JP5276281B2 - ＧａＡｓ半導体基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光デバイス、電子デバイス、半導体センサなどの各種半導体デバイスの基板として好適に用いられる、表面が清浄なＧａＡｓ半導体基板およびその製造方法に関する。
発光デバイス、電子デバイス、半導体センサなどの各種半導体デバイスの基板として好適に用いられるＧａＡｓ半導体基板は、その表面には未結合手（ダングリングボンド）が存在するため、表面に不純物が付着したり酸化物が形成されて、その表面が変質する。表面に不純物の付着または酸化物の形成があるＧａＡｓ半導体基板上にＧａＡｓ半導体基板上に半導体層を成長させて半導体デバイスを作製すると、不純物または酸化物がその半導体デバイス内に取り込まれ、そのデバイスの特性を低下させる。
このため、ＧａＡｓ半導体基板上に半導体層を成長させる場合には、その前に、ＧａＡｓ半導体基板の表面に付着していた不純物および形成されていた酸化物を除去するために、ＧａＡｓ半導体基板を５００〜６００℃程度に加熱すること（ＧａＡｓ半導体基板の表面の熱洗浄（サーマルクリーニング））が行なわれている。しかし、ＧａＡｓ半導体基板の表面は、きわめて酸化され易く、上記表面の熱洗浄によっても除去されない酸化物が形成され得る。特に、Ｇａの酸化物であるＧａ2Ｏ3は融点が１７９５℃と極めて高く、５００〜６００℃程度の通常の熱洗浄によっては、除去することができない。
したがって、不純物の付着および酸化物の形成がない清浄な表面を有するＧａＡｓ半導体基板を提供する試みがされている。たとえば、特開平０７−２０１６８９号公報（以下、特許文献１という）は、ＧａＡｓウエハ表面にラングミュア・プロジェット膜を形成しその上に高分子膜を被膜した保護膜付半導体ウエハを開示する。しかし、特許文献１の保護膜付半導体ウエハは、高分子の炭化水素化合物からなる界面活性剤が用いられているため、半導体層の成長前に熱洗浄を行なっても、半導体ウエハの表面に上記界面活性剤から由来する炭素原子および／または酸素原子が残留し、半導体デバイスの特性を低減させる問題がある。
また、特開平０６−１２４８６３号公報（以下、特許文献２という）は、基板表面から１０ｎｍ以内のガリウムと砒素の原子数比（Ｇａ／Ａｓ）と、（１１０）劈開面のガリウムと砒素の原子数比（Ｇａ／Ａｓ）Cとの差が±０．２以下の最終研磨済みＧａＡｓ化合物半導体基板を開示する。しかし、（Ｇａ／Ａｓ）を（Ｇａ／Ａｓ）Cすなわち化学量論的組成比に近づけても、基板の表面にＧａが多く存在すると、その酸化によって、非常に融点の高いＧａ2Ｏ3（融点が１７９５℃）が形成され、５００〜６００℃程度の通常の熱洗浄によっては除去することができない。
特開平０７−２０１６８９号公報
特開平０６−１２４８６３号公報
本発明は、少なくとも基板の熱洗浄によって表面の不純物および酸化物の除去が可能な程度に表面が清浄なＧａＡｓ半導体基板を提供することを目的とする。
本発明は、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を研磨する工程と、研磨された表面をアルカリ洗浄液で洗浄する少なくとも１回のアルカリ洗浄工程と、アルカリ洗浄された表面を０．３ｐｐｍ〜１．５ｐｐｍの酸を含む酸洗浄液で少なくとも２分間超音波を印加して洗浄する酸洗浄工程と、を含むＧａＡｓ半導体基板の製造方法により得られたＧａＡｓ半導体基板であって、Ｘ線光電子分光法により、光電子取り出し角が１０°の条件で測定されるＧａ原子およびＡｓ原子の３ｄ電子スペクトルを用いて算出される、ＧａＡｓ半導体基板の表面層における全Ａｓ原子に対する全Ｇａ原子の構成原子比（Ｇａ）／（Ａｓ）が０．５以上０．９以下であり、表面層における全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＡｓ原子の比（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝が０．１５以上０．３５以下であり、表面層における全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＧａ原子の比（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝が０．１５以上０．３５以下であることを特徴とするＧａＡｓ半導体基板である。
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板において、表面の面粗さＲＭＳを０．３ｎｍ以下とすることができる。また、表面に付着しているアルカリ物質の濃度を０．４ｎｇ／ｃｍ2以下とすることができる。
また、本発明は、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を研磨する工程と、研磨された表面をアルカリ洗浄液で洗浄する少なくとも１回のアルカリ洗浄工程と、アルカリ洗浄された表面を０．３ｐｐｍ〜１．５ｐｐｍの酸を含む酸洗浄液で少なくとも２分間超音波を印加して洗浄する酸洗浄工程と、を含むＧａＡｓ半導体基板の製造方法である。
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法において、アルカリ洗浄液は有機アルカリ化合物を含むことができる。また、酸洗浄液は、酸として、フッ酸、塩酸、硝酸および炭酸からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むことができる。また、酸洗浄工程の後に、酸洗浄された表面を乾燥させる乾燥工程をさらに含み、乾燥工程は、ＧａＡｓ半導体ウエハを回転させることにより表面に残留している酸洗浄液を飛散させることにより行なうことができる。また、酸洗浄工程の後に、酸洗浄された表面を溶存酸素濃度が１００ｐｐｂ以下の純水で洗浄する純水洗浄工程をさらに含むことができる。さらに、純水洗浄工程の後に、純水洗浄された前記表面を乾燥させる乾燥工程をさらに含み、乾燥工程は、ＧａＡｓ半導体ウエハを大気中で回転させることにより表面に残留している純水を飛散させることにより行なうことができる。
本発明によれば、少なくとも基板の熱洗浄によって表面の不純物および酸化物の除去が可能な程度に表面が清浄なＧａＡｓ半導体基板を提供することができる。
（実施形態１）
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の一実施形態は、図１〜図３を参照して、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、光電子取り出し角θが１０°の条件で測定されるＧａ原子およびＡｓ原子の３ｄ電子スペクトルを用いて算出される、ＧａＡｓ半導体基板１０の表面層１０ａにおける全Ａｓ原子に対する全Ｇａ原子の構成原子比（Ｇａ）／（Ａｓ）（以下、（Ｇａ）／（Ａｓ）比ともいう）が０．５以上０．９以下であり、表面層１０ａにおける全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＡｓ原子の比（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝（以下、Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比ともいう）が０．１５以上０．３５以下であり、表面層１０ａにおける全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＧａ原子の比（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝（以下、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比ともいう）が０．１５以上０．３５以下であることを特徴とする。
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の一実施形態は、図１〜図３を参照して、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、光電子取り出し角θが１０°の条件で測定されるＧａ原子およびＡｓ原子の３ｄ電子スペクトルを用いて算出される、ＧａＡｓ半導体基板１０の表面層１０ａにおける全Ａｓ原子に対する全Ｇａ原子の構成原子比（Ｇａ）／（Ａｓ）（以下、（Ｇａ）／（Ａｓ）比ともいう）が０．５以上０．９以下であり、表面層１０ａにおける全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＡｓ原子の比（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝（以下、Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比ともいう）が０．１５以上０．３５以下であり、表面層１０ａにおける全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＧａ原子の比（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝（以下、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比ともいう）が０．１５以上０．３５以下であることを特徴とする。
（Ｇａ）／（Ａｓ）比をその化学量論的組成比（すなわち、（Ｇａ）／（Ａｓ）＝１／１）に比べて小さくすることにより、基板表面上に５００〜６００℃程度の通常の熱洗浄によっては除去できない酸化物が形成されるのを防止することができる。（Ｇａ）／（Ａｓ）比が０．５より小さいと、基板の表面の余剰の砒素が析出し、砒素酸化物または金属砒素が形成される。ここで、金属砒素は砒素酸化物よりも昇華しにくく熱洗浄による除去がより困難である。一方、Ｇａ）／（Ａｓ）比が０．９より大きいと、Ｇａの酸化物（Ｇａ2Ｏ3などの高融点酸化物）が形成され易くなる。また、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比が、０．１５より小さいとＡｓ原子と不純物とが結合し易くなり、０．３５より大きいと砒素酸化物が形成され易くなる。また、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比が、０．１５より小さい基板の製造は困難であり、０．３５より大きいとガリウム酸化物（たとえば、Ｇａ2Ｏ3などの高融点酸化物）が形成され易くなる。
したがって、ＧａＡｓ半導体基板の表面層１０ａにおいて、（Ｇａ）／（Ａｓ）比が０．５以上０．９以下、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比が０．１５以上０．３５以下、かつ（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比が０．１５以上０．３５以下とすることにより、表面に付着している不純物および表面に形成されている酸化物が少なく、かかる不純物および酸化物が５００〜６００℃程度の一般的な熱洗浄により除去可能な程度に表面が清浄なＧａＡｓ半導体基板が得られる。
ここで、上記の（Ｇａ）／（Ａｓ）比、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比および（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は、いずれも、Ｘ線光電子分光法により、光電子取り出し角θが１０°の条件で測定されるＧａ原子およびＡｓ原子の３ｄ電子スペクトルを用いて算出される。以下、Ｘ線光電子分光法ならびに（Ｇａ）／（Ａｓ）比、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比および（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比の算出方法について説明する。
図１を参照して、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）とは、固体試料（ＧａＡｓ半導体基板１０）の表面１０ｓにＸ線１を照射したときに、そのＸ線１によって励起された原子の内殻電子が光電子５として放出される現象を利用して、固体試料（ＧａＡｓ半導体基板１０）の表面層１０ａにおける原子の種類および結合状態を分析する方法をいう。
ここで、図１を参照して、Ｘ線光電子分光法において、ＧａＡｓ半導体基板１０の表面１０ｓにＸ線１が照射されると、そのＸ線１により励起されたＧａＡｓ半導体基板１０を構成するＧａ原子およびＡｓ原子の内殻電子たとえば３ｄ電子は、基板の表面１０ｓから光電子５として放出される。したがって、Ｘ線光電子分光法において分析可能な表面層１０ａの表面１０ｓからの深さｄは、励起された３ｄ電子が非弾性散乱を受けてエネルギーを失ってしまうまでの深さによって決まる。この深さｄは、電子の脱出深さｄとも呼ばれ、あるエネルギーをもった電子がそのエネルギーを失うことなく進行できる固体（ＧａＡｓ半導体基板１０）中での距離と定義される。すなわち、ＧａＡｓ半導体基板１０において表面層１０ａよりも内側の内層１０ｂにおけるＧａ原子およびＡｓ原子は、Ｘ線により励起されてもその光電子が表面から放出されないため、分析することができない。Ｘ線光電子分光法におけるＸ線の線源は、特に制限はないが、Ａｌ原子のＫα線、Ｍｇ原子のＫα線が一般的に用いられる。
光電子はほぼ等方的に表面から放出されると考えてよいが、光電子取り出し角θによって、電子の脱出深さｄが異なる。図１を参照して、電子の脱出深さｄは、電子の平均自由工程λおよび光電子取り出し角θを用いて、次式（１）
ｄ＝λ×ｓｉｎθ ・・・（１）
で表わされる。
ｄ＝λ×ｓｉｎθ ・・・（１）
で表わされる。
Ｘ線源としてＡｌ原子のＫα線を用いて、光電子の取り出し角θを１０°として測定したＧａＡｓ半導体基板１０の表面層１０ａにおけるＡｓ原子およびＧａ原子の３ｄ電子スペクトルを、それぞれ図２および図３に示す。
図２を参照して、Ａｓ原子の３ｄ電子スペクトルには、２つのピークを有する幅広い３ｄ電子ピークＰ（Ａｓ）が現れた。この３ｄ電子ピークＰ（Ａｓ）は、光電子の結合エネルギーの高い方から順にＰ（Ａｓ−Ｏ）、Ｐ（Ａｓ−１）およびＰ（Ａｓ−２）の３つのピークに分けられる。ここで、３つのピークの光電子の結合エネルギーの違いは、Ａｓ原子の結合状態の違いを示している。３つのピークのうち、Ｐ（Ａｓ−Ｏ）ピークは、Ｏ原子と結合しているＡｓ原子の３ｄ電子ピークと考えられる。また、Ｐ（Ａｓ）、Ｐ（Ａｓ−Ｏ）、Ｐ（Ａｓ−１）およびＰ（Ａｓ−２）の各ピーク面積は、それぞれの結合状態にあるＡｓ原子の量に比例する。
図３を参照して、Ｇａ原子の３ｄ電子スペクトルには、幅広い３ｄ電子ピークＰ（Ｇａ）が現れた。この３ｄ電子ピークＰ（Ｇａ）は、光電子の結合エネルギーの高い方から順にＰ（Ｇａ−Ｏ）および、Ｐ（Ｇａ−１）の２つのピークに分けられる。ここで、２つのピークの光電子の結合エネルギーの違いは、Ａｓ原子の結合状態の違いを示している。２つのピークのうち、Ｐ（Ｇａ−Ｏ）ピークは、Ｏ原子と結合しているＧａ原子の３ｄ電子ピークと考えられる。また、Ｐ（Ｇａ）、Ｐ（Ｇａ−Ｏ）およびＰ（Ｇａ−１）の各ピーク面積は、それぞれの結合状態にあるＧａ原子の量に比例する。
ここで、Ｘ線光電子分光法においては、測定される各原子のピークは各原子間でその相対強度が異なり、また、各測定における測定感度が異なり得る。このため、異原子間で各ピーク面積を定量的に比較するために、測定チャートから求められる各ピーク面積を以下の式（２）
（Ｐ（Ｍ）のピーク面積）＝（チャートから求められるＰ（Ｍ）
のピーク面積）×ｓ（Ｍ）／ｆ（Ｍ） ・・・（２）
により補正したピーク面積が用いられる。式（２）において、Ｐ（Ｍ）はＭ原子のピークを、ｆ（Ｍ）はそのＭ原子の電子ピークの相対強度を、ｓ（Ｍ）はそのＭ原子のピークを測定したときの測定感度を示す。ここで、Ｇａ原子の３ｄ電子ピークの相対強度ｆ（Ｇａ）は０．４２、Ａｓ原子の３ｄ電子ピークｆ（Ａｓ）は０．４８である。また、測定感度ｓ（Ｍ）は、各測定の際に装置の操作パネルより読み取る。本願においては、各原子の各ピーク面積とは、各原子の測定チャートから求められる各ピーク面積を式（２）により補正したものをいう。
（Ｐ（Ｍ）のピーク面積）＝（チャートから求められるＰ（Ｍ）
のピーク面積）×ｓ（Ｍ）／ｆ（Ｍ） ・・・（２）
により補正したピーク面積が用いられる。式（２）において、Ｐ（Ｍ）はＭ原子のピークを、ｆ（Ｍ）はそのＭ原子の電子ピークの相対強度を、ｓ（Ｍ）はそのＭ原子のピークを測定したときの測定感度を示す。ここで、Ｇａ原子の３ｄ電子ピークの相対強度ｆ（Ｇａ）は０．４２、Ａｓ原子の３ｄ電子ピークｆ（Ａｓ）は０．４８である。また、測定感度ｓ（Ｍ）は、各測定の際に装置の操作パネルより読み取る。本願においては、各原子の各ピーク面積とは、各原子の測定チャートから求められる各ピーク面積を式（２）により補正したものをいう。
図１〜図３を参照して、ＧａＡｓ半導体基板１０の表面層１０ａにおける全Ａｓ原子に対する全Ｇａ原子の構成原子比（（Ｇａ）／（Ａｓ）比）は、次式（３）
（Ｇａ）／（Ａｓ）＝（Ｐ（Ｇａ）のピーク面積）
／（Ｐ（Ａｓ）のピーク面積） ・・・（３）
により算出される。
（Ｇａ）／（Ａｓ）＝（Ｐ（Ｇａ）のピーク面積）
／（Ｐ（Ａｓ）のピーク面積） ・・・（３）
により算出される。
また、図１および図２を参照して、ＧａＡｓ半導体基板１０の表面層１０ａにける全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＡｓ原子の比（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比）は、次式（４）
（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝＝（Ｐ（Ａｓ−Ｏ）のピーク面積）
／｛（Ｐ（Ｇａ）のピーク面積）＋（Ｐ（Ａｓ）のピーク面積）｝
・・・（４）
により算出される。
（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝＝（Ｐ（Ａｓ−Ｏ）のピーク面積）
／｛（Ｐ（Ｇａ）のピーク面積）＋（Ｐ（Ａｓ）のピーク面積）｝
・・・（４）
により算出される。
また、図１および図３を参照して、ＧａＡｓ半導体基板１０の表面層１０ａにおける全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＧａ原子の比（（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比）は、次式（５）
（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝＝（Ｐ（Ｇａ−Ｏ）のピーク面積）
／｛（Ｐ（Ｇａ）のピーク面積）＋（Ｐ（Ａｓ）のピーク面積）｝
・・・（５）
により算出される。
（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝＝（Ｐ（Ｇａ−Ｏ）のピーク面積）
／｛（Ｐ（Ｇａ）のピーク面積）＋（Ｐ（Ａｓ）のピーク面積）｝
・・・（５）
により算出される。
図１を参照して、本実施形態のＧａＡｓ半導体基板１０においては、表面１０ｓの面粗さＲＭＳが０．３ｎｍ以下であることが好ましい。ＧａＡｓ半導体基板表面の面粗さＲＭＳが０．３ｎｍより大きくなると、大気と接触する表面積が大きくなり、大気による汚染を受け易くなる。ここで、面粗さＲＭＳとは、二乗平均粗さをいい、平均面から測定面までの距離の二乗を平均した値の平方根で表わされる。面粗さＲＭＳは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などにより測定される。
また、図１を参照して、本実施形態のＧａＡｓ半導体基板１０においては、表面１０に付着しているアルカリ物質の濃度が、０．４ｎｇ／ｃｍ2以下であることが好ましい。表面に付着しているアルカリ物質が０．４ｎｇ／ｃｍ2より多くなると、表面の酸化が促進され、基板と基板上に成長されるエピタキシャル層との界面のＯ原子が増大し、半導体デバイスの特性が低下する。
（実施形態２）
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法の一実施形態は、図４を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を研磨する研磨工程Ｓ１と、研磨された表面をアルカリ洗浄液で洗浄する少なくとも１回のアルカリ洗浄工程Ｓ２と、アルカリ洗浄された表面を０．３ｐｐｍ〜０．５質量％の酸を含む酸洗浄液で洗浄する酸洗浄工程Ｓ３とを含む。
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法の一実施形態は、図４を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を研磨する研磨工程Ｓ１と、研磨された表面をアルカリ洗浄液で洗浄する少なくとも１回のアルカリ洗浄工程Ｓ２と、アルカリ洗浄された表面を０．３ｐｐｍ〜０．５質量％の酸を含む酸洗浄液で洗浄する酸洗浄工程Ｓ３とを含む。
研磨により半導体ウエハの表面に付着した研磨剤中の異物および／または不純物を少なくとも１回のアルカリ洗浄により除去することができる。また、アルカリ洗浄により半導体ウエハの表面に付着したアルカリ洗浄剤中の不純物を酸洗浄により除去することができる。酸洗浄液中の適切な濃度の酸により、表面上のＧａ原子とＡｓ原子との比率が適正化され、余剰のガリウム酸化物の生成が抑制される。
以下、図４を参照して、各工程についてさらに具体的に説明する。研磨工程Ｓ１は、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を研磨する工程である。研磨工程Ｓ１により、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面が鏡面化される。研磨工程Ｓ１における研磨方法には、特に制限はなく、機械的研磨、化学機械的研磨など各種の研磨方法が用いられる。
アルカリ洗浄工程Ｓ２は、ＧａＡｓ半導体ウエハの研磨された表面をアルカリ洗浄液を用いて少なくとも１回洗浄する工程である。アルカリ洗浄工程Ｓ２により、上記研磨工程Ｓ１によりＧａＡｓ半導体ウエハの表面に付着した異物および／または不純物が除去される。ここで、アルカリ洗浄剤には、特に制限はないが、電気特性に影響を与える金属元素を含まない有機アルカリ化合物、たとえばコリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）などの第４級アンモニウム水酸化物、第４級ピリジニウム水酸化物などを０．１〜１０質量％含む水溶液が好ましく用いられる。
酸洗浄工程Ｓ３は、ＧａＡｓ半導体ウエハのアルカリ洗浄された表面を酸洗浄液を用いて洗浄する工程である。酸洗浄工程Ｓ３により、上記アルカリ洗浄工程により半導体ウエハの表面に付着した不純物が除去される。かかる酸洗浄工程３Ｓにおいて、０．３ｐｐｍ〜０．５質量％の酸を含む酸洗浄液を用いることにより、表面層における（Ｇａ）／（Ａｓ）比が０．５以上０．９以下、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比が０．１５以上０．３５以下、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比が０．１５以上０．３５以下であるＧａＡｓ半導体基板が得られる。
ここで、酸洗浄液中の酸濃度が０．３ｐｐｍより小さいとウエハ表面の改質作用が小さくなり、大気雰囲気から酸洗浄液中に溶解した二酸化炭素（ＣＯ2）ガスの影響が大きくなり仕上がりのウエハ表面の化学組成がばらつく原因となる。一方、酸洗浄液の酸濃度が０．５質量％より大きいと、その酸によりウエハ面のストイキオメトリが大きくＡｓリッチとなるが、純水でのリンス時、乾燥時あるいは搬送時に、ウエハ表面の微量の純水が付着した部分は純水に溶解した微量の二酸化炭素ガスの存在によりその部分のストイキオメトリがＧａリッチ側に変化し、その結果として純水リンス時の条件のバラツキにより、ウエハ面内およびウエハ間での化学組成のバラツキが大きくなる。特に、大気中でウエハ乾燥を実施する場合に顕著な影響を受ける。また、過剰なＡｓリッチの場合は、Ｇａ−Ａｓの結合が減ってしまうので、結果として、ウエハ表面の酸素が増加するという悪影響が生ずる。
酸洗浄液は、特に制限はないが、洗浄力が高く電気特性に影響を与える元素（たとえば、金属元素、イオウなど）を含まず、かつ、液滴が設備内に飛散した場合に、水分とともに酸成分も蒸発することで、深刻な二次汚染・設備劣化を生じさせにくいという観点から、フッ酸（ＨＦ）、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ3）および亜硝酸（ＨＮＯ2）からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むことが好ましい。また、酢酸などの有機酸を含むことも好ましい。
また、上記酸洗浄液は、洗浄性が高い観点から、０．３ｐｐｍ〜０．３質量％の過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を含むことがより好ましい。酸洗浄液中の過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）の濃度が０．３ｐｐｍより小さいと、酸洗浄液中の溶存酸素の影響が大きくなりウエハ表面の不純物の除去促進効果が低減する。一方、酸洗浄液中のＨ2Ｏ2の濃度が０．３質量％より大きいと、ウエハ表面のエッチング速度が大きくなりすぎ、ウエハ表面にエッチング段差が発生するため洗浄に適さない。かかる観点から、Ｈ2Ｏ2の濃度は０．３ｐｐｍ〜０．３質量％であることが好ましい。
図４を参照して、本実施形態のＧａＡｓ半導体基板の製造方法において、酸洗浄工程Ｓ３は、ＧａＡｓ半導体ウエハを、その主面が水平になるように保持して１００〜８００ｒｐｍで回転させながら、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面に酸洗浄液を供給することにより行なうことが好ましい。ＧａＡｓ半導体ウエハを回転させながらその表面に酸洗浄液を供給することにより、その表面に酸洗浄液の膜を形成させて表面の酸化を抑制しながら、効率的に表面を酸洗浄することができる。ＧａＡｓ半導体ウエハの回転数が、１００ｒｐｍより低いと洗浄効率が高めることができず、８００ｒｐｍより高いと表面上に洗浄液の膜を形成することができず表面が大気と接触し酸化されるおそれがある。
また、図４を参照して、本実施形態のＧａＡｓ半導体基板の製造方法において、酸洗浄工程Ｓ３の後に、好ましくは酸洗浄工程Ｓ３の直後に、ＧａＡｓ半導体ウエハの酸洗浄された表面を純水を用いて洗浄する純水洗浄工程Ｓ４を含むことが好ましい。純水洗浄工程Ｓ４における洗浄方法には、特に制限はないが、ＧａＡｓ半導体ウエハの酸洗浄された表面を溶存酸素濃度（ＤＯ）が１００ｐｐｂ以下の純水で５分間以下の時間で洗浄することが好ましい。１００ｐｐｂ以下の低溶存酸素濃度の純水を用いて５分間以下の短時間で洗浄することにより、表面の酸化を抑制することができる。ここで、純水の溶存酸素濃度は、より酸化性が低い観点から、５０ｐｐｂ以下であることがより好ましい。また、不純物が少ない観点から、純水の全有機炭素（ＴＯＣ）は４０ｐｐｂ以下であることが好ましい。
また、図４を参照して、本実施形態のＧａＡｓ半導体基板の製造方法において、純水洗浄工程Ｓ４は、ＧａＡｓ半導体ウエハを、その主面が水平になるように保持して１００〜８００ｒｐｍで回転させながら、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面に純水を供給することにより行なうことが好ましい。ＧａＡｓ半導体ウエハを回転させながらその表面に純水を供給することにより、その表面に純水の膜を形成させて表面の酸化を抑制しながら、効率的に表面を酸洗浄することができる。ＧａＡｓ半導体ウエハの回転数が、１００ｒｐｍより低いと洗浄効率が高めることができず、８００ｒｐｍより高いと表面上に純水の膜を形成することができず表面と大気との接触が直接かつ激しくなり、酸化が促進される。
また、図４を参照して、本実施形態のＧａＡｓ半導体基板の製造方法において、酸洗浄工程Ｓ３または純水洗浄工程Ｓ４の後に、好ましくは酸洗浄工程Ｓ３または純水洗浄工程Ｓ４の直後に、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を乾燥させる乾燥工程Ｓ５をさらに含み、乾燥工程Ｓ５は、ＧａＡｓ半導体ウエハを２０００ｒｐｍ以上で回転させることにより表面に残留している酸洗浄液または純水を飛散させることにより行なうことが好ましい。ＧａＡｓ半導体ウエハを２０００ｒｐｍ以上の高速回転をさせてその表面上の酸洗浄液または純水を飛散させることにより、ウエハ表面を均一に効率的に乾燥させることができる。
（実施形態３）
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法の他の実施形態は、図５を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハ１１の研磨された表面を、まずアルコールなどの有機溶媒で洗浄した後、アルカリ洗浄液２１で洗浄する少なくとも１回のアルカリ洗浄工程（図５（ａ））と、アルカリ洗浄された表面を０．３ｐｐｍ〜０．５質量％の酸を含む酸洗浄液２３で洗浄する酸洗浄工程（図５（ｃ））とを含む。本実施形態は、ＧａＡｓ半導体ウエハ１１をバッチ式で洗浄する形態であり、アルカリ洗浄工程と酸洗浄工程との間にアルカリ洗浄された表面を純水２５で洗浄する第１の純水洗浄工程（図５（ｂ））と、酸洗浄工程後に酸洗浄された表面を純水で洗浄する第２の純水洗浄工程（図５（ｄ））と、第２の純水洗浄工程後に純水洗浄された表面に残留している純水を乾燥する工程（図５（ｅ））とをさらに含む。
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法の他の実施形態は、図５を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハ１１の研磨された表面を、まずアルコールなどの有機溶媒で洗浄した後、アルカリ洗浄液２１で洗浄する少なくとも１回のアルカリ洗浄工程（図５（ａ））と、アルカリ洗浄された表面を０．３ｐｐｍ〜０．５質量％の酸を含む酸洗浄液２３で洗浄する酸洗浄工程（図５（ｃ））とを含む。本実施形態は、ＧａＡｓ半導体ウエハ１１をバッチ式で洗浄する形態であり、アルカリ洗浄工程と酸洗浄工程との間にアルカリ洗浄された表面を純水２５で洗浄する第１の純水洗浄工程（図５（ｂ））と、酸洗浄工程後に酸洗浄された表面を純水で洗浄する第２の純水洗浄工程（図５（ｄ））と、第２の純水洗浄工程後に純水洗浄された表面に残留している純水を乾燥する工程（図５（ｅ））とをさらに含む。
ここで、乾燥工程（図５（ｅ））は、ＧａＡｓ半導体ウエハ１１を遠心機３０内のウエハホルダ３１に固定して高速回転させることにより、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面に残留している純水を飛散させることにより行なうことが好ましい。また、アルカリ洗浄に用いられるアルカリ洗浄液、酸洗浄に用いられる酸洗浄液、純水洗浄に用いられる純水については、実施形態２と同様である。
ここで、酸洗浄液の酸としては、洗浄力が高く電気特性に影響を与える元素（たとえば、金属元素、イオウなど）を含まない観点から、フッ酸、塩酸、硝酸、亜硝酸などの無機酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸などの有機酸が好ましく用いられる。また、これらの酸の２種類以上の組み合わせ、たとえば塩酸および硝酸の組み合わせが好ましく用いられる。また、これらの酸濃度は、実施形態２の場合と同様に０．３ｐｐｍ〜０．５質量％であることが好ましい。
また、これらの酸の添加方法は、高濃度の酸水溶液を希釈する方法の他に、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ2）ガス、窒素酸化物（ＮＯx）ガスなどの酸性ガスを純水に溶解させる方法により行なうことができる。
（参考例Ａ）
１．ＧａＡｓ半導体基板の製造
（１）ＧａＡｓ半導体ウエハの作製（ウエハ作製工程）
垂直ブリッジマン（ＶＢ）法で成長されたＧａＡｓ半導体結晶を、ワイヤーソーでスライスし、そのエッジ部を研削して外形を整えて、３つのＧａＡｓ半導体ウエハを作製した。さらに、ワイヤーソーで生じたソーマークを除去するために、平面研削機でウエハの主表面を研削したのち、外周の面取り部を、ゴム砥石で研磨した。
１．ＧａＡｓ半導体基板の製造
（１）ＧａＡｓ半導体ウエハの作製（ウエハ作製工程）
垂直ブリッジマン（ＶＢ）法で成長されたＧａＡｓ半導体結晶を、ワイヤーソーでスライスし、そのエッジ部を研削して外形を整えて、３つのＧａＡｓ半導体ウエハを作製した。さらに、ワイヤーソーで生じたソーマークを除去するために、平面研削機でウエハの主表面を研削したのち、外周の面取り部を、ゴム砥石で研磨した。
（２）ＧａＡｓ半導体ウエハ表面の研磨（研磨工程）
次に、クリーンルーム内で、各ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を、塩素系研磨剤とシリカパウダーの混合物で硬質研磨布により研磨した。次いで、各ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を、ＩＮＳＥＣ ＮＩＢ研磨剤（フジミ研磨剤社製）で研磨して、鏡面化した。この鏡面化された各ＧａＡｓ半導体ウエハの表面には、研磨布屑、研磨剤中の異物等が付着していた。
次に、クリーンルーム内で、各ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を、塩素系研磨剤とシリカパウダーの混合物で硬質研磨布により研磨した。次いで、各ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を、ＩＮＳＥＣ ＮＩＢ研磨剤（フジミ研磨剤社製）で研磨して、鏡面化した。この鏡面化された各ＧａＡｓ半導体ウエハの表面には、研磨布屑、研磨剤中の異物等が付着していた。
（３）ＧａＡｓ半導体ウエハ表面のアルカリ洗浄（アルカリ洗浄工程）
次に、表面に異物が付着した各ＧａＡｓ半導体ウエハを０．１〜１０質量％のコリン水溶液中に浸漬し、０．９〜１．５ＭＨｚの超音波を水溶液中に３〜１２分間印加して、その表面をアルカリ洗浄した。次いで、各ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を純水洗浄した後、スピンドライヤーで乾燥させた。得られたＧａＡＳ半導体ウエハの表面の面粗さＲＭＳは、ＡＦＭにより０．５μｍ×０．５μｍの範囲内で測定したところ、０．０８〜０．１５ｎｍであった。
次に、表面に異物が付着した各ＧａＡｓ半導体ウエハを０．１〜１０質量％のコリン水溶液中に浸漬し、０．９〜１．５ＭＨｚの超音波を水溶液中に３〜１２分間印加して、その表面をアルカリ洗浄した。次いで、各ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を純水洗浄した後、スピンドライヤーで乾燥させた。得られたＧａＡＳ半導体ウエハの表面の面粗さＲＭＳは、ＡＦＭにより０．５μｍ×０．５μｍの範囲内で測定したところ、０．０８〜０．１５ｎｍであった。
（４）ＧａＡｓ半導体ウエハ表面の酸洗浄（酸洗浄工程）
次に、各ＧａＡｓ半導体ウエハを、その主面が水平になるように回転保持できる機構を有する洗浄装置内に配置した。このとき、各ＧａＡｓ半導体ウエハは洗浄装置内に配置されている遠心力式チャックで保持された。この遠心力式チャックは、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの低発塵樹脂で形成されている。
次に、各ＧａＡｓ半導体ウエハを、その主面が水平になるように回転保持できる機構を有する洗浄装置内に配置した。このとき、各ＧａＡｓ半導体ウエハは洗浄装置内に配置されている遠心力式チャックで保持された。この遠心力式チャックは、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの低発塵樹脂で形成されている。
各ＧａＡｓ半導体ウエハを３００〜６００ｒｐｍで回転させながら、その表面に、酸洗浄液として０．１〜０．６質量％のＨＦおよび０．０５〜０．３質量％のＨ2Ｏ2を含む水溶液を供給して、６〜２０秒間酸洗浄をした。
（５）ＧａＡｓ半導体ウエハ表面の純水洗浄（純水洗浄工程）
次に、各ＧａＡｓ半導体ウエハを３００〜６００ｒｐｍで回転させながら、その表面に、溶存酸素濃度０．１〜５０ｐｐｂで全有機炭素１〜４０ｐｐｂの純水を供給して、１５〜３０秒間純水洗浄した。次いで、０．５〜２．５ＭＨｚの超音波が印加された上記純水を、ノズルの先端がウエハから０．５〜２．５ｃｍの距離にありウエハの半径方向に揺動する純水ノズルからウエハに供給して、その表面を上記純水で８〜２０秒間超音波洗浄した。
次に、各ＧａＡｓ半導体ウエハを３００〜６００ｒｐｍで回転させながら、その表面に、溶存酸素濃度０．１〜５０ｐｐｂで全有機炭素１〜４０ｐｐｂの純水を供給して、１５〜３０秒間純水洗浄した。次いで、０．５〜２．５ＭＨｚの超音波が印加された上記純水を、ノズルの先端がウエハから０．５〜２．５ｃｍの距離にありウエハの半径方向に揺動する純水ノズルからウエハに供給して、その表面を上記純水で８〜２０秒間超音波洗浄した。
（６）ＧａＡｓ半導体ウエハ表面の乾燥（乾燥工程）
次いで、純水の供給を停止して、ＧａＡｓ半導体ウエハを２５００ｒｐｍで１５〜３０秒間回転させることにより、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を乾燥させて、３つのＧａＡｓ半導体基板を得た。
次いで、純水の供給を停止して、ＧａＡｓ半導体ウエハを２５００ｒｐｍで１５〜３０秒間回転させることにより、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を乾燥させて、３つのＧａＡｓ半導体基板を得た。
２．ＧａＡｓ半導体基板の表面層の分析
図１を参照して、Ｘ線光電子分光装置（ＰＨＩ社ＥＳＣＡ５４００ＭＣ）を用いて、Ｘ線源としてＡｌ原子のＫα線を使用し、光電子取り出し角度θを１０°として、得られた各ＧａＡｓ半導体基板１０の表面層１０ａにおけるＡｓ原子およびＧａ原子の３ｄ電子のスペクトルを測定した。
図１を参照して、Ｘ線光電子分光装置（ＰＨＩ社ＥＳＣＡ５４００ＭＣ）を用いて、Ｘ線源としてＡｌ原子のＫα線を使用し、光電子取り出し角度θを１０°として、得られた各ＧａＡｓ半導体基板１０の表面層１０ａにおけるＡｓ原子およびＧａ原子の３ｄ電子のスペクトルを測定した。
図２および図３を参照して、各ＧａＡｓ半導体基板におけるＡｓ原子の３ｄ電子スペクトルに現れたピークＰ（Ａｓ）およびＰ（Ａｓ−Ｏ）、ならびにＧａ原子の３ｄ電子スペクトルに現れたピークＰ（Ｇａ）およびＰ（Ｇａ−Ｏ）に基づいて、上式（２）〜（５）を用いて、各ＧａＡｓ半導体基板におけるＧａ／Ａｓ比、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比および（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比を算出した。各ＧａＡｓ半導体基板のいずれについても、Ｇａ／Ａｓ比は０．５〜０．９、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．１５〜０．３５、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．１５〜０．３５の範囲内にあった。
３．ＧａＡｓ半導体基板上へのエピタキシャル層の成長
上記３つのＧａＡｓ半導体基板のそれぞれの上に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により、エピタキシャル層として厚さ１μｍのＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．２）半導体層を成長させて、３つのエピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。
上記３つのＧａＡｓ半導体基板のそれぞれの上に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により、エピタキシャル層として厚さ１μｍのＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．２）半導体層を成長させて、３つのエピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。
４．エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板の物性評価
図６を参照して、上記各エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板（図６における参考例Ａの３点）について、エピタキシャル層成長後の表面にＡｒレーザを照射して乱反射により得られる光を集光して得られるヘイズ強度（エピタキシャル層成長後のヘイズ強度）は１．１〜４．０ｐｐｍと非常に低く、良好な平面が得られた。すなわち、Ｇａ／Ａｓ比が０．９以下のＧａＡｓ半導体基板上に形成されたエピタキシャル層の表面は良好であることがわかった。
図６を参照して、上記各エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板（図６における参考例Ａの３点）について、エピタキシャル層成長後の表面にＡｒレーザを照射して乱反射により得られる光を集光して得られるヘイズ強度（エピタキシャル層成長後のヘイズ強度）は１．１〜４．０ｐｐｍと非常に低く、良好な平面が得られた。すなわち、Ｇａ／Ａｓ比が０．９以下のＧａＡｓ半導体基板上に形成されたエピタキシャル層の表面は良好であることがわかった。
また、図７を参照して、各エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板（図７における参考例Ａの３点）についてＧａＡｓ半導体基板とエキタキシャル層との界面部分における酸素濃度（界面酸素濃度）は、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定したところ、１×１０18ｃｍ-3以下と非常に低濃度であった。すなわち、Ｇａ／Ａｓ比が０．９以下のＧａＡｓ半導体基板とその上に形成されたエピタキシャル層との間の界面酸素濃度は、非常に低濃度であることがわかった。
さらに、酸洗浄工程における酸洗浄液として０．０５質量％のＨＦと０．１質量％のＨ2Ｏ2を含む水溶液を用いたこと以外は、参考例Ａと同様にして、表面のアンモニア濃度が０．２ｎｇ／ｃｍ2、０．４ｎｇ／ｃｍ2、０．５ｎｇ／ｃｍ2および１ｎｇ／ｃｍ2の４種類のＧａＡｓ半導体基板を各３枚ずつ得た。その内の１枚は表面のアンモニア濃度の定量に用いた。ここで、基板表面のアンモニア濃度は、この基板を純水中に浸漬した後、この純水のアンモニア濃度をイオンクロマトグラフ法で測定することにより定量した。１枚は上記酸洗浄工程、純水洗浄工程および乾燥工程の直後に、参考例Ａと同様にして基板上にエピタキシャル層を成長させた。１枚は、上記酸洗浄工程、純水洗浄工程および乾燥工程後、２０μｇ／ｍ3のアンモニア雰囲気中２２〜２５℃で２時間放置した後、参考例Ａと同様にして基板上にエピタキシャル層を成長させた。
図８を参照して、基板の上記洗浄直後の表面アンモニア濃度が低くても、アンモニアを含有する雰囲気中（たとえば、大気中など）に放置することにより、基板と放置後に形成されたエピタキシャル層との間の界面酸素濃度は、基板と洗浄直後に形成されたエピタキシャル層との間の界面酸素濃度に比べて大きくなった。これは、雰囲気中のアンモニアなどのアルカリ物質が基板表面上のＦ原子とが反応して塩を生成し、基板表面の酸化を促進するためと考えられる。
さらに、図８について考察すると、基板の初期の表面アンモニア濃度が０．４ｎｇ／ｃｍ2以下であれば、その基板が２時間放置された後にピタキシャル層が形成されても、基板とエピタキシャル層との間の界面酸素濃度は１．０×１０18ｃｍ-3以下と低濃度に抑制できることがわかった。このことから、ＧａＡｓ半導体基板の表面に付着しているアルカリ物質の濃度は０．４ｎｇ／ｃｍ-2以下が好ましいことがわかる。
（比較例ＲＡ）
１．ＧａＡｓ半導体基板の作製
酸洗浄工程を行なわなかったこと以外は、参考例Ａと同様にして４つのＧａＡｓ半導体基板を作製した。
１．ＧａＡｓ半導体基板の作製
酸洗浄工程を行なわなかったこと以外は、参考例Ａと同様にして４つのＧａＡｓ半導体基板を作製した。
２．ＧａＡｓ半導体基板の表面層の分析
各ＧａＡｓ半導体基板におけるＧａ／Ａｓ比、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比および（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比を、参考例Ａと同様にして、算出した。各ＧａＡｓ半導体基板のいずれについても、Ｇａ／Ａｓ比は０．９０〜１．５２、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．４０〜０．６５、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．３０〜０．７０の範囲内にあった。
各ＧａＡｓ半導体基板におけるＧａ／Ａｓ比、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比および（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比を、参考例Ａと同様にして、算出した。各ＧａＡｓ半導体基板のいずれについても、Ｇａ／Ａｓ比は０．９０〜１．５２、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．４０〜０．６５、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．３０〜０．７０の範囲内にあった。
３．ＧａＡｓ半導体基板上へのエピタキシャル層の成長
上記４つのＧａＡｓ半導体基板のそれぞれの上に、参考例Ａと同様にしてエピタキシャル層を成長させて、４つのエピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。
上記４つのＧａＡｓ半導体基板のそれぞれの上に、参考例Ａと同様にしてエピタキシャル層を成長させて、４つのエピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。
４．エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板の物性評価
図６を参照して、上記各エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板（図６における比較例ＲＡの４点）について、参考例Ａと同様にして得られるエピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、２１〜１８７０ｐｐｍと参考例Ａに比べて高く、良好な平面は得られなかった。
図６を参照して、上記各エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板（図６における比較例ＲＡの４点）について、参考例Ａと同様にして得られるエピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、２１〜１８７０ｐｐｍと参考例Ａに比べて高く、良好な平面は得られなかった。
また、図７を参照して、各エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板（図７における比較例ＲＡの４点）について、参考例Ａと同様にして測定される界面酸素濃度は、１×１０18ｃｍ-3よりも高濃度であった。
（実施例Ｂ１）
１．ＧａＡｓ半導体基板の製造
参考例Ａと同様にして、ＧａＡｓ半導体ウエハの作製およびその表面の研磨を行なった。次に、図５（ａ）を参照して、表面を研磨したＧａＡｓ半導体ウエハを０．５質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液に浸漬して、９５０ｋＨｚの超音波を水溶液中に１０分間印加して、その表面をアルカリ洗浄した。次に、図５（ｂ）を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を参考例Ａと同様にして純水洗浄した。次に、図５（ｃ）を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハを０．３ｐｐｍの塩酸（ＨＣｌ）水溶液に浸漬して、９５０ｋＨｚの超音波を水溶液中に２分間印加して、その表面を酸洗浄した。次に、図５（ｄ）を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を参考例Ａと同様にして純水洗浄した。次に、図５（ｅ）を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハ１１を遠心機３０内のウエハホルダ３１に固定して２５００ｒｐｍで３０秒間高速回転させることにより、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面に残留している純水を飛散させることによりウエハの表面を乾燥させて、ＧａＡｓ半導体基板を得た。
１．ＧａＡｓ半導体基板の製造
参考例Ａと同様にして、ＧａＡｓ半導体ウエハの作製およびその表面の研磨を行なった。次に、図５（ａ）を参照して、表面を研磨したＧａＡｓ半導体ウエハを０．５質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液に浸漬して、９５０ｋＨｚの超音波を水溶液中に１０分間印加して、その表面をアルカリ洗浄した。次に、図５（ｂ）を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を参考例Ａと同様にして純水洗浄した。次に、図５（ｃ）を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハを０．３ｐｐｍの塩酸（ＨＣｌ）水溶液に浸漬して、９５０ｋＨｚの超音波を水溶液中に２分間印加して、その表面を酸洗浄した。次に、図５（ｄ）を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を参考例Ａと同様にして純水洗浄した。次に、図５（ｅ）を参照して、ＧａＡｓ半導体ウエハ１１を遠心機３０内のウエハホルダ３１に固定して２５００ｒｐｍで３０秒間高速回転させることにより、ＧａＡｓ半導体ウエハの表面に残留している純水を飛散させることによりウエハの表面を乾燥させて、ＧａＡｓ半導体基板を得た。
２．ＧａＡｓ半導体基板の表面層の分析
参考例Ａと同様にして、得られたＧａＡｓ半導体基板の表面層におけるＡｓ原子およびＧａ原子の３ｄ電子のスペクトルを測定した。実施例Ｂ１のＧａＡｓ半導体基板について、Ｇａ／Ａｓ比は０．８０、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２７、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．１５であった。
参考例Ａと同様にして、得られたＧａＡｓ半導体基板の表面層におけるＡｓ原子およびＧａ原子の３ｄ電子のスペクトルを測定した。実施例Ｂ１のＧａＡｓ半導体基板について、Ｇａ／Ａｓ比は０．８０、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２７、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．１５であった。
３．ＧａＡｓ半導体基板上へのエピタキシャル層の成長
上記ＧａＡｓ半導体基板上に、参考例Ａと同様にしてエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。このエピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板について、参考例Ａと同様にして得られるエピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、２．１ｐｐｍであり、参考例Ａと同等に小さく、良好な平面が得られた。なお、ヘイズ強度は、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ６２２０で測定した。
上記ＧａＡｓ半導体基板上に、参考例Ａと同様にしてエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。このエピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板について、参考例Ａと同様にして得られるエピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、２．１ｐｐｍであり、参考例Ａと同等に小さく、良好な平面が得られた。なお、ヘイズ強度は、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ６２２０で測定した。
（実施例Ｂ２）
酸洗浄水溶液として０．６ｐｐｍの硝酸（ＨＮＯ3）水溶液を用いたこと以外は、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＡｓ半導体基板を得た。得られたＧａＡｓ半導体基板について、Ｇａ／Ａｓ比は０．８５、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２８、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２２であった。また、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＮ半導体基板上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。エピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、１．５ｐｐｍであり、実施例Ｂ１と同等に小さく、良好な平面が得られた。
酸洗浄水溶液として０．６ｐｐｍの硝酸（ＨＮＯ3）水溶液を用いたこと以外は、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＡｓ半導体基板を得た。得られたＧａＡｓ半導体基板について、Ｇａ／Ａｓ比は０．８５、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２８、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２２であった。また、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＮ半導体基板上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。エピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、１．５ｐｐｍであり、実施例Ｂ１と同等に小さく、良好な平面が得られた。
（実施例Ｂ３）
酸洗浄水溶液として０．３ｐｐｍの塩酸および１．２ｐｐｍの硝酸を含む水溶液を用いたこと以外は、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＡｓ半導体基板を得た。なお、この水溶液中では、塩酸と硝酸との反応により、硝酸から０．６ｐｐｍ程度の亜硝酸が生成した。得られたＧａＡｓ半導体基板について、Ｇａ／Ａｓ比は０．８４、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２９、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２１であった。また、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＮ半導体基板上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。エピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、２．２ｐｐｍであり、実施例Ｂ１と同等に小さく、良好な平面が得られた。
酸洗浄水溶液として０．３ｐｐｍの塩酸および１．２ｐｐｍの硝酸を含む水溶液を用いたこと以外は、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＡｓ半導体基板を得た。なお、この水溶液中では、塩酸と硝酸との反応により、硝酸から０．６ｐｐｍ程度の亜硝酸が生成した。得られたＧａＡｓ半導体基板について、Ｇａ／Ａｓ比は０．８４、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２９、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．２１であった。また、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＮ半導体基板上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。エピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、２．２ｐｐｍであり、実施例Ｂ１と同等に小さく、良好な平面が得られた。
（比較例ＲＢ１）
ＧａＡｓ半導体ウエハの酸洗浄を行なわなかったこと以外は、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＡｓ半導体基板を得た。得られたＧａＡｓ半導体基板について、Ｇａ／Ａｓ比は１．０３、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．１７、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．１９であった。また、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＮ半導体基板上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。エピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、１４０．０ｐｐｍであり、参考例Ａ、実施例Ｂ１〜Ｂ３に比べて非常に大きく、良好な平面が得られなかった。
ＧａＡｓ半導体ウエハの酸洗浄を行なわなかったこと以外は、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＡｓ半導体基板を得た。得られたＧａＡｓ半導体基板について、Ｇａ／Ａｓ比は１．０３、（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．１７、（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝比は０．１９であった。また、実施例Ｂ１と同様にして、ＧａＮ半導体基板上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャル層付ＧａＡｓ半導体基板を得た。エピタキシャル層成長後のヘイズ強度は、１４０．０ｐｐｍであり、参考例Ａ、実施例Ｂ１〜Ｂ３に比べて非常に大きく、良好な平面が得られなかった。
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、上記した説明で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のすべての変更が含まれることが意図される。
１ Ｘ線、５ 光電子、１０ ＧａＡｓ半導体基板、１０ａ 表面層、１０ｂ 内層、１０ｓ 表面、１１ ＧａＡｓ半導体ウエハ、２１ アルカリ洗浄液、２３ 酸洗浄液、２５ 純水、３０ 遠心機、３１ ウエハホルダ。
Claims (9)
- ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を研磨する工程と、研磨された前記表面をアルカリ洗浄液で洗浄する少なくとも１回のアルカリ洗浄工程と、アルカリ洗浄された前記表面を０．３ｐｐｍ〜１．５ｐｐｍの酸を含む酸洗浄液で少なくとも２分間超音波を印加して洗浄する酸洗浄工程と、を含むＧａＡｓ半導体基板の製造方法により得られたＧａＡｓ半導体基板であって、
Ｘ線光電子分光法により、光電子取り出し角θが１０°の条件で測定されるＧａ原子およびＡｓ原子の３ｄ電子スペクトルを用いて算出される、ＧａＡｓ半導体基板の表面層における全Ａｓ原子に対する全Ｇａ原子の構成原子比（Ｇａ）／（Ａｓ）が０．５以上０．９以下であり、前記表面層における全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＡｓ原子の比（Ａｓ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝が０．１５以上０．３５以下であり、前記表面層における全Ｇａ原子および全Ａｓ原子に対するＯ原子と結合しているＧａ原子の比（Ｇａ−Ｏ）／｛（Ｇａ）＋（Ａｓ）｝が０．１５以上０．３５以下であることを特徴とするＧａＡｓ半導体基板。 - 表面の面粗さＲＭＳを０．３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＡｓ半導体基板。
- 表面に付着しているアルカリ物質の濃度が、０．４ｎｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＧａＡｓ半導体基板。
- ＧａＡｓ半導体ウエハの表面を研磨する工程と、研磨された前記表面をアルカリ洗浄液で洗浄する少なくとも１回のアルカリ洗浄工程と、アルカリ洗浄された前記表面を０．３ｐｐｍ〜１．５ｐｐｍの酸を含む酸洗浄液で少なくとも２分間超音波を印加して洗浄する酸洗浄工程と、を含むＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
- 前記アルカリ洗浄液は有機アルカリ化合物を含む請求項４に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
- 前記酸洗浄液は、前記酸として、フッ酸、塩酸、硝酸および亜硝酸からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含む請求項４に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
- 前記酸洗浄工程の後に、酸洗浄された前記表面を乾燥させる乾燥工程をさらに含み、
前記乾燥工程は、ＧａＡｓ半導体ウエハを回転させることにより前記表面に残留している前記酸洗浄液を飛散させることにより行なうことを特徴とする請求項４に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。 - 前記酸洗浄工程の後に、酸洗浄された前記表面を溶存酸素濃度が１００ｐｐｂ以下の純水で洗浄する純水洗浄工程をさらに含む請求項４に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
- 前記純水洗浄工程の後に、純水洗浄された前記表面を乾燥させる乾燥工程をさらに含み、
前記乾燥工程は、ＧａＡｓ半導体ウエハを大気中で回転させることにより前記表面に残留している前記純水を飛散させることにより行なうことを特徴とする請求項８に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
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