polishing in two stages in polishing and chamfering polishing between them will be described, but the present invention is not limited to the following manufacturing method. . Of the mechanical polishing performed in two stages, the first mechanical polishing is referred to as first mechanical polishing (hereinafter sometimes simply referred to as “first polishing”) and is performed after chamfering. The polishing is referred to as second mechanical polishing (hereinafter, this may simply be abbreviated as “second polishing”).

<第一機械研磨>
一般的に周期表第13族金属窒化物基板は、アズグロウン結晶からスライス、研削、研磨などの加工を実施して基板を得る。通常、本発明の第一機械研磨は、アズグロウン結晶をスライス後、側面をチャンファー処理し、裏面や表面に必要に応じて研削やエッチングなどの処理を施した後の周期表第13族金属窒化物結晶(以下、窒化物結晶という場合もある)に実施するものである。これらの処理は公知の方法を採用すればよく、処理方法、順序は限定されるものではない。また、上記の処理は一例であり、必ずしもこのような処理をすべて行った結晶に対して、本発明の第一機械研磨を施さなければならないものではない。
<First mechanical polishing>
In general, a periodic table group 13 metal nitride substrate is obtained by performing processing such as slicing, grinding, and polishing from an as-grown crystal. Usually, the first mechanical polishing of the present invention is performed by slicing an as-grown crystal, chamfering the side surface, and performing processing such as grinding or etching on the back surface or the surface as necessary, and then group 13 metal nitride in the periodic table. This is performed on a physical crystal (hereinafter sometimes referred to as a nitride crystal). These processes should just employ | adopt a well-known method, and a processing method and an order are not limited. In addition, the above treatment is an example, and the first mechanical polishing of the present invention is not necessarily applied to a crystal that has been subjected to all such treatments.

第一研磨は、窒化物結晶の裏面側をプレートに対向するように張り付けて研磨する公知の方法を採用することができる。通常、研磨工程では、砥粒径を段階的に小さくして機械研磨を行う。第一研磨は比較的砥粒径の大きな機械研磨の段階ではあるが、必ずしも砥粒の粒径が大きくなくともよい。砥粒の粒径が小さいもので第一研磨を行う場合には、第一研磨に要する時間が長くなる。
そのため、第一研磨に用いる砥粒の粒径R1は大きいものであることが好ましく、通常
R1は0.5μm以上、好ましくは1μm以上である。一方上限は通常30μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは3μm以下である。砥粒としては、通常ダイヤモンドが用いられるが、研磨が可能であれば必ずしもこれに限られるものではない。
また、第一研磨の研磨速度についても特段限定されず、回転による研磨の場合には、通常回転速度が10rmp以上、好ましくは20rpm以上である。一方上限は通常50rpm以下、好ましくは40rpm以下である。また、結晶をプレートに対向させて配置する際の圧力についても特段限定されず、通常50g/cm2以上であり、500g/cm2以下である。その他、第一研磨の実施時間は取り代の厚みにより適宜調整すればよく、研磨レートについては、研磨条件に合わせて適宜調整すればよい。
For the first polishing, a known method of polishing by attaching the back side of the nitride crystal so as to face the plate can be employed. Usually, in the polishing step, mechanical polishing is performed with the abrasive grain size being reduced stepwise. The first polishing is a stage of mechanical polishing with a relatively large abrasive particle size, but the abrasive particle size does not necessarily have to be large. When the first polishing is performed with a small abrasive particle size, the time required for the first polishing becomes longer.
Therefore, the grain size R1 of the abrasive grains used for the first polishing is preferably large, and usually R1 is 0.5 μm or more, preferably 1 μm or more. On the other hand, the upper limit is usually 30 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 3 μm or less. As the abrasive grains, diamond is usually used, but it is not necessarily limited to this as long as polishing is possible.
Also, the polishing speed of the first polishing is not particularly limited, and in the case of polishing by rotation, the normal rotation speed is usually 10 rpm or more, preferably 20 rpm or more. On the other hand, the upper limit is usually 50 rpm or less, preferably 40 rpm or less. Further, the pressure when the crystal is arranged to face the plate is not particularly limited, and is usually 50 g / cm 2 or more and 500 g / cm 2 or less. In addition, the time for performing the first polishing may be appropriately adjusted according to the thickness of the machining allowance, and the polishing rate may be appropriately adjusted according to the polishing conditions.

<第二機械研磨>
本発明の第二機械研磨は、第一機械研磨と同様の方法で行うことができる。また、第二機械研磨は仕上げの研磨であるため、通常砥粒の粒径が小さいものを用いる。大きさは仕上げの具合により当業者が適宜設定すればよいが、第二機械研磨で用いる砥粒の粒径R2が、第一機械研磨で用いる砥粒の砥粒R1よりも小さいことが好ましく、通常R2は0.05μm以上、好ましくは0.125μm以上である。一方上限は0.5μm以下であることが好ましい。砥粒としては、通常ダイヤモンド、SiC粉末などが用いられる。
また、第二研磨の研磨速度についても特段限定されず、回転による研磨の場合には、通常回転速度が10rmp以上、好ましくは20rpm以上である。一方上限は通常50rpm以下、好ましくは40rpm以下である。また、結晶をプレートに対向させて配置する際の圧力についても特段限定されず、通常50g/cm2以上であり、500g/cm2以下である。その他、第二研磨の実施時間は取り代の厚みにより適宜調整すればよく、研磨レートについては、研磨条件に合わせて適宜調整すればよい。
<Second mechanical polishing>
The second mechanical polishing of the present invention can be performed by the same method as the first mechanical polishing. In addition, since the second mechanical polishing is a finish polishing, one having a small abrasive grain size is usually used. The size may be appropriately set by those skilled in the art depending on the degree of finishing, but the grain size R2 of the abrasive grain used in the second mechanical polishing is preferably smaller than the abrasive grain R1 of the abrasive grain used in the first mechanical polishing, Usually, R2 is 0.05 μm or more, preferably 0.125 μm or more. On the other hand, the upper limit is preferably 0.5 μm or less. As the abrasive grains, diamond, SiC powder or the like is usually used.
Also, the polishing speed of the second polishing is not particularly limited, and in the case of polishing by rotation, the normal rotation speed is 10 rpm or more, preferably 20 rpm or more. On the other hand, the upper limit is usually 50 rpm or less, preferably 40 rpm or less. Further, the pressure when the crystal is arranged to face the plate is not particularly limited, and is usually 50 g / cm 2 or more and 500 g / cm 2 or less. In addition, the implementation time of the second polishing may be appropriately adjusted according to the thickness of the machining allowance, and the polishing rate may be appropriately adjusted according to the polishing conditions.

なお、第一機械研磨、第二機械研磨とも、窒化物結晶を所望の厚さにするための工程であり、各工程を実施する時間は所望の厚さがどの程度であるか、および砥粒の粒径がどの程度であるか、により当業者が適宜設定するものである。   Both the first mechanical polishing and the second mechanical polishing are steps for making the nitride crystal to a desired thickness, and the time for performing each step is the desired thickness and the abrasive grains. A person skilled in the art appropriately sets the particle size according to the size.

<面取り研磨>
砥粒の粒径が小さい第二研磨を実施する前に、面取り研磨を実施することで、チッピングを有効に防止できる。そして、本発明における基板の結晶性を上げ、完全結晶との比を小さくすることができる。
本発明の面取り研磨を実施することで、窒化物結晶の外周部に面だれを形成して結晶のエッジ部を丸くし、エッジにおけるチッピングが発生しにくい状態とする。外周部の面だれ部分は、結晶の最外縁から20μm以上中心に入り込んでいることが好ましく、より好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上とすることができ、好ましくは5,000μm以下であり、より好ましくは3,000μm以下である。
<Chamfering polishing>
Chipping can be effectively prevented by performing chamfering before the second polishing in which the grain size of the abrasive grains is small. And the crystallinity of the board | substrate in this invention can be raised, and ratio with a perfect crystal can be made small.
By carrying out the chamfering polishing of the present invention, a fringe is formed on the outer peripheral portion of the nitride crystal to round the edge portion of the crystal so that chipping at the edge hardly occurs. It is preferable that the peripheral portion of the outer peripheral portion is in the center of 20 μm or more from the outermost edge of the crystal, more preferably 30 μm or more, further preferably 40 μm or more, preferably 5,000 μm or less, More preferably, it is 3,000 μm or less.

窒化物結晶の外周部とは、研磨において欠けが生じやすい結晶表面の外周部を意味しており、厳密に特定されるものではないが、通常、結晶の外縁側500μm程度を意味しており、300μm程度であることが好ましい。   The outer peripheral portion of the nitride crystal means the outer peripheral portion of the crystal surface where chipping is likely to occur during polishing, and is not strictly specified, but usually means about 500 μm on the outer edge side of the crystal, It is preferably about 300 μm.

本発明の面取り研磨は、外周部に面だれを形成して結晶のエッジ部を丸くすることができる限りその方法は限定されないが、化学機械研磨(CMP)により実施することが好ましい。なお、この場合の化学機械研磨を、本明細書では第一化学機械研磨と呼ぶ。
面取り研磨としては、研磨パッドなどに沈みこむような条件にして第一化学機械研磨を実施すると、より効果的に結晶のエッジ部を研磨することができるため好ましい。
面取り研磨を化学機械研磨(CMP)により実施する場合には、おおよそ2時間以上実施することで、窒化物結晶の外周部をチッピングし難い状態にすることが可能となる。なお、化学機械研磨の実施時間の上限は特段限定されるものではないが、研磨全体に要する
時間を考慮し、10時間以下であることが好ましく、5時間以下であることがより好ましい。
The method of chamfering polishing of the present invention is not limited as long as the chamfering can be formed on the outer peripheral portion to round the edge portion of the crystal, but it is preferably performed by chemical mechanical polishing (CMP). The chemical mechanical polishing in this case is referred to as first chemical mechanical polishing in this specification.
As the chamfering polishing, it is preferable to perform the first chemical mechanical polishing under conditions that sink into a polishing pad or the like because the edge portion of the crystal can be more effectively polished.
When the chamfering polishing is performed by chemical mechanical polishing (CMP), it is possible to make the outer peripheral portion of the nitride crystal difficult to chip by performing it for approximately two hours or more. The upper limit of the chemical mechanical polishing time is not particularly limited, but it is preferably 10 hours or less, more preferably 5 hours or less in consideration of the time required for the entire polishing.

第一化学機械研磨は公知の方法を採用して実施することが可能であり、例えばコロイダルシリカスラリーとスウェードパッドを用いることが例示される。スウェードパッドの材質も公知のものを採用すればよく、ポリウレタン製などが挙げられる。コロイダルシリカスラリーに含まれる砥粒(コロイダルシリカ)の粒径は、通常10nm以上であり、30nm以上であることが好ましい。また、上限としては通常100nm以下である。また、コロイダルシリカスラリーのpHは0.8以上、2.5以下であることが好ましい。
また、第一化学機械研磨の研磨速度についても特段限定されず、回転による研磨の場合には、通常回転速度が50rmp以上、200rpm以下である。また、結晶をプレートに対向させて配置する際の圧力についても特段限定されず、通常100g/cm2以上であり、1500g/cm2以下である。第一化学機械研磨の実施時間は通常1時間以上、好ましくは2時間以上であり、通常10時間以下、好ましくは5時間以下である。研磨レートについては、研磨条件に合わせて適宜調整すればよい。
第一化学機械研磨終了後の窒化物半導体基板は、その表面粗さRmsは10nm以上であってもよく、50nm以上であってもよく、100nm以上であってもよい。
The first chemical mechanical polishing can be carried out by employing a known method, for example, using a colloidal silica slurry and a suede pad. A known material may be used for the suede pad, and examples thereof include polyurethane. The particle size of the abrasive grains (colloidal silica) contained in the colloidal silica slurry is usually 10 nm or more, and preferably 30 nm or more. The upper limit is usually 100 nm or less. The pH of the colloidal silica slurry is preferably 0.8 or more and 2.5 or less.
Further, the polishing speed of the first chemical mechanical polishing is not particularly limited, and in the case of polishing by rotation, the normal rotation speed is 50 rpm or more and 200 rpm or less. Further, the pressure at the time of disposing the crystal so as to face the plate is not particularly limited, and is usually 100 g / cm 2 or more and 1500 g / cm 2 or less. The time for performing the first chemical mechanical polishing is usually 1 hour or longer, preferably 2 hours or longer, and usually 10 hours or shorter, preferably 5 hours or shorter. About a polishing rate, what is necessary is just to adjust suitably according to polishing conditions.
The nitride semiconductor substrate after the completion of the first chemical mechanical polishing may have a surface roughness Rms of 10 nm or more, 50 nm or more, or 100 nm or more.

<第二化学機械研磨>
第二機械研磨で得られた窒化物結晶の表面に対し、更に化学機械研磨を施すことでも、基板の結晶性を上げ、完全結晶との比を小さくすることができる。なお、面取り研磨における化学機械研磨と区別するために、本明細書では第二化学機械研磨と呼ぶ。
第二化学機械研磨は、窒化物結晶の表面に存在する加工変質層を除去する工程である。すでに説明した面取り研磨により結晶外周部の加工変質層はおおよそ除去されているが、それ以外の結晶表面に存在する加工変質層を本工程により除去することで、高品質な窒化物基板を提供することができる。
<Second chemical mechanical polishing>
The crystallinity of the substrate can also be increased and the ratio to the complete crystal can be reduced by further performing chemical mechanical polishing on the surface of the nitride crystal obtained by the second mechanical polishing. In addition, in order to distinguish from the chemical mechanical polishing in chamfering polishing, in this specification, it calls a 2nd chemical mechanical polishing.
The second chemical mechanical polishing is a process for removing the work-affected layer present on the surface of the nitride crystal. Although the work-affected layer on the outer periphery of the crystal has been roughly removed by the chamfering described above, a high-quality nitride substrate is provided by removing the work-affected layer on the other crystal surface in this step. be able to.

第二化学機械研磨は、第一化学機械研磨と同様に、公知の方法を採用して実施することが可能であり、例えばコロイダルシリカスラリーとスウェードパッドを用いることが例示される。スウェードパッドの材質も公知のものを採用すればよく、ポリウレタン製などが挙げられる。加えて、第一化学機械研磨で用いるパッドよりも硬いパッドを使用すると、結晶の端部からの破片の巻き込みが少ないため好ましい。
コロイダルシリカスラリーに含まれる砥粒(コロイダルシリカ)の粒径は、通常10nm以上であり、30nm以上であることが好ましい。また、上限としては通常100nm以下である。また、コロイダルシリカスラリーのpHは0.8以上、2.5以下であることが好ましい。
また、第二化学機械研磨の研磨速度についても特段限定されず、回転による研磨の場合には、通常回転速度が50rmp以上、200rpm以下である。また、結晶をプレートに対向させて配置する際の圧力についても特段限定されず、通常100g/cm2以上であり、1500g/cm2以下である。研磨レートについては、研磨条件に合わせて適宜調整すればよい。
Similar to the first chemical mechanical polishing, the second chemical mechanical polishing can be carried out by employing a known method, for example, using a colloidal silica slurry and a suede pad. A known material may be used for the suede pad, and examples thereof include polyurethane. In addition, it is preferable to use a pad that is harder than the pad used in the first chemical mechanical polishing because there is less debris from the end of the crystal.
The particle size of the abrasive grains (colloidal silica) contained in the colloidal silica slurry is usually 10 nm or more, and preferably 30 nm or more. The upper limit is usually 100 nm or less. The pH of the colloidal silica slurry is preferably 0.8 or more and 2.5 or less.
Further, the polishing speed of the second chemical mechanical polishing is not particularly limited, and in the case of polishing by rotation, the normal rotation speed is 50 rpm or more and 200 rpm or less. Further, the pressure at the time of disposing the crystal so as to face the plate is not particularly limited, and is usually 100 g / cm 2 or more and 1500 g / cm 2 or less. About a polishing rate, what is necessary is just to adjust suitably according to polishing conditions.

第一化学機械研磨と異なる部分としては、第一化学機械研磨は、結晶外周部の加工変質層を取り除く趣旨のものであり、第二化学機械研磨は、窒化物結晶表面全体の加工変質層を取り除く趣旨のものである。そのため、第二化学機械研磨の実施時間は第一化学機械研磨の実施時間よりも長く、通常10時間以上、好ましくは15時間以上である。一方上限は特段限定されないが、研磨工程全体に要する時間を考慮し、20時間以下であることが好ましい。
第二化学機械研磨終了後の窒化物基板は、その表面粗さRmsは1nm以下であることが好ましい。
The first chemical mechanical polishing is different from the first chemical mechanical polishing in that the first chemical mechanical polishing is intended to remove the work-affected layer on the outer periphery of the crystal, and the second chemical mechanical polish is used to remove the work-affected layer on the entire nitride crystal surface. It is intended to be removed. Therefore, the implementation time of the second chemical mechanical polishing is longer than the implementation time of the first chemical mechanical polishing, and is usually 10 hours or more, preferably 15 hours or more. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is preferably 20 hours or less in consideration of the time required for the entire polishing process.
The nitride substrate after completion of the second chemical mechanical polishing preferably has a surface roughness Rms of 1 nm or less.

次に、アズグロウン結晶を得るための方法について説明する。アズグロウン結晶は公知の方法によりシードを成長させてアズグロウン結晶を得ることができるが、ここではGaN結晶についてHVPE成長を例示して説明する。   Next, a method for obtaining an as-grown crystal will be described. The as-grown crystal can be obtained by growing a seed by a known method. Here, the HVPE growth will be described as an example of the GaN crystal.

図1は、HVPE法によるGaN成長に用いる装置の一構成例の概要を説明する図である。図中の符号100はリアクタ、101〜104はガス導入管、105はリザーバ、106はヒータ、107は基板ホルダ、108はガス排出管である。   FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of a configuration example of an apparatus used for GaN growth by the HVPE method. In the figure, reference numeral 100 is a reactor, 101 to 104 are gas introduction pipes, 105 is a reservoir, 106 is a heater, 107 is a substrate holder, and 108 is a gas discharge pipe.

リアクタ100の材質としては、石英、多結晶ボロンナイトライド(BN)ステンレス等が用いられる。好ましい材質は石英である。リアクタ100内には、反応開始前にあらかじめ雰囲気ガスを充填しておく。雰囲気ガスとしては、例えばH2ガス、N2ガス、He、Ne、Arのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。 As a material of the reactor 100, quartz, polycrystalline boron nitride (BN) stainless steel or the like is used. A preferred material is quartz. The reactor 100 is filled with atmospheric gas in advance before starting the reaction. Examples of the atmospheric gas include H 2 gas, N 2 gas, inert gas such as He, Ne, and Ar. These gases may be mixed and used.

基板ホルダ107の材質としてはカーボンが好ましく、SiCで表面をコーティングしているものがより好ましい。基板ホルダ107の形状は、本発明の下地基板10を設置することができる形状であれば特に制限されないが、結晶成長する際に成長している結晶の上流側に構造物が存在しないものであることが好ましい。上流側に結晶が成長する可能性のある構造物が存在すると、そこに多結晶体が付着し、その生成物としてHClガスが発生して結晶成長させようとしている結晶に悪影響が及んでしまう。基板ホルダ107の下地基板載置面の大きさは、載置する下地基板10よりも小さいことが好ましい。すなわち、ガス上流側から見たときに、下地基板10の大きさで基板ホルダ107が隠れるくらいの大きさであることがさらに好ましい。   Carbon is preferable as the material of the substrate holder 107, and a material whose surface is coated with SiC is more preferable. The shape of the substrate holder 107 is not particularly limited as long as the base substrate 10 of the present invention can be installed, but there is no structure upstream of the growing crystal when the crystal is grown. It is preferable. If there is a structure in which a crystal may grow on the upstream side, a polycrystal adheres to the structure, and HCl gas is generated as a product, which adversely affects the crystal to be grown. The size of the base substrate mounting surface of the substrate holder 107 is preferably smaller than the base substrate 10 to be mounted. That is, it is more preferable that the substrate holder 107 is hidden by the size of the base substrate 10 when viewed from the gas upstream side.

下地基板10を基板ホルダ107に載置するとき、下地基板10の成長面はガス流れの上流側(図1ではリアクタの上方)を向くように載置することが好ましい。このように下地基板10を載置することによって、より均一で結晶性に優れたGaN結晶を得ることができる。
なお、下地基板10としては、GaN、InGaN、AlGaN等の目的とする周期表第13族金属窒化物結晶の結晶を用いる他、サファイア、ZnO、BeO等の金属酸化物、SiC、Si等の珪素含有物、又はGaAs等を用いることができる。成長させる周期表第13族金属窒化物との整合性を考えると、最も好ましいのは周期表第13族金属窒化物である。また、周期表第13族金属窒化物結晶以外の結晶を下地基板として用いる場合には、整合性を高めるために、当該結晶の上に周期表第13族金属窒化物層を形成したもの(テンプレート基板)を使用しても良い。下地基板の形状も特に制限されず、平板状であっても、棒状であってもよい。
When the base substrate 10 is placed on the substrate holder 107, the base substrate 10 is preferably placed so that the growth surface of the base substrate 10 faces the upstream side of the gas flow (above the reactor in FIG. 1). By placing the base substrate 10 in this way, a more uniform GaN crystal having excellent crystallinity can be obtained.
As the base substrate 10, a target periodic table group 13 metal nitride crystal such as GaN, InGaN, or AlGaN is used, a metal oxide such as sapphire, ZnO, or BeO, or a silicon such as SiC or Si. Inclusions, GaAs or the like can be used. Considering consistency with the group 13 metal nitride of the periodic table to be grown, the group 13 metal nitride of the periodic table is most preferable. In addition, when a crystal other than the Group 13 metal nitride crystal of the periodic table is used as the base substrate, a group 13 metal nitride layer of the periodic table is formed on the crystal in order to enhance the consistency (template) Substrate) may be used. The shape of the base substrate is not particularly limited, and may be a flat plate shape or a rod shape.

リザーバ105には、Ga源となる原料を入れる。その他の周期表第13族金属源としては、Al、Inなどを挙げることができる。リザーバ105にガスを導入するための導入管103からは、リザーバ105に入れた原料と反応するガスを供給する。例えば、リザーバ105にGa源となる原料を入れた場合は、導入管103からHClガスを供給することができる。このとき、HClガスとともに、導入管103からキャリアガスを供給してもよい。キャリアガスとしては、例えばH2ガス、N2ガス、He、Ne、Arのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。キャリアガスは雰囲気ガスと同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。 The reservoir 105 is charged with a raw material to be a Ga source. Examples of other Group 13 metal sources of the periodic table include Al and In. A gas that reacts with the raw material put in the reservoir 105 is supplied from an introduction pipe 103 for introducing the gas into the reservoir 105. For example, when a raw material serving as a Ga source is put in the reservoir 105, HCl gas can be supplied from the introduction pipe 103. At this time, the carrier gas may be supplied from the introduction pipe 103 together with the HCl gas. Examples of the carrier gas include H 2 gas, N 2 gas, inert gas such as He, Ne, and Ar. These gases may be mixed and used. The carrier gas may be the same as or different from the atmospheric gas, but is preferably the same.

導入管101からは、N源となる原料ガスを供給する。通常はNH3ガスを供給する。また、導入管102からは、キャリアガスを供給する。キャリアガスとしては、導入管103から供給するキャリアガスと同じものを例示することができる。導入管102から供
給するキャリアガスと導入管103から供給するキャリアガスは同じものであることが好ましい。また、導入管102からは、ドーパントガスを供給することもできる。例えば、SiH4やSiH2Cl2等のn型のドーパントガスを供給することができる。
From the introduction pipe 101, a source gas serving as an N source is supplied. Normally, NH 3 gas is supplied. A carrier gas is supplied from the introduction pipe 102. As the carrier gas, the same carrier gas supplied from the introduction pipe 103 can be exemplified. The carrier gas supplied from the introduction pipe 102 and the carrier gas supplied from the introduction pipe 103 are preferably the same. A dopant gas can also be supplied from the introduction pipe 102. For example, an n-type dopant gas such as SiH 4 or SiH 2 Cl 2 can be supplied.

導入管104からは、エッチングガスを供給することができる。エッチングガスとしては、塩素系のガスを挙げることができ、HClガスを用いることが好ましい。エッチングガスの流量を総流量に対して0.1%〜3%程度とすることによりエッチングを行うことができる。好ましい流量は総流量に対して1%程度である。ガスの流量はマスフローコントロラー(MFC)等で制御することができ、個別のガスの流量は常にMFCで監視することが好ましい。   An etching gas can be supplied from the introduction pipe 104. As an etching gas, a chlorine-based gas can be used, and HCl gas is preferably used. Etching can be performed by setting the flow rate of the etching gas to about 0.1% to 3% with respect to the total flow rate. A preferable flow rate is about 1% with respect to the total flow rate. The gas flow rate can be controlled by a mass flow controller (MFC) or the like, and the individual gas flow rates are preferably always monitored by MFC.

導入管101、102、104から供給する上記ガスは、それぞれ互いに入れ替えて別の導入管から供給しても構わない。また、窒素源となる原料ガスとキャリアガスは、同じ導入管から混合して供給してもよい。さらに他の導入管からキャリアガスを混合してもよい。これらの供給態様は、リアクタ100の大きさや形状、原料の反応性、目的とする結晶成長速度などに応じて、適宜決定することができる。   The gases supplied from the introduction pipes 101, 102, and 104 may be exchanged with each other and supplied from different introduction pipes. In addition, the source gas and the carrier gas serving as a nitrogen source may be mixed and supplied from the same introduction pipe. Further, a carrier gas may be mixed from another introduction pipe. These supply modes can be appropriately determined according to the size and shape of the reactor 100, the reactivity of the raw materials, the target crystal growth rate, and the like.

ガス排出管108は、ガス導入のための導入管101〜104とは反対側のリアクタ内壁から排出することができるように設置するのが一般的である。図1では、ガス導入のための導入管101〜104が設置されているリアクタ上面とは反対に位置するリアクタ底面にガス排出管108が設置されている。ガス導入のための導入管がリアクタ右側面に設置されている場合は、ガス排出管はリアクタ左側面に設置されていることが好ましい。このような態様を採用することによって、一定方向に向けて安定にガスの流れを形成することができる。   The gas discharge pipe 108 is generally installed so that it can be discharged from the reactor inner wall on the side opposite to the introduction pipes 101 to 104 for introducing gas. In FIG. 1, a gas discharge pipe 108 is installed on the bottom surface of the reactor located opposite to the top surface of the reactor where the introduction pipes 101 to 104 for gas introduction are installed. When the introduction pipe for introducing gas is installed on the right side of the reactor, the gas discharge pipe is preferably installed on the left side of the reactor. By adopting such an aspect, a gas flow can be stably formed in a certain direction.

HVPE法による結晶成長は、通常は800℃〜1200℃で行い、900℃〜1100℃で行うことが好ましく、925℃〜1070℃で行うことがより好ましく、950℃から1050℃で行うことがさらに好ましい。リアクタ内の圧力は10kPa〜200kPaであるのが好ましく、30kPa〜150kPaであるのがより好ましく、50kPa〜120kPaであるのがさらに好ましい。エッチングを行うときのエッチング温度や圧力は、上記の結晶成長の温度や圧力と同一であっても異なっていてもよい。   Crystal growth by the HVPE method is usually performed at 800 ° C. to 1200 ° C., preferably 900 ° C. to 1100 ° C., more preferably 925 ° C. to 1070 ° C., and more preferably 950 ° C. to 1050 ° C. preferable. The pressure in the reactor is preferably 10 kPa to 200 kPa, more preferably 30 kPa to 150 kPa, and even more preferably 50 kPa to 120 kPa. The etching temperature and pressure at the time of etching may be the same as or different from the crystal growth temperature and pressure.

以下、実施例と比較例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、以下の実施例に示す具体的な形態にのみ限定的に解釈されることはない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further in detail, it is not limitedly interpreted only to the specific form shown in the following Examples.

<実施例>
(基板Aの製造)
C面を主面とする窒化ガリウム基板から成長させたアズグロウン窒化ガリウム結晶から、スライス又は裏面(N面)研削によって、適切な厚みのC面窒化ガリウム結晶を準備した。
次に、結晶の表面(Ga面)を研磨するために、裏面(N面)を研磨プレートにワックスで貼付け、表面(Ga面)の研磨(第一機械研磨)を行った。
表面の研磨はまず、平均径3μmのダイヤモンド遊離砥粒を用いての第一機械研磨(ラッピング)を行い、次に平均径1μmのダイヤモンド遊離砥粒を用いてのラッピングを行なった。
1μmのダイヤモンド砥粒を用いたラッピングを行った後、コロイダルシリカとスウェードパッド(ウレタン製)を用いて、第一化学機械研磨(ポリシング)を2時間行なった。
ポリシング後の結晶表面に、さらに機械研磨(第二機械研磨)を施した。まず、平均径
0.5μmのダイヤモンド遊離砥粒を用いての機械研磨(ラッピング)を行い、次に平均径0.25μmのダイヤモンド遊離砥粒を用いての機械研磨(ラッピング)を行った。
0.25μmのダイヤモンド砥粒を用いたラッピングを行った後、コロイダルシリカとスウェードパッド(ウレタン製)を用いて、第二化学機械研磨(ポリシング)を行ない、厚み420μmのGaN基板Aを得た。なお、第二化学機械研磨の研磨時間は、その研磨レートに応じて調整した結果、25時間となった。第二化学機械研磨を行った後の結晶表面を、蛍光顕微鏡を用いて観察倍率200倍でスクラッチ検査を行なったが、スクラッチは観察されなかった。
<Example>
(Manufacture of substrate A)
A C-plane gallium nitride crystal having an appropriate thickness was prepared from an as-grown gallium nitride crystal grown from a gallium nitride substrate having a C-plane as a main surface by slicing or back surface (N-plane) grinding.
Next, in order to polish the surface (Ga surface) of the crystal, the back surface (N surface) was attached to a polishing plate with wax, and the surface (Ga surface) was polished (first mechanical polishing).
Surface polishing was performed by first mechanical polishing (lapping) using diamond loose abrasive grains having an average diameter of 3 μm, and then lapping using diamond loose abrasive grains having an average diameter of 1 μm.
After lapping using 1 μm diamond abrasive grains, first chemical mechanical polishing (polishing) was performed for 2 hours using colloidal silica and a suede pad (made of urethane).
Mechanical polishing (second mechanical polishing) was further applied to the crystal surface after polishing. First, mechanical polishing (lapping) was performed using diamond loose abrasive grains having an average diameter of 0.5 μm, and then mechanical polishing (wrapping) was performed using diamond loose abrasive grains having an average diameter of 0.25 μm.
After lapping using 0.25 μm diamond abrasive grains, second chemical mechanical polishing (polishing) was performed using colloidal silica and a suede pad (made of urethane) to obtain a GaN substrate A having a thickness of 420 μm. The polishing time for the second chemical mechanical polishing was 25 hours as a result of adjusting according to the polishing rate. Scratch inspection was performed on the crystal surface after the second chemical mechanical polishing using a fluorescent microscope at an observation magnification of 200 times, but no scratch was observed.

(基板Bの製造)
上記基板Aに準じ研磨を行い、基板をGaN基板からサファイア基板に変更して、厚み385μmのGaN基板Bを製造した。なお、第二化学機械研磨の研磨時間は、その研磨レートに応じて調整した結果、48時間となった。
また、第二化学機械研磨を行った後の結晶表面を、蛍光顕微鏡を用いて観察倍率200倍でスクラッチ検査を行なったが、スクラッチは観察されなかった。
(Manufacture of substrate B)
Polishing was performed in accordance with the substrate A, and the substrate was changed from a GaN substrate to a sapphire substrate to produce a 385 μm thick GaN substrate B. The polishing time for the second chemical mechanical polishing was 48 hours as a result of adjusting according to the polishing rate.
Moreover, although the crystal | crystallization surface after performing 2nd chemical mechanical polishing was scratch-inspected with the observation magnification of 200 times using the fluorescence microscope, the scratch was not observed.

(微小角入射X線回折の測定)
得られた基板A、Bに対し、シンクロトロン放射光をX線源として用い、C面GaN結晶表面に低角度でX線を入射した。使用したX線の波長は1.51Å〜1.66Åの間で変えて測定し、測定点数は23〜40点であった。X線ビームの単色化、平行化は、前置結晶としてSi(111)の2結晶分光器を用いた。試料は、ω回転、面内回転、あおり回転のできるゴニオメータにセットして、分光結晶の下流側に配置した。X線の入射角度はGaN(103)反射が得られる角度にセットした。ゴニオメータの各軸の回転精度は、ω回転:1/100秒、面内回転:1/100度、あおり回転:1/100度であった。
(Measurement of grazing incidence X-ray diffraction)
With respect to the obtained substrates A and B, synchrotron radiation was used as an X-ray source, and X-rays were incident on the C-plane GaN crystal surface at a low angle. The wavelength of the X-ray used was measured by changing between 1.51 and 1.66 inches, and the number of measurement points was 23 to 40 points. For monochromatization and collimation of the X-ray beam, a Si (111) two-crystal spectrometer was used as a pre-crystal. The sample was set in a goniometer capable of ω rotation, in-plane rotation, and tilt rotation, and placed on the downstream side of the spectroscopic crystal. The incident angle of X-rays was set to an angle at which GaN (103) reflection was obtained. The rotational accuracy of each axis of the goniometer was ω rotation: 1/100 second, in-plane rotation: 1/100 degree, and tilt rotation: 1/100 degree.

(測定データの解析)
測定した各波長に対するロッキングカーブの半値幅を算出した。さらに、各波長に対するX線侵入深さを計算し、深さ−半値幅カーブを得た。これらのカーブには、特異な場合を除き、試料に対するX線入射角が全反射臨界角に達した所で、深さ−半値幅カーブに極小点ができる。この極小点における半値幅を、実測値/理論値で評価した。それぞれの試料において、極小点における半値幅及び実測値/理論値を表1に示した。研磨時間を最適化することで、無歪みに近い理想的な表面を得られることが判った。
(Measurement data analysis)
The full width at half maximum of the rocking curve for each measured wavelength was calculated. Furthermore, the X-ray penetration depth for each wavelength was calculated, and a depth-half-width curve was obtained. Except for special cases, these curves have a minimum point in the depth-half-width curve when the X-ray incident angle on the sample reaches the total reflection critical angle. The full width at half maximum at this minimum point was evaluated by actual measurement / theoretical value. For each sample, the half-value width at the minimum point and the actually measured value / theoretical value are shown in Table 1. It was found that by optimizing the polishing time, an ideal surface close to no distortion can be obtained.

<比較例>
(基板C、D、GaNテンプレートの製造)
第一化学機械研磨を実施しなかった以外は上記基板Aに準じて研磨を行い、厚み300μmのGaN基板Cを製造した。なお、第二化学機械研磨の研磨時間は、その研磨レートに応じて調整した結果、9時間となった。また、第二化学機械研磨を行った後の結晶表面を、蛍光顕微鏡を用いて観察倍率200倍でスクラッチ検査を行なったが、スクラッチは観察されなかった。
次に、第二化学機械研磨を実施しなかった以外は上記基板Aに準じて研磨を行い、厚み300μmのGaN基板Dを製造した。また、第二機械研磨を行った後の結晶表面を、蛍光顕微鏡を用いて観察倍率200倍でスクラッチ検査を行なったが、多数のスクラッチが観察された。
また、サファイア基板上にMOCDV法で厚さ数μmのGaN結晶を成長させたGaNテンプレートを準備した。
<Comparative example>
(Manufacture of substrate C, D, GaN template)
A GaN substrate C having a thickness of 300 μm was manufactured by polishing according to the substrate A except that the first chemical mechanical polishing was not performed. The polishing time for the second chemical mechanical polishing was 9 hours as a result of adjusting according to the polishing rate. Moreover, although the crystal | crystallization surface after performing 2nd chemical mechanical polishing was scratch-inspected with the observation magnification of 200 times using the fluorescence microscope, the scratch was not observed.
Next, polishing was performed according to the substrate A except that the second chemical mechanical polishing was not performed, and a GaN substrate D having a thickness of 300 μm was manufactured. Further, the crystal surface after the second mechanical polishing was subjected to scratch inspection at an observation magnification of 200 times using a fluorescence microscope, but many scratches were observed.
Moreover, a GaN template was prepared by growing a GaN crystal having a thickness of several μm on a sapphire substrate by MOCDV method.

(微小角入射X線回折の測定、測定データの解析)
基板C、D、GaNテンプレートについても同様に、上記測定、解析を実施した。ロッキングカーブの測定点数は、9〜23点であった。それぞれの試料において、極小点にお
ける半値幅及び実測値/理論値の結果を表1に示した。ただし、GaN基板Dは極小値がないことから、表面から約112nmのX線侵入深さにおける半値幅を測定値とした。
また、これらの結果をグラフにプロットし、図3に示す。
(Measurement of small-angle incident X-ray diffraction, analysis of measurement data)
The above measurement and analysis were similarly performed on the substrates C, D, and the GaN template. The number of measurement points on the rocking curve was 9 to 23 points. For each sample, the half-value width at the minimum point and the result of the actual measurement / theoretical value are shown in Table 1. However, since the GaN substrate D has no minimum value, the half-value width at the X-ray penetration depth of about 112 nm from the surface was taken as the measurement value.
These results are plotted on a graph and shown in FIG.

表1から、蛍光顕微鏡観察において多数のスクラッチが観察されたGaN基板Dの(FWMH)i m/(FWMH)i tの値は、スクラッチが観察されなかった基板A〜Cのそれと比較して約7〜8倍程度大きなものとなっていた。つまり、(FWMH)i m/(FWMH)i tの値は、結晶表面近傍の結晶性を非常によく反映していることがわかる。
特に、第一化学機械研磨を実施しなかったGaN基板Cの(FWMH)i m/(FWMH)i tの値は、第一化学機械研磨を実施したGaN基板A及びBのそれと比較して、5%〜15%程度大きなものとなっていた。GaN基板Cは蛍光顕微鏡観察においてスクラッチが観察されなかったが、第一化学機械研磨を実施していないことに伴い、第二機械研磨時に結晶の端部にチッピングが生じて該チップにより結晶表面に傷が生じてしまい、当該傷によって結晶表面近傍に生じた歪みが、その後の第二機械研磨でも除去できずに残存してしまっており、それが(FWMH)i m/(FWMH)i tの値に影響していると考えられる。つまり、(FWMH)i m/(FWMH)i tの値は、蛍光顕微鏡観察で把握できない程度の結晶表面近傍の結晶性をも、非常によく反映する指標であると考えられる。
From Table 1, the value of (FWMH) i m / (FWMH) i t of the GaN substrate D in which a large number of scratches were observed in the fluorescence microscope observation was approximately compared with that of the substrates A to C in which no scratch was observed. It was about 7-8 times larger. That is, it can be seen that the value of (FWMH) i m / (FWMH) i t reflects the crystallinity near the crystal surface very well.
In particular, the value of the first chemical mechanical polishing of the GaN substrate C was not carried out (FWMH) i m / (FWMH ) i t is compared to that of GaN substrate A and B was carried out first chemical mechanical polishing, It was about 5% to 15% larger. In the GaN substrate C, no scratches were observed in the fluorescence microscope observation, but with the fact that the first chemical mechanical polishing was not performed, chipping occurred at the end of the crystal during the second mechanical polishing, and the chip caused the chip surface Scratches are generated, and the distortion generated in the vicinity of the crystal surface due to the scratches cannot be removed even by the subsequent second mechanical polishing, and remains as (FWMH) i m / (FWMH) i t The value is considered to be affected. In other words, the value of (FWMH) i m / (FWMH) i t is considered to be an index that reflects the crystallinity in the vicinity of the crystal surface, which cannot be grasped by observation with a fluorescence microscope, very well.

次に、GaN基板Aについて測定したロッキングカーブを、複数個の理論計算で得られた完全結晶のロッキングカーブの重ね合わせとして以下の手順でフィッティングした。
i)第一に、理論計算によって完全結晶のロッキングカーブ(理論計算ロッキングカーブ)を得た。
ii)第二に測定で得られたロッキングカーブの最大値における角度(Δθ=0)に1つ目の理論計算ロッキングカーブを配し、高角側(+Δθ側)及び低角側(−Δθ側)に等間隔で合計10から20個程度を配した。
iii)第三に、それぞれの理論計算ロッキングカーブの強度を、実測したロッキングカーブに最も合うように調整した。これらのフィッティング計算には、市販の科学計算ソフトウェア等を用いた。図4に、深さ330nmにおけるロッキングカーブを13個の理論計算ロッキングカーブでフィッティングした例を示した。各ロッキングカーブの強度は規格化してある。
iv)第四に、それぞれのΔθに対してフィッティングで得られた強度をプロットして分布曲線グラフを作成し、これらの半値幅を算出し、それらの1/2の値をΔθの分散値とした。図5に上記のフィッティング結果から作成したグラフを示した。
v)第五に、それぞれの深さに対してi)〜iv)と同様のデータ処理を行い、深さに対するΔθの分散値をプロットした。表2に基板AのΔθの分散値を示し、図6に基板Aに
ついてΔθの分散値をプロットしたグラフを示す。
Next, the rocking curve measured for the GaN substrate A was fitted by the following procedure as a superposition of rocking curves of complete crystals obtained by a plurality of theoretical calculations.
i) First, a rocking curve of a complete crystal (theoretical calculation rocking curve) was obtained by theoretical calculation.
ii) Secondly, the first theoretically calculated rocking curve is placed at the angle (Δθ = 0) at the maximum value of the rocking curve obtained by measurement, and the high angle side (+ Δθ side) and the low angle side (−Δθ side) A total of about 10 to 20 pieces were arranged at regular intervals.
iii) Third, the strength of each theoretically calculated rocking curve was adjusted to best match the actually measured rocking curve. For these fitting calculations, commercially available scientific calculation software or the like was used. FIG. 4 shows an example of fitting a rocking curve at a depth of 330 nm with 13 theoretically calculated rocking curves. The strength of each rocking curve is standardized.
iv) Fourth, plot the intensity obtained by fitting against each Δθ to create a distribution curve graph, calculate the half-value widths of these, and ½ of these values as the variance value of Δθ did. FIG. 5 shows a graph created from the above fitting results.
v) Fifth, the data processing similar to i) to iv) was performed for each depth, and the dispersion value of Δθ against the depth was plotted. Table 2 shows the dispersion value of Δθ of the substrate A, and FIG. 6 shows a graph plotting the dispersion value of Δθ for the substrate A.

(デバイス評価)
基板Bと同様の方法で作成した基板上、及びGaNテンプレート基板上に、MOCVD法でLED構造のデバイスを作製した。PL発光波長は約400nmであった。表3に発光強度を示した。前者のデバイスが高い発光強度を示した。
(Device evaluation)
An LED structure device was fabricated by MOCVD on a substrate prepared by the same method as that for substrate B and on a GaN template substrate. The PL emission wavelength was about 400 nm. Table 3 shows the emission intensity. The former device showed high emission intensity.

1 放射光源
2 分光結晶
3 イオンチャンバ
4 ゴニオメータ
5 検出器
10 下地基板
100 リアクタ
101 ガス導入管
102 ガス導入管
103 ガス導入管
104 ガス導入管
105 リザーバ
106 ヒータ
107 基板ホルダ
108 ガス排出管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radiation light source 2 Spectroscopic crystal 3 Ion chamber 4 Goniometer 5 Detector 10 Base substrate 100 Reactor 101 Gas introduction pipe 102 Gas introduction pipe 103 Gas introduction pipe 104 Gas introduction pipe 105 Reservoir 106 Heater 107 Substrate holder 108 Gas exhaust pipe

Claims (6)

周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に侵入深さを変化させてX線ロッキングカーブの半値幅を測定した際に得られる、該半値幅の極小値を(FWMH)i mと定義し、
前記周期表第13族金属窒化物完全結晶の動力学的回折理論から計算される半値幅の極小値を(FWMH)i tと定義した際に、
(FWMH)i m/(FWMH)i t≦1.25
を満たす、周期表第13族金属窒化物基板。
For the periodic table group 13 metal nitride substrate, the minimum value of the half value width obtained when the half value width of the X-ray rocking curve is measured by changing the penetration depth from the substrate main surface in the substrate thickness direction ( FWMH) i m ,
When the minimum value of the half width calculated from the dynamic diffraction theory of the group 13 metal nitride perfect crystal of the periodic table is defined as (FWMH) i t ,
(FWMH) i m / (FWMH) i t ≦ 1.25
The periodic table group 13 metal nitride substrate satisfying
周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に、侵入深さを500nmから1000nmまで変化させてX線ロッキングカーブの半値幅を測定した際に得られる、半値幅の平均値が200arcsec以下である、請求項1に記載の周期表第13族金属窒化物基板。   With respect to the periodic table group 13 metal nitride substrate, the half value width obtained when the half value width of the X-ray rocking curve is measured by changing the penetration depth from 500 nm to 1000 nm in the substrate thickness direction from the substrate main surface. The periodic table group 13 metal nitride substrate according to claim 1, wherein the average value is 200 arcsec or less. 周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に300nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.050°以下である、請求項1または2に記載の周期表第13族金属窒化物基板。   An X-ray rocking curve measurement was performed on the periodic table group 13 metal nitride substrate at a penetration depth of 300 nm from the substrate main surface in the substrate thickness direction, and the dispersion of the obtained crystal lattice plane inclination Δθ was 0.050 °. The periodic table group 13 metal nitride substrate according to claim 1 or 2, wherein: 周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に400nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.040°以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の周期表第13族金属窒化物基板。   An X-ray rocking curve measurement at a penetration depth of 400 nm from the main surface of the periodic table group 13 metal nitride substrate in the thickness direction of the substrate was performed, and the dispersion of the obtained crystal lattice plane inclination Δθ was 0.040 °. The periodic table group 13 metal nitride substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein: 周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に500nmの侵入深さにおけるX線ロッキングカーブ測定を行い、得られた結晶格子面の傾きΔθの分散が0.030°以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の周期表第13族金属窒化物基板。   An X-ray rocking curve measurement was performed at a penetration depth of 500 nm from the principal surface of the periodic table group 13 metal nitride substrate in the thickness direction of the substrate, and the dispersion of the obtained crystal lattice plane inclination Δθ was 0.030 °. The periodic table group 13 metal nitride substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein: 周期表第13族金属窒化物基板に対し、基板主面から基板厚み方向に、侵入深さを300nmから400nmまで変化させてX線ロッキングカーブ測定を行い、横軸を侵入深さ、縦軸を結晶格子面の傾きΔθの分散としてプロットした際に形成される一次直線の傾きが、−0.01°/100nm以上である、請求項1から5のいずれか1項に記載の周期表第13族金属窒化物基板。   For the periodic table group 13 metal nitride substrate, X-ray rocking curve measurement was performed by changing the penetration depth from 300 nm to 400 nm from the substrate main surface to the substrate thickness direction, the horizontal axis represents the penetration depth, and the vertical axis represents the penetration depth. 6. The periodic table according to claim 1, wherein the slope of the linear line formed when plotted as the dispersion of the inclination Δθ of the crystal lattice plane is −0.01 ° / 100 nm or more. Group metal nitride substrate.
JP2012041155A 2012-02-28 2012-02-28 Periodic table group 13 metal nitride substrate Pending JP2013177256A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012041155A JP2013177256A (en) 2012-02-28 2012-02-28 Periodic table group 13 metal nitride substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012041155A JP2013177256A (en) 2012-02-28 2012-02-28 Periodic table group 13 metal nitride substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013177256A true JP2013177256A (en) 2013-09-09

Family

ID=49269347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012041155A Pending JP2013177256A (en) 2012-02-28 2012-02-28 Periodic table group 13 metal nitride substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013177256A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016021681A1 (en) * 2014-08-07 2016-02-11 株式会社タムラ製作所 Ga2O3-BASED SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE
JP2016090388A (en) * 2014-11-05 2016-05-23 コニカミノルタ株式会社 Scintillator panel and radiation detector
US10024809B2 (en) 2006-04-07 2018-07-17 Sixpoint Materials, Inc. Group III nitride wafers and fabrication method and testing method
US10316431B2 (en) 2006-04-07 2019-06-11 Sixpoint Materials, Inc. Method of growing group III nitride crystals
JP2021187727A (en) * 2020-05-29 2021-12-13 エスケイシー・カンパニー・リミテッドSkc Co., Ltd. Production method of wafer, production method of epitaxial wafer, and wafer and epitaxial wafer produced thereby

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011073957A (en) * 2009-09-07 2011-04-14 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride crystal substrate, group iii nitride crystal substrate with epitaxial layer, semiconductor device and producing method of the same
JP2011129752A (en) * 2009-12-18 2011-06-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride crystal substrate, group iii nitride crystal substrate with epitaxial layer, semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2011219304A (en) * 2010-04-08 2011-11-04 Hitachi Cable Ltd Nitride semiconductor substrate, production method therefor, and nitride semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011073957A (en) * 2009-09-07 2011-04-14 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride crystal substrate, group iii nitride crystal substrate with epitaxial layer, semiconductor device and producing method of the same
JP2011129752A (en) * 2009-12-18 2011-06-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride crystal substrate, group iii nitride crystal substrate with epitaxial layer, semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2011219304A (en) * 2010-04-08 2011-11-04 Hitachi Cable Ltd Nitride semiconductor substrate, production method therefor, and nitride semiconductor device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10024809B2 (en) 2006-04-07 2018-07-17 Sixpoint Materials, Inc. Group III nitride wafers and fabrication method and testing method
US10156530B2 (en) 2006-04-07 2018-12-18 Sixpoint Materials, Inc. Group III nitride wafers and fabrication method and testing method
US10316431B2 (en) 2006-04-07 2019-06-11 Sixpoint Materials, Inc. Method of growing group III nitride crystals
WO2016021681A1 (en) * 2014-08-07 2016-02-11 株式会社タムラ製作所 Ga2O3-BASED SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE
JP2016037417A (en) * 2014-08-07 2016-03-22 株式会社タムラ製作所 Ga2O3 based single crystal substrate
JP2016090388A (en) * 2014-11-05 2016-05-23 コニカミノルタ株式会社 Scintillator panel and radiation detector
JP2021187727A (en) * 2020-05-29 2021-12-13 エスケイシー・カンパニー・リミテッドSkc Co., Ltd. Production method of wafer, production method of epitaxial wafer, and wafer and epitaxial wafer produced thereby
JP7023543B2 (en) 2020-05-29 2022-02-22 セニック・インコーポレイテッド Wafer manufacturing method, epitaxial wafer manufacturing method, wafers manufactured by this, and epitaxial wafers
US11939698B2 (en) 2020-05-29 2024-03-26 Senic Inc. Wafer manufacturing method, epitaxial wafer manufacturing method, and wafer and epitaxial wafer manufactured thereby

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2654232B2 (en) High pressure phase material single crystal production method
JP5472513B2 (en) Single crystal substrate, group III nitride crystal obtained using the same, and method for producing group III nitride crystal
EP2896725B1 (en) Aluminum nitride substrate and group-iii nitride laminate
JP2016501809A (en) Flat SiC semiconductor substrate
JP2008535761A (en) 75 mm silicon carbide wafer with low distortion, warpage, and TTV
CN110468447B (en) Chamfered silicon carbide substrate and chamfering method
CN107004583B (en) Wafer support table, chemical vapor deposition apparatus, epitaxial wafer and method for manufacturing the same
US10822718B2 (en) Method for producing aluminum nitride single crystal substrate
JP2013177256A (en) Periodic table group 13 metal nitride substrate
JP2011219304A (en) Nitride semiconductor substrate, production method therefor, and nitride semiconductor device
WO2012074031A1 (en) Group iii nitride semiconductor substrate and method for producing the same, and semiconductor light-emitting device and method for producing the same
JPWO2019059381A1 (en) Group III Nitride Single Crystal Substrate
JP2008028259A (en) Method for manufacturing monocrystal garium-nitride substrate
CN106536794B (en) Gallium nitride substrate
JP5812151B2 (en) Nitride substrate manufacturing method
JP5135545B2 (en) Seed crystal for growing silicon carbide single crystal ingot and method for producing the same
JP2013203653A (en) Method for producing group iii nitride crystal, group iii nitride crystal, and group iii nitride crystal substrate
EP3951025A1 (en) Gan substrate wafer and method for manufacturing gan substrate wafer
JP2006071354A (en) Crystallinity evaluation method of crystal surface layer
JP7409556B1 (en) Gallium nitride single crystal substrate and its manufacturing method
WO2020241761A1 (en) Gan substrate wafer and production method for same
JP2011051861A (en) METHOD FOR MANUFACTURING AlN SINGLE CRYSTAL AND SEED SUBSTRATE
WO2023210696A1 (en) N-type gan substrate and n-type gan crystal
JP2013227208A (en) Group iii nitride crystal and group iii nitride crystal substrate
JP2013203605A (en) Method for producing nitride semiconductor crystal of group 13 metal of periodic table

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151022

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151201

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160405