JP5332691B2

JP5332691B2 - 窒化物半導体基板の加工方法

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Publication number: JP5332691B2
Application number: JP2009032109A
Authority: JP
Inventors: 慎一多田; 憲治前田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: JP2010192485A

Description

本発明は、窒化物半導体基板の反りを制御可能な加工方法に関するものである。

近年、窒化物半導体基板として、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）成長法等により成長させた自立型ＧａＮ単結晶基板が製造されている。ＧａＮ単結晶基板は成長直後は通常円形で、厚さ・外径バラツキがある。また、基板上に半導体層を成長させる工程では通常、成長直後の基板ではなく、平坦な面や均一な外径とする加工、結晶方位判別のため結晶面に平行に加工されたOF（オリエンテーションフラット）加工、表面と裏面を見分けるためのIF（インデクスフラット）加工等を施した基板や裏面が梨地状（粗化面）の基板が用いられている。

基板の表面や裏面には研磨等の加工が行われ、例えば特許文献１では、基板の裏面を研磨後、裏面をエッチングすることで裏面の算術平均粗さＲａを調整して基板ホルダーとの密着度を良くし、基板の表面を鏡面に研磨している。裏面のエッチングは、粗さ調整の他に、研磨により生じた加工歪層を除去する目的もある。

このような加工歪みを利用して基板の反りを調整する方法が提案されており、特許文献２は、反りのある窒化物半導体基板の凹の面を機械研削し加工変質層を導入することによって、凹の面を延ばし平坦に近づけ反りを低減させる方法を提案している。

また、特許文献３は、Ｇａ面に加工歪みを与えた後、プレートにＧａ面が接触するように無荷重で貼り付けてＮ面を加工歪フリーの平坦加工し、プレートから取り外した基板を今度はＮ面がプレートに接触するように荷重をかけて貼り付け、Ｇａ面を加工歪フリーの平坦加工し仕上げることで、より平坦あるいはＧａ面側が凹形状の基板とすることを提案している。

特開２００７−１５３７１２号公報特開２００５−１３６１６７号公報特開２００７−２８４２８３号公報

成長直後の窒化物半導体基板は通常、成長用基板として通常用いられる異種基板との熱膨張率の違いや格子定数不整合に起因する反りを有しているが、このような反りは単に研磨を行うだけの加工では残存してしまう。基板の反りの大きさや状態によっては基板上への半導体層成長工程やフォトリソグラフィー工程などに支障をきたし、歩留まりを大きく悪化させる要因となってしまう。また、例えば表面研磨後に反転させて裏面を研磨し、さらに再度反転させて表面を研磨する方法のように基板を幾度も反転させる必要のある方法では工程が煩雑になる。このため、簡便な方法で精度良く基板の反りを制御できる加工方法が求められている。

第１の本発明の窒化物半導体基板の加工方法は、第１の主面と第２の主面を有し、前記第１の主面側が凸に反った窒化物半導体基板を準備する工程と、前記基板準備工程よりも反りを大きくした状態で前記基板を固定し、前記第１の主面の平坦化加工により、中心部の膜厚を外周部の膜厚よりも小さくする工程と、前記基板の固定を解除する工程と、前記第２の主面を研磨して前記基板の中心部の膜厚と外周部の膜厚を略等しくする工程と、を有する。

第２の本発明の窒化物半導体基板の加工方法は、第１の主面と第２の主面を有し、前記第１の主面側が凸に反った窒化物半導体基板を準備する工程と、前記基板準備工程よりも反りを大きくした状態で前記基板を固定し、前記第２の主面の平坦化加工により、中心部の膜厚を外周部の膜厚よりも大きくする工程と、前記基板の固定を解除する工程と、前記第１の主面を研磨して前記基板の中心部の膜厚と外周部の膜厚を略等しくする工程と、を有する。

本発明の窒化物半導体基板の加工方法は以下の構成を組み合わせることができる。
前記基板の固定を解除する工程後の前記基板は、前記基板準備工程前の前記基板と比較して、前記第１の主面の反りが小さい、または反りの方向が逆転している。
前記基板準備工程における前記基板は中心部の膜厚と外周部の膜厚が略等しい。
前記第１の主面を平坦化加工する工程の前に、反りを維持した状態で前記基板を固定し、前記第１の主面に加工歪みを与える工程と、前記基板の固定を解除する工程と、を有し、前記第１の主面を平坦化加工する工程において、前記加工歪みを除去する。
前記加工歪みを与える工程および／または前記加工歪みを除去する工程において、前記基板の前記第２の主面側を支持体にワックスを介して貼り付けることで前記基板を固定する。
前記加工歪みを与える工程において、前記加工歪みを与えた後、前記第１の主面の表面粗さを小さくする加工を行う。
前記基板はＧａＮ単結晶基板であり、前記第１の主面はN面であり、前記第２の主面はＧａ面である。

第３の本発明の窒化物半導体基板の加工方法は、第１の主面と第２の主面を有し、前記第１の主面側が凸に反った窒化物半導体基板を準備する工程と、反りを維持した状態で前記基板を固定し、前記第１の主面に加工歪みを与える工程と、前記基板の固定を解除する工程と、反りを維持した状態で前記基板を固定し、中心部の加工量が外周部の加工量よりも大きくなるように前記第１の主面を平坦化加工し、前記加工歪みを除去する工程と、前記基板の固定を解除する工程と、前記第２の主面を研磨して前記基板の中心部の膜厚と外周部の膜厚を略等しくする工程と、を有する。

本発明の窒化物半導体基板の加工方法は、反りを大きくした状態で基板を固定し、平坦化加工した後に固定を解除することで、基板の反りを低減すること、または基板の反りの方向を逆転させることができる。

図１は実施形態１の主要な工程を説明する断面模式図である。図２は実施形態１の工程の一例を説明する断面模式図である。図３は実施形態１の工程の一例を説明する断面模式図である。図４は実施形態１の工程の一例を説明する断面模式図である。図５は基板の反り量を説明する断面模式図である。図６は実施形態２の主要な工程を説明する断面模式図である。図７は実施形態２の工程の一例を説明する断面模式図である。

以下、図面を参照して本発明の方法を実施するための形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）〜（ｅ）は、実施形態１の窒化物半導体基板の加工方法として主要な工程を説明する断面模式図である。図１（ａ）に示すように、窒化物半導体基板１は第１の主面１１と第２の主面１２を有し、第１の主面１１側が凸に反っている。このような基板は、例えばサファイア等の異種基板上に窒化物半導体を成長させ、異種基板を除去することで準備できる。基板１を、図１（ｂ）に示すように反りを大きくした状態で固定し、図１（ｃ）に示すように第１の主面１１を平坦化加工する。ここでは、図１（ａ）における基板１の膜厚は中心部と外周部とでほぼ等しいので、図１（ｃ）の平坦化加工によって基板１の中心部の膜厚が外周部の膜厚よりも小さくなる。次に基板１の固定を解除すると、元に戻る力が働き、図１（ｄ）に示すように平坦化加工された第１の主面１１が凹に反る。このように平坦化加工時に第１の主面を略平坦な面に加工しておくことで、第１の主面をほぼ確実に凹に反らせることができる。そして、第２の主面１２を研磨して基板１の中心部と外周部の膜厚を揃えることで、図１（ｅ）に示すように第１の主面１１側が凹に反った窒化物半導体基板１とすることができる。

窒化物半導体基板１の反りを大きくした状態で固定する方法としては１段階または他段階の方法を用いることができる。具体的には、応力をかけて第１の主面の反り量を大きくした状態を維持して固定する方法のように１段階で行う方法や、研磨、特に機械的研磨によって生じる加工歪みを利用して２段階以上で行う方法を用いることができる。加工歪みを与える方法の場合、例えば基板を固定して第１の主面に加工歪みを与えた後で固定を解除し、その反りを維持した状態で再度基板を固定する。その後さらに同様の工程を繰り返すこともできる。

図２（ａ）〜（ｄ）は、加工歪みを与える主要な工程を説明する断面模式図である。まず、図２（ａ）に示すように、第１の主面１１側が凸に反った基板１を支持体１３に固定する。このとき、固定前の基板の反りと固定後の基板の反りが略等しくなるように固定することが好ましい。加工前の基板は膜厚が面内で不均一な傾向があるため、反りの状態が変わるように圧力をかけて固定すると、局所的に高い負荷がかかり、クラックが生じる恐れがあるためである。また、圧力をかけると基板が応力により撓んでしまうので、固定を解除したときに加工歪みに起因しない反りが生じてしまい、反りが制御し難くなる恐れもある。具体的には、ワックスを介して基板を支持体に貼り付けて固定する方法や、支持体等に貼り付けずに手で支えて加工する方法を用いることができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、第１の主面１１に加工歪みを与える。加工歪みは、砥石や砥粒を用いた機械的研磨を行うことで与えることができ、特に砥石等の固定砥粒を用いた機械的研削を行うことが好ましい。加工歪の大きさは、用いる砥粒の径や種類、もしくは加工面積の大きさによって調整することができる。加工が粗いほど、そして加工面積が大きいほど、与える加工歪みは大きくなる。このように加工歪の大きさを調整することで、仕上げ後の基板の反り形状を制御することができる。加工歪みを与える加工は複数回行ってもよく、例えば、第１の加工をした後、それよりも基板表面粗さが小さくなるように第２の加工を行うことができる。このような第２の加工によって、第１の加工によって与えられた加工歪みの少なくとも一部が除去され、第１の加工よりも小さい加工歪みが与えられるので、第２の加工終了後の加工歪みは第１の加工終了後の加工歪みよりも小さくなる。図２（ｂ）に示すように第１の主面１１が略平坦になるまで加工してもよい。加工前の基板は第１の主面表面に少なからず凹凸が存在しているが、略平坦に加工することで、第１の主面の全面にほぼ均等に加工歪みを与えることができる。略平坦に加工する場合は、加工面積の大きさによる加工歪みの調整ができなくなるので、用いる砥粒径や砥粒の種類によって調整する。平坦に加工するための加工時間を考慮すると、前述の第１の加工と第２の加工のような表面粗さが異なる加工を複数回行って調整することが好ましい。

加工歪みを与えた後、支持体から剥離して基板の固定を解除すると、図２（ｃ）に示すように、加工歪みによって第１の主面１１が広がる。これに伴い、第２の主面１２は第１の主面１１加工前よりも反りが大きくなる。ここで、図２（ａ）〜（ｃ）は加工前の基板が中心部と外周部で略等しい膜厚である場合、つまり未加工の第２の主面が凹である場合について示しているが、中心部の膜厚の方が厚い基板であれば未加工の第２の主面は凸であるので、支持体から剥離すると第２の主面の反りは小さくなるか、もしくは反りの方向が逆転して凹になる。

その後、図２（ｄ）に示すように、基板１を支持体１３に固定することで、加工前よりも反りを大きくした状態で基板１が固定される。なお、図２（ｂ）に示すように先に第１の主面１１を略平坦に加工した場合は、第１の主面１１の反り量が未加工の状態と比較して見かけ上小さくなっていることがあるので、第２の主面１２の反りの状態を比較するべきである。第２の主面の反り量は加工前の状態と比較して大きく、つまり、加工前よりも第２の主面の凹が大きいか、もしくは第２の主面が凸であった場合には凹に近付く方向に変化している。また、圧力をかけて貼り付けると基板が撓んで反りが制御し難くなるため、基板の固定は、加工歪みを与えるための固定と同様に、固定前後の基板の反りが略等しくなるように行うことが好ましい。

このように基板を固定して第１の主面を平坦化加工した後に基板の固定を解除する。この工程の一例を図３（ａ）および（ｂ）に示す断面模式図を用いて詳細に説明する。図３（ａ）に示す断面模式図は、図２（ｄ）に示す基板１の第１の主面１１を平坦化加工したものである。平坦化加工によって、図３（ａ）に示すように中心部の膜厚が外周部の膜厚よりも小さくなる。このとき、加工前の状態で中心部の膜厚が外周部の膜厚よりも大きい基板であれば中心部の膜厚は外周部の膜厚よりも小さくならない場合があるが、この場合も中心部の加工量が外周部の加工量よりも大きくなるように加工することが好ましい。また、第１の主面の平坦化加工は、第１の主面の表面積を平坦化加工前よりも小さくする加工としてもよい。なお、上述のように第１の主面に加工歪みを与えた場合であれば、このような平坦化加工によって加工歪みを除去する。加工歪みは、例えばエッチングやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish、化学的機械的研磨）によって除去することができる。

支持体から剥離して基板の固定を解除すると、基板の膜厚や第１の主面の表面積を固定時から変化させたため第１の主面が縮み、図３（ｂ）に示すように、平坦化加工された第１の主面１１が凹に反る。つまり、未加工状態や平坦化加工前の基板と比較して、第１の主面の反りの方向が逆転する。あるいは平坦化加工の状態や固定時の反りの状態によっては、反りの方向が逆転しないまでも、未加工状態や平坦化加工前の状態と比較して第１の主面の反り量を小さくできる。ここでの第１の主面の反りの状態が仕上げ後の基板の反りに影響するため、第１の主面の反りの状態を調整することで仕上げ後の基板の反りを調整する。第１の主面の反りの状態は、基板固定時の反りの大きさや平坦化加工の加工量等によって調整することができる。加工歪みを与えて反りを大きくする場合は与える加工歪みの大小によって基板固定解除後の第１の主面の反りが変化し、例えば与える加工歪みを小さくすると平坦化加工後の基板固定解除時に元に戻る力も小さくなるので、第１の主面の反り量は小さくなる。

その後、第２の主面を研磨して中心部の膜厚と外周部の膜厚を略等しくし、仕上げる。この工程の一例を図４（ａ）〜（ｃ）に示す断面模式図を用いて詳細に説明する。図４（ａ）に示す断面模式図は、図３（ｂ）に示す基板１を第１の主面１１が接触するようにして支持体１３に貼り付けたものであり、図３（ｂ）に示す基板１とは図における上下を逆にしている。基板の中心部と外周部の膜厚を揃える加工を行うため、第１の主面のほぼ全面が支持体に接するように、荷重をかけて貼り付け、固定することが好ましい。

このように固定した状態で第２の主面１２を研磨すると、図４（ｂ）に示すように、中心部の膜厚と外周部の膜厚が略等しい基板１とすることができる。図２（ａ）に示すように、加工前の基板が中心部の膜厚と外周部の膜厚が略等しければ、第２の主面の加工量を中心部で小さく外周部で大きくすることで、図４（ｂ）に示すような基板が得られる。中心部の膜厚が外周部の膜厚より小さい場合も同様である。一方、中心部の膜厚が外周部より大きい場合は、中心部の加工量と外周部の加工量が略等しいか、中心部の加工量の方が大きくなることがある。第２の主面の研磨は、例えばラッピングやポリッシングなどの機械的研磨により行う。機械的研削のような加工によって加工歪みを与えた場合は基板の固定解除前に除去することが好ましい。特に第２の主面を半導体層の成長面として用いる場合は、加工歪みを実質的に全て取り除くことや、第２の主面を鏡面にすることが好ましい。加工歪みの除去は、第１の主面と同様に、エッチングやＣＭＰによって行うことができる。

その後、基板を支持体から剥離して固定を解除すると、固定前の状態に戻る力が働き、図４（ｃ）に示すように、第２の主面１２が凸に反った基板１を得ることができる。つまり、図３（ｂ）に示すように固定前の基板１は第１の主面１１が凹であるので、中心部と外周部の膜厚を揃えた後、固定を解除することで、図４（ｃ）に示すように第１の主面１１の凹に対応して第２の主面１２が凸に反った基板１となる。上述のように第２の主面の研磨時に加工歪みを与えた場合は、基板の固定解除前に加工歪みを除去することで、基板にかかる応力を固定前と略等しくできるため、基板固定解除後も固定前の第１の主面の反りが維持され、図４（ｃ）に示すように、第１の主面１１の凹に対応して第２の主面１２が凸に反った基板１を得ることができる。

第１の主面および第２の主面の加工量は、未加工時の基板の反りや厚み分布を考慮して調整する。これにより、出来上がりの基板の反りを制御する。第１の主面は加工前の反りが凸であるので、第１の主面の加工で削る加工量は外周部よりも中心部で大きくする。この中心部の加工量と外周部の加工量の差を未加工時の第１の主面の反り量よりも大きくすることで、第１の主面が凹に反った基板を得ることができる。ただし、上述の加工歪みを利用する場合は、与える加工歪みを調整することで、第１の主面の反り量と同程度、もしくは第１の主面の反り量よりも小さくても、第１の主面が凹に反った基板を得ることができる。具体的には、基板の直径が２インチ以上である場合、さらに好ましくは５０〜８０ｍｍ程度である場合に、中心部の加工量から外周部の加工量と未加工時の第１の主面の反り量を引いた値を、−１０μｍ以上、１００μｍ以下とすることができる。−１０μｍよりも小さいと第１の主面が凹に反らせることが困難であり、１００μｍよりも大きいと第１の主面の平坦化加工前に基板を極端に大きく反らせる必要があるため割れやすくなってしまう。さらに好ましくは、−１０μｍ以上、３０μｍ以下とする。この値が大きいほど第１の主面が凹に反りやすい。なお、反り量は、図５に示すように、凸に反ったものをプラスの値とし、凹に反ったものをマイナスの値とする。図５では第１の主面１１の反り量について示しているが、第２の主面１２の反り量についても同様である。

一方、第２の主面の加工量は、未加工時の基板の膜厚分布に依存する傾向にある。第２の主面が凹である膜厚分布の場合、つまり中心部の膜厚が外周部の膜厚と同程度以下もしくは第２の主面が凹である程度に大きい場合は外周部の加工量を中心部の加工量よりも大きくし、第２の主面が凸である膜厚分布の場合、つまり第２の主面が凸である程度に中心部の膜厚の方が大きい場合は中心部の加工量と外周部の加工量を略等しくするか、または外周部の加工量の方を小さくする。これによって第２の主面が凸である基板を得ることができる。具体的には、基板の直径が２インチ以上である場合、さらに好ましくは５０〜８０ｍｍ程度である場合に、外周部の加工量から中心部の加工量と未加工時の第２の主面の反り量を引いた値を、未加工時の第２の主面が凹又は略平坦である場合は−１００μｍ以上、１２０μｍ以下、凸である場合は−２５０μｍ以上、−３０μｍ以下とすることができる。なお、加工量や膜厚は、外周部から中心部に近付くに従って変化させることが好ましい。

窒化物半導体基板は、窒化物半導体の単結晶基板を用いることができ、具体的にはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等の単結晶基板を用いることができる。基板上に半導体層や電極等を形成する際のテーブルへの吸着容易性を考慮すると吸着する側が凹である基板が好ましく、これによって半導体層等の面内分布を好ましいものとできるので、吸着する側が凹であり、半導体層成長面が凸である基板が好ましい。このため、加工後に凸となる第２の主面を半導体層成長面とすることが好ましい。例えばＧａＮ単結晶基板を用いる場合、一方の主面がＧａ面、他方の主面がＮ面であって互いに性質の異なる面であることが知られおり、通常Ｇａ面を半導体層成長面として用いるので、未加工時にＮ面が凸である基板に本実施形態の加工方法を用いることができる。また、このような基板であれば、半導体層成長面を最後に加工することができるので、半導体層成長面を研磨用のプレートに接触させる必要がなく、微小なキズの発生を防止できる。加工後の第２の主面の面粗さ（Ｒａ）は、好ましくは１５オングストローム以下、さらに好ましくは１０オングストローム以下であり、半値幅は、好ましくは４０ａｒｃｓｅｃ以上１８０ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは４０ａｒｃｓｅｃ以上６０ａｒｃｓｅｃ以下であり、転位密度は、好ましくは１Ｅ＋１０／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは１Ｅ＋８／ｃｍ^２以下であり、さらには５Ｅ＋６／ｃｍ^２以下であることが好ましい。窒化物半導体基板は直径２インチ以上のものを用いることが好ましく、具体的には２〜３インチ程度のものや５０〜８０ｍｍ程度のものを用いることができる。窒化物半導体基板は不純物を添加して導電性をもたせてもよく、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ又はＳ等のｎ型不純物を添加する。不純物を意図的に添加しないアンドープの窒化物半導体基板とすると透明度の高い基板にでき、ＬＥＤ等発光素子用の基板として適している。

（実施形態２）
図６（ａ）〜（ｅ）は、実施形態２の窒化物半導体基板の加工方法として主要な工程を説明する断面模式図である。実施形態２は、主面の加工順序が逆である点が実施形態１と異なる。加工方法など実施形態１と共通する部分は同様のものを採用することができる。

図６（ａ）に示すように、窒化物半導体基板２は第１の主面２１と第２の主面２２を有し、第１の主面２１側が凸に反っている。基板２を、図６（ｂ）に示すように反りを大きくした状態で固定し、図６（ｃ）に示すように第２の主面２２を平坦化加工する。平坦化加工により、中心部の膜厚が外周部の膜厚よりも大きくする、第２の主面の表面積を小さくする、あるいは中心部の加工量が外周部の加工量より小さくなるように加工する。次に基板２の固定を解除すると、元に戻る力が働き、図６（ｄ）に示すように、平坦化加工された第２の主面２２が凸に反る。そして、第１の主面２１を研磨して基板２の中心部と外周部の膜厚を揃えることで、図６（ｅ）に示すように、第２の主面２２の反りに対応して第１の主面２１側が凹に反った窒化物半導体基板２とすることができる。

反りを大きくした状態で基板を固定する工程の一例を、図７を用いて説明する。図７は、実施形態２の工程の一例を説明する断面模式図である。図７に示すように、窒化物半導体基板２は第１の主面２１側を支持体２３に貼り付けており、基板２と支持体２３との間には基板２の反りが大きくなるようにリング状部材２４が設けられている。このように、基板２の外周部近傍と支持体２３との間にリング状部材２４を配置し、基板２の中心部近傍に荷重をかけることで、基板２の反りを大きくした状態で固定することができる。リング状部材の高さを変えることで基板の反りを調整できる。リング状部材は、基板の外周部と支持体との距離が例えば基板の直径の０．０２％以上となるものを選択することができ、基板への負荷を考慮すると０．２６％以下、さらに好ましくは０．２０％以下となるものを選択する。リング状部材としては、例えば基板よりも内径の小さいリング状の板を用いることができる。支持体に設けた段差を利用してもよい。また、リングの輪が一部切断された部材を用いることもでき、好ましくは完全に繋がった部材を用いる。なお、図７に示すリング状部材２４は上面が支持体２３と平行であるが、リング状部材の上面を基板の第１の主面に沿うように傾斜させると、基板にかかる負荷を分散させることができる。

窒化物半導体基板は、実施形態１と同様に、加工後に凸となる第２の主面を半導体層成長面とすることが好ましい。例えばＧａＮ単結晶基板の場合は、Ｎ面を第１の主面とし、Ｇａ面を第２の主面とすることが好ましい。加工前のＧａＮ単結晶は成長面であるＧａ面にピットに起因する突起が存在する場合があるため、Ｇａ面を先に加工できる実施形態２の方法とすることで基板の割れを防止することができる。これは、ピット起因の突起の高さは数十μｍから１００μｍ程度にまで達するものもあり、研磨の際に支持体と接する側の主面にこのような突起があると基板の一部に負荷が集中し割れる危険性が高まるが、先にＧａ面を平坦化加工することで突起を取り除くことができるためである。

実施例１では、窒化物半導体基板としてＮ面側が凸に反ったＧａＮ単結晶基板を用いて加工する。まず、ＧａＮ単結晶基板をワックスを介して平坦なプレートに貼り付ける。この時、基板のＧａ面をプレート側とし、基板の反りが維持されるように意図的な荷重をかけずに貼り付ける。１回目のＮ面加工として、基板のＮ面にダイヤ砥石を用いて機械的研削を行い、平坦にした後、プレートから基板を取り外す。

次に、先の工程と同様に、基板のＧａ面をプレート側として、意図的な荷重をかけずにワックスを用いてプレートに基板を貼り付ける。２回目のＮ面加工として、基板のＮ面に砥石を用いて機械的研削を行った後、最終加工としてＣＭＰを行い、平坦に加工する。そして、基板をプレートから取り外す。

取り外した基板を、今度はＧａ面を加工するために、Ｎ面をプレート側としてプレートに貼り付ける。この時、意図的に荷重をかけ、基板のＮ面がプレート表面とほぼ平行になるようにする。Ｇａ面の加工は、まず砥石を用いて機械的研削を行い、さらにダイヤ砥粒を用いて機械的研磨を行った後、最終加工としてＣＭＰを行う。これにより、Ｇａ面を平坦な面に加工する。その後、プレートから基板を取り外し、ＧａＮ単結晶基板を得る。

このようにして加工したＧａＮ単結晶基板のＮ面の反り量の変化を表１に示す。サンプル１〜３は直径約３インチのアンドープＧａＮ単結晶基板であり、加工前の膜厚はそれぞれ、約７０１μｍ、約７００〜約８１７μｍ、約６８６μｍであって、サンプル１および３は中心部と外周部の膜厚の差が１０〜２０μｍ程度で中心部も外周部もほぼ同じ膜厚だが、サンプル２は中心部が外周部よりも１１７μｍ程度厚い。加工後の膜厚は中心部と外周部でほぼ同じであり、約４６９μｍ、約４６４μｍ、約４６９μｍである。加工後にカソードルミネッセンス（ＣＬ）測定により転位密度を測定すると、約１．４９Ｅ＋０６／ｃｍ^２、約１．６７Ｅ＋０６／ｃｍ^２、約１．７６Ｅ＋０６／ｃｍ^２である。

表１に示すＮ面加工後の反り量とは２回目のＮ面加工を行いプレートから取り外した後のＮ面の反り量であり、Ｇａ面加工後の反り量とはＧａ面加工を行いプレートから取り外した後のＮ面の反り量である。表１に示すように、加工前は凸に反っていたＮ面が、２回目のＮ面加工後には凹になり、仕上げのＧａ面加工後も凹の反りを維持している。Ｇａ面加工により基板の中心部の膜厚と外周部の膜厚を略等しくしたので、Ｇａ面加工後の基板はＮ面の凹に対応してＧａ面が凸に反った基板である。なお、１回目のＮ面加工によって基板には加工歪みが与えられるので基板をプレートから取り外すと加工前よりも反りが大きくなるが、実施例１の１回目Ｎ面加工ではＮ面を略平坦な面に加工したため、Ｎ面の反り量を測定すると加工前よりもやや小さい値となり、４０μｍ〜５０μｍ程度となる。しかし、未加工のＧａ面の反り量を測定すれば加工前よりも大きくなる、つまり加工前よりもＧａ面の凹が大きくなるか、もしくはＧａ面が凸であった場合には凹に近付く方向に変化しており、加工前の基板よりも反りが大きくなったことがわかる。

中心部の加工量と外周部の加工量を比較すると、Ｎ面の加工量は、中心部が外周部よりも７０μｍ〜１００μｍ程度大きく、この値から加工前のＮ面の反り量を引いた値は１０μｍ〜３０μｍ程度である。このようにＮ面が凹になるように加工できており、Ｇａ面加工後の反り量に反映されている。一方Ｇａ面の加工量は、加工前の基板の膜厚が中心部と外周部で略等しかったサンプル１とサンプル３は外周部が中心部よりも８０μｍ〜１００μｍ程度大きくなったが、中心部の方が１１７μｍ程度厚かったサンプル２は、加工前の基板がＮ面だけでなくＧａ面も凸であったと推測されるため、加工量は中心部の方が外周部よりも１０μｍ程度大きくなった。しかし、サンプル２も加工前のＧａ面の反り量を考慮すると、Ｇａ面加工によりＧａ面が凸になるように加工できており、加工後に得られる基板は他のサンプルと同様にＧａ面側が凸に反った基板である。なお、加工前後の基板の膜厚の差を加工量、基板中心を狙って測定した値を中心部の膜厚、基板端部の膜厚を数箇所測定したその平均値を外周部の膜厚として用いた。

実施例２は、１回目のＮ面加工として、実施例１と同様に機械的研削を行った後、さらにダイヤ砥粒を用いて機械的研磨を行い、１回目Ｎ面加工後のＮ面表面粗さを実施例１よりも小さくする点が実施例１と異なる。

このようにして加工したＧａＮ単結晶基板のＮ面の反り量の変化を表２に示す。サンプル４〜６は直径約３インチのアンドープＧａＮ単結晶基板であり、加工前の膜厚はそれぞれ約６９７μｍ、約６６９μｍ、約７１３μｍであって、中心部と外周部の膜厚はほぼ同じかやや外周部が厚い。加工後の膜厚は中心部と外周部でほぼ同じであり、約４５２μｍ、約４４８μｍ、約４５０μｍである。加工後にカソードルミネッセンス（ＣＬ）測定により転位密度を測定するとそれぞれ、約１．２５Ｅ＋０６／ｃｍ^２、約１．２９Ｅ＋０６／ｃｍ^２、約１．２１Ｅ＋０６／ｃｍ^２である。

表２に示すように、加工前は凸に反っていたＮ面が２回目のＮ面加工後には凹になり、仕上げのＧａ面加工後も凹の反りを維持している。実施例２では、１回目のＮ面加工時に表面粗さを小さくする研磨を行ったことで与えられる加工歪みが小さくなったため、２回目のＮ面加工後に元に戻ろうとする力が弱く、実施例１よりも凹の反りが小さくなっている。実施例２の１回目Ｎ面加工後のＮ面の反り量を測定すると３０μｍ〜４０μｍ程度であり、実施例１よりも小さい。

中心部の加工量と外周部の加工量を比較すると、Ｎ面の加工量は、中心部が外周部よりも５０μｍ〜７０μｍ程度大きく、この値から加工前のＮ面の反り量を引いた値は−１０μｍ〜１０μｍ程度である。サンプル４〜６は加工前の基板の膜厚が中心部と外周部で略等しく、Ｇａ面の加工量は外周部が中心部よりも７０μｍ〜１００μｍ程度大きい。

実施例３では、実施例１および２と同様にＮ面側が凸に反った直径約３インチのアンドープＧａＮ単結晶基板を用いるが、Ｇａ面加工を先に行い、その後にＮ面加工を行う。

まず、ＧａＮ単結晶基板をワックスを介して平坦なプレートに貼り付ける。この時、基板のＮ面をプレート側とし、基板よりも内径の小さなリング状の板を、板が基板の外周部に接するようにプレートと基板の間に挟み、基板の中心部付近に荷重をかける。リング状の板はその内径が基板の直径の約８０％であり、厚みが基板の直径の約０．０７％である。Ｇａ面加工として、基板のＧａ面を機械的研削し、最終加工としてＣＭＰを行った後、プレートから基板を取り外す。取り外した基板を、今度はＮ面を加工するために、意図的に荷重をかけてＧａ面をプレート側としてプレートに貼り付ける。Ｎ面の加工は、まず機械的研削を行い、最終加工としてＣＭＰを行う。これによりＮ面を平坦な面に加工する。その後、プレートから基板を取り外し、ＧａＮ単結晶基板を得る。

Ｎ面の反り量が約８１μｍであるＧａＮ単結晶基板を加工すると、Ｎ面が約−１４μｍ、Ｇａ面が約１８μｍになり、Ｇａ面側に凸に反った基板が得られる。膜厚は、加工前は中心部が約８９２μｍ、外周部が約６７７μｍであり中心部の方が２１５μｍ程度厚く、加工後は中心部と外周部の膜厚差は４μｍ程度でほぼ同じ膜厚であり、平均膜厚は約５３８μｍである。

LED（発光ダイオード）やLD（半導体レーザ）、電子デバイス向けに使用される窒化物半導体基板の加工方法として適用できる。

１、２窒化物半導体基板
１１、２１第１の主面
１２、２２第２の主面
１３、２３支持体
２４リング状部材

Claims

第１の主面と第２の主面を有し、前記第１の主面側が凸に反った窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記基板準備工程よりも反りを大きくした状態で前記基板を固定し、前記第１の主面の平坦化加工により、中心部の膜厚を外周部の膜厚よりも小さくする工程と、
前記基板の固定を解除する工程と、
前記第２の主面を研磨して前記基板の中心部の膜厚と外周部の膜厚を略等しくする工程と、をこの順に有する窒化物半導体基板の加工方法。
第１の主面と第２の主面を有し、前記第１の主面側が凸に反った窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記基板準備工程よりも反りを大きくした状態で前記基板を固定し、前記第２の主面の平坦化加工により、中心部の膜厚を外周部の膜厚よりも大きくする工程と、
前記基板の固定を解除する工程と、
前記第１の主面を研磨して前記基板の中心部の膜厚と外周部の膜厚を略等しくする工程と、をこの順に有する窒化物半導体基板の加工方法。
前記基板の固定を解除する工程後の前記基板は、前記基板準備工程における前記基板と比較して、前記第１の主面の反りが小さい、または反りの方向が逆転している請求項１または２に記載の窒化物半導体基板の加工方法。
前記基板準備工程における前記基板は中心部の膜厚と外周部の膜厚が略等しい請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の加工方法。
前記第１の主面を平坦化加工する工程の前に、
反りを維持した状態で前記基板を固定し、前記第１の主面に加工歪みを与える工程と、
前記基板の固定を解除する工程と、を有し、
前記第１の主面を平坦化加工する工程において、前記加工歪みを除去する請求項１に記載の窒化物半導体基板の加工方法。
前記加工歪みを与える工程および／または前記加工歪みを除去する工程において、前記基板の前記第２の主面側を支持体にワックスを介して貼り付けることで前記基板を固定する請求項５に記載の窒化物半導体基板の加工方法。
前記加工歪みを与える工程において、前記加工歪みを与えた後、前記第１の主面の表面粗さを小さくする加工を行う請求項５または６に記載の窒化物半導体基板の加工方法。
前記基板はＧａＮ単結晶基板であり、前記第１の主面はN面であり、前記第２の主面はＧａ面である請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の加工方法。
第１の主面と第２の主面を有し、前記第１の主面側が凸に反った窒化物半導体基板を準備する工程と、
反りを維持した状態で前記基板を固定し、前記第１の主面に加工歪みを与える工程と、
前記基板の固定を解除する工程と、
反りを維持した状態で前記基板を固定し、中心部の加工量が外周部の加工量よりも大きくなるように前記第１の主面を平坦化加工し、前記加工歪みを除去する工程と、
前記基板の固定を解除する工程と、
前記第２の主面を研磨して前記基板の中心部の膜厚と外周部の膜厚を略等しくする工程と、をこの順に有する窒化物半導体基板の加工方法。