JP5962782B2 - 六方晶系半導体板状結晶の製造方法 - Google Patents
六方晶系半導体板状結晶の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5962782B2 JP5962782B2 JP2015000487A JP2015000487A JP5962782B2 JP 5962782 B2 JP5962782 B2 JP 5962782B2 JP 2015000487 A JP2015000487 A JP 2015000487A JP 2015000487 A JP2015000487 A JP 2015000487A JP 5962782 B2 JP5962782 B2 JP 5962782B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- cutting
- wire
- hexagonal semiconductor
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、結晶切断用ワイヤーを用いて反りが小さい六方晶系半導体板状結晶を効率良く製造する方法を提供することを本発明の目的として検討を進めた。
[1] 結晶切断用ワイヤーにより六方晶系半導体結晶を切削して板状結晶を製造する方法であって、
前記六方晶系半導体結晶に対して下記式(A)および(B)の条件を満たすように前記結晶切断用ワイヤーを移動させて切削することを特徴とする六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
25°< α ≦ 90° 式(A)
β = 90°±5° 式(B)
[上式において、αは六方晶系半導体結晶のc軸とワイヤーにより切り出される結晶面の法線とがなす角度であり、βは六方晶系半導体結晶のc軸をワイヤーにより切り出される結晶面上に垂直投影した基準軸と切削方向とがなす角度である。]
[2] 前記切削用ワイヤーの切削方向への移動速度(切削速度)が1mm/h(時間)以上であることを特徴とする[1]に記載の六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
[3] 下記式(C)の条件を満たすように前記結晶切断用ワイヤーを移動させて切削することを特徴とする[1]または[2]に記載の六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
0°≦ γ < 75° 式(C)
[上式において、γは前記結晶切断用ワイヤーの伸長方向と前記基準軸とのなす角度である。]
[4] 前記板状結晶の反り量が1.0μm/mm以下であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか一項に記載の六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
[5] 前記板状結晶の最大径が10mm以上であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか一項に記載の六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
[6] 特定の間隔を空けて並列設置された複数の結晶切断用ワイヤーを用いて2面以上の切削を一度に行うことにより板状結晶を製造することを特徴とする[1]〜[5]のいずれか一項に記載の六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
[7] 前記切削後に切削により生じた面を研磨することを特徴とする[1]〜[6]のいずれか一項に記載の六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
[8] 前記六方晶系半導体結晶がIII族窒化物半導体結晶であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれか一項に記載の六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
[9] 前記六方晶系半導体結晶が窒化ガリウム結晶であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれか一項に記載の六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
25°< α ≦ 90° 式(A)
β = 90°±5° 式(B)
式(A)におけるαは、六方晶系半導体結晶のc軸とワイヤーにより切り出される結晶面の法線がなす角度である。本発明では、式(A)を満足する結晶面であれば、どのような結晶面を切り出してもよい。αを適宜調整することによって、得られる板状結晶の主面を特定の面方位とすることが可能となる。たとえば、αが61.9°の場合には主面が{10−11}である板状結晶を得ることができ、αが75.1°の場合には主面が{20−21}である板状結晶を得ることができ、αが43.2°の場合には主面が{10−12}である板状結晶を得ることができる。得られる板状結晶の主面の面方位は、用途などに合わせて任意に決定することができる。ここで「主面」とは、板状結晶におけるもっとも広い面を指し、通常ワイヤーによって切り出される結晶面と一致する。
25°< α < 90° 式(A−1)
であり、より好ましくは
25°< α <85° 式(A−2)
であり、さらに好ましくは
25°< α <75° 式(A−3)
であり、特に好ましくは
25°< α <60° 式(A−4)
である。式(A−1)の範囲に設定することにより、得られる板状結晶の反りを一段と効果的に抑えることができる。また、式(A−2)、式(A−3)、式(A−4)の範囲に設定して行くことにより、順により本発明の効果をより顕著に発揮することが可能である。
式(B)におけるβは六方晶系半導体結晶のc軸をワイヤーにより切り出される結晶面上に垂直投影した基準軸と切削方向がなす角度である。ここでいう垂直投影とは、ワイヤーにより切り出される結晶面に対して垂直な方向への投影を意味する。図1に、ワイヤーにより切り出される結晶面が(10−11)面であるときのc軸と基準軸の関係を示す。切削方向が図1のP1で示す方向(基準軸と平行な方向)であるときβは0°となる。また、切削方向が図1のP2で示す方向(基準軸と垂直な方向)であるときβは90°となる。
式(B)を満たすことによって、六方晶系半導体結晶の切削する際に直線的に切断することが可能となり得られる板状結晶の反りを抑えることができる。この作用機構については明確ではないが、得られる六方晶系半導体板状結晶のへき開性や極性などが関係することが推察される。
例えば、GaN結晶の場合には{11−20}面に比べて{1−100}面でのへき開性が高いと考えられており、切削の過程でへき開性が高い面に近づいた場合にはワイヤーの進行が直進方向からずれてしまうために、得られるGaN板状結晶が反ってしまうことが推察される。
これらの問題点を、本発明のように特定の方向から切削を行うことによって回避することができるものと予測される。上記では、GaN結晶を具体例として説明したが、六方晶系半導体結晶では同様の結晶構造を有するため、同様に本発明の効果が得られる。
β = 90°±4° 式(B−1)
であり、より好ましくは
β = 90°±3° 式(B−2)
であり、さらに好ましくは
β = 90°±2° 式(B−3)
であり、特に好ましくは
β = 90°±1° 式(B−4)
である。
式(B−1)、式(B−2)、式(B−3)、式(B−4)の範囲に設定して行くことにより、得られる板状結晶の反りが一段と小さくなる。
本発明の製造方法では、式(C)の条件を満たすように結晶切断用ワイヤーを移動させて六方晶系半導体結晶を切削することが好ましい。
0°≦ γ < 75° 式(C)
0°≦ γ < 75° 式(C−1)
であり、より好ましくは
0°≦ γ < 45° 式(C−2)
であり、さらに好ましくは
0°≦ γ < 15° 式(C−3)
であり、特に好ましくは
0°≦ γ < 5° 式(C−4)
である。
式(C−1)、式(C−2)、式(C−3)、式(C−4)の範囲に設定して行くことにより、得られる板状結晶の反りが一段と小さくなる。
本発明の製造方法で用いる結晶切断用ワイヤーは、六方晶系半導体結晶を切削することが可能なものであれば、特にその種類は制限されない。通常は、走行するワイヤーを六方晶系半導体結晶に押し当てることにより切削する機構を備えた装置を用いる。走行する方向は一方向でもよいし、正逆両方向でもよい。両方向に走行させる場合は、一方向に一定速度で走行させる時間と、その逆方向に一定速度で走行させる時間を確保することが好ましい。一方向に走行する場合の走行速度や、正逆両方向に走行させながら一定速度で走行させる場合の走行速度は、100m/min以上にすることが好ましく、300m/min以上にすることがより好ましく、400m/min以上にすることがさらに好ましい。また、一方向に走行する場合の走行速度や、正逆両方向に走行させながら一定速度で走行させる場合の走行速度は、1500m/min以下にすることが好ましく、1000m/min以下にすることがより好ましい。
本発明に用いられる固定砥粒ワイヤーの素線径は、70μm以上であることが好ましく、より好ましくは120μm以上、さらに好ましくは140μm以上、それより好ましくは160μm以上、特に好ましくは170μm以上、最も好ましくは180μm以上であって、200μm以下であることが好ましく、より好ましくは190μm以下である。比較的大きな素線径のワイヤーを用いると、ワイヤー自身の破断強度が高いため、切削時に十分な張力をかけることが可能となるので好ましい。
上記のような好ましい範囲の平均粒径を有する砥粒としては、例えば一般に入手可能な固定砥粒ワイヤーの粒度表示で3000メッシュ以下であることが好ましく、より好ましくは1500メッシュ以下であって、230メッシュ以上であることが好ましく、より好ましくは325メッシュ以上、さらに好ましくは400メッシュ以上、それより好ましくは600メッシュ以上、特に好ましくは800メッシュ以上である。
上記の好ましい範囲に設定することによって、得られる板状結晶の反りが一段と小さくなる。
本発明の製造方法では、式(A)および(B)の条件を満たす切削により切削面を少なくとも1面形成することによって板状結晶を製造する。
式(A)および(B)の条件を満たす切削により切削面を1面だけ形成することによって板状結晶を製造する態様として、例えば、結晶塊の端部を式(A)および(B)の条件を満たすように切削する態様を挙げることができる。また、あらかじめ従来法で切削した後に、その切削面とほぼ平行に式(A)および(B)の条件を満たすように切削することによって板状結晶を製造してもよい。さらに、先に式(A)および(B)の条件を満たすように切削した後に、その切削面とほぼ平行に従来法で切削してもよい。
切削面を2面以上形成して板状結晶を製造する場合は、第1の切削面と第2の切削面は必ずしも平行でなくても構わない。2つの切削面のなす角度は、ほぼ平行にする。本発明において「ほぼ平行」とは、10°以下であることを意味する。2つの切削面のなす角度は、5°以下であることが好ましく、2°以下であることがより好ましく、1°以下であることがさらに好ましく、0°(平行)であることが最も好ましい。
また、別の態様として、例えばβ=85°のようにβが90°ではない場合は、図6および図7に示すように傾斜角β’の台座斜面上に六方晶系半導体結晶21,31を固定し、これを結晶切断用ワイヤーWへ向けて下から上へ移動させる(あるいは台座22,32に固定した六方晶系半導体結晶21,31に向けて結晶切断用ワイヤーWを上から下へ移動させる)ことにより切削することができる。このとき、台座の斜面の傾斜角β’が上記βと等しくなるように配置して切削する。換言すれば、結晶の鉛直方向からの傾斜角θを90−βになるように配置して切削する。図6のようにワイヤー伸長方向を結晶の主面である(0001)面に対して直角(図6(b)に示す角度α’が90°で結晶と交差するよう)に配置することにより、M面を切り出すことができる。ここでいうM面とは、{1−100}面と等価な面であり、具体的には(1−100)面、(−1100)面、(01−10面)、(0−110)面、(10−10)面、(−1010)面を意味する。また、図7のようにワイヤー伸長方向が角度α’で結晶と交差するようにして切削すれば、例えば(20−21)面などを切り出すことができる。このとき、α’は上記αと等しくなるようにする。このように、図6および図7の態様を採用する場合は、台座へ接着する六方晶系半導体結晶の結晶面と台座斜面の角度や、結晶とワイヤー伸長方向の角度を、本発明の条件を満たすように適切に選択して切削を行う。台座への固定には、エポキシ樹脂などの接着剤を適宜選択して使用することができる。また、結晶方位の測定にはX線回折法などを用いることができる。なお、切削する六方晶系半導体結晶の形状は特に制限されず、円盤状、直方体状、長方体状、六角柱状、これらの主面がドーム状に膨れているもの、塊状などのいずれであってもよい。
本発明にしたがって切削した後に形成される面に対しては、切削によって得られた面に対して通常なされる処理を適宜選択して行うことができる。例えば、研磨、酸水溶液または塩基水溶液を用いたエッチングなどを行うことができる。研磨する場合には、例えばラッピング処理、酸性コロイダルシリカを用いる研磨などを挙げることができる。
本発明の製造方法で製造する六方晶系半導体結晶の種類は特に制限されず、例えばSiC、ZnO、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、AllnGaNなどが挙げられる。好ましくはGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、AllnGaNなどIII族窒化物半導体結晶を挙げることができる。より好ましいのはGaN、AlN、AlGaN、AllnGaNであり、さらに好ましいのはGaNである。なお、本明細書の説明では、六方晶系半導体結晶としてGaN(窒化ガリウム)結晶を例として説明している場合があるが、本発明で採用することができる六方晶系半導体結晶はこれに限定されるものではない。
例えば、5mm〜10mm四方の板状結晶の評価長さ5mmあたりの反りの大きさは、通常15μm未満であり、好ましくは10μm未満であり、さらに好ましくは5μm未満である。また、直径2インチの円盤状の板状結晶の評価長さ50mmあたりの反りの大きさは、通常40μm未満であり、好ましくは30μm未満であり、さらに好ましくは20μm未満である。
直径50mm、厚み7mmの円盤状の(0001)面を主面とする窒化ガリウム結晶を均等に2分割して、半円盤状の結晶サンプルを用意した。得られた半円盤状の結晶サンプルを、図5に示す場合と同様に台座上にエポキシ系接着剤を用いて固定した。このとき、結晶サンプルは表1に記載されるα、β、γの条件を満たす切削を行うことができる向きに固定した。
結晶切断用ワイヤーとして、表1に記載される平均粒径を有するダイヤモンド砥粒を表面に電着したワイヤーを70本並列に配置した装置を用意した。このうち、実施例1では35本が窒化ガリウム結晶の切削に寄与した。並列に配置したワイヤーは同じタイミングで揺動しながら正逆両方向に走行するように制御した。このとき、ワイヤー直線状部の中点は揺動しないように設定した。揺動の最大振れ角度φは10°であり、ワイヤーの最大走行速度は330m/minであり、ワイヤーの揺動周期は800回/minに制御した。
得られた板状結晶は長辺が50mmの主面が略矩形の結晶である。ここでいう長辺は、図5においてワイヤーが横切った主面の長さに等しい。板状結晶の反りの評価は、JIS B 0601(1994年)(関連規格JIS B 0610(1987年))にしたがってろ波最大うねりWCMを測定することにより行った。測定に際しては(株)東京精密製surfcom 130Aを使用し、測定モードをろ波うねり測定(JIS’94)にして測定した(測定速度:0.6mm/s、カットオフ値:0.8mm、フィルタ種別:ガウシアン、測定レンジ:±400μm、傾斜補正:直線)。このとき、板状結晶の主面の中心から短辺方向に±2.5mm伸長する全長5mmの範囲について反りの大きさを測定した(図9)。得られた板状結晶のうち3枚の結晶それぞれについて測定を行った後、その平均を求めた。結果を表1に示す。
表1に記載される条件に変更したこと以外は実施例1と同様にして、両面が結晶切断用ワイヤーで切削された板状結晶を得た。実施例11では、実施例1と同様に図5に示すように台座2上に結晶サンプル1を固定して、ワイヤー伸長方向と結晶の角度α’が75.1°となるようにワイヤーWと結晶サンプル1を配置して切削した。比較例1〜4および11では、図8に示すように傾斜角δが28.1°である台座の斜面上に結晶サンプルを固定して直線状の切削を試みたが、結晶サンプル中では切削は直線状にならなかった。
実施例1と同様に、切削後に得られた各板状結晶のろ波うねり測定を行った結果を表1に示す。
R1,R2 ローラー
C1,C2 ローラーと直線状部の接点
T 結晶切断用ワイヤーの直線状部の中点
W 結晶切断用ワイヤー
S 結晶
φ 最大振れ角度
Z 反りの大きさ
α’ ワイヤー伸長方向と結晶の角度
β’,δ 台座の斜面の傾斜角
θ 結晶の鉛直方向からの傾斜角
1,11,21,31 六方晶系半導体結晶(結晶サンプル)
2,12,22,32 台座
Claims (4)
- 結晶切断用ワイヤーにより六方晶系半導体結晶を切削して板状結晶を製造する方法であって、
前記六方晶系半導体結晶に対して下記式(A)および(B)の条件を満たすように前記結晶切断用ワイヤーを移動させて切削することを特徴とする六方晶系半導体板状結晶の製造方法(但し、III族窒化物半導体結晶を切削して、表面と裏面を有し、その表面が{20−21}面、{22−43}面または{11−21}面である基板を製造する場合を除く)。
25°< α < 85° 式(A)
β = 90°±5° 式(B)
[上式において、αは六方晶系半導体結晶のc軸とワイヤーにより切り出される結晶面の法線とがなす角度であり、βは六方晶系半導体結晶のc軸をワイヤーにより切り出される結晶面上に垂直投影した基準軸と切削方向とがなす角度である。] - 結晶切断用ワイヤーにより六方晶系半導体結晶を切削して板状結晶を製造する方法であって、前記六方晶系半導体結晶に対して下記式(B)の条件を満たすように、かつ、前記結晶切断ワイヤーにより切り出される結晶面がM面となるように、前記結晶切断用ワイヤーを移動させて切削することを特徴とする六方晶系半導体板状結晶の製造方法。
β = 90°±5° 式(B)
[上式において、βは六方晶系半導体結晶のc軸をM面上に垂直投影した基準軸と切削方向とがなす角度である。] - 前記六方晶系半導体結晶がIII族窒化物半導体結晶であることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記六方晶系半導体結晶が窒化ガリウム結晶であることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015000487A JP5962782B2 (ja) | 2015-01-05 | 2015-01-05 | 六方晶系半導体板状結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015000487A JP5962782B2 (ja) | 2015-01-05 | 2015-01-05 | 六方晶系半導体板状結晶の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010291559A Division JP5678653B2 (ja) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | 六方晶系半導体板状結晶の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015111692A JP2015111692A (ja) | 2015-06-18 |
JP5962782B2 true JP5962782B2 (ja) | 2016-08-03 |
Family
ID=53526294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015000487A Active JP5962782B2 (ja) | 2015-01-05 | 2015-01-05 | 六方晶系半導体板状結晶の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5962782B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4913674B2 (ja) * | 2007-06-07 | 2012-04-11 | 国立大学法人名古屋大学 | 窒化物半導体構造及びその製造方法 |
WO2009035648A1 (en) * | 2007-09-14 | 2009-03-19 | Kyma Technologies, Inc. | Non-polar and semi-polar gan substrates, devices, and methods for making them |
JP5287187B2 (ja) * | 2008-12-02 | 2013-09-11 | 日立電線株式会社 | Iii族窒化物半導体基板の製造方法、及びiii族窒化物半導体基板 |
JP5569167B2 (ja) * | 2010-06-14 | 2014-08-13 | 日立金属株式会社 | Iii族窒化物単結晶基板の製造方法 |
-
2015
- 2015-01-05 JP JP2015000487A patent/JP5962782B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015111692A (ja) | 2015-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5678653B2 (ja) | 六方晶系半導体板状結晶の製造方法 | |
JP4333820B1 (ja) | 化合物半導体基板 | |
TWI405254B (zh) | Production method of group III nitride substrate | |
JP2010087486A (ja) | 基板、エピタキシャル層付基板およびそれらの製造方法 | |
JP2009231814A (ja) | 窒化物半導体ウエハ−加工方法 | |
JP2007103457A (ja) | ポリシングスラリー、iii族窒化物結晶の表面処理方法、iii族窒化物結晶基板、エピタキシャル層付iii族窒化物結晶基板、半導体デバイスおよびその製造方法 | |
JP2011077325A (ja) | Iii族窒化物半導体基板の製造方法 | |
JP2010010705A (ja) | 窒化物半導体ウエハー及び窒化物半導体デバイスの製造方法並びに窒化物半導体デバイス | |
JP2016044094A (ja) | 非極性または半極性GaN基板 | |
WO2013018534A1 (ja) | Iii族窒化物結晶基板の製造方法 | |
JP2015135902A (ja) | ウェハの製造方法およびウェハの製造装置 | |
JP5003696B2 (ja) | Iii族窒化物基板及びその製造方法 | |
JP5962782B2 (ja) | 六方晶系半導体板状結晶の製造方法 | |
JP5636642B2 (ja) | 化合物半導体基板 | |
JP2008036771A (ja) | 硬脆材料基板用ホイール型回転砥石 | |
US20240300064A1 (en) | Method of manufacturing gallium nitride single-crystal substrate and method of manufacturing single-crystal substrate of nitride of group 13 element in periodic table | |
US20240293912A1 (en) | Manufacturing method for manufacturing substrate of nitride crystal of group 13 element in periodic table | |
JP2014152076A (ja) | 第13族窒化物結晶基板 | |
JP2005108889A (ja) | 半導体基板の製造方法 | |
JP2006315136A (ja) | サファイア研削用カップ型回転砥石 | |
JP2010166017A (ja) | 化合物半導体基板及び半導体デバイス |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151210 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160105 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160226 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160531 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160613 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5962782 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |