JP4379229B2 - ＡｌＮ基板とＡｌＮ基板の洗浄方法 - Google Patents
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本発明は、ヘイズレベルの低いエピタキシャル膜を安定して成長させることができるＡｌＮ基板とＡｌＮ基板の洗浄方法に関する。
ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）基板の中でもＡｌＮ基板は、６．２ｅＶのエネルギバンドギャップ、約３．３ＷＫ-1ｃｍ-1の熱伝導率および高い電気抵抗を有しているため、種々の光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板として注目されている。
ＡｌＮ基板は、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法や昇華法で成長させたＡｌＮ結晶から製造することができる。そして、ＡｌＮ結晶の表面上に種々のエピタキシャル膜を成長させることによって光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイスが得られる。たとえば、非特許文献１には、ＡｌＮ基板上にＡｌＧａＮ膜などを成長させることによって得られた発光ダイオードが開示されている。また、非特許文献２には、バルク状のＡｌＮ基板上に形成された発光ダイオードが開示されている。
しかしながら、ＡｌＮ基板の表面上にエピタキシャル膜を成長させた場合には、ヘイズレベルの高いエピタキシャル膜が成長することがあった。このようなヘイズレベルの高いエピタキシャル膜を用いた半導体デバイスはデバイス特性が悪くなることがあるため、ヘイズレベルの低いエピタキシャル膜を安定して成長させることが要望されている。
Toshio Nishida et al., "GaN-free transparent ultraviolet light-emitting diodes", 2003, Appl. Phys. Lett., vol.82, 1299 西田敏夫等，「バルクＡｌＮ基板上に形成したＵＶ−ＬＥＤの高電流注入特性」，第５１回応用物理学関係連合講演会講演予稿集，２００４年３月，ｐ．４０９
Toshio Nishida et al., "GaN-free transparent ultraviolet light-emitting diodes", 2003, Appl. Phys. Lett., vol.82, 1299 西田敏夫等，「バルクＡｌＮ基板上に形成したＵＶ−ＬＥＤの高電流注入特性」，第５１回応用物理学関係連合講演会講演予稿集，２００４年３月，ｐ．４０９
そこで、ヘイズレベルの低いエピタキシャル膜を安定して成長させるため、ＡｌＮ基板を洗浄することが行なわれる。しかしながら、ヘイズレベルの低いエピタキシャル膜を安定して成長できるＡｌＮ基板の表面の基準が不明確であるため、ＡｌＮ基板の表面状態のばらつきがそのままエピタキシャル膜の品質のばらつきに結びついてしまうという問題があった。
本発明の目的は、ヘイズレベルの低いエピタキシャル膜を安定して成長させることができるＡｌＮ基板とこのＡｌＮ基板を得るための洗浄方法を提供することにある。
本発明は、検出角度１０°でのＸ線光電子分光法によるＡｌＮ基板の表面の光電子スペクトルにおいて、Ａｌ2s電子とＮ1s電子のピーク面積の比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）が０．６５以下であるＡｌＮ基板である。
また、本発明は、ＡｌＮ基板を、硝酸、リン酸および酢酸からなる群から選択された少なくとも１種からなり、その濃度が０．５質量％以上の酸溶液に４０秒以上浸漬させることによって、検出角度１０°でのＸ線光電子分光法によるＡｌＮ基板の表面の光電子スペクトルにおいて、Ａｌ2s電子とＮ1s電子のピーク面積の比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）を０．６５以下にするＡｌＮ基板の洗浄方法である。
本発明によれば、ヘイズレベルの低いエピタキシャル膜を安定して成長させることができるＡｌＮ基板とこのＡｌＮ基板を得るための洗浄方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表わすものとする。
本発明は、検出角度１０°でのＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によるＡｌＮ基板の表面の光電子スペクトルにおいて、Ａｌ2s電子とＮ1s電子のピーク面積の比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）が０．６５以下であるＡｌＮ基板である。これは、本発明者が鋭意検討した結果、検出角度１０°でのＸ線光電子分光法によるＡｌＮ基板の表面の光電子スペクトルにおいて、Ａｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比を上記のように制御した場合には、ヘイズレベルの低いエピタキシャル膜を成長させることができることを見い出したものである。
ＡｌＮ基板の表面上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）やＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）を用いてエピタキシャル膜を成長させる場合に、その成長開始前にＡｌＮ基板の表面は加熱される。この加熱によって、ＡｌＮ基板の表面におけるＮ（窒素）はＡｌ（アルミニウム）よりも多く揮発するため、エピタキシャル膜の成長時にはＡｌＮ基板の表面の化学組成はＡｌが多くなる。そこで、あらかじめＡｌＮ基板の表面の化学組成をＮが多い状態にすることによって、ヘイズレベルの低いエピタキシャル膜を成長させることができるのである。そして、このＡｌＮ基板の表面の基準として、本発明者は検出角度１０°でのＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によるＡｌ2s電子とＮ1s電子のピーク面積の比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）が０．６５以下であるＡｌＮ基板を用いればよいことを見いだしたものである。
ここで、Ａｌ2s電子とはＡｌの２ｓ軌道の電子のことであり、Ｎ1s電子とはＮの１ｓ軌道の電子のことである。そして、図１に示すように、Ｘ線６の照射によってＡｌＮ基板５の表面のＡｌ2s電子およびＮ1s電子は光電子７として放出される。その後、ＡｌＮ基板５の表面と１０°の角度を為して放出される光電子７が検出器８にて検出され（検出角度１０°）、光電子スペクトルが得られる。この光電子スペクトルのＡｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比が求められる。
また、本発明は、ＡｌＮ基板を酸溶液に浸漬させることによって、検出角度１０°でのＸ線光電子分光法によるＡｌＮ基板の表面の光電子スペクトルにおいて、Ａｌ2s電子とＮ1s電子のピーク面積の比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）を０．６５以下とする洗浄方法である。
ここで、酸溶液は、硝酸、リン酸または酢酸のいずれか一種、またはこれらの酸の少なくとも２種からなる混合溶液からなることが好ましい。この場合には、上記のＡｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比をより安定して０．６５以下にすることができる傾向にある。
さらに、酸溶液の濃度が酸溶液全体の０．５質量％以上であることであることが好ましい。この場合には、上記のＡｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比をさらに安定して０．６５以下にすることができる傾向にある。
また、ＡｌＮ基板の酸溶液への浸漬時間は４０秒以上であることが好ましい。この場合には、ＡｌＮ基板を十分に酸溶液中に浸漬させられることから、上記のＡｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比をより安定して上記のように制御できる傾向にある。
（実験例１）
まず、ＨＶＰＥ法により成長させたＡｌＮ結晶を鏡面研磨し、その後に鏡面研磨によるダメージ層を除去することによって得られた口径２インチのＡｌＮ基板を５０枚用意した。ここで、５０枚のＡｌＮ基板はそれぞれ厚さが４００μｍであり、ＡｌＮ基板の表面は方位（０００１）から２°オフした面である。
まず、ＨＶＰＥ法により成長させたＡｌＮ結晶を鏡面研磨し、その後に鏡面研磨によるダメージ層を除去することによって得られた口径２インチのＡｌＮ基板を５０枚用意した。ここで、５０枚のＡｌＮ基板はそれぞれ厚さが４００μｍであり、ＡｌＮ基板の表面は方位（０００１）から２°オフした面である。
次に、図２の模式的断面図に示す洗浄装置を用いて、５０枚のＡｌＮ基板についてそれぞれ洗浄を行なった。ここで、図２に示す洗浄槽１には洗浄液２として様々な濃度の硝酸、リン酸および酢酸の混合溶液が収容されて、ＡｌＮ基板４について様々な洗浄時間で洗浄が行なわれた。
そして、洗浄後のそれぞれのＡｌＮ基板について、ＭｇのＫα線をＸ線源とするＸ線光電子分光装置によって、光電子の検出角度１０°でのＡｌＮ基板の表面の光電子スペクトルを測定し、Ａｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）を算出した。
その後、５０枚のＡｌＮ基板のそれぞれの表面上に同一の条件でＭＯＶＰＥ法により厚さ１μｍのＡｌＮ結晶からなるエピタキシャル膜を成長させた。そして、成長したエピタキシャル膜のそれぞれについて、光散乱方式の基板表面検査装置によりヘイズレベルを評価した。その結果を図３に示す。図３において、横軸は洗浄後のＡｌＮ基板のＸ線光電子分光装置により得られたＡｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）を示し、縦軸は横軸の（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）を有するＡｌＮ基板のそれぞれに成長したエピタキシャル膜のヘイズレベルを示している。
図３からわかるように、ＡｌＮ基板の表面のＡｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）が小さいほどエピタキシャル膜のヘイズレベルが低下する傾向にあった。特に、その比が０．６５以下である場合には、エピタキシャル膜のヘイズレベルは２ｐｐｍよりも低くなって、良好なのエピタキシャル膜を成長させることができた。
また、ＡｌＮ基板の表面のＡｌ2s電子のピーク面積とＮ1s電子のピーク面積との比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）が０．６５以下であるＡｌＮ基板は、酸溶液全体に対する硝酸、リン酸および酢酸の総濃度を０．５質量％以上とし、ＡｌＮ基板の浸漬時間を４０秒以上として洗浄されたものであった。
なお、上記の実験例１においては硝酸、リン酸および酢酸の混合溶液を用いたが、硝酸、リン酸または酢酸のいずれか１種、またはこれらの酸の２種からなる混合溶液を用いても同様の結果を得ることができる。
また、ＡｌＮ基板の厚み、面方位は上記に限定されるものではなく、任意の場合でも上記の実験例１と同様の結果を得ることができる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明はＡｌＮ基板を用いた半導体デバイスの製造に好適に利用することができる。
１ 洗浄槽、２ 洗浄液、３ 超音波、４，５ ＡｌＮ基板、６ Ｘ線、７ 光電子、８ 検出器。
Claims (2)
- 検出角度１０°でのＸ線光電子分光法によるＡｌＮ基板の表面の光電子スペクトルにおいて、Ａｌ2s電子とＮ1s電子のピーク面積の比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）が０．６５以下であることを特徴とする、ＡｌＮ基板。
- ＡｌＮ基板を、硝酸、リン酸および酢酸からなる群から選択された少なくとも１種からなり、その濃度が０．５質量％以上の酸溶液に４０秒以上浸漬させることによって、検出角度１０°でのＸ線光電子分光法によるＡｌＮ基板の表面の光電子スペクトルにおいて、Ａｌ2s電子とＮ1s電子のピーク面積の比（Ａｌ2s電子のピーク面積／Ｎ1s電子のピーク面積）を０．６５以下にすることを特徴とする、ＡｌＮ基板の洗浄方法。
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