JP4511801B2 - Group III nitride crystal polishing method, group III nitride crystal and semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用青紫色光源,紫外光源(LD,LED),電子写真用青紫色光源,III族窒化物電子デバイスなどに利用されるIII族窒化物結晶の研磨方法およびIII族窒化物結晶および半導体デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、GaNやInGaNあるいはAlGaN等のIII族窒化物半導体は、発光ダイオードや半導体レーザあるいは電子デバイスなどへの応用がなされている。しかし、良質で実用的な大きさとなるIII族窒化物のバルク結晶が無いため、サファイア基板やSiC基板等の異種基板上にヘテロエピタキシャルでデバイスが作製されている。このため、結晶欠陥や絶縁性,劈開の困難さ等の問題があり、高品質なデバイスを実現できるに至っていない。
【0003】
最近、気相成長や融液成長によりバルクのGaN結晶の研究開発が進み、実用的な大きさ,品質のGaN結晶が実現しつつある。しかし、GaN結晶は、従来からあるGaAs,InPやSi等の半導体材料と異なり、酸やアルカリ性溶液によるウェットエッチングが容易にはできない。そのため、GaN結晶表面の欠陥や不規則性を有する領域(以下では、表面ダメージ層と呼ぶ)の除去をすることが困難である。
【0004】
例えば特許文献1には、アンモニアを含む混合ガス雰囲気中で900℃以上の加熱処理をすることで、表面ダメージ層の除去,回復を行なうことが提案されている。しかしながら、このような加熱処理をしても、それ以前にIII族窒化物結晶表面に導入されている傷や大きな欠陥を除去,回復することは困難である。通常、バルクのGaN結晶については、その表面を機械的研磨により平坦化,鏡面化するが、その機械的研磨の際に、スクラッチと呼ばれる引っ掻き傷や欠陥が生じる。機械的研磨を行う際の研磨剤の砥粒径を小さくすることで、このスクラッチや欠陥を軽減することは可能であるが、完全に除去することは困難である。
【0005】
GaAs,InPあるいはSi等の他の半導体材料は、酸やアルカリ性溶液により、容易にエッチング可能であることから、このスクラッチや欠陥を除去することが可能となるが、III族窒化物結晶の場合はそれが困難である。
【0006】
上述した特許文献1に示されている技術を用いても、このスクラッチや欠陥を完全に除去することはできない。そのため、例えば特許文献2では、次のような提案がなされている。すなわち、(1)0.01N以上の塩基性水溶液とソフトパッドを用いて10秒間研磨すること。(2)エッチング剤を純水で置換し、少なくとも一分間研磨すること。(3)乾燥窒素ガス流中で乾燥すること。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−252217号公報
【0008】
【特許文献2】
特表2001−518870号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願の発明者らは、特許文献2に示されている技術に基づいてGaN結晶を研磨したところ、スクラッチや欠陥を十分には除去することができなかった。すなわち、高品質なバルクGaN結晶を用いた場合、その結晶の完全性のため、特許文献2のような研磨では、十分な研磨速度,研磨品質を得ることができないことがわかった。
【0010】
このため、現時点では十分な品質の結晶表面を有するIII族窒化物結晶は実現していない。その結果、III族窒化物半導体デバイスの特性も高性能なものが実現していない。
【0011】
本発明は、III族窒化物結晶の研磨において、スクラッチや欠陥を少なくし、十分実用的な研磨速度,研磨品質を得ることの可能なIII族窒化物結晶の研磨方法およびIII族窒化物結晶および半導体デバイスを提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とにより形成された混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから成長させたIII族金属と窒素とから構成されているIII族窒化物結晶を、第1の微粒子を溶媒に分散させ且つpH値が7よりも大きい研磨液を用いて研磨し、III族窒化物結晶を研磨した後、微粒子を含まない研磨液によりIII族窒化物結晶を研磨する工程を、超音波を加えながら行なうことを特徴としている。
【0015】
また、請求項2記載の発明は、請求項1に記載のIII族窒化物結晶の研磨方法において、III族窒化物結晶を加熱制御しながら研磨することを特徴としている。
【0016】
また、請求項3記載の発明は、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とにより形成された混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから成長させたIII族金属と窒素とから構成されているIII族窒化物結晶を、第1の微粒子を溶媒に分散させ且つpH値が7よりも大きい研磨液を用いて研磨し、第1の微粒子を溶媒に分散させた研磨液を用いてIII族窒化物結晶の研磨を行うよりも前に、前記第1の微粒子とは異なる第2の微粒子を砥粒として用いたIII族窒化物結晶の機械的研磨を含む研磨工程を行なうことを特徴としている。
【0017】
また、請求項4記載の発明は、請求項3記載のIII族窒化物結晶の研磨方法において、前記第2の微粒子は、硬度がIII族窒化物よりも大きいことを特徴としている。
【0018】
また、請求項5記載の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の研磨方法において、前記第1の微粒子は、硬度がIII族窒化物結晶の硬度よりも小さいことを特徴としている。
【0019】
また、請求項6記載の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の研磨方法で研磨して得られることを特徴とするIII族窒化物結晶である。
【0020】
また、請求項7記載の発明は、請求項6記載のIII族窒化物結晶が基板として用いられることを特徴とする半導体デバイスである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【0022】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態は、第1の微粒子を溶媒に分散させた研磨液を用いてIII族窒化物結晶を研磨するIII族窒化物結晶の研磨方法において、前記研磨液のpH値が7よりも大きいことを特徴としている。
【0023】
ここで、微粒子とは、数10μm以下の粒径の粒子である。そして、研磨液には、このような微粒子が分散した状態で入っており、研磨液はpH値が7よりも大きいアルカリ性溶液となっている。また、III族窒化物結晶としては、GaN,AlN,InN,BN、あるいは、それらの混晶が挙げられる。
【0024】
通常、III族窒化物結晶は、室温でpH値が7よりも大きな液体ではエッチングされないが、この第1の実施形態では、第1の微粒子がIII族窒化物結晶と接触することにより、通常ではエッチングされない温度でも、エッチング反応がアシストされ、エッチングが可能となる。すなわち、第1の微粒子がIII族窒化物結晶と接触することにより、III族窒化物結晶のアルカリ性溶液でのエッチング反応が可能となる。この結果、スクラッチや欠陥が少ない高品質な研磨が、研磨速度が早い状態でも可能となる。すなわち、高品質な研磨が短時間で可能となり、低コスト化が可能となる。
【0025】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、上記第1の実施形態のIII族窒化物結晶の研磨方法による研磨を行うよりも前に、前記第1の微粒子とは異なる第2の微粒子を砥粒として用いたIII族窒化物結晶の機械的研磨を含む研磨工程を行なうことを特徴としている。
【0026】
ここで、砥粒とは、研ぐための粒子ということである。すなわち、この第2の微粒子は、III族窒化物結晶と接触し、III族窒化物結晶を機械的に削ることで研磨が進行する。
【0027】
この第2の実施形態では、第1の実施形態によるIII族窒化物の研磨工程よりも以前に、第1の実施形態の第1の微粒子とは異なる第2の微粒子を砥粒として用いた機械的研磨を含む研磨工程を行うことで、第2の微粒子がIII族窒化物結晶と接触し、III族窒化物結晶が機械的に削られることで、研磨が進行し、その結果、高速にスクラッチや欠陥を除去することが可能となる。すなわち、高品質なIII族窒化物の結晶表面を作ることが高速,低コストで実現できる。
【0028】
そして、この第2の実施形態において、第2の微粒子は、硬度がIII族窒化物よりも大きいものであるのが良い。すなわち、III族窒化物結晶を機械的に研磨する場合、微粒子の硬度が研磨速度に影響を与え、微粒子の硬度が大きいほど、高速に研磨することができる。
【0029】
このように、第2の微粒子の硬度が、研磨対象となるIII族窒化物より大きいことで、更に高速にスクラッチや欠陥を除去することが可能となる。すなわち高品質なIII族窒化物の結晶表面を作ることが、より高速,低コストで実現できる。
【0030】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、第1の実施形態のIII族窒化物結晶の研磨方法による研磨を行った後に、微粒子を含まない研磨液によりIII族窒化物結晶を研磨する工程を行なうことを特徴としている。
【0031】
この第3の実施形態では、微粒子を含まない研磨液によって研磨することで、III族窒化物結晶及びその付近から微粒子を取り除くことが可能となる。すなわち、第1の実施形態によるIII族窒化物の研磨工程以降に、微粒子を含まない研磨液により研磨することで、第1の実施形態による研磨工程で使用する第1の微粒子や、第2の実施形態の研磨工程で使用する第2の微粒子を除去することができ、これら微粒子を除去することで、微粒子の残渣の無い高品質なIII族窒化物の結晶表面を作ることが可能となる。
【0032】
もし、微粒子残渣が残った場合には、それが不純物となり、その後のIII族窒化物結晶成長工程やデバイスプロセスで問題となる。すなわち良質なIII族窒化物結晶成長ができなかったり、高性能な半導体デバイスが実現できなかったりするという問題につながるが、この第3の実施形態では、微粒子の残渣の無い高品質なIII族窒化物の結晶表面を作ることが可能であるので、高性能な半導体デバイスが実現できる。
【0033】
なお、この第3の実施形態のIII族窒化物結晶の研磨方法において、微粒子を含まない研磨液による研磨工程は、超音波を加えながら行なうことができる。超音波を加えながら行なう場合には、より効果的に微粒子を取り除くことが可能となる。すなわち、微粒子を含まない研磨液による研磨工程の際に、超音波を加えることで、第1の微粒子や第2の微粒子の除去を更に効果的に行うことができる。すなわち、微粒子の残渣の無いより高品質なIII族窒化物結晶表面を、さらに効果的に作ることが可能となる。この結果、より高品質なIII族窒化物結晶表面をより高速,低コストで作ることができる。
【0034】
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態は、第1の実施形態のIII族窒化物結晶の研磨方法において、加熱制御しながらIII族窒化物結晶を研磨することを特徴としている。
【0035】
この第4の実施形態では、加熱制御しながら研磨することで、研磨における化学反応をより高速に進めることができる。すなわち、加熱制御しながら研磨することで、エッチング反応をより高速に進行させることが可能となり、この結果、スクラッチや欠陥の少ない高品質な研磨が、より早い研磨速度で可能となる。すなわち、高品質な研磨がより低コストで実現できる。
【0036】
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態は、上述した第1乃至第4のいずれかの実施形態のIII族窒化物結晶の研磨方法において、第1の微粒子の硬度がIII族窒化物結晶の硬度よりも小さいことを特徴としている。
【0037】
このように、第1の微粒子の硬度がIII族窒化物結晶の硬度よりも小さい場合には、より高品質なIII族窒化物結晶表面を作ることができる。すなわち、微粒子の硬度がIII族窒化物結晶の硬度よりも小さい場合には、III族窒化物結晶に与えるダメージは少なくなり、その結果、より高品質な研磨表面を作ることができる。
【0038】
なお、上述した各実施形態のIII族窒化物結晶の研磨方法において、研磨対象となるIII族窒化物結晶としては、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とにより形成された混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから成長させた、III族金属と窒素とから構成されているものを用いることができる。
【0039】
ここで、III族金属とは、Ga,Al,In等であり、また、アルカリ金属には、K,Na等が使用可能である。また、窒素を含む物質とは、窒素ガスやアジ化ナトリウム,アンモニアなどの窒素を構成元素に含む化合物である。
【0040】
アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とにより形成された混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから成長させた、III族金属と窒素とから構成されているIII族窒化物結晶は、欠陥が少なく、且つ化学量論的な高品質結晶であることから、このIII族窒化物結晶を本発明の研磨方法を用いて研磨することで、より高品質なIII族窒化物結晶を得ることができる。
【0041】
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態は、上述した各実施形態の研磨方法で研磨して得られるIII族窒化物結晶である。
【0042】
この第6の実施形態では、本発明の研磨方法で研磨することで、高品質なIII族窒化物結晶を得ることができる。
【0043】
(第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態は、第6の実施形態のIII族窒化物結晶が基板として用いられているIII族窒化物半導体デバイスである。
【0044】
ここで、III族窒化物半導体デバイスとは、発光ダイオードや半導体レーザ等の発光デバイス、フォトダイオード等の受光デバイス、トランジスタ,ダイオード等の電子デバイスのことである。
【0045】
この第7の実施形態では、第6の実施形態のIII族窒化物結晶が基板として用いられているIII族窒化物半導体デバイスであるので、高品質,高性能な半導体デバイスを提供することができる。
【0046】
次に、本発明のより具体的な例を説明する。
【0047】
図1,図2は本発明に係るIII族窒化物結晶の研磨方法を実現するための研磨装置の第1の構成例を示す図である。なお、図1は斜視図であり、図2は断面図である。
【0048】
図1,図2の研磨装置では、ターンテーブル101上に研磨盤102が設置されている。ターンテーブル101は、回転軸103を介してモーター(図示せず)に接続されており、モーターの回転が回転軸103を介してターンテーブル101に伝わり、ターンテーブル101及び研磨盤102が回転するようになっている。
【0049】
また、研磨盤102上には、研磨冶具ガイド104が設けられている。そして、研磨冶具ガイド104の内側には、サンプルホルダー105が設けられている。なお、研磨冶具ガイド104とサンプルホルダー105とは個別のものであり、接触しながらも動くものである。また、サンプルホルダー105の下側には、研磨対象となるIII族窒化物結晶108が保持されている。III族窒化物結晶108は、通常、ワックス等により、サンプルホルダー105に貼り付けられる。
【0050】
また、サンプルホルダー105の上部には、支柱106と重り107とが設けられている。支柱106とサンプルホルダー105とは連結しており、重り107は、支柱106にはめ込まれるようにしてサンプルホルダー105上に設置されている。この場合、重り107の重さを調整することで、III族窒化物結晶108にかかる加重を調整することができる。
【0051】
また、研磨盤102の上方には、研磨液タンク109が設けられており、研磨液タンク109の内部には研磨液112が収容されている。また、研磨液タンク109の下側には、送液管110が連結されており、送液管110の途中には、バルブ111が設けられている。研磨液112は、送液管110を通って研磨盤102上に導入されるようになっており、このとき、研磨盤102上に導入される研磨液の量をバルブ111の開閉度により調整可能となっている。
【0052】
図1,図2のような研磨装置を用いて、III族窒化物結晶を次のように研磨することができる。
【0053】
具体例として、III族窒化物結晶108には、GaNを用いるとする。また、III族窒化物結晶108への加重が0.5MPaとなるような重り107を用いるとする。また、研磨液112としてはNaOH(水酸化ナトリウム)水溶液を用いる。この研磨液112のpH値は7よりも大きいものとなっている。また、研磨液112には、微粒子としてシリカ(SiO2)粒子が分散されている。シリカ粒子の大きさは、主に50nmの直径を中心に分布したものである。また、研磨盤102には、材質がポリウレタン製のものが用いられている。
【0054】
この場合、先ず、バルブ111を開け、研磨盤102に十分研磨液が浸るようにする。研磨中も適宜研磨液を研磨盤102に導入し、研磨液が常に研磨盤102とGaN結晶108を濡らすようにする。この状態で、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を5分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨冶具ガイド104を適当に保持することで、研磨冶具ガイド104の自転,公転を利用して研磨が進行する。この結果、結晶表面にスクラッチや欠陥が少ない、nmオーダーで平坦なGaN結晶表面を得ることができる。この場合、シリカ粒子が無い場合に比較して、研磨時間を一桁以上短くすることができる。
【0055】
上述の例では、III族窒化物結晶としてGaN結晶を用いているが、III族窒化物結晶は、GaN以外にも、AlN,InN,BN、あるいは、それらの混晶であっても良く、これらにも本発明を適応可能である。また、上述の例では、研磨液としてNaOHを用いているが、研磨液としては、NaOH以外にも、KOH等のpH値が7以上となるようなものであれば良い。すなわち、アルカリ性溶液であればよい。
【0056】
また、微粒子としてのシリカ粒子は、GaN結晶よりも硬度が小さい。なお、微粒子としては、シリカ以外にも、MgO,ZnO,Si等のGaN結晶よりも硬度の小さいものを用いることができる。また、上述の例では、研磨盤102としてポリウレタン製のものを用いているが、研磨盤102としては、研磨液を保持しつつ、GaN結晶にダメージを与えない硬度,形態のものであれば、任意の材料のものを用いることができる。
【0057】
また、上述の例では、研磨液112を自重により滴下させるようにしているが、ポンプ等を用いて、研磨液112を研磨盤表面に導入することも可能である。
【0058】
また、図3は本発明に係るIII族窒化物結晶の研磨方法が用いられる研磨装置の第2の構成例を示す図である。図3の研磨装置が図2の研磨装置と異なる点は、研磨液タンク,研磨液,送液管,バルブが各々もう一つずつ設置されていることである。すなわち、第2の研磨液タンク209,第2の研磨液212,第2の送液管210,第2のバルブ211がさらに設けられていることである。
【0059】
より詳細に、図3の研磨装置では、第2の研磨液タンク209内に第2の研磨液212が収容されている。また、第2の研磨液タンク209の下側には、第2の送液管210が連結されており、第2の送液管210の途中には、第2のバルブ211が設けられている。第2の研磨液212は、第2の送液管210を通って研磨盤102上に導入されるようになっており、このとき、研磨盤102上に導入される研磨液の量を第2のバルブ211の開閉度により調整可能となっている。
【0060】
ここで、第2の研磨液としては、例えば純水を用いることができ、第2の研磨液中には、第2の微粒子として例えばアルミナ(Al2O3)が分散されている。ここで、アルミナ粒子は300nmの直径を中心に分布したものである。
【0061】
図3のような研磨装置を用いて、III族窒化物結晶を次のように研磨することができる。
【0062】
具体例として、当初、研磨盤102には金属製のものを用いる。そして、第2のバルブ211を開け、金属製の研磨盤102に十分に第2の研磨液が浸るようにする。研磨中も適宜第2の研磨液を金属製の研磨盤102に導入し、第2の研磨液が常に研磨盤102とGaN結晶108を濡らすようにする。この状態で、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を30分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨冶具ガイド104を適当に保持することで、研磨冶具ガイド104の自転,公転を利用して研磨が進行する。
【0063】
この第2の研磨液を用いた研磨終了後、研磨盤102を金属製のものから、ポリウレタン製のものに交換する。そして、第1のバルブ111を開け、ポリウレタン製の研磨盤102に十分に第1の研磨液が浸るようにする。研磨中も適宜第1の研磨液をポリウレタン製の研磨盤102に導入し、第1の研磨液が常にポリウレタン製の研磨盤102とGaN結晶108を濡らすようにする。この状態で、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を5分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨冶具ガイド104を適当に保持することで、研磨冶具ガイド104の自転,公転を利用して研磨が進行する。
【0064】
上述した第2の研磨液と金属製の研磨盤を用いた研磨では、凹凸が数10μmと大きなGaN結晶でも高速に平坦化が可能である。しかし、スクラッチや欠陥が研磨面に発生するため、第1の研磨液を用いた研磨が必要となる。第1の研磨液を用いた研磨をさらに行なった結果、結晶表面にスクラッチや欠陥が少ない、nmオーダーで平坦なGaN結晶表面を得ることができる。第1の研磨液を用いた研磨では、シリカ粒子が無い場合に比較して、研磨時間を一桁以上短くすることができる。
【0065】
上述の例では、第2の微粒子として、GaN結晶よりも硬度が大きいアルミナ粒子を用いているが、第2の微粒子としては、アルミナ以外にも、SiCやダイヤモンド等のGaN結晶よりも硬度の大きいものを用いることができる。
【0066】
また、図4は本発明に係るIII族窒化物結晶の研磨方法が用いられる研磨装置の第3の構成例を示す図である。図4の研磨装置が図3の研磨装置と異なる点は、研磨液タンク,研磨液,送液管,バルブが各々更にもう一つずつ設置されていることである。すなわち、第3の研磨液タンク309,第3の研磨液312,第3の送液管310,第3のバルブ311がさらに設けられていることである。
【0067】
より詳細に、図4の研磨装置では、第3の研磨液タンク309内に第3の研磨液312が収容されている。また、第3の研磨液タンク309の下側には、第3の送液管310が連結されており、第3の送液管310の途中には、第3のバルブ311が設けられている。第3の研磨液312は、第3の送液管310を通って研磨盤102上に導入されるようになっており、このとき、研磨盤102上に導入される研磨液の量を第3のバルブ311の開閉度により調整可能となっている。
【0068】
ここで、第3の研磨液としては、例えば純水を用いることができ、第3の研磨液中には、第1や第2の研磨液のような微粒子は含まれていない。
【0069】
図4のような研磨装置を用いて、III族窒化物結晶を次のように研磨することができる。
【0070】
具体例として、当初、研磨盤102には金属製のものを用いる。そして、第2のバルブ211を開け、金属製の研磨盤102に十分に第2の研磨液が浸るようにする。研磨中も適宜第2の研磨液を金属製の研磨盤102に導入し、第2の研磨液が常に研磨盤102とGaN結晶108を濡らすようにする。この状態で、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を30分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨冶具ガイド104を適当に保持することで、研磨冶具ガイド104の自転,公転を利用して研磨が進行する。
【0071】
この第2の研磨液を用いた研磨終了後、第3のバルブ311を開け、第3の研磨液を用いてGaN結晶108を研磨する。この時、第2の研磨液が除去できるように、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を3分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨液は流水(常に流れる純水)となるように第3のバルブ311を開ける。
【0072】
次に、研磨盤102を金属製のものから、ポリウレタン製のものに交換する。そして、第1のバルブ111を開け、ポリウレタン製の研磨盤102に十分に第1の研磨液が浸るようにする。研磨中も適宜第1の研磨液をポリウレタン製の研磨盤102に導入し、第1の研磨液が常にポリウレタン製の研磨盤102とGaN結晶108を濡らすようにする。この状態で、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を5分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨冶具ガイド104を適当に保持することで、研磨冶具ガイド104の自転,公転を利用して研磨が進行する。
【0073】
この第1の研磨液を用いた研磨終了後、第3のバルブ311を開け、第3の研磨液を用いてGaN結晶108を研磨する。この時、第1の研磨液が除去できるように、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を3分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。
【0074】
図4の研磨装置による研磨方法が図3の研磨装置による研磨方法と異なるところは、第2の研磨液による研磨工程,第1研磨液による研磨工程の後に、第3の研磨液による研磨工程を設けたことである。これにより、第2の研磨液による研磨工程,第1研磨液による研磨工程で用いた研磨液(それぞれ、第2,第1の研磨液)を除去でき、スクラッチや欠陥がより少ない、良好な結晶表面を得ることができる。
【0075】
また、図5は図4の研磨装置の変形例を示す図である。図5の研磨装置が図4の研磨装置と異なる点は、ターンテーブル101と研磨盤102との間に、ヒーター付きの超音波振動子板413が挿入されていることである。
【0076】
超音波振動子板413は、研磨中に、研磨盤102に超音波振動を加えることができる。また、ヒーター付であることから、研磨盤102を加熱制御することも可能であり、研磨中に加熱することができる。
【0077】
図5のような研磨装置を用いて、III族窒化物結晶を次のように研磨することができる。
【0078】
具体例として、当初、研磨盤102には金属製のものを用いる。そして、第2のバルブ211を開け、金属製の研磨盤102に十分に第2の研磨液が浸るようにする。研磨中も適宜第2の研磨液を金属製の研磨盤102に導入し、第2の研磨液が常に研磨盤102とGaN結晶108を濡らすようにする。この状態で、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を30分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨冶具ガイド104を適当に保持することで、研磨冶具ガイド104の自転,公転を利用して研磨が進行する。
【0079】
この第2の研磨液を用いた研磨終了後、第3のバルブ311を開け、第3の研磨液を用いてGaN結晶108を研磨する。この時、第2の研磨液が除去できるように、超音波振動を加えながら、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を3分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨液は流水(常に流れる純水)となるように第3のバルブ311を開ける。
【0080】
次に、研磨盤102を金属製のものから、ポリウレタン製のものに交換する。そして、第1のバルブ111を開け、ポリウレタン製の研磨盤102に十分に第1の研磨液が浸るようにする。研磨中も適宜第1の研磨液をポリウレタン製の研磨盤102に導入し、第1の研磨液が常にポリウレタン製の研磨盤102とGaN結晶108を濡らすようにする。この状態で、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を5分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。研磨冶具ガイド104を適当に保持することで、研磨冶具ガイド104の自転,公転を利用して研磨が進行する。
【0081】
この第1の研磨液を用いた研磨終了後、第3のバルブ311を開け、第3の研磨液を用いてGaN結晶108を研磨する。この時、第1の研磨液が除去できるように、超音波振動を加えながら、ターンテーブル101を回転させ、GaN結晶108を3分間研磨する。このときの回転速度は20rpmである。
【0082】
このような超音波振動子板413を備えた研磨装置では、超音波振動を加えることで、微粒子を含む研磨液の洗浄効率を高くすることが可能となる。また、加熱することでも洗浄効率をより一層高くすることが可能となる。
【0083】
この結果、更に高品質な結晶表面を、低コストで実現することができる。
【0084】
なお、上記の研磨例では、第3の研磨液を用いてGaN結晶108を研磨するときにのみ、超音波振動を加えたが、第1,第2の研磨液を用いて研磨を行なうときにも、超音波振動を加えることができ、この場合には、第1,第2の研磨液を用いて研磨を行なう工程において、研磨速度を速くすることができる。さらに、加熱することでも、研磨速度を速くすることができる。
【0085】
図6は本発明のIII族窒化物結晶を用いて作製された半導体デバイスの構成例を示す図である。なお、図6の半導体デバイスは、半導体レーザとして構成されている。図6の半導体レーザは、本発明のIII族窒化物結晶の研磨方法により研磨されたIII族窒化物結晶(例えばGaN)を用いたn型GaN基板601上に、n型AlGaNクラッド層602、n型GaNガイド層603、InGaNMQW(多重量子井戸)活性層604、p型GaNガイド層605、p型AlGaNクラッド層606、p型GaNコンタクト層607が順次に結晶成長されて積層されている。
【0086】
この結晶成長方法としては、MO−VPE(有機金属気相成長)法やMBE(分子線エピタキシー)法等の薄膜結晶成長方法を用いることができる。
【0087】
そして、このようなGaN,AlGaN,InGaNの積層膜にリッジ構造が形成され、SiO2絶縁膜608がコンタクト層607のところでのみ穴開けした状態で形成され、上部及び下部に、各々、p側オーミック電極(Au/Ni)609及びn側オーミック電極(Al/Ti)610が形成されている。
【0088】
この半導体レーザでは、p側オーミック電極609及びn側オーミック電極610から電流を注入することで、レーザ発振し、図6の矢印方向にレーザ光が出射される。
【0089】
この半導体レーザは、本発明のIII族窒化物結晶(GaN結晶)を基板として用いているため、半導体レーザデバイス中の結晶欠陥が少なく、大出力動作且つ長寿命のものとなっている。また、GaN基板はn型であることから、基板に直接電極を形成することができ、低コスト化を図ることが可能となる。更に、光出射端面を劈開で形成することが可能となり、チップの分離と併せて、低コストで高品質なデバイスを実現することができる。
【0090】
なお、上述の例では、InGaN MQWを活性層604としたが、AlGaNMQWを活性層604として、発光波長の短波長化を図ることも可能である。すなわち、本発明では、GaN基板の欠陥及び不純物が少ないことで、深い順位からの発光が少なくなり、短波長化しても高効率な発光デバイスが可能となる。
【0091】
また、上述の例では、本発明を光デバイスに適用した場合について述べたが、本発明を電子デバイスに適用することもできる。すなわち、欠陥の少ないGaN基板を用いることで、その上にエピタキシャル成長したGaN系薄膜も結晶欠陥が少なく、その結果、リーク電流を抑制できたり、量子構造にした場合のキャリア閉じ込め効果を高めたり、高性能なデバイスが実現可能となる。
【0092】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項1記載の発明によれば、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とにより形成された混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから成長させたIII族金属と窒素とから構成されているIII族窒化物結晶を、第1の微粒子を溶媒に分散させ且つpH値が7よりも大きい研磨液を用いて研磨するので、より高品質なIII族窒化物結晶を得ることができる。
【0093】
また、請求項1記載の発明によれば、請求項1記載のIII族窒化物結晶の研磨方法による研磨を行った後に、微粒子を含まない研磨液によりIII族窒化物結晶を研磨する工程を行なうので、請求項1により得られた高品質の結晶表面を清浄化することができる。
【0094】
また、請求項1記載の発明によれば、請求項1記載のIII族窒化物結晶の研磨方法において、微粒子を含まない研磨液による研磨工程は、超音波を加えながら行なうので、更に効率的に結晶表面の清浄化を行うことができる。
【0095】
また、請求項2記載の発明によれば、請求項1に記載のIII族窒化物結晶の研磨方法において、加熱制御しながらIII族窒化物結晶を研磨するので、請求項1よりも更に研磨速度を早くすることができる。
【0096】
また、請求項3記載の発明によれば、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とにより形成された混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから成長させたIII族金属と窒素とから構成されているIII族窒化物結晶を、第1の微粒子を溶媒に分散させ且つpH値が7よりも大きい研磨液を用いて研磨し、第1の微粒子を溶媒に分散させた研磨液を用いてIII族窒化物結晶の研磨を行うよりも前に、前記第1の微粒子とは異なる第2の微粒子を砥粒として用いたIII族窒化物結晶の機械的研磨を含む研磨工程を行なうので、更に研磨速度を早くすることができる。
【0097】
また、請求項4記載の発明によれば、請求項3記載のIII族窒化物結晶の研磨方法において、前記第2の微粒子は、硬度がIII族窒化物よりも大きいので、更に研磨速度を早くすることができる。
【0098】
また、請求項5記載の発明によれば、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の研磨方法において、前記第1の微粒子は、硬度がIII族窒化物結晶の硬度よりも小さいので、より高品質な結晶の研磨表面を得ることができる。
【0099】
また、請求項6記載の発明によれば、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の研磨方法で研磨して得られることを特徴とするIII族窒化物結晶であるので、高品質、且つ低コストのIII族窒化物結晶を得ることができる。
【0100】
また、請求項7記載の発明によれば、請求項6記載のIII族窒化物結晶が基板として用いられることを特徴とする半導体デバイスであるので、高品質,高性能な半導体デバイスを得ることができる。
【0101】
なお、ここでいう高性能とは、例えば半導体レーザや発光ダイオードの場合には、従来実現できていない高出力且つ長寿命なものであり、電子デバイスの場合には、低消費電力,低雑音,高速動作,高温動作可能なものであり、受光デバイスとしては低雑音,長寿命等のものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るIII族窒化物結晶の研磨方法が用いられる研磨装置の第1の構成例を示す図である。
【図2】 本発明に係るIII族窒化物結晶の研磨方法が用いられる研磨装置の第1の構成例を示す図である。
【図3】 本発明に係るIII族窒化物結晶の研磨方法が用いられる研磨装置の第2の構成例を示す図である。
【図4】 本発明に係るIII族窒化物結晶の研磨方法が用いられる研磨装置の第3の構成例を示す図である。
【図5】 図4の研磨装置の変形例を示す図である。
【図6】 本発明に係る半導体光デバイスの構成例を示す図である。
【符号の説明】
101 ターンテーブル
102 研磨盤
103 回転軸
104 研磨冶具ガイド
105 サンプルホルダー
106 支柱
107 重り
108 III族窒化物(GaN)結晶
109 第1の研磨液タンク
209 第2の研磨液タンク
309 第3の研磨液タンク
110 第1の送液管
210 第2の送液管
310 第3の送液管
111 第1のバルブ
211 第2のバルブ
311 第3のバルブ
112 第1の研磨液
212 第2の研磨液
312 第3の研磨液
413 ヒーター付き超音波振動板
601 n型GaN基板
602 n型AlGaNクラッド層
603 n型GaNガイド層
604 InGaN MQW活性層
605 p型GaNガイド層
606 p型AlGaNクラッド層
607 p型GaNコンタクト層
608 SiO2絶縁膜
609 p側オーミック電極
610 n側オーミック電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for polishing a group III nitride crystal and a group III nitride crystal used in a blue-violet light source for optical disks, an ultraviolet light source (LD, LED), a blue-violet light source for electrophotography, a group III nitride electronic device, and the like. And a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, group III nitride semiconductors such as GaN, InGaN, and AlGaN have been applied to light-emitting diodes, semiconductor lasers, electronic devices, and the like. However, since there is no group III nitride bulk crystal of good quality and practical size, a heteroepitaxial device is fabricated on a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate or SiC substrate. For this reason, there are problems such as crystal defects, insulation, and difficulty in cleavage, and a high-quality device has not been realized.
[0003]
Recently, research and development of bulk GaN crystals have progressed by vapor phase growth and melt growth, and GaN crystals of practical size and quality are being realized. However, unlike conventional semiconductor materials such as GaAs, InP, and Si, GaN crystals cannot be easily etched by acid or alkaline solution. Therefore, it is difficult to remove a region having defects or irregularities on the GaN crystal surface (hereinafter referred to as a surface damage layer).
[0004]
For example, Patent Document 1 proposes that the surface damage layer is removed and recovered by heat treatment at 900 ° C. or higher in a mixed gas atmosphere containing ammonia. However, even with such a heat treatment, it is difficult to remove and recover scratches and large defects previously introduced on the surface of the group III nitride crystal. Usually, the surface of a bulk GaN crystal is flattened and mirror-finished by mechanical polishing, but scratches and defects called scratches are generated during the mechanical polishing. Although it is possible to reduce the scratches and defects by reducing the abrasive grain size of the abrasive during the mechanical polishing, it is difficult to completely remove the scratches and defects.
[0005]
Other semiconductor materials such as GaAs, InP, and Si can be easily etched with an acid or an alkaline solution, so that the scratches and defects can be removed. In the case of a group III nitride crystal, however, That is difficult.
[0006]
Even if the technique disclosed in Patent Document 1 described above is used, the scratches and defects cannot be completely removed. For this reason, for example, Patent Document 2 proposes the following. That is, (1) Polish for 10 seconds using a basic aqueous solution of 0.01N or more and a soft pad. (2) Replacing the etching agent with pure water and polishing for at least one minute. (3) Dry in a dry nitrogen gas stream.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-252217 A
[0008]
[Patent Document 2]
JP-T-2001-518870
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the inventors of the present application polished a GaN crystal based on the technique disclosed in Patent Document 2, scratches and defects could not be sufficiently removed. That is, when a high-quality bulk GaN crystal is used, it has been found that due to the completeness of the crystal, the polishing as in Patent Document 2 cannot obtain a sufficient polishing rate and polishing quality.
[0010]
For this reason, group III nitride crystals having a crystal surface of sufficient quality have not been realized at present. As a result, high performance characteristics of group III nitride semiconductor devices have not been realized.
[0011]
The present invention relates to a group III nitride crystal polishing method, a group III nitride crystal capable of reducing scratches and defects in polishing of a group III nitride crystal, and obtaining a sufficiently practical polishing rate and polishing quality. The object is to provide a semiconductor device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a group III metal and nitrogen grown from a mixed melt formed of an alkali metal and a substance containing at least a group III metal and a substance containing at least nitrogen. A group III nitride crystal composed of: a first fine particle dispersed in a solvent and a polishing solution having a pH value greater than 7;Then, after polishing the group III nitride crystal, the step of polishing the group III nitride crystal with a polishing liquid not containing fine particles is performed while applying ultrasonic waves.It is characterized by that.
[0015]
Claims2The described inventionClaim 1In the method for polishing a group III nitride crystal described in 1), the group III nitride crystal is polished while being heated.
[0016]
Claims3The described inventionA group III nitride crystal composed of a group III metal and nitrogen grown from a mixed melt formed of an alkali metal and a substance containing at least a group III metal and a substance containing at least nitrogen, Polishing with a polishing liquid in which fine particles are dispersed in a solvent and having a pH value greater than 7,Group III nitriding using second fine particles different from the first fine particles as abrasive grains before polishing the group III nitride crystal using a polishing liquid in which the first fine particles are dispersed in a solvent. It is characterized by performing a polishing process including mechanical polishing of a product crystal.
[0017]
Claims4The described invention is claimed.3The group III nitride crystal polishing method described above is characterized in that the second fine particles have a hardness higher than that of the group III nitride.
[0018]
Claims5The invention described in claim 1 to claim 14In the method for polishing a group III nitride crystal according to any one of the above, the first fine particles have a hardness smaller than that of the group III nitride crystal.
[0019]
Claims6The invention described in claim 1 to claim 15A group III nitride crystal obtained by polishing the group III nitride crystal according to any one of the above.
[0020]
Claims7The described invention is claimed.6A group III nitride crystal as described is used as a substrate.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0022]
(First embodiment)
According to a first embodiment of the present invention, in a method for polishing a group III nitride crystal using a polishing liquid in which first fine particles are dispersed in a solvent, a pH value of the polishing liquid is set. It is characterized by being larger than 7.
[0023]
Here, the fine particles are particles having a particle size of several tens of μm or less. The polishing liquid contains such fine particles dispersed therein, and the polishing liquid is an alkaline solution having a pH value higher than 7. Moreover, as a group III nitride crystal, GaN, AlN, InN, BN, or those mixed crystals are mentioned.
[0024]
Normally, a group III nitride crystal is not etched with a liquid having a pH value higher than 7 at room temperature. However, in this first embodiment, the first fine particles are usually brought into contact with the group III nitride crystal, so that Even at a temperature at which etching is not performed, the etching reaction is assisted and etching becomes possible. That is, when the first fine particles come into contact with the group III nitride crystal, an etching reaction with an alkaline solution of the group III nitride crystal becomes possible. As a result, high-quality polishing with few scratches and defects is possible even at a high polishing rate. That is, high-quality polishing can be performed in a short time, and the cost can be reduced.
[0025]
(Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, the second fine particles different from the first fine particles are used as abrasive grains before the polishing by the group III nitride crystal polishing method of the first embodiment. A polishing step including mechanical polishing of the used group III nitride crystal is performed.
[0026]
Here, the abrasive grains are particles for sharpening. That is, the second fine particles come into contact with the group III nitride crystal, and polishing proceeds by mechanically scraping the group III nitride crystal.
[0027]
In this second embodiment, a machine using second fine particles different from the first fine particles of the first embodiment as abrasive grains prior to the III-nitride polishing step according to the first embodiment. By performing a polishing process including mechanical polishing, the second fine particles come into contact with the group III nitride crystal, and the group III nitride crystal is mechanically scraped, so that the polishing progresses. And it becomes possible to remove defects. That is, it is possible to produce a high-quality group III nitride crystal surface at high speed and low cost.
[0028]
In the second embodiment, the second fine particles are preferably larger in hardness than the group III nitride. That is, when the group III nitride crystal is mechanically polished, the hardness of the fine particles affects the polishing rate, and the higher the fine particle hardness, the faster the polishing can be performed.
[0029]
As described above, since the hardness of the second fine particles is larger than the group III nitride to be polished, scratches and defects can be removed at a higher speed. That is, it is possible to produce a high-quality group III nitride crystal surface at higher speed and lower cost.
[0030]
(Third embodiment)
In the third embodiment of the present invention, after the group III nitride crystal polishing method of the first embodiment is polished, the step of polishing the group III nitride crystal with a polishing liquid not containing fine particles is performed. It is characterized by.
[0031]
In the third embodiment, the fine particles can be removed from the group III nitride crystal and its vicinity by polishing with a polishing liquid that does not contain the fine particles. That is, after the polishing process of the group III nitride according to the first embodiment, the first fine particles used in the polishing process according to the first embodiment and the second fine particles are polished by a polishing liquid that does not contain fine particles. The second fine particles used in the polishing step of the embodiment can be removed, and by removing these fine particles, a high-quality group III nitride crystal surface free from fine particle residues can be produced.
[0032]
If the fine particle residue remains, it becomes an impurity, which causes a problem in the subsequent group III nitride crystal growth process and device process. In other words, although a high-quality group III nitride crystal cannot be grown or a high-performance semiconductor device cannot be realized, in the third embodiment, a high-quality group III nitride without fine particle residue is obtained. Since a crystal surface of an object can be formed, a high-performance semiconductor device can be realized.
[0033]
Note that, in the Group III nitride crystal polishing method of the third embodiment, the polishing step with the polishing liquid not containing fine particles can be performed while applying ultrasonic waves. When performing while applying ultrasonic waves, it becomes possible to remove fine particles more effectively. That is, the first fine particles and the second fine particles can be more effectively removed by applying ultrasonic waves during the polishing step using the polishing liquid not containing fine particles. That is, it is possible to more effectively produce a higher-quality group III nitride crystal surface free of fine particle residues. As a result, a higher quality group III nitride crystal surface can be produced at higher speed and lower cost.
[0034]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention is characterized in that, in the group III nitride crystal polishing method of the first embodiment, the group III nitride crystal is polished while controlling the heating.
[0035]
In the fourth embodiment, the chemical reaction in the polishing can be advanced at a higher speed by polishing while controlling the heating. That is, by polishing while controlling the heating, the etching reaction can proceed at a higher speed. As a result, high-quality polishing with few scratches and defects can be performed at a higher polishing rate. That is, high-quality polishing can be realized at a lower cost.
[0036]
(Fifth embodiment)
According to a fifth embodiment of the present invention, in the group III nitride crystal polishing method of any one of the first to fourth embodiments described above, the hardness of the first fine particles is higher than the hardness of the group III nitride crystal. It is small.
[0037]
As described above, when the hardness of the first fine particles is smaller than the hardness of the group III nitride crystal, a higher quality group III nitride crystal surface can be formed. That is, when the hardness of the fine particles is smaller than the hardness of the group III nitride crystal, the damage given to the group III nitride crystal is reduced, and as a result, a higher quality polished surface can be made.
[0038]
In the group III nitride crystal polishing method of each embodiment described above, the group III nitride crystal to be polished is a mixed melt formed of an alkali metal and a substance containing at least a group III metal, and at least A material composed of a Group III metal and nitrogen grown from a substance containing nitrogen can be used.
[0039]
Here, the group III metal is Ga, Al, In or the like, and the alkali metal can be K, Na or the like. The substance containing nitrogen is a compound containing nitrogen as a constituent element, such as nitrogen gas, sodium azide, or ammonia.
[0040]
A group III nitride crystal composed of a group III metal and nitrogen grown from a mixed melt formed of an alkali metal and a substance containing at least a group III metal and a substance containing at least nitrogen has defects. Since it is a low-stoichiometric high-quality crystal, a higher-quality group-III nitride crystal can be obtained by polishing this group-III nitride crystal using the polishing method of the present invention. .
[0041]
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment of the present invention is a group III nitride crystal obtained by polishing with the polishing method of each embodiment described above.
[0042]
In the sixth embodiment, high-quality group III nitride crystals can be obtained by polishing with the polishing method of the present invention.
[0043]
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment of the present invention is a group III nitride semiconductor device in which the group III nitride crystal of the sixth embodiment is used as a substrate.
[0044]
Here, the group III nitride semiconductor device is a light emitting device such as a light emitting diode or a semiconductor laser, a light receiving device such as a photodiode, or an electronic device such as a transistor or a diode.
[0045]
In the seventh embodiment, since the group III nitride crystal of the sixth embodiment is used as a substrate, a high-quality and high-performance semiconductor device can be provided. .
[0046]
Next, a more specific example of the present invention will be described.
[0047]
FIG. 1 and FIG. 2 are views showing a first configuration example of a polishing apparatus for realizing a group III nitride crystal polishing method according to the present invention. 1 is a perspective view, and FIG. 2 is a cross-sectional view.
[0048]
In the polishing apparatus of FIGS. 1 and 2, a polishing
[0049]
A polishing
[0050]
Further, a
[0051]
A polishing
[0052]
The group III nitride crystal can be polished as follows using a polishing apparatus as shown in FIGS.
[0053]
As a specific example, GaN is used for the group
[0054]
In this case, first, the
[0055]
In the above example, a GaN crystal is used as the group III nitride crystal, but the group III nitride crystal may be AlN, InN, BN, or a mixed crystal thereof other than GaN. The present invention can also be applied to. In the above example, NaOH is used as the polishing liquid. However, any polishing liquid may be used as long as the pH value of KOH or the like is 7 or more. That is, any alkaline solution may be used.
[0056]
Silica particles as fine particles have a hardness lower than that of GaN crystals. In addition to silica, fine particles having a smaller hardness than GaN crystals such as MgO, ZnO, and Si can be used. Further, in the above-described example, the polishing
[0057]
In the above example, the polishing
[0058]
FIG. 3 is a diagram showing a second configuration example of a polishing apparatus in which the method for polishing a group III nitride crystal according to the present invention is used. The polishing apparatus of FIG. 3 differs from the polishing apparatus of FIG. 2 in that another polishing liquid tank, a polishing liquid, a liquid feed pipe, and a valve are provided. That is, a second
[0059]
More specifically, in the polishing apparatus of FIG. 3, the
[0060]
Here, as the second polishing liquid, for example, pure water can be used, and in the second polishing liquid, for example, alumina (Al2O3) Is distributed. Here, the alumina particles are distributed around a diameter of 300 nm.
[0061]
The group III nitride crystal can be polished as follows using a polishing apparatus as shown in FIG.
[0062]
As a specific example, a metal one is initially used for the polishing
[0063]
After the polishing using the second polishing liquid is completed, the
[0064]
In the polishing using the above-described second polishing liquid and a metal polishing disk, even a GaN crystal having a large unevenness of several tens of μm can be planarized at high speed. However, since scratches and defects occur on the polished surface, polishing using the first polishing liquid is necessary. As a result of further polishing using the first polishing liquid, it is possible to obtain a GaN crystal surface flat on the order of nm with few scratches and defects on the crystal surface. In the polishing using the first polishing liquid, the polishing time can be shortened by one digit or more as compared with the case where there is no silica particle.
[0065]
In the above example, alumina particles having a hardness higher than that of the GaN crystal are used as the second fine particles, but the second fine particles have a hardness higher than that of the GaN crystal such as SiC or diamond other than alumina. Things can be used.
[0066]
FIG. 4 is a diagram showing a third configuration example of a polishing apparatus in which the group III nitride crystal polishing method according to the present invention is used. The polishing apparatus of FIG. 4 is different from the polishing apparatus of FIG. 3 in that another polishing liquid tank, a polishing liquid, a liquid feed pipe, and a valve are provided. That is, a third
[0067]
More specifically, in the polishing apparatus of FIG. 4, the
[0068]
Here, as the third polishing liquid, for example, pure water can be used, and the third polishing liquid does not contain fine particles such as the first and second polishing liquids.
[0069]
The group III nitride crystal can be polished as follows using a polishing apparatus as shown in FIG.
[0070]
As a specific example, a metal one is initially used for the polishing
[0071]
After completion of the polishing using the second polishing liquid, the
[0072]
Next, the
[0073]
After the polishing using the first polishing liquid is completed, the
[0074]
The polishing method using the polishing apparatus in FIG. 4 differs from the polishing method using the polishing apparatus in FIG. 3 in that the polishing process using the third polishing liquid is performed after the polishing process using the second polishing liquid and the polishing process using the first polishing liquid. It is provided. As a result, the polishing liquid used in the polishing process with the second polishing liquid and the polishing process with the first polishing liquid (respectively, the first and second polishing liquids) can be removed, and a good crystal with fewer scratches and defects. A surface can be obtained.
[0075]
FIG. 5 is a view showing a modification of the polishing apparatus of FIG. The polishing apparatus of FIG. 5 differs from the polishing apparatus of FIG. 4 in that an
[0076]
The
[0077]
The group III nitride crystal can be polished as follows using the polishing apparatus as shown in FIG.
[0078]
As a specific example, a metal one is initially used for the polishing
[0079]
After completion of the polishing using the second polishing liquid, the
[0080]
Next, the
[0081]
After the polishing using the first polishing liquid is completed, the
[0082]
In the polishing apparatus provided with such an
[0083]
As a result, a higher quality crystal surface can be realized at low cost.
[0084]
In the above polishing example, ultrasonic vibration is applied only when the
[0085]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device manufactured using the group III nitride crystal of the present invention. Note that the semiconductor device of FIG. 6 is configured as a semiconductor laser. 6 includes an n-type
[0086]
As this crystal growth method, a thin film crystal growth method such as MO-VPE (metal organic chemical vapor deposition) method or MBE (molecular beam epitaxy) method can be used.
[0087]
A ridge structure is formed in such a laminated film of GaN, AlGaN, and InGaN, and SiO2
[0088]
In this semiconductor laser, laser current is emitted by injecting current from the p-
[0089]
Since this semiconductor laser uses the group III nitride crystal (GaN crystal) of the present invention as a substrate, it has few crystal defects in the semiconductor laser device, has a large output operation and a long life. Further, since the GaN substrate is n-type, an electrode can be directly formed on the substrate, and the cost can be reduced. Further, the light emitting end face can be formed by cleaving, and in combination with chip separation, a low-cost and high-quality device can be realized.
[0090]
In the above example, InGaN MQW is used as the
[0091]
In the above example, the case where the present invention is applied to an optical device has been described. However, the present invention can also be applied to an electronic device. In other words, by using a GaN substrate with few defects, the GaN-based thin film epitaxially grown on the GaN substrate has few crystal defects. As a result, leakage current can be suppressed, the carrier confinement effect in the case of a quantum structure can be increased, A high-performance device can be realized.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of claim 1,A group III nitride crystal composed of a group III metal and nitrogen grown from a mixed melt formed of an alkali metal and a substance containing at least a group III metal and a substance containing at least nitrogen, Since fine particles are dispersed in a solvent and polished with a polishing liquid having a pH value greater than 7, higher-quality group III nitride crystals can be obtained.
[0093]
Claims1According to the invention described above, the step of polishing the group III nitride crystal with the polishing liquid containing no fine particles is performed after the polishing by the method for polishing a group III nitride crystal according to claim 1.1The high quality crystal surface obtained by the above can be cleaned.
[0094]
Claims1According to the described invention, the claims1In the Group III nitride crystal polishing method described above, the polishing step with the polishing liquid not containing fine particles is performed while applying ultrasonic waves.MoreThe crystal surface can be efficiently cleaned.
[0095]
Claims2According to the described invention,Claim 1In the method for polishing a group III nitride crystal described in 1), since the group III nitride crystal is polished while being controlled by heating, the polishing rate can be further increased as compared with the first aspect.
[0096]
Claims3According to the described invention,A group III nitride crystal composed of a group III metal and nitrogen grown from a mixed melt formed of an alkali metal and a substance containing at least a group III metal and a substance containing at least nitrogen, Polishing with a polishing liquid in which fine particles are dispersed in a solvent and having a pH value greater than 7,Group III nitriding using second fine particles different from the first fine particles as abrasive grains before polishing the group III nitride crystal using a polishing liquid in which the first fine particles are dispersed in a solvent. Since the polishing step including mechanical polishing of the product crystal is performed, the polishing rate can be further increased.
[0097]
Claims4According to the described invention, the claims3In the Group III nitride crystal polishing method described above, since the second fine particles have a hardness higher than that of the Group III nitride, the polishing rate can be further increased.
[0098]
Claims5According to the described invention, claims 1 to4In the method for polishing a group III nitride crystal according to any one of the above, since the first fine particles have a hardness lower than that of the group III nitride crystal, a higher quality crystal polished surface can be obtained. Can do.
[0099]
Claims6According to the described invention, claims 1 to5Since the Group III nitride crystal is obtained by polishing with the Group III nitride crystal polishing method according to any one of the above, a high-quality and low-cost Group III nitride crystal is obtained. be able to.
[0100]
Claims7According to the described invention, the claims6Since the described group III nitride crystal is a semiconductor device characterized by being used as a substrate, a high-quality and high-performance semiconductor device can be obtained.
[0101]
The high performance here means, for example, a semiconductor laser or a light emitting diode, which has a high output and a long life that has not been realized in the past, and in the case of an electronic device, low power consumption, low noise, It can operate at high speed and high temperature, and the light receiving device has low noise and long life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first configuration example of a polishing apparatus in which a method for polishing a group III nitride crystal according to the present invention is used.
FIG. 2 is a diagram showing a first configuration example of a polishing apparatus in which the method for polishing a group III nitride crystal according to the present invention is used.
FIG. 3 is a diagram showing a second configuration example of a polishing apparatus in which the method for polishing a group III nitride crystal according to the present invention is used.
FIG. 4 is a diagram showing a third configuration example of a polishing apparatus in which the method for polishing a group III nitride crystal according to the present invention is used.
5 is a view showing a modification of the polishing apparatus of FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor optical device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
101 turntable
102 Polishing machine
103 axis of rotation
104 Abrasive jig guide
105 Sample holder
106 prop
107 weight
108 Group III nitride (GaN) crystals
109 First polishing liquid tank
209 Second polishing liquid tank
309 Third polishing liquid tank
110 First liquid feeding pipe
210 Second liquid feeding pipe
310 Third liquid feeding pipe
111 First valve
211 Second valve
311 Third valve
112 First polishing liquid
212 Second polishing liquid
312 Third polishing liquid
413 Ultrasonic diaphragm with heater
601 n-type GaN substrate
602 n-type AlGaN cladding layer
603 n-type GaN guide layer
604 InGaN MQW active layer
605 p-type GaN guide layer
606 p-type AlGaN cladding layer
607 p-type GaN contact layer
608 SiO2Insulation film
609 p-side ohmic electrode
610 n-side ohmic electrode
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