JP4552968B2 - 化合物半導体基板の研磨方法、化合物半導体基板、化合物半導体エピ基板の製造方法および化合物半導体エピ基板 - Google Patents

Description

本発明は化合物半導体基板の研磨方法、化合物半導体基板、化合物半導体エピ基板の製造方法および化合物半導体エピ基板に関し、より特定的には表面に存在する酸素を低減する化合物半導体基板の研磨方法、化合物半導体基板、化合物半導体エピ基板の製造方法および化合物半導体エピ基板に関する。

化合物半導体基板は、発光する特性を持っていること、電子の移動速度が速いことより、半導体レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）、あるいは高速デバイスなどに広く用いられている。通常、化合物半導体基板の製造工程において、研磨を行なう。その研磨の方法が、たとえば、特公平７−６７６６６号公報（特許文献１）、特開２００３−８６５５３号公報（特許文献２）、特開２００１−１４４０５６号公報（特許文献３）、特開２００２−２５９５４号公報（特許文献４）、特開２００３−１００６７１号公報（特許文献５）、特許第３６８０５５６号（特許文献６）および特許第３５５１２２９号（特許文献７）などに開示されている。

上記特許文献１には、塩素化イソシアヌル酸、アルカリ金属の燐酸塩および硫酸塩を主成分とした研磨剤を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を研磨する技術が開示されている。上記特許文献１では、この研磨剤に含まれる塩素化イソシアヌル酸により化合物半導体基板の表面を酸化し、その酸化物をアルカリ金属塩により還元除去することによって研磨している。しかし、この研磨剤に含まれる塩素化イソシアヌル酸は酸化力が高いため、化合物半導体基板の表面に厚く酸化膜が残ってしまう。さらに、研磨プロセス以降最終洗浄プロセスに至る過程でこの酸化膜を除去することは極めて難しい。

上記特許文献２には、次塩素酸系水溶液を研磨液として用いた研磨終了直後に、水温１５℃以下の超純水で半導体結晶ウエハを洗浄する技術が開示されている。研磨液としてｐＨが８〜１０の次亜塩素酸系水溶液である酸化性の強い研磨液を使用しているため、研磨終了後から純水で半導体結晶ウエハの表面に付着している酸化性の強い研磨液が純水に置換されるまでの間に半導体結晶ウエハの表面の酸化が進行する。そのため、半導体結晶ウエハの表面に厚く酸化膜が形成される。

上記特許文献３には、半導体結晶ウエハを研磨し、研磨終了直後にｐＨ３〜５の酸水溶液で半導体結晶ウエハを洗浄する技術が開示されている。ｐＨが８〜１０の次亜塩素酸系水溶液である酸化性の強い研磨液を使用しているため、研磨終了後から酸水溶液で研磨液が中和されても酸化力は残っている。そのため、研磨終了後にも半導体結晶ウエハの表面の酸化が進行するため、半導体結晶ウエハ表面に厚く酸化膜が形成される。

上記特許文献４〜６には、研磨液としてベース研磨剤液に界面活性剤が混合されてなる混合研磨液を用いて半導体結晶ウエハを研磨する技術が開示されている。しかし、界面活性剤では酸化膜を十分に除去できないため、半導体結晶ウエハの表面に厚く酸化膜が形成される。

上記特許文献７には、半導体基板の表面の研磨終了時に、増粘剤および酸化剤をそれぞれ含有した水溶液を用いて研磨反応を停止させる技術が開示されている。しかし、研磨反応を停止させる水溶液は酸化剤を含有しているため、および、研磨後にその水溶液を用いるため、酸化反応は止まらず半導体基板の表面に酸化膜が形成されることを十分に抑制できない。
特公平７−６７６６６号公報 特開２００３−８６５５３号公報 特開２００１−１４４０５６号公報 特開２００２−２５９５４号公報 特開２００３−１００６７１号公報 特許第３６８０５５６号 特許第３５５１２２９号

上記特許文献１〜７では、化合物半導体基板を研磨すると、その表面に酸化膜が形成されてしまう。そのため、表面に酸化膜を有する化合物半導体基板上にエピタキシャル成長層を形成して縦型素子を作製した場合には、酸化膜中の酸素が不純物となり、化合物半導体基板とエピタキシャル成長層との間に存在する酸素に素子を作動させるために流した電子が捕捉されてしまう。その結果、活性層に到達する電子が減少することで素子の特性を悪化させてしまうという問題がある。また、化合物半導体基板上に酸化膜が多く存在することでその上に堆積したエピタキシャル成長層のモフォロジー（成長縞、欠陥）が悪化するという問題もある。

それゆえ本発明の目的は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、化合物半導体基板の表面に存在する酸素を低減する化合物半導体基板の研磨方法、化合物半導体基板、化合物半導体エピ基板の製造方法および化合物半導体エピ基板を提供することである。

本発明者は、化合物半導体基板を研磨する際にその表面に形成される酸化膜を低減する方法を鋭意研究した結果、以下の方法を見出した。

すなわち、本発明の化合物半導体基板の研磨方法は、準備工程と、前処理工程と、第１研磨工程と、第２研磨工程とを備えている。準備工程では、ガリウム砒素基板を準備する。前処理工程では、ガリウム砒素基板をコロイダルシリカと塩素系研磨液との混合液で研磨する。第１研磨工程では、前処理工程後に、ガリウム砒素体基板を、塩素系研磨剤を用いて研磨を行なう。第２研磨工程では、第１研磨工程後に、塩素系研磨剤の供給を停止し、酸化剤が添加されず、かつ無機ビルダーを含有したｐＨが８．５以上１３．０以下のアルカリ性水溶液を用いて研磨を行なう。

本発明の化合物半導体基板の研磨方法によれば、第１研磨工程では、酸化還元反応を利用した研磨、すなわち化合物半導体基板の表面に酸化膜を形成して研磨を行なうので、表面に存在する酸素を効率良く除去できる。第２研磨工程では、無機ビルダーを含有したｐＨが８．５以上１３．０以下のアルカリ性水溶液を用いて研磨をすることにより、還元反応を利用した研磨を実施できるので、第１研磨工程で表面に形成された酸化膜中の酸素を除去できる。よって、化合物半導体基板の表面に存在する酸素を低減できる。

なお、上記「塩素系研磨剤」とは、次亜塩素酸塩等のような塩素酸イオン（ＣｌＯ^-）を含有した液、および、塩素化イソシアヌル酸塩等の水に溶解させることで塩素酸イオン（ＣｌＯ^-）を発生する固体物質を含有している研磨剤を意味する。

上記化合物半導体基板の研磨方法において好ましくは、第２研磨工程では、０．０５％以上２．０％以下の濃度の無機ビルダーを用いる。

０．０５％以上の場合には、表面に存在する酸化物中の酸素を除去する時間を短縮できる。２．０％以下の場合には、表面に存在する酸化物中の酸素を除去する時間を容易に制御できる。

上記化合物半導体基板の研磨方法において好ましくは、第２研磨工程では、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、セスキケイ酸ナトリウム、オルソケイ酸ナトリウム、オルソリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなる無機ビルダーが添加されている。

これにより、有機物を含まない無機ビルダーを用いることができるので、第２研磨工程後の排水処理を容易に行なうことができるとともに、環境への負荷を低減できる。また、これらの無機ビルダーは、アルカリ水溶液のｐＨを上記範囲に容易に調整できる。

上記化合物半導体の研磨方法において好ましくは、準備工程では、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）、ガリウムアンチモン（ＧａＳｂ）、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる化合物半導体基板を準備する。これにより、高性能な化合物半導体基板を用いることができる。

上記化合物半導体の研磨方法において好ましくは、第１研磨工程および第２研磨工程は、化合物半導体基板の最終鏡面研磨工程として実施される。

これにより、表面に形成される酸化膜の酸素を除去できるので、不純物濃度を低減する化合物半導体基板の表面処理方法に好適に用いることができる。

なお、上記「最終鏡面研磨」とは、化合物半導体基板の表面に存在する不純物を原子オーダーでの凹凸で平坦にする研磨工程のうち、最終に実施される研磨工程を意味する。

本発明の化合物半導体基板は、上記化合物半導体基板の研磨方法により得られる化合物半導体基板であって、化合物半導体基板の表面の酸素含有率が、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）法による測定において１４ａｔｏｍｉｃ％以下である。

本発明の化合物半導体基板は、上記化合物半導体の研磨方法によって得られるので、表面に形成された酸化膜中の酸素を除去されている。そのため、上記のような低い酸素含有率の表面を有する化合物半導体基板上にエピタキシャル成長層を形成して素子として用いられる場合には、酸化膜が形成されたことによる素子の電気特性やエピタキシャル成長層のモフォロジーの悪化を抑制できる。

なお、上記Ｘ線光電子分光法での光電子取り出し角は１０°という低角に設定し、化合物半導体基板最表面の分析精度を確保している。

上記化合物半導体基板において好ましくは、０．２μｍ以下四方の視野で、０．４ｎｍ以下のピッチで、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて測定された表面粗さＲｍｓが０．２ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下である表面を有する。

表面に形成された酸化膜中の酸素が低減されているので、上記のように原子オーダーでの凹凸を低減した平坦な表面を有する化合物半導体基板が得られる。そのため、素子に用いる場合に、その電気特性やエピタキシャル成長層のモフォロジーの悪化をより防止できる。

なお、上記「表面粗さＲｍｓ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠して測定される値である。

本発明の化合物半導体エピ基板の製造方法は、上記化合物半導体基板の研磨方法を実施する工程と、研磨方法を実施する工程の後、化合物半導体基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する後処理工程とを備えている。

これにより、化合物半導体基板の表面とエピタキシャル成長層との界面に存在する酸素を低減できる化合物半導体エピ基板を製造できる。

本発明の化合物半導体エピ基板は、上記化合物半導体エピ基板の製造方法により製造された化合物半導体エピ基板であって、化合物半導体基板と、化合物半導体基板上に形成されたエピタキシャル成長層とを備え、化合物半導体基板とエピタキシャル成長層との界面の酸素の密度が、３．５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下である。

本発明の化合物半導体エピ基板は、酸素が低減された表面を有する化合物半導体基板を備えているので、化合物半導体基板の表面とエピタキシャル成長層との界面に存在する酸素を上記のように低減した化合物半導体エピ基板が得られる。特に、化合物半導体基板と異なる電気特性のエピタキシャル成長層が形成されている場合に、酸素によって化合物半導体基板とエピタキシャル成長層との電気特性の差が小さくなることを防止できるため、素子の特性の悪化をより防止できる。

このように、本発明の化合物半導体基板の研磨方法によれば、第２研磨工程でにおいて表面に形成される酸化膜中の酸素を除去することによって、化合物半導体基板の表面に存在する酸素を低減できる化合物半導体基板が得られる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態および実施例を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付してその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における化合物半導体基板の研磨方法を示すフローチャートである。図１を参照して、本発明の実施の形態１における化合物半導体基板の研磨方法について説明する。

まず、図１に示すように、化合物半導体基板を準備する準備工程（Ｓ１０）を実施する。準備工程（Ｓ１０）では、ガリウムヒ素、インジウムリン、インジウムアンチモン、ガリウムアンチモン、インジウムヒ素、窒化ガリウム、窒化インジウム、および窒化アルミニウムからなる化合物半導体基板を準備することが好ましい。なお、準備される化合物半導体基板は、バルク結晶でも、たとえばバルク結晶などからなる基体上に形成された薄膜であってもよい。

次に、図１に示すように、化合物半導体基板を、塩素系研磨剤を用いて研磨を行なう第１研磨工程（Ｓ２０）を実施する。第１研磨工程（Ｓ２０）では、酸化還元反応を利用した研磨を実施する。

具体的には、塩素系研磨剤として、たとえば次亜塩素酸ナトリウムを含有した研磨剤、あるいはジクロルイソシアヌル酸ナトリウムの水溶液を含有した研磨剤などを用いることができ、液の安定性および研磨レートの安定化の理由から、ジクロルイソシアヌル酸ナトリウムに無機塩を加えた固体研磨剤を水に溶解して作製した研磨剤を用いることが好ましい。

また、塩素系研磨剤には、たとえばコロイダルシリカなどの少なくとも一種類の添加剤がさらに添加されてもよい。

また、第１研磨工程（Ｓ２０）では、たとえば、図２に示す研磨装置を用いて行なう。なお、図２は、本発明の実施の形態１における第１および第２研磨工程に用いられる研磨装置である。図２に示すように、本実施の形態で用いられる研磨装置は、基板保持部１０１と、回転定盤部１０２と、研磨布１０３と、研磨剤供給部１０４とを備えている。基板保持部１０１は、加圧ヘッド１０１ａと、その加圧ヘッド１０１ａと接続されて加圧ヘッド１０１ａを回転させるシャフト１０１ｂとを含んでいる。回転定盤部１０２は、円板状部１０２ａと、その円板状部１０２ａの底面中心と接続された円板状部１０２ａを回転させるシャフト１０２ｂとを含んでいる。回転定盤部１０２の上面には研磨布１０３が固着されている。研磨布１０３は、たとえばスウェード研磨布が用いられる。回転定盤部１０２の上方には塩素系研磨剤を供給するための研磨剤供給部１０４が設けられている。

第１研磨工程（Ｓ２０）を実施する際には、加圧ヘッド１０１ａの下面に化合物半導体基板１１０を貼り付けてその表面１１２が研磨布１０３と対向するように配置する。そして、加圧ヘッド１０１ａを下降させて化合物半導体基板１１０に所定の圧力を加える。次いで、研磨剤供給部１０４から塩素系研磨剤を研磨布１０３に供給しながら、加圧ヘッド１０１ａと円板状部１０２ａとを同一方向（図２における矢印の方向）に回転させる。

なお、基板保持部１０１と回転定盤部１０２とは逆方向に回転させてもよいし、一方を固定して他方を回転させてもよい。また、化合物半導体基板１１０の一方の表面１１２を研磨してもよい（片面研磨法を採用してもよい）し、両方の表面を研磨してもよい（両面研磨法を採用してもよい）。

第１研磨工程（Ｓ２０）では、塩素系研磨剤を用いているので、化合物半導体基板の表面に酸化膜を形成しながら、短時間で表面に存在する不純物を除去することができる。ただし、第１研磨工程（Ｓ２０）により化合物半導体基板の表面には、酸化膜が形成される。

次に、図１に示すように、第１研磨工程（Ｓ２０）後に、無機ビルダーを含有したｐＨが８．５以上１３．０以下のアルカリ性水溶液を用いて研磨を行なう第２研磨工程（Ｓ３０）を実施する。第２研磨工程（Ｓ３０）では、還元反応を利用した研磨を実施する。

第２研磨工程（Ｓ３０）で用いられるアルカリ性水溶液のｐＨは８．５以上１３．０以下であり、好ましくは９．４以上１２．５以下であり、より好ましくは１０．５以上１２．５以下である。ｐＨが８．５未満であると、第１研磨工程（Ｓ１０）で形成された酸化膜中の酸素を十分に除去できない。ｐＨを９．４以上とすることによって、表面に存在する酸化膜中の酸化物を溶解して、酸素を十分に除去できる。ｐＨを１０．５以上とすることによって、表面に存在する酸素をより十分に除去できる。一方、ｐＨが１３．０を超えると、スクラッチキズなどにより化合物半導体基板の表面の凹凸を悪化させる。ｐＨを１２．５以下にすることによって、化合物半導体基板の表面の凹凸をより悪化させない。ｐＨを１０．３以下にすることによって、化合物半導体基板の表面の凹凸をより一層悪化させない。

第２研磨工程（Ｓ３０）では、０．０５％以上２．０％以下の濃度の無機ビルダーを用いることが好ましく、０．５％以上１．３％以下の濃度の無機ビルダーを用いることがより好ましい。０．０５％以上の場合には、表面に存在する酸化物を除去する時間を短縮できる。０．５％以上の場合には、表面に存在する酸化物を除去する時間をより短縮できる。一方、２％以下の場合には、表面に存在する酸化物を除去する時間が短くなり過ぎないので、第２研磨工程（Ｓ３０）の制御が容易になる。１．３％以下の場合には、第２研磨工程（Ｓ３０）の制御がより容易になる。

第２研磨工程（Ｓ３０）では、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、セスキケイ酸ナトリウム、オルソケイ酸ナトリウム、オルソリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなる無機ビルダーが添加されていることが好ましい。これらの無機ビルダーは、有機物を含まないので、第２研磨工程（Ｓ３０）後の排水処理が容易になるとともに、環境への負荷を低減できる。また、これらの無機ビルダーの水溶液は、ｐＨが７〜１３であるので、上記のように好ましい濃度範囲の無機ビルダーで、アルカリ水溶液のｐＨを上記範囲に容易に調整できる。

アルカリ性水溶液は、無機ビルダーによりｐＨが８．５以上１３．０以下のアルカリ性に調整されてもよいが、炭酸ナトリウムなどのアルカリ剤を超純水に添加してｐＨを８．５以上１３．０以下のアルカリ性に調整されてなることが好ましい。超純水を用いることにより、金属等の不純物から化合物半導体基板の表面が汚染されることを防止できる。また、アルカリ性水溶液は、ｐＨが８．５以上１３．０以下であれば研磨剤の固体成分の重量比率で３％以下の範囲内で酸化剤を含んでいてもよいが、酸素を効率的に除去する観点から、酸化剤は添加されていないことが好ましい。この場合には第２研磨工程（Ｓ３０）では還元反応のみによる研磨を実施できる。

また、第２研磨工程（Ｓ３０）では、たとえば、図２に示す第１研磨工程（Ｓ２０）に用いた研磨装置により実施できる。この場合、たとえば研磨剤供給部１０４と同じまたは別の研磨剤供給部により、若しくは別の研磨装置により、無機ビルダーを含有したｐＨが８．５以上１３．０以下のアルカリ性水溶液を化合物半導体基板１１０の表面１１２に供給できる。

なお、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）で用いられる研磨剤の温度は特に限定されないが、室温とすることが好ましい。室温とすることにより、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）を実施する装置を簡略化することができるからである。

以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ３０）を実施することによって、図３に示す本実施の形態における化合物半導体基板１０が得られる。なお、図３は、本発明の実施の形態１における化合物半導体基板を示す断面図である。

図３に示すように、化合物半導体基板１０の表面１２の酸素含有率は、Ｘ線光電子分光法による測定において１４ａｔｏｍｉｃ％以下であり、好ましくは１１ａｔｏｍｉｃ％以下であり、より好ましくは１０ａｔｏｍｉｃ％以下である。１４ａｔｏｍｉｃ％以下とすることによって、後述する後処理工程（Ｓ４０）を実施して得られる素子の電気特性の悪化を防止できる。１１ａｔｏｍｉｃ％とすることによって、後述する後処理工程（Ｓ４０）を実施して得られる素子の電気特性の悪化をより防止できる。１０ａｔｏｍｉｃ％以下とすることによって、後述する後処理工程（Ｓ４０）を実施して得られる素子の電気特性の悪化を防止できる。酸素含有率は低いほど好ましいが、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）の実施が簡便である理由から、５ａｔｏｍｉｃ％以上である。

なお、酸素含有率の値は、Ｘ線を化合物半導体基板の表面に照射して発生する酸素元素固有の光電子ピークを検出および解析することで、その表面の状態を非破壊で測定するＸ線光電子分光法（ＸＰＳ法）により測定される値である。

また、化合物半導体基板１０は、０．２μｍ以下四方の視野で、０．４ｎｍ以下のピッチで、原子間力顕微鏡を用いて測定された表面粗さＲｍｓが０．２ｎｍ以下である表面１２を有することが好ましく、表面粗さＲｍｓが０．１ｎｍ以下である表面１２を有することがより好ましい。表面粗さＲｍｓを０．２ｎｍ以下とすることにより、表面１２の原子オーダーでの凹凸を低減できるので、後述する後処理工程（Ｓ４０）を実施して得られる素子の電気特性を向上できる。表面粗さＲｍｓを０．１ｎｍ以下とすることにより、後処理工程（Ｓ４０）を実施して得られる素子の電気特性をより向上できる。一方、表面粗さＲｍｓを０．０３ｎｍ以上とすることによって、現状で可能な表面粗さＲｍｓとできる。

以上説明したように、本発明の実施の形態１における化合物半導体基板の研磨方法によれば、化合物半導体基板を、塩素系研磨剤を用いて研磨を行なう第１研磨工程（Ｓ２０）後に、無機ビルダーを含有したｐＨが８．５以上１３．０以下のアルカリ性水溶液を用いて研磨を行なう第２研磨工程（Ｓ３０）を備えている。本発明者は鋭意研究の結果、アルカリ成分と無機ビルダーとによって、酸素を除去する相乗効果を有することを見出した。すなわち、第１研磨工程（Ｓ２０）では酸化還元反応による研磨を行ない、第２研磨工程（Ｓ３０）では還元反応による研磨を実施することによって、第１研磨工程（Ｓ２０）で表面に形成された酸化膜中の酸化物を溶解し、酸化物中の化合物半導体基板を構成する元素を捕捉するとともに、酸化物中の酸素を除去する。よって、化合物半導体基板の表面に存在する酸素を低減できる。その結果、酸素含有率および表面粗さＲｍｓを低減した表面１２を有する化合物半導体基板１０が得られる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における化合物半導体基板の表面処理方法を示すフローチャートである。図４を参照して、本発明の実施の形態２における化合物半導体基板の表面処理方法を説明する。図４に示すように、実施の形態２における化合物半導体基板の表面処理方法は、実施の形態１における化合物半導体基板の研磨方法と同様の構成を備えているが、前処理工程（Ｓ５０）、プレ洗浄工程（Ｓ６０）および洗浄工程（Ｓ７０）をさらに備えている点においてのみ異なる。

図４に示すように、まず、実施の形態１と同様に、化合物半導体基板を準備する準備工程（Ｓ１０）を実施する。

次に、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）前に、化合物半導体基板の研磨を行なう前処理工程（Ｓ５０）を実施する。前処理工程（Ｓ２０）では、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）を実施する前に化合物半導体基板の表面を所定の状態にする。なお、所定の状態とは、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）後の化合物半導体基板の表面の酸素含有率や表面粗さが、実施の形態１と同じまたはそれより低くなる条件である。前処理工程（Ｓ５０）では、たとえば両面研磨を行なう工程と、片面一次研磨を行なう工程とを順に実施する。

次に、実施の形態１と同様に、第１研磨工程（Ｓ２０）を実施し、続いて第２研磨工程（Ｓ３０）を実施する。第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）は、化合物半導体基板の最終鏡面研磨工程として実施される。

次に、アルカリ性の洗浄液を用いて化合物半導体基板を洗浄するプレ洗浄工程（Ｓ６０）を実施する。プレ洗浄工程（Ｓ６０）では、たとえば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、アンモニア水、アミン類を含む溶液からなる群から選択される１つを含む洗浄液を用いる。プレ洗浄工程（Ｓ６０）を実施することによって、表面の微粒子等の除去に有効である。なお、この工程（Ｓ６０）は省略されてもよい。

次に、酸性の洗浄液を用いて化合物半導体基板を洗浄する洗浄工程（Ｓ７０）を実施する。洗浄工程（Ｓ７０）では、たとえば酸化剤により酸性に調整し、必要に応じて酸化剤を添加した洗浄液を用いて、化合物半導体基板の表面を洗浄する洗浄工程と、純水を用いて化合物半導体基板を洗浄するリンス工程と、化合物半導体基板を乾燥させる乾燥工程とを含んでいる。なお、リンス工程においては、たとえば図５に示すような超音波装置を用いて洗浄液に振動（または揺動）を加える。

図５は、リンス工程において使用される超音波装置を示す断面模式図である。図５に示すように、超音波装置はリンス液としての洗浄液７を保持するための洗浄浴槽１と、洗浄浴槽１の底面に設置された超音波発生部材３と、超音波発生部材３と接続され、超音波発生部材３を制御するための制御部５とを備える。洗浄浴槽１の内部には洗浄液７が保持されている。また、洗浄液７には複数の化合物半導体基板１１０を保持するためのホルダ９が浸漬された状態になっている。ホルダ９には、洗浄対象である複数の化合物半導体基板１１０が保持されている。洗浄浴槽１の底面には超音波発生部材３が配置されている。

リンス工程において化合物半導体基板の洗浄を行なうときには、図５に示すように洗浄浴槽１の内部に所定の洗浄液７を配置し、ホルダ９に保持された化合物半導体基板１１０をホルダ９ごと洗浄液７に浸漬する。このようにして、化合物半導体基板１１０の表面を洗浄液７により洗浄できる。

また、このとき、超音波発生部材３を制御部５により制御することで超音波を発生させてもよい。この結果、洗浄液７に超音波が印加される。このため、洗浄液７が振動するので化合物半導体基板１１０から不純物や微粒子を除去する効果を高めることができる。また、洗浄浴槽１をＸＹステージなど揺動可能な部材上に配置して当該部材を揺動させることにより、洗浄浴槽１を揺動させて内部の洗浄液７を攪拌（揺動）してもよい。あるいは、化合物半導体基板１１０をホルダ９ごと手作業などにより揺らすことで、洗浄液７を攪拌（揺動）してもよい。この場合も、超音波の印加と同様に化合物半導体基板１１０から不純物や微粒子を除去する効果を高めることができる。

以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ７０）を実施することにより、実施の形態１と同様の酸素が低減された表面１２を有する図３に示す化合物半導体基板１０が得られる。

以上説明したように、本発明の実施の形態２における化合物半導体基板の表面処理方法によれば、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）は、化合物半導体基板の最終鏡面研磨工程として実施されている。そのため、表面に存在する酸素を低減した化合物半導体基板が得られる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における化合物半導体エピ基板の製造方法を示すフローチャートである。図６を参照して、本発明の実施の形態２における化合物半導体エピ基板の製造方法を説明する。化合物半導体エピ基板の製造方法は、基本的には、実施の形態１における化合物半導体基板の研磨方法と同様の構成を備えているが、化合物半導体基板１０の表面１２上にエピタキシャル成長層２１を形成する後処理工程（Ｓ４０）を実施する点においてのみ異なる。

具体的には、まず、図６に示すように、実施の形態１における化合物半導体基板の研磨方法（Ｓ１０〜Ｓ３０）を実施する。

次に、化合物半導体基板１０の表面上にエピタキシャル成長層を形成する後処理工程（Ｓ４０）を実施する。なお、後処理工程（Ｓ４０）で用いられる化合物半導体基板は、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）が実施されていればよく、実施の形態１における化合物半導体基板の研磨方法（Ｓ１０〜Ｓ３０）により得られた化合物半導体基板１０に特に限定されない。たとえば、実施の形態２における化合物半導体基板の表面処理方法を実施して得られる化合物半導体基板を用いてもよい。

後処理工程（Ｓ４０）では、化合物半導体基板１０の表面１２上に、たとえば所定のエピタキシャル成長層を形成する成膜処理などが実施され、図７に示す化合物半導体エピ基板２０を製造する。そして、化合物半導体エピ基板２０を用いて複数の素子を形成することが好ましい。その場合、化合物半導体基板１０の表面１２上に化合物半導体エピ基板２０を形成した後に個々の素子に分割するために、たとえばダイシングなどを行なう分割工程が実施される。このようにして、化合物半導体エピ基板２０を備えた素子を得ることができる。そのような素子は、たとえばリードフレームなどに搭載される。そして、ワイヤボンディング工程などを実施することにより、上記素子を用いた半導体装置を得ることができる。

以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ４０）を実施することにより、図７に示す化合物半導体エピ基板２０を製造できる。なお、図７は、本発明の実施の形態３における化合物半導体エピ基板を示す断面図である。

図７に示すように、化合物半導体エピ基板２０は、化合物半導体基板１０と、化合物半導体基板１０上に形成されたエピタキシャル成長層２１とを備えている。化合物半導体基板１０とエピタキシャル成長層２１との界面２２の酸素の密度が、３．５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下であることが好ましく、２．９×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下であることがより好ましい。３．５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下とすることによって、酸素による化合物半導体基板１０とエピタキシャル成長層２１との間で移動する電子の捕捉を防止できるため、縦型素子の活性層に流入する電子の阻害要因を低減できることで、素子の特性の悪化をより防止できる。２．９×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下とすることによって、素子の特性の悪化をより一層防止できる。

以上説明したように、本発明の実施の形態３における化合物半導体エピ基板２０の製造方法によれば、化合物半導体基板１０とエピタキシャル成長層２１との界面２２の酸素の濃度を低減できるので、化合物半導体基板１０とエピタキシャル成長層２１との間で移動する電子の酸素による捕捉を防止できる。そのため、より効率的に縦型素子の活性層に流入する電子を増加できることで、素子の特性の悪化を防止できる。

本発明による化合物半導体基板の研磨方法の効果を確認するべく、以下のような試料を準備して、第１または第２研磨工程後の化合物半導体基板の表面、および、後処理工程後の化合物半導体基板とエピタキシャル成長層との界面について調べた。

（本発明例１〜６）
本発明例１〜６における化合物半導体基板の研磨方法は、実施の形態３における化合物半導体エピ基板の製造方法に従った。

具体的には、準備工程（Ｓ１０）では、ＧａＡｓからなる半導体結晶インゴットを、スライスをして化合物半導体基板を作成した。

次に、前処理工程（Ｓ５０）では、化合物半導体基板を砥粒によりラップで平坦にし、セラミックス板に精密に貼り付けた。その化合物半導体基板をコロイダルシリカと塩素系研磨液との混合液にて研磨をした。

次に、第１研磨工程（Ｓ２０）では、塩素系研磨剤として次亜塩素酸を用いた。また、図２に示す研磨装置を用いて、スウェード研磨布からなる研磨布１０３上で化合物半導体基板を研磨した。

次に、第２研磨工程（Ｓ３０）では、塩素系研磨液の供給を停止し、その直後に無機ビルダーとしてピロリン酸ナトリウム、炭酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムを溶解した下記の表１に記載のｐＨのアルカリ性水溶液を研磨剤供給部１０４を介して研磨布１０３に供給し、３０秒間、研磨布１０３上で研磨を実施した。なお、この洗浄液のｐＨは、ｐＨ６．９７とｐＨ４．０の標準液を用いて校正したｐＨ濃度測定計を用いて測定した。

次に、プレ洗浄工程（Ｓ６０）では、超純水により化合物半導体基板の表面の洗浄を行なった後、セラミックス板より剥離した。

次に、洗浄工程（Ｓ７０）では、コリン（アミン）により化合物半導体基板の表面を洗浄し、乾燥した。これにより、本発明例１〜６の化合物半導体基板が得られた。

次に、後処理工程（Ｓ４０）では、化合物半導体基板を用いて、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）装置でエピタキシャル成長させた。本発明例１〜６では、化合物半導体基板の表面上にＧａＡｓからなる層を０．０５μｍ成長させた後、ＡｌＧａＡｓからなる層を２μｍ成長させ、その上にＧａＡｓからなる層を０．０５μｍ成長させた。これにより、本発明例１〜６の化合物半導体エピ基板が得られた。

（比較例１）
比較例１は、基本的には本発明例１〜６と同様の化合物半導体エピ基板の製造方法を備えていたが、第２研磨工程（Ｓ３０）を実施しなかった点においてのみ異なる。

（比較例２）
比較例２は、基本的には本発明例６と同様の化合物半導体エピ基板の製造方法を備えていたが、第２研磨工程（Ｓ３０）においてｐＨを５．１とした点においてのみ異なる。

（測定方法）
本発明例１〜６および比較例１，２における化合物半導体基板について、ＸＰＳを用いて表面の酸素含有率を測定した。また、０．２μｍ四方の視野で０．４ｎｍのピッチでＡＦＭを用いて表面粗さＲｍｓを測定した。ＡＦＭは、Ｖｅｅｃｏ社製Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ３０００を用い、測定モードは、タッピングモードを使用した。これらの結果を下記の表１に示す。

また、本発明例１〜６および比較例１，２における化合物半導体エピ基板について、化合物半導体基板とエピタキシャル成長層との界面の酸素密度をＳＩＭＳを用いて測定した。また、レーザを表面に当て散乱光の強度を測定することによって、表面の平坦性を求めた。なお、散乱強度は低い方が平坦性は高いという相関関係があるので、測定した散乱光の強度から平坦性に変換した。また、非破壊で結晶欠陥や不純物を測定できるＰＬ測定を行なうことにより、化合物半導体基板の発光強度を測定した。なお、結晶欠陥や不純物が存在すると発光強度が落ちる。これらの結果を下記の表１に示す。

（測定結果）
表１に示すように、本発明例１〜６の化合物半導体基板の表面について、比較例１，２と比較して、酸素含有率は大きく低減でき、表面粗さＲｍｓも大きく低減できた。

また、本発明例１〜６の化合物半導体エピ基板における化合物半導体基板とエピタキシャル成長層との界面について、比較例１，２と比較して、酸素密度が非常に低く、平坦性が大きく低減され、ＰＬ強度が向上した。

以上より、本実施例によれば、第１および第２研磨工程（Ｓ２０，Ｓ３０）を実施することによって、化合物半導体基板の表面に存在する酸素を低減できることが確認できた。

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実施の形態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。

本発明の実施の形態１における化合物半導体基板の研磨方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における第１および第２研磨工程に用いられる研磨装置である。 本発明の実施の形態１における化合物半導体基板を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における化合物半導体基板の表面処理方法を示すフローチャートである。 リンス工程において使用される超音波装置を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態３における化合物半導体エピ基板の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における化合物半導体エピ基板を示す断面図である。

符号の説明

１ 洗浄浴槽、３ 超音波発生部材、５ 制御部、７ 洗浄液、９ ホルダ、１０，１１０ 化合物半導体基板、１２，１１２ 表面、２０ 化合物半導体エピ基板、２１ エピタキシャル成長層、２２ 界面、１０１ 基板保持部、１０１ａ 加圧ヘッド、１０１ｂ，１０２ｂ シャフト、１０２ 回転定盤部、１０２ａ 円板状部、１０３ 研磨布、１０４ 研磨剤供給部。

Claims (8)

1. ガリウム砒素基板を準備する準備工程と、
   前記ガリウム砒素基板をコロイダルシリカと塩素系研磨液との混合液で研磨する前処理工程と、
   前記前処理工程後に、前記ガリウム砒素基板を、塩素系研磨剤を用いて研磨を行なう第１研磨工程と、
   前記第１研磨工程後に、前記塩素系研磨剤の供給を停止し、酸化剤が添加されず、かつ無機ビルダーを含有したｐＨが８．５以上１３．０以下のアルカリ性水溶液を用いて研磨を行なう第２研磨工程とを備える、化合物半導体基板の研磨方法。
2. 前記第２研磨工程では、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、セスキケイ酸ナトリウム、オルソケイ酸ナトリウム、オルソリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなる前記無機ビルダーが添加されている、請求項１に記載の化合物半導体基板の研磨方法。
3. 前記第１研磨工程および前記第２研磨工程は、前記ガリウム砒素基板の最終鏡面研磨工程として実施される、請求項１または２に記載の化合物半導体基板の研磨方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体基板の研磨方法により得られる化合物半導体基板であって、
   前記ガリウム砒素基板の表面の酸素含有率が、Ｘ線光電子分光法による測定において１４ａｔｏｍｉｃ％以下である、化合物半導体基板。
5. ０．２μｍ以下四方の視野で、０．４ｎｍ以下のピッチで、原子間力顕微鏡を用いて測定された表面粗さＲｍｓが０．２ｎｍ以下である表面を有する、請求項４に記載の化合物半導体基板。
6. ０．２μｍ以下四方の視野で、０．４ｎｍ以下のピッチで、原子間力顕微鏡を用いて測定された表面粗さＲｍｓが０．１ｎｍ以下である表面を有する、請求項４に記載の化合物半導体基板。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガリウム砒素基板の研磨方法を実施する工程と、
   前記研磨方法を実施する工程の後、前記ガリウム砒素基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する後処理工程とを備える、化合物半導体エピ基板の製造方法。
8. 請求項７に記載の化合物半導体エピ基板の製造方法により製造された化合物半導体エピ基板であって、
   前記化合物半導体基板と、
   前記化合物半導体基板上に形成されたエピタキシャル成長層とを備え、
   前記化合物半導体基板と前記エピタキシャル成長層との界面の酸素の密度が、３．５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下である、化合物半導体エピ基板。

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