JP2014028720A - 第１３族窒化物基板 - Google Patents

Abstract

【課題】半極性面を主面として有し且つ特定のオリエンテーションフラットを有する第１３族窒化物基板を提供する。
【解決手段】主面１と、１又は２以上のオリエンテーションフラット２とを有する第１３族窒化物基板１００であって、前記主面１は｛１−１００｝面から＜０００１＞方向に３°以上３０°以下の範囲で傾斜した面であり、前記オリエンテーションフラット２のうち少なくとも１つは前記主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成し、且つ、前記主面１の［０００−１］方向側にあって当該主面１上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すオリエンテーションフラットを有さないことを特徴とする、第１３族窒化物基板。
【選択図】図１

Description

本発明は、半極性面を主面として有し且つ特定のオリエンテーションフラットを有する第１３族窒化物基板に関する。

ＧａＮ（窒化ガリウム）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の第１３族窒化物半導体は、大きなバンドギャップを有し、またバンド間遷移が直接遷移型であることから、紫外、青色又は緑色等の発光ダイオード、レーザーダイオード等の比較的短波長側の発光デバイスや、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の材料として有用である。これらの光学的又は電子的用途においては、結晶性に優れ表面が平坦な第１３族窒化物半導体基板が求められている。

窒化物半導体基板の原料となる窒化物結晶のインゴットは、通常、所定の厚さにスライシングされ、所望の形状に研削され、適宜機械研磨された後、研磨屑や研磨により生じたダメージを除去するために、ＫＯＨエッチングや精密研磨（ポリシング）等に供される。しかし、窒化物結晶を両面ともポリシングすることには多大なコストを要するため、裏面、すなわち、ウエハとしてデバイスを形成しない面については、より低コスト且つ簡便な方法であるＫＯＨエッチングによって研磨屑除去を済ませたいという要望がある。

ところで、従来の窒化物半導体基板は、極性面である＋Ｃ面（（０００１）面）又は−Ｃ面（（０００−１）面）を主面に有するものが多かった。しかし近年、半極性面であるＲ面（（１−１０２）面）や（２０−２１）面を主面とする窒化物半導体基板の開発が盛んである。

特許文献１には、主面及びオリエンテーションフラットを備え、当該主面は（２０−２１）面又は（−２０２−１）面であり、当該オリエンテーションフラットは（−１０１７）面又は（１０−１−７）面を示す窒化物半導体基板が開示されている。
特許文献２には、（２０−２１）を主面とする矩形の窒化物結晶を、１２０℃の４７％ＫＯＨ水溶液に１０分間浸漬させてエッチングする旨の記載がある。
特許文献３には、｛２０−２１｝面を主面（Ａ２面）とする窒化物結晶に関する記載がある（特許文献３の明細書の段落［００１８］）。また、当該文献には、Ｎ面を主面とする窒化物結晶を、１２０℃の４７％ＫＯＨ水溶液に浸漬させてエッチングする旨の記載がある。
特許文献４には、（１０−１２）面を主面とする窒化物結晶に関する記載がある（特許文献４の明細書の段落［００２０］）。また、当該文献には、（１１−２−２）面を主面とする窒化物結晶を、１００℃以上に加熱した５０％ＫＯＨ溶液に浸漬させてエッチングする旨の記載がある。

特開２０１２−１５５４５号公報 特開２０１２−４９４４８号公報 特開２０１１−７７５０８号公報 特開２００９−４４１３８号公報

通常、第１３族窒化物結晶には、ＫＯＨエッチングを行う前にオリエンテーションフラット（以下、ＯＦと称する場合がある。）が形成されているため、ＯＦが形成された第１３族窒化物結晶の端面（以下、オリエンテーションフラットの端面、又はＯＦ端面と称する場合がある。）も共にＫＯＨエッチングされる。第１３族窒化物結晶の主面が＋Ｃ面（（０００１）面；第１３族金属面）の場合には、ＫＯＨエッチングにより処理すべき裏面は−Ｃ面（（０００−１）面；窒素面）となる。−Ｃ面は、ＯＦ端面（非極性面）よりもエッチングされやすい面である。したがって、＋Ｃ面を主面とする従来の第１３族窒化物結晶において、ＫＯＨエッチングによるＯＦ端面の表面荒れが問題となることはなかった。

しかし、Ｍ面（（１−１００）面）を主面とする第１３族窒化物結晶や、Ｍ面からｃ軸方向に３０°以内の傾斜を有する面を主面とする第１３族窒化物結晶においては、ＫＯＨエッチングにて処理すべき裏面が比較的エッチングされにくい。このような場合には、裏面よりもＫＯＨエッチングされやすい面が第１３族窒化物結晶の側面に存在することになり、特にＯＦ端面にこのような結晶面が露出する場合には、ＫＯＨエッチングによりＯＦ端面が荒れてしまうという課題があった。ＯＦ端面におけるエッチング速度が速い場合には、第１３族窒化物結晶の形状が崩れる結果、所望の形状の第１３族窒化物基板が得られなくなるおそれがある。また、半導体プロセス装置や検査装置において、第１３族窒化物基板の位置決めを行う際に、ＯＦと基板の外周の一部に位置決めピンを当てることが通常行われる。その際、ＯＦの表面形態や粗度によっては、ＯＦの一部が位置決めの衝撃や擦れで欠けたり、又は位置決めピンの磨耗により発塵したりして、第１３族窒化物基板表面が汚染されるおそれがある。

上記特許文献１には、（２０−２１）面を主面とするＧａＮ結晶について、研磨の加工ダメージを除去するためにウエットエッチング及び／又はドライエッチングを行った旨が記載されている。また、上記特許文献２〜特許文献４には、ＫＯＨエッチングの条件が記載されている。しかし、上記特許文献１〜特許文献４には、ＫＯＨエッチングによるＯＦ端面の荒れの問題や、ＫＯＨエッチングによる影響を受けやすい（又は受けにくい）結晶面に関する記載や示唆は一切ない。
本発明者は、半極性面を主面とし、且つＯＦを備える１３族窒化物結晶について検討した結果、ＯＦを特定の結晶軸方向に沿って作製することにより、ＫＯＨエッチングの際のＯＦ端面の荒れを極めて小さい範囲内に抑えられることを見出した。

本発明者は、鋭意努力の結果、特定の結晶軸方向に沿うＯＦを有する第１３族窒化物基板により、上記課題を解決できることを見出し、以下に示す本発明を完成させた。

（１）主面と、１又は２以上のオリエンテーションフラットとを有する第１３族窒化物基板であって、前記主面は｛１−１００｝面から＜０００１＞方向に３°以上３０°以下の範囲で傾斜した面であり、前記オリエンテーションフラットのうち少なくとも１つは前記主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成し、且つ、前記主面の［０００−１］方向側にあって当該主面上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すオリエンテーションフラットを有さないことを特徴とする、第１３族窒化物基板。
（２）前記主面は、｛１０−１−１｝面、｛２０−２−１｝面、｛３０−３−１｝面、又は｛６０−６−１｝面である、（１）に記載の第１３族窒化物基板。
（３）前記主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すオリエンテーションフラットの端面は、｛１−２１０｝面に位置する、（１）又は（２）に記載の第１３族窒化物基板。
（４）前記主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すオリエンテーションフラットの端面の表面粗度Ｒａは、０．５μｍ以下である、（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の第１３族窒化物基板。

本発明によれば、第１３族窒化物基板が溶液処理により荒れにくいＯＦ端面を有し、且つ、溶液処理により荒れやすいＯＦ端面を有さないことにより、従来の第１３族窒化物基板と比較して、溶液処理によるＯＦ端面の荒れを極めて小さい範囲内に抑えることができ、実用性の高い第１３族窒化物基板が得られる。

本発明に係る第１３族窒化物基板の第１の典型例を示す図であって、主面側から観察した様子を模式的に示す図である。 本発明に係る第１３族窒化物基板の第２の典型例を示す図であって、主面側から観察した様子を模式的に示す図である。 ＫＯＨエッチングを実施したＧａＮ基板の＋ｃ軸方向側の側面（図３（ａ））、ａ軸方向側の側面（図３（ｂ））、及び−ｃ軸方向側の側面（図３（ｃ））のＳＥＭ画像である。

本発明の第１３族窒化物基板は、主面と、１又は２以上のオリエンテーションフラットとを有する第１３族窒化物基板であって、前記主面は｛１−１００｝面から＜０００１＞方向に３°以上３０°以下の範囲で傾斜した面であり、前記オリエンテーションフラットのうち少なくとも１つは前記主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成し、且つ、前記主面の［０００−１］方向側にあって当該主面上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すオリエンテーションフラットを有さないことを特徴とする。

本発明においては、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称する。また、本発明において、第１３族窒化物基板とは、例えば以下の組成式（１）により表される基板を指す。
Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ 組成式（１）
（上記組成式（１）中、０≦ｘ≦１、且つ０≦ｙ≦１である。）
本発明に係る第１３族窒化物基板は、具体的には窒化ガリウム基板、窒化アルミニウム基板、窒化インジウム基板、又は、混晶基板である窒化アルミニウムガリウム基板、窒化インジウムガリウム基板等が挙げられる。好ましくは少なくともガリウムを含む窒化物基板であり、より好ましくは窒化ガリウム基板である。
本発明においては、加工途中のものは第１３族窒化物基板と称さず、第１３族窒化物結晶と称する。また、以下、第１３族窒化物基板を単に基板と称し、第１３族窒化物結晶を単に結晶と称する場合がある。

本発明においてオリエンテーションフラットとは、結晶の外周の一部を例えば弓形に切り取った後に現れる部分であり、基板の主面を上から見たときに外周の一部に形成された直線部分に相当する。オリエンテーションフラットは、主に基板の結晶方位を示す役割を果たす。オリエンテーションフラットは、基板の主面に概ね直行する方向に形成される。よって、オリエンテーションフラットが形成された第１３族窒化物基板の端面（オリエンテーションフラットの端面、又はＯＦ端面）は、目視で観察した場合基板の主面と略垂直な面である。
また、本明細書において第１３族窒化物基板又は第１３族窒化物結晶の主面とは、半導体素子構造の形成のためにエピタキシャル成長用の基板として使用する際に、実際にエピタキシャル成長を実施する面のことであり、これを「おもて面」とすると、その裏側に当たる面を基板又は結晶の「裏面」と称する。

結晶面の面指数における負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けるのが通常である。しかし、本発明においては、表記の都合上、数字の前に負の符号を付けて負の指数を示す。
また、本発明においては、特定の指数面を小カッコ（）で括って表し、等価の面を含む指数面を中カッコ｛｝で括って示す。例えば、｛１−１００｝面とは、（１−１００）面、（−１１００）面、（１０−１０）面、（−１０１０）面、（０１−１０）面、及び（０−１１０）面を含む指数面を示す。
また、本発明においては、特定の結晶軸を大カッコ［］で括って表し、互いに等価な結晶軸をまとめて＜＞で括って表す。例えば、［０００−１］方向とは、主面において、ｃ軸を投影した際に−ｃ軸方向に相当する方向を指す。また、［０００１］方向とは、主面において、ｃ軸を投影した際に＋ｃ軸方向に相当する方向を指す。また、＜０００１＞方向とは、［０００−１］方向及び［０００１］方向のいずれも含む。

従来、第１３族窒化物半導体基板といえば、極性面である＋Ｃ面を主面とする基板が一般的であった。上述したように、当該結晶においては裏面である−Ｃ面が最もエッチングされやすいため、裏面以外の表面がエッチングによって荒れるというデメリットがそもそも発生せず、また、裏面以外の結晶表面におけるエッチングによる荒れを防ぐ技術等も存在しなかった。
一方、上記特許文献１〜特許文献４に開示されたような、半極性面や非極性面を主面とする第１３族窒化物半導体基板については、実際に市場に出回っている製品は少ない。これら極性面以外の面を主面とする第１３族窒化物半導体基板は、その特徴的な物性から、近年ようやく脚光が当たり始めた技術である。
ところで、第１３族窒化物基板にＯＦを作製する場合には、ある程度大きい結晶でなければ、作製コストや歩留まりの観点からあまり意味がない。しかしながら、半極性面や非極性面を主面とする大口径の第１３族窒化物結晶は、ｃ軸方向に厚膜成長を行って得られる極性面を主面とする第１３族窒化物のインゴットからは、従来は製造が難しかった。これは、半極性面や非極性面を主面とする第１３族窒化物結晶を得るためには、ｃ軸に平行な方向、又はｃ軸に対し斜めの方向にインゴットをスライスしなければならないが、大口径の半極性面や非極性面を確保できるほどの厚膜成長は従来は容易ではなく、半極性面や非極性面を主面とする十分な大きさの結晶の作製が従来は難しかったためである。
以上より、半極性面や非極性面を主面とする第１３族窒化物基板にＯＦをつけた状態でエッチングに供されること自体が、従来あまり行われなかったことであるため、「ＫＯＨエッチングの際にＯＦ端面の荒れを極めて小さい範囲内に抑える」という新たな課題を、本発明者が見出すに至ったのである。

ＫＯＨエッチングを、半極性面を主面とする結晶に応用した場合の具体例を以下に示す。図３は、（２０−２−１）面を主面とし、且つ、主面の［０００−１］方向側（−ｃ軸方向側）にあって当該主面上において＜１１−２０＞方向に平行に伸びる直線となるようにＯＦを作製したＧａＮ結晶について、濃度４８質量％、温度１２０℃のＫＯＨ水溶液に２０分間浸漬して得られた基板の＋ｃ軸方向側の側面（図３（ａ））、ａ軸方向側の側面（図３（ｂ））、及び−ｃ軸方向側の側面（図３（ｃ））のＳＥＭ画像である。なお、図３（ｃ）は、−ｃ軸方向側の側面（すなわちＯＦ端面）を斜め上から撮影したＳＥＭ画像である。図３（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、ＧａＮ基板の＋ｃ軸方向側の側面及びａ軸方向側の側面はいずれもＫＯＨエッチングによる荒れはほぼなく、平坦な側面である。一方、図３（ｃ）から分かるように、−ｃ軸方向側の側面（ＯＦ端面）はＫＯＨエッチングにより鋸波状に荒れてしまう。

このように、従来のＫＯＨエッチング条件（温度１２０℃、処理時間２０分間）を、そのまま半極性面を主面とし、−ｃ軸方向側にＯＦ端面を有する結晶に適用した場合、ＯＦ端面が著しく荒れてしまう。本発明者は、半極性面や非極性面を主面とし且つＯＦを有する第１３族窒化物半導体基板について鋭意検討を重ねた結果、ＯＦ端面の結晶面の違いにより、溶液処理に対する耐久性が異なることを見出し、特に半極性面を主面とする第１３族窒化物半導体基板について顕著な効果があることを見出した。
本発明者は、更なる鋭意努力の結果、主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すＯＦの端面が溶液処理に対する耐久性が高く、一方、主面の［０００−１］方向側にあって当該主面上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すＯＦの端面が溶液処理に対し著しく弱いことを見出し、本発明を完成させた。

本発明における主面は、｛１−１００｝面から＜０００１＞方向に３°以上３０°以下の範囲で傾斜した面である。
本発明における主面は、本発明の効果が顕著であることから｛１−１００｝面から＜０００１＞方向に４°以上２９°以下の範囲で傾斜していることが好ましく、５°以上２８°以下の範囲で傾斜していることがより好ましい。よって、主面は具体的には、｛１０−１−１｝面、｛２０−２−１｝面、｛３０−３−１｝面、又は｛６０−６−１｝面であることが好ましい。｛１０−１−１｝面、｛２０−２−１｝面、｛３０−３−１｝面、及び｛６０−６−１｝面は、それぞれ、｛１−１００｝面から［０００−１］方向に、２８°、１５°、１０°、又は５°傾斜した面である。

本発明における裏面は、加工残渣が少なければ少ないほど好ましく、特に基板として取り扱う際に加工残渣が剥離しない程度に安定な状態にあることが好ましい。ここで、安定な状態とは、例えばＫＯＨエッチングにおいて処理時間を長くしたり、処理温度を高くしたりする等して、より厳しいエッチング条件とした場合であっても加工残渣の量が変わらない（それ以上低減しない）ような状態をいう。また、ここでいう加工残渣とは、スライスや研削、研磨した後の結晶表面に付着した結晶片のことを指す。
加工残渣の確認方法としては、例えば、走査型電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以下、ＳＥＭと称する。）による観察が挙げられる。ＳＥＭ観察条件としては、例えば、加速電圧１〜１０ｋＶ、電流５０〜２００ｐＡにおいて、５００〜５，０００倍の倍率で観察する条件が挙げられる。特に、金蒸着等を施さずに基板にＳＥＭ観察した場合、加工残渣部分がチャージアップして黒く観察されるため、主面のＳＥＭ画像において黒い領域が少なければ少ないほど好ましい。これは、金蒸着等を施さずに基板をＳＥＭ観察した場合、通常であれば基板本体がＳＥＭのホルダーに接触することにより導電する結果、チャージアップすることなく基板の主面が観察できるのに対し、加工残渣（剥離しかかった結晶片）は基板との接触面が少ないためにチャージアップする結果、当該加工残渣部分が黒く見えることによる。

本発明におけるＯＦのうち少なくとも１つは、上述した主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成す。ここで、「主面上において直線を成す」とは、主面に垂直な方向からマクロに基板を観察した際に、ＯＦが直線として見えることを意味する。本発明において「マクロに基板を観察する」とは、顕微鏡観察のような微視的観察以外の観察方法により基板を観察することを指し、例えば、目視で基板を観察することが挙げられる。主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すＯＦを備える第１３族窒化物半導体基板は、後述する実施例１に示すように、溶液処理前後におけるＯＦ端面の荒れにほとんど変化がない。したがって、当該第１３族窒化物半導体基板を半導体の作製に用いた場合、半導体基板の位置決め等において、半導体の欠けや半導体表面の汚染が生じるおそれがほとんどなく、実用化に耐えうる。
マクロに観察した際の、ＯＦの＜０００１＞方向からのブレは、±３°であることが好ましく、±１°であることがより好ましく、±０．１°であることがさらに好ましい。

本発明においては、ＯＦとして上述した＜０００１＞±５°方向に平行なＯＦのみ備えていてもよく、当該ＯＦ以外にＯＦをさらに備えていてもよい。しかし、本発明の第１３族窒化物半導体基板は、主面の［０００−１］方向側にあって当該主面上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すＯＦは有しない。後述する比較例１に示すように、当該ＯＦを備える第１３族窒化物半導体基板は、溶液処理によるＯＦ端面における荒れが酷いため、実用化に耐え得ないからである。好ましくは、当該主面上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すＯＦを有しないことである。
本発明におけるＯＦとしては、上述した通り主面の［０００−１］方向側に＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びるＯＦを含まないことが特徴である。これは円形の主面上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線としては、［０００−１］方向側及び［０００１］方向側の、対向する２箇所が存在する。本発明者の検討においては、［０００−１］方向側にＯＦを形成した場合には、ＫＯＨエッチングによるＯＦ端面の荒れが顕著であるのに対して、［０００１］方向側にＯＦを形成した場合には、ＫＯＨエッチングをおこなってもＯＦ端面が荒れにくいことが見出されている。このことより、本発明の基板においては、少なくとも主面の［０００−１］方向側にＯＦが形成されていなければ効果を発揮することができる。ここで、主面の［０００−１］方向側とは、必ずしもｃ軸上に存在するのではなく、ｃ軸を第１３族窒化物基板の主面に投影した場合に、主面の中心を挟んで−ｃ軸方向と一致する側をいい、主面の［０００１］方向側とは主面の中心を挟んで＋ｃ軸方向と一致する側をいう。

本発明におけるいずれのＯＦにおいても、ＯＦ端面の表面粗度Ｒａは、０．５μｍ以下であることが好ましい。上述したように、本発明においては溶液処理に強いＯＦ端面を備え、且つ、溶液処理に弱いＯＦ端面を有しないことから、任意の溶液処理条件に対し、上述した表面粗度Ｒａ≦０．５μｍの条件を満足できる。ここで、表面粗度（すなわち、算術平均粗さ）Ｒａは、ＪＩＳ０６０１（１９９４年版）に則り、触針式表面粗度計（例えば、触針式粗さ試験機（東京精密社製、型番：ＳＵＲＦＣＯＭ１３０Ａ）及びピックアップ（東京精密社製、型番：Ｅ−ＤＴ−ＳＥ１９Ａ））により測定し、当該測定結果から算出することが好ましい。測定条件の詳細は、例えば、以下の通りである。
測定長さ：１〜５ｍｍ
測定速度：０．３〜０．６ｍｍ／秒
カットオフ値：０．２５〜２．５ｍｍ
本発明におけるＯＦの表面粗度Ｒａは、０．３μｍ以下であることがより好ましく、０μｍ以上０．２μｍ以下であることがさらに好ましい。

本発明におけるＯＦの長さは、主面の面積が十分に確保できる程度の長さであれば特に限定されない。本発明におけるＯＦの長さは、例えば、ＯＦ作製前の第１３族窒化物結晶の外周の１〜２０％を切り取る長さであってもよい。ＯＦを２以上備える場合において、当該２以上のＯＦのそれぞれの長さは、ＯＦ作製前の第１３族窒化物結晶の外周を合計で１〜２０％切り取る長さであってもよい。

主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すＯＦのＯＦ端面は、基板をマクロに観察したときに、｛１−２１０｝面に位置する。

本発明に係る第１３族窒化物基板の形状は、窒化物半導体基板に通常採用されている形状であれば、特に限定されない。本発明に係る基板の形状としては、例えば、円形から１又は２以上の弓形を切り取った形状、矩形、六角形などの多角形等が挙げられる。
これらの中でも、本発明に係る基板は、円形から１又は２以上の弓形を切り取った形状であることが好ましい。

図１は、本発明に係る第１３族窒化物基板の第１の典型例を示す図であって、主面側から観察した様子を模式的に示す図である。
図１に示すように、本第１の典型例は、主面１及びＯＦ２を備える。主面１は、円形状から弓形を１つ切り取られた残りの形状を有する。主面１は、｛１−１００｝面から＜０００１＞方向に３°以上３０°以下の範囲で傾斜した面であり、好適には｛１０−１−１｝面、｛２０−２−１｝面、｛３０−３−１｝面、又は｛６０−６−１｝面である。
一方、ＯＦ２は当該弓形に切り取られた部分の弦に相当する。ＯＦ２は、主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線をなし、ＯＦ端面の面指数は、主面と直交する｛１−２１０｝面となる。

図２は、本発明に係る第１３族窒化物基板の第２の典型例を示す図であって、主面側から観察した様子を模式的に示す図である。
図２に示すように、本第２の典型例は、主面１、ＯＦ２、及び他のＯＦ３を備える。主面１は、円形状から弓形を２つ切り取られた残りの形状を有する。主面１の面指数は、上述した第１の典型例と同様である。また、ＯＦ２及び他のＯＦ３は、主面１において交わり、互いに１３５°の角度を成す。
ＯＦ２及び他のＯＦ３は、当該弓形に切り取られた部分のそれぞれの弦に相当する。ＯＦ２の面指数は、上述した第１の典型例と同様である。また、他のＯＦ３については、［０００−１］方向側にあって当該主面上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すＯＦでなければ、特に限定はない。図２に示すように、ＯＦ２及び他のＯＦ３が交わるものであってもよいし、ＯＦ２及び他のＯＦ３が交わらなくてもよい。基板の表裏の区別を容易にするため、ＯＦ２とＯＦ３は長さが１０％以上異なることが好ましい。
なお、上述した第１の典型例及び第２の典型例は、本発明のあくまで例に過ぎず、本発明がこれらの典型例のみに限定されることはない。

一般的に第１３族窒化物基板は、アズグロウン結晶を原料に、スライス、研削、研磨等の加工を経て得られる。スライスから粗研磨までの処理については公知の方法を採用すればよく、処理方法、順序は特に限定されない。
以下、第１３族窒化物結晶の外径加工、オフ角の測定、スライス、ＯＦ作製、溶液処理、表面研削処理及び／又は表面研磨処理、並びに、精密研磨について詳しく説明する。

（外径加工）
第１３族窒化物結晶は、公知の方法により準備できる。第１３族窒化物結晶は、予め成長させた結晶を用いてもよいし、市販のものを用いてもよい。一般には、第１３族窒化物のアズグロウン結晶からスライス、研削等の形態加工を実施して基板を製造する。本発明においては、第１３族窒化物結晶のインゴットについて、予め外径を整える加工を施した後、オフ角を測定し、所望の主面を有するようにスライスすることが好ましい。
外径加工は、第１３族窒化物結晶のインゴットの外周の結晶異常成長部除去（いわゆる多結晶除去）をその目的とする。外径加工の方法は特に限定されず、人の手による研削によってもよいし、シングルワイヤーソーによるものであってもよい。

（オフ角の測定）
次に、外径加工された第１３族窒化物結晶のインゴットをスライス機に取り付けるための台座に固定し、裏面をＸ線測定することにより、オフ角を測定する。

（スライス）
オフ角測定後、第１３族窒化物結晶のインゴットをスライス機に固定し、所定の角度でスライスされるように角度調整を行ってからスライスし、所定の厚さを有する結晶を切り出す。このとき、得られる結晶の主面が、｛１−１００｝面から＜０００１＞方向に３°以上３０°以下の範囲で傾斜した面となるようにインゴットをスライスする。また、当該結晶の厚さは、完成品である製品の厚さと、加工ダメージを除去するための余分の厚さとの和とすることが好ましい。スライスの具体的方法としては、例えば、結晶のインゴットを乗せた台座をスライス機に設置し、Ｘ線により測定したオフ角の測定値に応じて角度を調整した後、スライス機で切断する態様が挙げられる。

（ＯＦ作製）
スライス後の第１３族窒化物結晶について、ＯＦ作製を行う。具体的には、まず、スライス後の第１３族窒化物結晶について、シングルワイヤーソーやダイサー等により余計な部分を切断する。次に、ダイヤモンド砥石等を用いた研削によって、第１３族窒化物結晶を円形に加工する。円形にした結晶について、Ｘ線によりＯＦ方位を測定しながら、ＯＦを作製する。このとき作製されるＯＦは、主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線となる。

なお、外径加工工程において、外周を製品径である円形とし、且つＯＦを作製してもよい。すなわち、ＯＦ作製工程を外径加工に含めてもよい。手順は以下の通りである。まず、第１３族窒化物結晶のインゴットを、コアドリルによってくりぬき、製品径をほぼその直径とする結晶の円柱を製造する。次に、外周研削機により円柱の直径を製品径に仕上げ、且つ、ＯＦを作製する。このとき、Ｘ線測定によりＯＦの方位を確認しつつ適宜調整しながらＯＦを作製することが好ましい。以下、結晶のスライスまでは上述した通りである。

ＯＦ作製後の第１３族窒化物結晶に対しては、裏面を研削することにより、裏面のソーマーク等を除去してもよい。裏面研削の方法としては、例えば、平面研削機、ＬＡＰ機が挙げられる。また、裏面研削に使用できる砥石としては、例えば、メタルボンド砥石やレジンボンド砥石、ビトリファイド砥石、及びダイヤスラリー等が挙げられる。なお、本発明においては、ソーマーク除去の必要がない場合においては裏面研削を行わなくてもよい。

（溶液処理）
ＯＦ作製後の第１３族窒化物結晶について、溶液処理を行うことにより、第１３族窒化物結晶表面の加工残渣を除去する。なお、上述したように、主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すＯＦは溶液処理により侵されにくいため、裏面の加工残渣が十分除去できる条件であれば、特に溶液処理条件を限定する必要はない。
溶液処理に使用できるエッチング溶液としては、例えば、ＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液等が挙げられる。これらのエッチング溶液のうち、そのエッチング効果の高さから、ＫＯＨ水溶液を用いることが好ましい。

以下、エッチング溶液としてＫＯＨ水溶液を用いる場合について説明する。
ＫＯＨ水溶液の濃度は１０質量％以上６５質量％未満であることが好ましく、より好ましくは３０質量％以上、更に好ましくは４５質量％以上である。当該濃度が１０質量％未満である場合には、裏面の加工残渣が多く残るおそれがある。また、ＫＯＨ水溶液の濃度は６５質量％が上限である（国立天文台編、「理科年表 平成２０年」、初版、丸善株式会社、平成１９年１１月３０日、５０１ページ）。
ＫＯＨ水溶液の温度は１００℃以上であることが好ましい。ＫＯＨ水溶液の温度が１００℃未満である場合には、第１３族窒化物結晶の裏面の加工残渣が多く残るおそれがある。
溶液処理の時間は２０分以上であることが好ましい。溶液処理の時間が２０分未満である場合には、第１３族窒化物結晶の裏面の加工残渣が多く残るおそれがある。

第１３族窒化物結晶をＫＯＨ水溶液へ浸漬する態様は特に限定されない。複数の結晶を一度にＫＯＨ水溶液へ浸漬できるという観点から、複数の結晶を格納可能なキャリア（ホルダー）に溶液処理予定の結晶を設置し、当該キャリアごとＫＯＨ水溶液に浸漬させる態様を採用してもよい。また、当該キャリアにＯＦ端面を含む結晶の一部をＫＯＨ水溶液から保護する部材を予め搭載し、ＯＦ端面のエッチングを抑えるという態様を採用してもよい。

（表面研削処理及び／又は表面研磨処理）
上述した溶液処理工程後の第１３族窒化物結晶について、さらに表面研削及び／又は表面研磨を行うことにより、結晶表面における研削／研磨ダメージを減らし、所定の厚さにすることが好ましい。

（精密研磨）
表面研削処理及び／又は表面研磨処理を施した第１３族窒化物結晶について、さらに精密研磨（ポリシング）を行ってもよい。研磨工程の最終段階である精密研磨においては、化学機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；以下、ＣＭＰと称する場合がある。）が行われるのが一般的である。ＣＭＰには、通常、研磨剤及び研磨パッドが用いられ、化学研磨効果と機械研磨効果との相乗効果により、粗研磨により生じた結晶表面のナノオーダーの段差を除去し、結晶表面を平坦化することができる。
ＣＭＰ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、第１３族窒化物結晶の研磨対象となる表面と、研磨定盤に貼られた研磨パッドとの間にコロイダルシリカ等を含むポリシングスラリーを添加した後、所定の圧力で当該結晶を保持しつつ、ポリッシュ機により当該表面を研磨する方法が挙げられる。研磨パッドの材質は公知のものでよく、ポリウレタン製等が例示できる。

上記精密研磨を経た第１３族窒化物結晶は、研磨後に通常行われる洗浄工程により表面の付着物を除去することが好ましい。当該洗浄工程においては、スクラブ洗浄、及びＨＦ洗浄等を実施してもよく、これら公知の洗浄方法を適宜組み合わせて実施してもよい。洗浄後の結晶を、スピン乾燥機等で適宜乾燥させることにより、第１３族窒化物基板が製造される。
なお、上述したスライスから乾燥までの一連の工程はあくまで一例であり、本発明に係る第１３族窒化物基板は、必ずしも上記一連の工程によって製造されるもののみに限定されない。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

１．ＧａＮ基板の製造
［実施例１］
ＧａＮ結晶を準備し、４４０μｍの厚みにスライスして、（２０−２−１）面を主面とするＧａＮ結晶（以下、（２０−２−１）結晶と称する場合がある。）を得た。次に、当該（２０−２−１）結晶の外周をダイヤモンド砥石（＃１０００）により研削して形状を整え、さらに主面上において＜０００１＞方向に平行に伸びる直線を成すように、オリエンテーションフラット（ＯＦ）を作製した（ＯＦ作製工程）。ＯＦ作製後の（２０−２−１）結晶をキャリア（ホルダー）にセットし、濃度４８質量％、温度１２０℃のＫＯＨ水溶液に３０分間浸漬した（溶液処理工程）。溶液処理工程後の（２０−２−１）結晶を、純水により洗浄し、スピン乾燥機で乾燥させることにより、実施例１のＧａＮ基板を製造した。

実施例１のＧａＮ基板のＯＦ端面、及びＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前の（２０−２−１）結晶のＯＦ端面を、ＪＩＳ０６０１（１９９４年版）に則り、触針式表面粗度計により測定し、ＯＦ端面の表面粗度（算術平均粗さ）Ｒａをそれぞれ算出した。測定条件の詳細は以下の通りである。
触針式表面粗度計：触針式粗さ試験機（東京精密社製、型番：ＳＵＲＦＣＯＭ１３０Ａ）及びピックアップ（東京精密社製、型番：Ｅ−ＤＴ−ＳＥ１９Ａ）
測定長さ：３ｍｍ
測定速度：０．３ｍｍ／秒
カットオフ値：０．８ｍｍ
ＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前の（２０−２−１）結晶のＯＦ端面の表面粗度は、Ｒａ＝０．２μｍであった。これに対し、実施例１のＧａＮ基板のＯＦ端面の表面粗度は、Ｒａ＝０．３μｍであった。実施例１のＧａＮ基板の裏面（（２０−２１）面）についてＳＥＭ観察を行い、裏面上の加工残渣を確認したところ、加工残渣が十分に除去されており、安定な面となっていることが確認された。

［比較例１］
実施例１のＯＦ作製工程において、（２０−２−１）結晶について、主面の［０００−１］方向側にあって当該主面上において＜１１−２０＞方向に平行に伸びる直線を成すようにＯＦを作製したこと以外は、実施例１と同様にＯＦ作製工程、溶液処理工程、洗浄、及び乾燥を行うことにより、比較例１のＧａＮ基板を製造した。
比較例１のＧａＮ基板のＯＦ端面、及びＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前の（２０−２−１）結晶のＯＦ端面について、実施例１と同様に触針式表面粗度計により測定し、表面粗度Ｒａを算出した。ＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前の（２０−２−１）結晶のＯＦ端面の表面粗度は、Ｒａ＝０．３μｍであった。これに対し、比較例１のＧａＮ基板のＯＦ端面の表面粗度は、Ｒａ＝７．２μｍであった。

［参考例１］
ＧａＮ結晶を準備し、４４０μｍの厚みにスライスして、（１０−１０）面を主面とするＧａＮ結晶（以下、（１０−１０）結晶と称する場合がある。）を得た。次に、当該（１０−１０）結晶の外周をダイヤモンド砥石（＃１０００）により研削して形状を整え、さらに主面上において＜０００１＞方向に平行に伸びる直線を成すように、ＯＦを作製した（ＯＦ作製工程）。ＯＦ作製後の（１０−１０）結晶をキャリア（ホルダー）にセットし、濃度４８質量％、温度１２０℃のＫＯＨ水溶液に３０分間浸漬した（溶液処理工程）。溶液処理工程後の（１０−１０）結晶を、純水により洗浄し、スピン乾燥機で乾燥させることにより、参考例１のＧａＮ基板を製造した。
参考例１のＧａＮ基板のＯＦ端面、及びＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前の（１０−１０）結晶のＯＦ端面について、実施例１と同様に触針式表面粗度計により測定し、表面粗度Ｒａを算出した。ＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前の（１０−１０）結晶のＯＦ端面の表面粗度は、Ｒａ＝０．４μｍであった。これに対し、参考例１のＧａＮ基板のＯＦ端面の表面粗度は、Ｒａ＝０．６μｍであった。参考例１のＧａＮ基板の裏面（（−１０１０）面）についてＳＥＭ観察を行い、裏面上の加工残渣を確認したところ、加工残渣がほぼ除去されており、安定な面となっていることが確認された。

［参考比較例１］
参考例１のＯＦ作製工程において、（１０−１０）結晶について、主面の［０００−１］方向側にあって当該主面上において＜１１−２０＞方向に平行に伸びる直線を成すように、ＯＦを作製したこと以外は、参考例１と同様にＯＦ作製工程、溶液処理工程、洗浄、及び乾燥を行うことにより、参考比較例１のＧａＮ基板を製造した。
参考比較例１のＧａＮ基板のＯＦ端面、及びＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前の（１０−１０）結晶のＯＦ端面について、実施例１と同様に触針式表面粗度計により測定し、表面粗度Ｒａを算出した。ＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前の（１０−１０）結晶のＯＦ端面の表面粗度は、Ｒａ＝０．３μｍであった。これに対し、参考比較例１のＧａＮ基板のＯＦ端面の表面粗度は、Ｒａ＝５．４μｍであった。

下記表１は、実施例１、比較例１、参考例１、及び参考比較例１のＧａＮ基板、並びに、これらＧａＮ基板の原料となったＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前のＧａＮ結晶の表面粗度をまとめた表である。なお、下記表１中、「ＯＦの方向」とは、主面においてＯＦがなす直線の方向を意味する。また、「ＯＦ作製工程後且つ溶液処理工程前」のデータは、ＧａＮ基板の原料となったＧａＮ結晶のデータを意味し、「溶液処理工程後」のデータは、ＧａＮ基板のデータを意味する。

上記表１から分かるように、主面上において＜１１−２０＞に平行な直線をなすようにＯＦが作製されたＧａＮ基板（比較例１及び参考比較例１）は、溶液処理工程前後で表面粗度が１８〜２４倍と極めて大きくなる。したがって、このようなＧａＮ基板を半導体基板に用いた際には、ＯＦ端面の酷い荒れのために、半導体の作製や半導体検査における位置決めにおいて、半導体の欠けや半導体表面の汚染のおそれがある。
一方、上記表１から分かるように、主面上において＜０００１＞に平行な直線をなすようにＯＦが作製されたＧａＮ基板（実施例１及び参考例１）は、溶液処理工程前後で表面粗度がほとんど変わらない。したがって、このようなＧａＮ基板を半導体基板に用いても、半導体の作製等における位置決めにおいて、半導体の欠けや半導体表面の汚染が生じるおそれがほとんどなく、高品質の半導体が作製できる。

１ 主面
２ オリエンテーションフラット
３ 他のオリエンテーションフラット
１００ 第１３族窒化物基板

Claims (4)

1. 主面と、１又は２以上のオリエンテーションフラットとを有する第１３族窒化物基板であって、
   前記主面は｛１−１００｝面から＜０００１＞方向に３°以上３０°以下の範囲で傾斜した面であり、
   前記オリエンテーションフラットのうち少なくとも１つは前記主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成し、且つ、
   前記主面の［０００−１］方向側にあって当該主面上において＜１１−２０＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すオリエンテーションフラットを有さないことを特徴とする、第１３族窒化物基板。
2. 前記主面は、｛１０−１−１｝面、｛２０−２−１｝面、｛３０−３−１｝面、又は｛６０−６−１｝面である、請求項１に記載の第１３族窒化物基板。
3. 前記主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すオリエンテーションフラットの端面は、｛１−２１０｝面に位置する、請求項１又は２に記載の第１３族窒化物基板。
4. 前記主面上において＜０００１＞±５°方向に平行に伸びる直線を成すオリエンテーションフラットの端面の表面粗度Ｒａは、０．５μｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の第１３族窒化物基板。