JPWO2008047627A1 - GaN基板、III族窒化物基板の製造方法、エピタキシャル層付き基板の製造方法および半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(試料の準備)
本発明の実施例の試料として実施例1〜13の試料を、また、比較例として比較例1〜4の試料を準備した。具体的には、実施例1〜13および比較例1〜4となるべきGaN基板を準備した。当該GaN基板はすべて円板状であって、サイズが直径50mmであって厚みが0.5mmとした。これらのGaN基板については、あらかじめ基板表面に対してダイヤモンド砥粒を用いたラッピングを行なった。このラッピングに用いた砥粒としては、平均直径が6μm、2μm、0.5μmのものを準備し、直径の大きい砥粒から小さい砥粒へと段階的に砥粒の径を小さくしながらラッピングを行なった。さらに、当該ラッピングの後、アルミナ砥粒を用いたポリシングを行なった。アルミナ砥粒としては、平均直径が0.5μmの物を用いた。このようにして、GaN基板の試料の表面状態についての前処理を行なった。
上記のように準備されたGaN基板について、クリーンルーム内で以下のような加工を行なった。なお、クリーンルーム内に設置された研磨装置内の雰囲気ガスについて酸性物質、特に塩素原子の濃度を十分低くしておくため、GaN基板が配置された処理室内部からは雰囲気ガスを排気可能になっている。排気風速は0.6m/sとした。そして、当該研磨装置内において、実施例1〜8、11〜13となるべきGaN基板について、その表面をCMP法により研磨した。実施例1〜8についての研磨において用いた研磨液は、表1に示すように、砥粒としてSiO2を含む。また、実施例11〜13の研磨において用いた研磨液は、各実施例についてそれぞれ砥粒としてZrO2、Cr2O3、Fe2O3を含む。また、研磨液はpH調整を行なうための酸として塩酸、リンゴ酸またはクエン酸を含む。これらの酸を添加することにより、研磨液のpHは2以上4以下程度になっている。また、研磨液には界面活性剤としてポリアクリル酸ナトリウムが0.05質量%だけ添加されている。また、実施例2、5、6、10〜13については、使用する研磨液に酸化剤としてトリクロロイソシアヌル酸(TCIA)が0.1質量%だけ添加されている。実施例1、7には、次亜塩素酸が添加されている。実施例3にはジクロロイソシアヌル酸ナトリウム(Na−DCIA)が添加されている。なお、実施例4、8については酸化剤が添加されていない研磨液を用いた。そして、研磨工程の後、純水洗浄を行なうことにより、表面が鏡面仕上げされたGaN基板を得た。このGaN基板について、後述するように表面のSi濃度、塩素濃度、表面粗さ、ヘイズレベル、および加工変質層の厚みを測定した。
上述のように準備した実施例1〜13および比較例1〜4の試料(GaN基板)について、基板特性の測定を行なった。具体的には、鏡面仕上げされた表面のシリコン(Si)濃度、塩素(Cl)濃度、表面粗さ、ヘイズレベルおよび加工変質層の厚みを測定した。その結果を表1に示す。
上述のように加工された実施例1〜13、比較例1〜4の試料(GaN基板)に対して、その表面上に複数のエピタキシャル成長層を形成し、さらに電極の形成や個々のチップへの分割、当該チップのリードフレームへの実装などを行なって発光素子(LED)を作成した。なお、GaN基板の表面上に形成されたエピタキシャル成長層は、具体的にはn型半導体層としての厚さ1μmのn型GaN層(ドーパント:Si)および厚さ150nmのn型Al0.1Ga0.9N層(ドーパント:Si)、発光層、p型半導体層としての厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層(ドーパント:Mg)および厚さ150nmのp型GaN層(ドーパント:Mg)という構成であった。ここで、発光層は、厚さ10nmのGaN層で形成される障壁層の4層と、厚さ3nmのGa0.85In0.15N層で形成される井戸層の3層とが交互に積層された多重量子井戸構造とした。
上述のように準備した実施例1〜13、比較例1〜4のGaN基板表面に形成されたエピタキシャル成長層の表面粗さを、上述したGaN基板の表面粗さと同様の手法により測定した。その結果も表1に示されている。表1からも分かるように、実施例1〜13においては、比較例1〜4よりエピタキシャル成長層の表面粗さが小さくなっている。
上述のように準備した実施例1〜13、比較例1〜4の発光素子について、発光強度を測定した。その結果も表1に示されている。表1から分かるように、比較例1〜4の発光素子では発光自体が起きなかった一方で、実施例1〜13の発光素子ではエピタキシャル成長層における発光層にて発光を確認できた。なお、発光強度の測定方法としては、各試料としての発光素子を積分球内に搭載した後、所定の電流(20mA)を当該発光素子に印加し、集光されたディテクタから出力される光出力値を測定した。
Claims (26)
- 表面(3)の1cm2当りの酸性物質の原子の個数が2×1014以下であり、かつ、前記表面(3)の1cm2当りのシリコン原子の個数が3×1013以下であることを特徴とする、III族窒化物基板(1)。
- 表面粗さがRaで1nm以下である、請求の範囲第1項に記載のIII族窒化物基板(1)。
- 前記表面(3)に形成された加工変質層の厚さが50nm以下である、請求の範囲第1項に記載のIII族窒化物基板(1)。
- 表面(3)の1cm2当りのシリコン原子の個数が3×1013以下であり、かつ、前記表面(3)のヘイズレベルは5ppm以下であることを特徴とする、III族窒化物基板(1)。
- 表面粗さがRaで1nm以下である、請求の範囲第4項に記載のIII族窒化物基板(1)。
- 前記表面(3)に形成された加工変質層の厚さが50nm以下である、請求の範囲第4項に記載のIII族窒化物基板(1)。
- 表面(3)の1cm2当りの酸性物質の原子の個数が2×1014以下であり、かつ、前記表面(3)のヘイズレベルは5ppm以下であることを特徴とする、III族窒化物基板(1)。
- 表面粗さがRaで1nm以下である、請求の範囲第7項に記載のIII族窒化物基板(1)。
- 前記表面(3)に形成された加工変質層の厚さが50nm以下である、請求の範囲第7項に記載のIII族窒化物基板(1)。
- III族窒化物からなるベース基板(1)と、
前記ベース基板(1)の表面上に形成されたエピタキシャル成長層(5)とを備え、
前記ベース基板(1)と前記エピタキシャル成長層(5)との界面における1cm3当りのシリコン原子の個数が1×1020以下である、エピタキシャル層付き基板(10)。 - III族窒化物基板の表面を研磨する研磨工程(S210)と、
前記研磨工程(S210)の後、前記III族窒化物基板の表面を洗浄する洗浄工程(S230)とを備え、
前記洗浄工程(S230)後における前記III族窒化物基板の前記表面での1cm2当りの酸性物質の原子の個数を2×1014以下に保つように、前記研磨工程(S210)中および前記洗浄工程(S230)後に前記III族窒化基板に接触する雰囲気ガスを制御し、
前記研磨工程(S210)においては、化学機械研磨法により前記III族窒化物基板の表面を研磨し、
前記化学機械研磨法において用いられる研磨液には界面活性剤と酸とが含まれている、III族窒化物基板の製造方法。 - 前記研磨液にはさらに酸化剤が含まれている、請求の範囲第11項に記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記研磨液に含まれる酸が有機酸である、請求の範囲第11項に記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記有機酸は2価以上のカルボン酸である、請求の範囲第13項に記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記研磨工程の後、前記洗浄工程に先立って、前記III族窒化物基板の表面を酸性溶液またはアルカリ性溶液を用いてポリシングする工程をさらに備える、請求の範囲第11項に記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 塩素系ガスを用いてSi含有雰囲気中でIII族窒化物基板の表面をドライエッチングすることにより、前記表面の1cm2当りの酸性物質の原子の個数を2×1014以下とし、かつ、前記表面の1cm2当りのシリコン原子の個数を3×1013以下とすることを特徴とするIII族窒化物基板の製造方法。
- 請求の範囲第11項に記載のIII族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備工程と、
前記基板準備工程により得られた前記III族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程(S300)とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。 - 請求の範囲第17項に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程(S300)とを備える、半導体素子の製造方法。 - 請求の範囲第16項に記載のIII族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備工程と、
前記基板準備工程により得られた前記III族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程(S300)とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。 - 請求項19に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程(S300)とを備える、半導体素子の製造方法。 - 請求の範囲第1項に記載のIII族窒化物基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備されたIII族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程(S300)とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。 - 請求の範囲第21項に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程(S300)とを備える、半導体素子の製造方法。 - 請求の範囲第4項に記載のIII族窒化物基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備されたIII族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程(S300)とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。 - 請求の範囲第23項に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程(S300)とを備える、半導体素子の製造方法。 - 請求の範囲第7項に記載のIII族窒化物基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備されたIII族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程(S300)とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。 - 請求の範囲第25項に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程(S300)とを備える、半導体素子の製造方法。
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