JP4380791B2 - GaN結晶基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明にかかるGaN結晶基板の一実施形態は、図1を参照して、結晶成長面10cの反対側の面である裏面10rの反りw(R)が−50μm≦w(R)≦50μmである。ここで、図1(a)に示すような裏面10rが凹状となる反りを正(+の記号で示す)とし、図1(b)に示すような裏面10rが凸状となる反りを負(−の記号で示す)とする。また、反りw(R)は裏面10rにおける最凸部の変位値zPと最凹部の変位値zVとの高低差と定義される。
z(a+1,b+1)、z(a+1,b)およびz(a+1、b-1)を用いた(このようなガウシアンフィルタを8近傍のガウシアンフィルタという)が、近傍の複数の変位値は8つに限られない。たとえば、変位値の近傍の24の変位値を用いることもできる(このようなガウシアンフィルタを24近傍のガウシアンフィルタという)。
本発明にかかるGaN結晶基板の製造方法は、図8を参照して、実施形態1のGaN結晶基板の製造方法であって、GaN結晶1からGaN結晶基板10を切り出す工程(図8(a)を参照)と、GaN結晶基板10の裏面10rを処理する工程(図8(b)を参照)とを含み、GaN結晶基板10の裏面10rを処理する工程は、裏面10rを研削する工程、裏面10rを研磨する工程および裏面10rをエッチングする工程の少なくともいずれかの工程を含む。
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、図9を参照して、基板としてのGaN結晶基板10を選択し、GaN結晶基板10の結晶成長面10c側に少なくとも1層のIII族窒化物結晶層20を成長させる工程を含む。かかる製造方法により、GaN結晶基板10の結晶成長面10c側に、半導体層として均一なIII族窒化物結晶層20を安定して成長させることができ、特性のよい半導体デバイス99が得られる。
1.GaN結晶基板の製造
図8(a)を参照して、HVPE法により成長させたGaN結晶1から直径5.08cm(2インチ)×厚さ550μmのGaN結晶基板10を切り出し、図8(b)を参照して、GaN結晶基板10の裏面10rおよび結晶成長面10cを以下のようにして処理した。裏面の処理は、粒径125μmのCBN砥粒をボンドで固定した固定砥粒を用いて研削し(研削工程)、粒径24μmのダイヤモンド砥粒を用いて研磨し(研磨工程)、30質量%のアンモニア水と、40質量%の過酸化水素水と純水とを体積比で1:1:2で混合させたNH3およびH2O2の混合水溶液を用いてエッチングすること(エッチング工程)により行なった。また、結晶成長面の処理は、平均粒径125μmのCBN砥粒をボンドで固定した固定砥粒を用いて研削し(研削工程)、平均粒径20μm、10μmおよび5μmのSiC砥粒を順次用いて研磨し(研磨工程)、30質量%のNaOH水溶液を用いてエッチングし(エッチング工程)、平均粒径1μmのTiO2砥粒を含むpH=12、ORP=450mVのスラリーを用いてCMPすること(微研磨工程)により行なった。
図9(a)を参照して、上記のGaN結晶基板10の結晶成長面10c上に、MOVPE法により、III族窒化物結晶層20として、厚さ5μmのn型GaN層21、厚さ3nmのIn0.2Ga0.8N層22、厚さ60nmのAl0.2Ga0.8N層23、厚さ150nmのp型GaN層24を順次成長させて半導体積層ウエハ80を得た。得られた半導体積層ウエハ80の発光強度の分布をフォトルミネッセンス法(以下、PL法という)により評価した。
GaN結晶基板の製造の際の裏面の処理において、粒径84μmのCBN砥粒をボンドで固定した固定砥粒を用いて研削し(研削工程)、粒径12μmのSiC砥粒を用いて研磨し(研磨工程)、85質量%のリン酸水溶液と90質量%の硫酸水溶液とを体積比で1:1で混合させたH3PO4およびH2SO4の混合水溶液を用いてエッチングすること(エッチング工程)により行なったこと以外は、比較例1と同様にして、GaN結晶基板を製造して、このGaN結晶基板の裏面および結晶成長面の反りならびに面粗さを測定した。得られたGaN結晶基板の裏面の反りw(R)は−22.8μm、面粗さRa(R)は10.2μm、面粗さRy(R)は78.5μmであった。なお、このGaN結晶基板の結晶成長面の反りw(C)は−17.4であり、面粗さRa(C)およびRy(C)はいずれも比較例1と同様であった。また、このGaN結晶基板のピーク波長が450nm〜550nmの光の吸収係数、熱伝導率および熱膨張係数は、いずれも比較例1と同様であった。
GaN結晶基板の製造の際の裏面の処理において、粒径63μmのAl2O3砥粒をボンドで固定した固定砥粒を用いて研削し(研削工程)、粒径8μmのAl2O3砥粒を用いて研磨し(研磨工程)、25質量%のKOH水溶液を用いてエッチングすること(エッチング工程)により行なったこと以外は、比較例1と同様にして、GaN結晶基板を製造して、このGaN結晶基板の裏面および結晶成長面の反りならびに面粗さを測定した。得られたGaN結晶基板の裏面の反りw(R)は−19.1μm、面粗さRa(R)は6.8μm、面粗さRy(R)は55μmであった。なお、GaN結晶基板の結晶成長面の反りw(C)は−16.7μmであり、面粗さRa(C)およびRy(C)はいずれも比較例1と同様であった。また、このGaN結晶基板のピーク波長が450nm〜550nmの光の吸収係数、熱伝導率および熱膨張係数は、いずれも比較例1と同様であった。
GaN結晶基板の製造の際の裏面の処理において、粒径32μmのダイヤモンド砥粒をボンドで固定した固定砥粒を用いて研削し(研削工程)、25質量%のKOHの水溶液を用いてエッチングすること(エッチング工程)により行なったこと以外は、比較例1と同様にして、GaN結晶基板を製造して、このGaN結晶基板の裏面および結晶成長面の反りならびに面粗さを測定した。得られたGaN結晶基板の裏面の反りw(R)は−3.4μm、面粗さRa(R)は4.9μm、面粗さRy(R)は31.9μmであった。なお、GaN結晶基板の結晶成長面の反りw(C)は−4.6μmであり、面粗さRa(C)およびRy(C)はいずれも比較例1と同様であった。また、このGaN結晶基板のピーク波長が450nm〜550nmの光の吸収係数、熱伝導率および熱膨張係数は、いずれも比較例1と同様であった。
GaN結晶基板の製造の際の裏面の処理において、粒径30μmのSiC砥粒をボンドで固定した固定砥粒を用いて研削し(研削工程)、粒径6μmのダイヤモンド砥粒を用いて研磨し(研磨工程)、30質量%のアンモニア水と、40質量%の過酸化水素水と純水とを体積比で1:1:6で混合させたNH3およびH2O2の混合水溶液を用いてエッチングすること(エッチング工程)により行なったこと以外は、比較例1と同様にして、GaN結晶基板を製造して、このGaN結晶基板の裏面および結晶成長面の反りならびに面粗さを測定した。得られたGaN結晶基板の裏面の反りw(R)は4.8μm、面粗さRa(R)は3.8μm、面粗さRy(R)は23.8μmであった。なお、GaN結晶基板の結晶成長面の反りw(C)は2.8μmであり、面粗さRa(C)およびRy(C)はそれぞれ比較例1と同様であった。また、このGaN結晶基板のピーク波長が450nm〜550nmの光の吸収係数、熱伝導率および熱膨張係数は、いずれも比較例1と同様であった。
GaN結晶基板の製造の際の裏面の処理において、粒径37μmのSiC砥粒をボンドで固定した固定砥粒を用いて研削し(研削工程)、25質量%のKOH水溶液を用いてエッチングすること(エッチング工程)により行なったこと以外は、比較例1と同様にして、GaN結晶基板を製造して、このGaN結晶基板の裏面および結晶成長面の反りならびに面粗さを測定した。得られたGaN結晶基板の裏面の反りw(R)は9.9μm、面粗さRa(R)は5.5μm、面粗さRy(R)は38.7μmであった。なお、GaN結晶基板の結晶成長面の反りw(C)は10.4μmであり、面粗さRa(C)およびRy(C)はそれぞれ比較例1と同様であった。また、このGaN結晶基板のピーク波長が450nm〜550nmの光の吸収係数、熱伝導率および熱膨張係数は、いずれも比較例1と同様であった。
GaN結晶基板の製造の際の裏面の処理において、粒径74μmのダイヤモンド砥粒をボンドで固定した固定砥粒を用いて研削し(研削工程)、粒径15μmのCBN砥粒を用いて研磨し(研磨工程)、85質量%のH3PO4の水溶液を用いてエッチングすること(エッチング工程)により行なったこと以外は、比較例1と同様にして、GaN結晶基板を製造して、このGaN結晶基板の裏面および結晶成長面の反りならびに面粗さを測定した。得られたGaN結晶基板の裏面の反りw(R)は19.3μm、面粗さRa(R)は10.8μm、面粗さRy(R)は81.9μmであった。なお、GaN結晶基板の結晶成長面の反りw(C)は23.0μmであり、面粗さRa(C)およびRy(C)はそれぞれ比較例1と同様であった。また、このGaN結晶基板のピーク波長が450nm〜550nmの光の吸収係数、熱伝導率および熱膨張係数は、いずれも比較例1と同様であった。
Claims (6)
- GaN結晶基板の結晶成長面の反対側の面である裏面において、二次元方向の位置データで表される複数の測定点にそれぞれ対応する複数の変位値のうち、最適平面に対して一方側に最も大きな変位値と前記最適平面との距離および他方側に最も大きな変位値と前記最適平面との距離の和として算出される前記裏面の反りw(R)が、−35μm≦w(R)≦45μmであり、前記結晶成長面の面粗さRa(C)がRa(C)≦5nmであるGaN結晶基板。
- 前記裏面の面粗さRa(R)が、Ra(R)≦10μmである請求項1に記載のGaN結晶基板。
- 前記裏面の面粗さRy(R)が、Ry(R)≦75μmである請求項1または請求項2に記載のGaN結晶基板。
- 光干渉方式のフラットネステスタを用いて測定される前記結晶成長面の反りw(C)が−
50μm≦w(C)≦50μmである請求項1から請求項3までのいずれかに記載のGaN
結晶基板。 - 前記結晶成長面の面粗さRy(C)がRy(C)≦60nmである請求項1から請求項4までのいずれかに記載のGaN結晶基板。
- 請求項1から請求項5までのいずれかのGaN結晶基板の製造方法であって、
成長させたGaN結晶からGaN結晶基板を切り出す工程と、前記GaN結晶基板の裏面を処理する工程とを含み、
前記GaN結晶基板の裏面を処理する工程は、前記裏面を研削する工程、前記裏面を研磨する工程および前記裏面をエッチングする工程の少なくともいずれかの工程を含むGaN結晶基板の製造方法。
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