化合物半導体単結晶基板およびその製造方法
【課題】水平ボート法を用いて形成されたインゴットから十分な薄さの化合物半導体基板を低コストで得ることが可能な化合物半導体単結晶基板の製造方法および当該化合物半導体単結晶基板を提供する。
【解決手段】化合物半導体単結晶基板の製造方法は、（１１１）方向に水平ボート法を用いて形成された化合物半導体からなる単結晶インゴット１を準備する工程と、当該インゴット１を治具により固定する工程と、治具により固定されたインゴット１を、ワイヤソーを用いて（１００）±７°または（５１１）±７°の面方位で、ワイヤソーのワイヤ７を（０１−１）方向に往復に送りながら、治具により固定されたインゴット１をワイヤ７の往復方向と直行する方向に上昇させて、ワイヤ７を用いてスライスする工程とを備える。
【解決手段】化合物半導体単結晶基板の製造方法は、（１１１）方向に水平ボート法を用いて形成された化合物半導体からなる単結晶インゴット１を準備する工程と、当該インゴット１を治具により固定する工程と、治具により固定されたインゴット１を、ワイヤソーを用いて（１００）±７°または（５１１）±７°の面方位で、ワイヤソーのワイヤ７を（０１−１）方向に往復に送りながら、治具により固定されたインゴット１をワイヤ７の往復方向と直行する方向に上昇させて、ワイヤ７を用いてスライスする工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、化合物半導体単結晶基板およびその製造方法に関し、より特定的には、水平ボート法を用いて形成されたインゴットから製造される化合物半導体単結晶基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体単結晶基板を製造するために、半導体からなるインゴットをスライス加工する方法としてワイヤソーを用いた加工方法が知られている（たとえば、特開２００７−５４９０９号公報（特許文献１）参照）。特許文献１では、被加工物の切断面における面精度（たとえば平面度や面粗さなど）の低下を抑制するため、ワイヤソーのたわみ量を低減する技術が提案されている。具体的には、２つのローラの間に掛け渡されたワイヤソーについて、被加工物の表面とローラとの間に位置するワイヤソーの長さを短くする（つまり、２つのローラの間の中間点から被加工物の配置を一方のローラ側にずらす）ことにより、最大たわみ量を小さくすることが提案されている。
【０００３】
一方、水平ボート法（例えば水平ブリッジマン法など）を用いて形成されたインゴット（たとえばＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶インゴット）については、加工スペースの制約などにより、当該インゴットをスライスして基板を得るために内周刃切断機やバンドソーを用いることが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５４９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、水平ボート法では以下に説明するような方法によりインゴットを形成する。図１５は水平ボート法により化合物半導体のインゴットを形成する工程を説明するための模式図である。図１５に示すように、水平ボート法では、たとえば石英製のボート３１の内部に化合物半導体の原料を入れ、ヒータ３２によって当該ボート３１内の原料を融点以上に加熱して原料を融解する。その後、ボート３１の長手方向に沿って温度勾配を形成することで、ボート３１の端部に配置した種結晶３３側から化合物半導体の単結晶３４を成長させる。温度勾配の形成方法としては、ボート３１の長手方向に並んで配置されるヒータ３２の出力を局所的に変更する（たとえば、図１５の種結晶３３側のヒータ３２は低出力とし、反対側（融液３５側）に配置されたヒータ３２を高出力としてもよい。このような温度条件で、たとえばヒータ３２に対してボート３１を種結晶３３側に徐々に移動させることにより、種結晶３３側から融液３５が固化し単結晶３４が成長する（単結晶３４と融液３５との固液界面３６が徐々に種結晶３３から離れる方向に移動する）。このようにして得られたインゴットは、図１５からも分かるようにボート３１の内周表面に沿った曲面状の表面部分と、平坦なフリー面とを有する。
【０００６】
上述した水平ボート法を用いて形成されたインゴットをスライスするためにたとえば内周刃切断機を用いた場合、得られる基板の厚みを薄くすることには限界があり、たとえば３００μｍ以下の厚みの基板を切り出すことは難しかった。これは、このような薄い基板を上述のような内周刃切断機を用いて切出す場合には、インゴットの切断中に基板の欠けや割れが発生する場合が多いためである。シリコンドープのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体インゴットでキャリア濃度が高いもの(例えばキャリア濃度が１．０×１０１８以上)を切り出すことはさらに難しかった。これは、シリコンのドーピング量が高くなるほど結晶の異方性が強く劈開性が大きくなるためだと考えられる。
【０００７】
また、当該インゴットを薄くスライスするために、上述した特許文献１に開示されるようなワイヤソーを用いる方法は適用されていなかった。これは、図１５かわも分かるように、水平ボート法を用いて形成されたインゴットが、チョクラルスキー法を用いて形成されたシリコンインゴットのような円柱状といった単純な形状ではないことも一因であると考えられる。つまり、従来は水平ボート法を用いて形成されたインゴットを十分薄くスライスすることは困難であった。さらに、上記のような内周刃切断機などを用いてインゴットをスライスする場合、切り代がワイヤソーなどを用いた場合より大きくなるため、同じ大きさのインゴットから切出せる基板の枚数がワイヤソーなどを用いた場合より少なくなる。この結果、製造コストが増大することになっていた。
【０００８】
一方、近年は材料コストの低減要求から、基板の厚みを減少することや、切出し時の切り代の低減が求められている。
【０００９】
この発明は、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、この発明の目的は、水平ボート法を用いて形成されたインゴットから十分な薄さの化合物半導体単結晶基板を低コストで得ることが可能な化合物半導体単結晶基板の製造方法および当該化合物半導体単結晶基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に従った化合物半導体単結晶基板の製造方法は、（１１１）方向に水平ボート法を用いて形成された化合物半導体からなる単結晶インゴットを準備する工程と、当該インゴットを治具により固定する工程と、治具により固定された前記インゴットを、ワイヤソーを用いて（１００）±７°または（５１１）±７°の面方位で、ワイヤソーのワイヤを（０１−１）方向に往復に送りながら、治具により固定されたインゴットをワイヤの往復方向と直行する方向に上昇させてスライスする工程とを備える。
【００１１】
このようにすれば、水平ボート法を用いて形成されたインゴットを治具で固定することにより、ワイヤソーを用いて当該インゴットをスライスすることができるので、従来より薄い化合物半導体単結晶基板を得ることができる。また、ワイヤソーを用いてインゴットをスライスするため、従来の内周刃切断機などを用いた場合より切り代を小さくできる。このため、１つのインゴットから切り出せる化合物半導体単結晶基板の枚数を増やすことができるので、当該化合物半導体単結晶基板の製造コストを低減できる。
【００１２】
この発明に従った化合物半導体単結晶基板は、上記化合物半導体単結晶基板の製造方法を用いて製造されたものである。このようにすれば、従来よりも厚みが薄く、低コストの化合物半導体単結晶基板を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来より薄く、低コストの化合物半導体単結晶基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態である化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴットを切断用治具に設置した状態を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態である化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴットを切断用治具に設置した状態を示す模式図である。
【図４】本発明による切断工程を説明するための模式図である。
【図５】本発明による切断工程を説明するための模式図である。
【図６】本発明による切断工程を説明するための模式図である。
【図７】本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法により得られた化合物半導体単結晶基板を示す斜視模式図である。
【図８】インゴットを固定する治具の変形例を示す模式図である。
【図９】本発明の比較例である化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴットを切断用治具に設置した状態を示す模式図である。
【図１０】本発明の比較例である化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴットを切断用治具に設置した状態を示す模式図である。
【図１１】本発明の比較例による切断工程を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の比較例による切断工程を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の比較例による切断工程を説明するための模式図である。
【図１４】実験例の結果を示すグラフである。
【図１５】水平ボート法により化合物半導体のインゴットを形成する工程を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。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番号を付しその説明は繰返さない。
【００１６】
図１を参照して、本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法を説明する。
図１に示すように、本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法では、まずインゴット準備工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、図２および図３に示すように、ＧａＡｓからなるインゴット１を準備する。なお、このＧａＡｓからなるインゴット１から切出された化合物半導体単結晶基板は赤外ＬＥＤなどの製造に用いられる。ＧａＡｓからなるインゴット１としては、たとえば面方位が（１００）±７°または（５１１）±７°、キャリア濃度が０．１×１０１７以上５．０×１０１８以下のシリコンドープＧａＡｓインゴットを用いることができる。
【００１７】
このインゴット１は、水平ボート法によって（１１１）方向に成長されたものである。インゴット１の外形は、平坦なフリー面１３と、このフリー面１３に連なり、互いに対向する１組の端面１２と、この端面１２の間をつなぐ曲面状の側壁１１とからなる。端面１２においてフリー面１３との境界部は直線状の外周線を有しており、また端面１２において側壁１１との境界部である外周部は曲線状になっている。側壁１１は端面１２に対して傾斜した方向に延びている。
【００１８】
このようなインゴット１を後述する切断工程においてワイヤソーで切断するため、切断用治具２の上部表面上に下部補助板３および側面補助板４を用いてインゴット１を固定する。具体的には、切断用治具２の上部表面上に下部補助板３が配置される。下部補助板３はインゴット１のフリー面１３とほぼ同じ幅である。そして、インゴット１の１組の端面１２を切断用治具２の上部表面に対して垂直に配置するとともに、フリー面１３が切断用治具２の上部表面と対向するように配置する。この場合、下部補助板３の上部表面は、傾斜したフリー面１３に沿った方向に延びるように形成されている。下部補助板３の上部表面は、インゴット１のフリー面１３と接続固定されている。このようにすることで、スライス後に切出された化合物半導体単結晶基板がばらばらになることを防止できる。
【００１９】
また、側面補助板４は、インゴット１の端面１２に接触するように、インゴット１を端面１２側から挟むように配置されている。側面補助板４の下部は、下部補助板３の側面と接触している。図２から分かるように、側面補助板４の幅はインゴット１の端面１２の幅とほぼ同じになっている。このように、切断用治具２の上部表面上に配置された下部補助板３および側面補助板４によりインゴット１が固定される。なお、側面補助板４は、ワイヤ７の断線対策として重要である。なお、側面補助板４は図３からわかるように、下部補助板３側での厚みが相対的に厚く、上部に向かうほどその厚みが薄くなる。つまり、側面補助板４はテーパー状の外周側面を有し、かつ、側面補助板４におけるインゴット１側の内周側面は切断用治具２の上部表面に対して垂直に延びている。
【００２０】
次に、図１に示した切断工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、図４〜図６に示すように、ワイヤソーを用いてインゴット１をスライスすることにより、図７に示すような化合物半導体単結晶基板２０を得る。化合物半導体単結晶基板２０の厚みはたとえば３００μｍ以下であり、そり量はたとえば１５μｍ以下である。なお、ここで化合物半導体単結晶基板２０のそり量とは、ろ波最大うねりＷＣＭ（ＪＩＳＢ０６１０に規定される）のことを指す。
【００２１】
ワイヤソーとしては、たとえば加工対象物上昇型のワイヤソーを用いることができる。ワイヤソーは、インゴット１を切断するためのワイヤ７と、ワイヤ７を掛け渡してワイヤ７の位置決めを行なうとともにワイヤ７に張力を付加するための１組のガイドローラ５、６と、ガイドローラ５、６を駆動するための駆動部（図示せず）と、加工対象物であるインゴットをワイヤ７に対して相対的に移動させるための移動機構（図示せず）とを備える。インゴット１は、図４および図５に示すように、ガイドローラ５、６の間に張られたワイヤ７によって切断される。このとき、ガイドローラ５の中心線８と、もう一方のガイドローラ６の中心線９との間の中間点にインゴット１の中心軸１０が位置するように、インゴット１を配置する。インゴット１のフリー面１３（図３参照）と端面１２との境界を示す境界線（図４のインゴット１の下端）は、ガイドローラ５、６の間に位置するワイヤ７の延びる方向と平行に配置されている。また、異なる観点から言えば、１対のガイドローラ５、６の間の中間点を通るとともにワイヤ７の延在方向に対して垂直な方向に伸びる平面（中心軸１０を含む図４の紙面に垂直な平面）を対称面とした面対称にインゴット１の外形がなるように、インゴット１は配置されている。
【００２２】
このようにすれば、図４に示すように、インゴット１の切断時にインゴット１の表面と、ガイドローラ５側のワイヤ７がガイドローラ５の表面から離れる位置（すなわち上述した中心線８の位置）との間の距離ａ（すなわちインゴット１のガイドローラ５側に位置するワイヤ７の長さ）は、インゴット１の表面と、ガイドローラ６の表面からワイヤ７が離れる位置（すなわち中心線９の位置）との間の距離ｂ（インゴット１のガイドローラ６側に位置するワイヤ７の長さ）と同じになる。そして、上記のようにインゴット１の位置がワイヤ７に対して設定されていることから、上記のようなインゴット１の左右におけるワイヤ７の長さの関係は切断工程の間維持される。
【００２３】
たとえば、図５に示すように、インゴット１の切断工程の別の時点においても、図４に示した距離ａに対応する図５の距離ｃと、図４の距離ｂに対応する図５の距離ｄとは同じになる。この結果、インゴット１を挟んで左右に位置するワイヤ７の撓み量がほぼ同じになるため、当該たわみ量がインゴット１の左右で大きく異なるため切り出された化合物半導体単結晶基板２０の形状精度が劣化することを抑制で切る。したがって、切り出された化合物半導体単結晶基板２０の形状精度や面精度を良好に保つことができる。
【００２４】
また、図６に示すように、インゴット１を上側（切断時にインゴット１が移動する方向側）から見た場合に、インゴット１の側壁１１の形状は、図４や図５に示した中心軸１０を中心としてワイヤ７の延在方向において対称になっている。そのため、図６に示すようにインゴット１を一度に複数枚の基板へとスライスする場合に、インゴット１をスライスしている各ワイヤ７について上述のような関係が成り立つ。具体的には、図４に示した距離ａに対応する図６の距離ｅと、図４の距離ｂに対応する図６の距離ｆとは同じに保たれる。また、同様に図６の距離ｇと距離ｈとも同一に保たれる。
【００２５】
このようにすれば、１回の切断工程（Ｓ２０）により得られる複数の化合物半導体単結晶基板２０において、良好な形状精度を実現できる。そして、上述した切断工程（Ｓ２０）を実施した後、切り出された各化合物半導体単結晶基板２０について端面処理や表面の研摩処理、洗浄処理などを行なうことにより、本発明による化合物半導体単結晶基板を得ることができる。
【００２６】
ここで、図２および図３に示したように治具を用いてインゴット１を固定した場合、特に図３に示すようにインゴット１の傾斜した側壁１１においてワイヤ７が最初に切込む場合には、ワイヤ７の切込み方向（図３の下向き方向）に対してインゴット１の側壁１１が傾斜しているため、ワイヤ７の切込み時にワイヤ７の位置がずれる（ワイヤ７がうねる）場合があった。これは、ワイヤ７の切込み方向とインゴット１の側壁１１の方向とが図３に示すように傾斜している（たとえば５４．７°だけ傾斜している）ため、ワイヤ７がうまくインゴット１の側壁１１に噛み込めないことに起因する。したがって、このようなワイヤ７の切込み時の初期におけるうねりを防止するため、たとえば図８に示すようにインゴット１の側壁１１の上部（つまりワイヤ７が最初に接触するインゴット１の表面）に上部補助板１５を配置してもよい。図８を参照して、インゴットを固定する治具の変形例を説明する。なお、図８は図３に対応する。
【００２７】
図８に示すように、インゴット１の側壁１１の上側に、上部補助板１５を配置する。上部補助板１５は、インゴット１の側壁１１と対向する面が、当該側壁１１と同じ方向に延びるような傾斜面となっている一方、その上部表面は、インゴット１の上部に配置したときに、切断用治具２の上部表面と平行になる（すなわち水平方向に延びる）ように形成されている。このようにすれば、ワイヤ７が上部補助板１５の上部表面に切込む場合には、当該上部表面が水平方向に延びている(傾斜していない）ため、ワイヤ７がうねるといった問題の発生を抑制できる。
【００２８】
なお、下部補助板３、側面補助板４、上部補助板１５はそれぞれ任意の材料で形成することができるが、好ましくはカーボンを用いることができる。カーボンは、価格が安くまた加工が容易であるためこのような治具の材料として適している。
【００２９】
ここで、本発明の実施の形態として上述した化合物半導体単結晶基板の製造方法の効果を説明するため、比較例として、ワイヤソーの切断方向に対してインゴットの向きを９０°回転させた場合を考える。図９および図１０を参照して、本発明の比較例である化合物半導体単結晶基板の製造方法では、図１に示したインゴット準備工程（Ｓ１０）と同様の形状であるインゴット１０１を準備する。そして、当該インゴット１０１を、切断用治具１０２上に固定する。このとき、切断用治具１０２の上部表面上には直方体状の下部補助板１０３が配置され、この下部補助板１０３上に当該インゴット１０１が配置されている。インゴット１０１のフリー面１１３は、下部補助板１０３の上部表面に対して垂直な方向に延びるように、インゴット１０１が配置されている。つまり、インゴット１０１の側壁が下部補助板１０３の上部表面に接触するように、インゴット１０１は配置されている。そして、このインゴット１０１の端面１１２を挟むように、側面補助板１０４が配置されている。
【００３０】
このようなインゴット１０１を、図１に示した切断工程（Ｓ２０）と同様に、ワイヤソーを用いて切断する。この場合、図１１および図１２に示すように、切断用治具１０２上に配置されたインゴット１０１の、切断時にワイヤ７が延びる方向に沿った方向での中心軸１１０（具体的には、図９に示したインゴット１０１の幅方向の中央を通り、切断用治具１０２の上部表面に垂直な線分）を考える。当該中心軸１１０が、図４〜図６に示した本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法の場合と同様にガイドローラ５、６の中心線８、９の間の中間点を通るようにインゴット１０１を配置する。この場合、図１１に示すように、インゴット１０１の切断時にインゴット１０１の表面と、ガイドローラ５側のワイヤ７がガイドローラ５の表面から離れる位置（すなわち上述した中心線８の位置）との間の距離ａ（すなわちインゴット１０１のガイドローラ５側に位置するワイヤ７の長さ）は、インゴット１０１の表面と、ガイドローラ６の表面からワイヤ７が離れる位置（すなわち中心線９の位置）との間の距離ｂ（インゴット１０１のガイドローラ６側に位置するワイヤ７の長さ）と比較してインゴット１０１の切断時においてほとんどの場合その長さが異なった状態となる。たとえば、図１２に示すように、インゴット１０１の切断工程の別の時点においても、図１１に示した距離ａに対応する図１２の距離ｃと、図１１の距離ｂに対応する図１２の距離ｄとは異なっている。つまり、上記距離ａと距離ｂとの比（ａ／ｂ）または距離ｃと距離ｄとの比（ｃ／ｄ）は、インゴット１０１の切断が進むにつれて順次変わっていく。
【００３１】
このようにインゴット１０１の左右方向で露出している（自由に移動可能な）ワイヤ７の部分の長さ（たとえば図１１の距離ａおよび距離ｂ）が異なると、切断された基板の表面形状に悪影響を及ぼす。すなわち、インゴット１０１の左右方向で露出しているワイヤ７の部分の長さが長いほどワイヤ７のたわみが大きくなり得る。そして、図１１に示すようにインゴット１０１の左右において自由に移動可能なワイヤ７の部分の長さに対応する距離ａと距離ｂとが異なるということは、インゴット１０１の左右におけるワイヤ７とインゴット１０１との接触部における接触角度や圧力条件などが異なることを意味する。さらに、図１１と図１２とを比較すればわかるように、インゴット１０１の切断が進むにつれて、インゴット１０１の左右における露出したワイヤ７の長さ(たとえば図１１の距離ａおよび距離ｂ）が変化することから、上述した接触角度や圧力条件なども切断が進むにつれて順次変化することになる。この結果、切り出された基板の表面性状やそりなどの特性がばらつくことになる。
【００３２】
また、図１３に示すように、本発明の比較例による化合物半導体単結晶基板の製造方法では、一度にインゴット１０１を複数枚の基板へスライスする場合においても、インゴット１０１の左右方向において露出したワイヤ７の長さの比（たとえば距離ｅ／距離ｆ）がインゴットの場所によって異なっている。具体的には、図１３のインゴット１０１の厚み方向における一方端側での距離ｅと距離ｆとの比と、当該厚み方向における他方端での距離ｇと距離ｈとの比とは異なる値となっている。このため、インゴット１０１の厚み方向においても、得られる基板の撓みや表面状態が基板ごとに異なる。
【００３３】
一方、本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法によれば、図４〜図７を参照して説明したように良好な形状精度の化合物半導体単結晶基板２０を得ることができる。
【００３４】
以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００３５】
この発明に従った化合物半導体単結晶基板の製造方法は、水平ボート法を用いて形成された化合物半導体単結晶からなるインゴット１を準備する工程（インゴット準備（Ｓ１０））と、当該インゴット１を治具（切断用治具２、下部補助板３、側面補助板４）により固定する工程（インゴット準備工程（Ｓ１０））と、治具により固定されたインゴット１を、ワイヤソーを用いてスライスする工程（切断工程（Ｓ２０））とを備える。インゴット準備工程（Ｓ１０）では、（１１１）方向に水平ボート法を用いて形成された化合物半導体からなる単結晶インゴットを準備する。切断工程（Ｓ２０）では、治具により固定されたインゴット１を、ワイヤソーを用いて（１００）±７°または（５１１）±７°の面方位で、ワイヤソーのワイヤ７を（０１−１）方向に往復に送りながら、治具により固定されたインゴット１をワイヤ７の往復方向と直行する方向に上昇させてスライスする。
【００３６】
このようにすれば、水平ボート法を用いて形成されたインゴット１を、切断用治具２、下部補助板３、側面補助板４などの治具で固定したうえで、ワイヤソーを用いて当該インゴット１をスライスするので、従来より薄い化合物半導体単結晶基板２０を得ることができる。また、ワイヤソーを用いてインゴット１をスライスするため、従来の内周刃切断機などを用いた場合より切り代を小さくできる。このため、１つのインゴット１から切り出せる化合物半導体単結晶基板２０の枚数を増やすことができるので、当該化合物半導体単結晶基板２０の製造コストを低減できる。
【００３７】
上記化合物半導体単結晶基板の製造方法において、スライスする工程（切断工程（Ｓ２０））では、１対のローラ（ガイドローラ５、６）の間に張られたワイヤソー（ワイヤ７）を用いてもよい。さらに、上記化合物半導体単結晶基板の製造方法では、１対のガイドローラ５、６の間の中間点を通るとともにワイヤソー（ワイヤ７）の延在方向に対して垂直な方向に伸びる平面（図４において中心軸１０を通り紙面に垂直な平面）を対称面とした面対称にインゴット１の外形がなるように、インゴット１が配置された状態で切断工程（Ｓ２０）が実施されてもよい。
【００３８】
この場合、１対のガイドローラ５、６とインゴット１との間において、インゴット１の左右にそれぞれ位置するワイヤ７の部分の長さ（図４の距離ａおよび距離ｂ）を同じにできるので、当該ワイヤ７の部分におけるたわみ量もインゴット１の左右においてほぼ同じにすることができる。この結果、インゴット１から切り出された化合物半導体単結晶基板２０の、ワイヤソーのたわみに起因する形状不良（たとえばそり）を低減することができる。
【００３９】
上記化合物半導体単結晶基板の製造方法において、治具により固定する工程（インゴット準備工程（Ｓ１０））では、スライスする工程（切断工程（Ｓ２０））の開始時点にてワイヤソー（図８のワイヤ７）と対向するインゴット１の表面上に補助部材（上部補助板１５）が配置されてもよい。また、スライスする工程（切断工程（Ｓ２０））において、インゴット１に対してワイヤ７が近づくように相対的に移動するときに上部補助板１５においてワイヤ７と最初に接触する面は、ワイヤ７の延在方向に沿うとともにワイヤ７の移動方向（図７における下向きの方向）に対して垂直な面と平行になっていてもよい。
【００４０】
この場合、切断工程（Ｓ２０）の開始時に、当該上部補助板１５にワイヤ７が接触したときに、ワイヤ７が上部補助板１５の表面に位置ずれすることなく切り込むことができる。このため、ワイヤ７の切り込み時における位置ずれに起因する化合物半導体単結晶基板２０の形状不良（たとえば化合物半導体単結晶基板２０の厚みのばらつきやそり）の発生を抑制できる。
【００４１】
上記化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴット１は、結晶成長時に容器と接触しないフリー面１３を含んでいてもよく、スライスする工程（切断工程（Ｓ２０））において、図２〜図５に示すようにインゴット１の当該フリー面１３がワイヤソー（ワイヤ７）の延在方向に沿った方向に伸びるように、インゴット１は配置されていてもよい。この場合、厚みのばらつきやそりの発生が少ない化合物半導体単結晶基板２０を得ることができる。
【００４２】
この発明に従った化合物半導体単結晶基板２０は、上記化合物半導体単結晶基板の製造方法を用いて製造されたものである。このようにすれば、従来よりも厚みが薄く、低コストの化合物半導体単結晶基板２０を実現できる。
【００４３】
上記化合物半導体単結晶基板２０は、厚みが３００μｍ以下であってもよい。この場合、従来の内周刃切断機を用いてインゴット１をスライスすることにより得られる化合物半導体単結晶基板より化合物半導体単結晶基板２０の厚みを薄くできるため、１つのインゴット１から得られる化合物半導体単結晶基板２０の数を従来の内周刃切断機を用いた場合より多くできる。つまり、低コストの化合物半導体単結晶基板２０が得られる。
【００４４】
上記化合物半導体単結晶基板２０は、そりが１５μｍ以下であってもよい。この場合、良好な平坦性を有するために、その主表面に高品質な半導体層をエピタキシャル成長させることが可能となる。
【００４５】
（実験例）
本発明の効果を確認するため以下のような実験を行なった。
【００４６】
（試料）
本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法の実施例として、図２および図３に示すようにＧａＡｓ結晶のインゴットを切断用治具２上に固定した。なお、当該インゴットのサイズは、図３に示したインゴットの端面１２の高さが７０ｍｍであり、図２に示したインゴットの幅が７５ｍｍである。
【００４７】
また、比較例として、同じ形状およびサイズのＧａＡｓ結晶からなるインゴットを、図９および図１０に示すような形態で切断用治具１０２上に固定した。
【００４８】
（実験条件）
上述した切断用治具上に固定されたインゴットを、ワイヤソーを用いてスライスした。なお、ワイヤソーによるスライスの条件としては、以下のような条件を用いた。すなわち、設備としては株式会社安永製のＵ４００を用い、ワイヤ（ソーワイヤ）としてはブラスめっきφ１２０μｍソーワイヤを用いた。また、スラリー（砥液）の組成については、含有される砥粒がＧＣ＃１２００、オイルが油性オイル、砥粒とオイルとの配合比がオイル１リットルに対して砥粒１．１１１ｋｇとした。また、加工速度を１５０μｍ／ｍｉｎ、ワイヤ送り量を１５ｍ／ｍｉｎ、ワイヤ平均線速を３２０ｍ／ｍｉｎとした。
【００４９】
そして、スライスして得られた基板のそり量を測定した。なお、そり量の測定方法は、ＪＩＳＢ０６１０に規定するろ波最大うねりＷＣＭの測定方法に従った。
【００５０】
（結果）
測定結果を図１４に示す。図１４に示したグラフの横軸はインゴットにおいて基板が採取された位置（インゴット位置）を示しており、縦軸はそり量（単位：μｍ）を示している。また、グラフ中の丸印が本発明の実施例の試料に関するデータであり、四角印が比較例の試料に関するデータである。なお、横軸のインゴット位置は、図３に示したインゴット１（または図１０に示したインゴット１０１）の端面１２（図１０に示した端面１１２）の一方からの厚み方向での位置を示している。
【００５１】
図１４からわかるように、本発明の実施例の試料に関するそりの値は、全体として比較例の試料に関するそりの値より小さくなっていることがわかる。つまり、本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法によれば、得られた基板のそりがインゴットの位置のほぼ全体にわたって比較例の方法を用いた場合よりも低減されている。
【００５２】
今回開示された実施の形態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。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、特に水平ボート法により形成されたインゴットを用いた化合物半導体単結晶基板の製造方法に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００５４】
１，１０１ インゴット、２，１０２ 切断用治具、３，１０３ 下部補助板、４，１０４ 側面補助板、５，６ ガイドローラ、７ ワイヤ、８，９ 中心線、１０，１１０ 中心軸、１１ 側壁、１２，１１２ 端面、１３，１１３ フリー面、１５ 上部補助板、２０ 化合物半導体単結晶基板。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、化合物半導体単結晶基板およびその製造方法に関し、より特定的には、水平ボート法を用いて形成されたインゴットから製造される化合物半導体単結晶基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体単結晶基板を製造するために、半導体からなるインゴットをスライス加工する方法としてワイヤソーを用いた加工方法が知られている（たとえば、特開２００７−５４９０９号公報（特許文献１）参照）。特許文献１では、被加工物の切断面における面精度（たとえば平面度や面粗さなど）の低下を抑制するため、ワイヤソーのたわみ量を低減する技術が提案されている。具体的には、２つのローラの間に掛け渡されたワイヤソーについて、被加工物の表面とローラとの間に位置するワイヤソーの長さを短くする（つまり、２つのローラの間の中間点から被加工物の配置を一方のローラ側にずらす）ことにより、最大たわみ量を小さくすることが提案されている。
【０００３】
一方、水平ボート法（例えば水平ブリッジマン法など）を用いて形成されたインゴット（たとえばＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶インゴット）については、加工スペースの制約などにより、当該インゴットをスライスして基板を得るために内周刃切断機やバンドソーを用いることが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５４９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、水平ボート法では以下に説明するような方法によりインゴットを形成する。図１５は水平ボート法により化合物半導体のインゴットを形成する工程を説明するための模式図である。図１５に示すように、水平ボート法では、たとえば石英製のボート３１の内部に化合物半導体の原料を入れ、ヒータ３２によって当該ボート３１内の原料を融点以上に加熱して原料を融解する。その後、ボート３１の長手方向に沿って温度勾配を形成することで、ボート３１の端部に配置した種結晶３３側から化合物半導体の単結晶３４を成長させる。温度勾配の形成方法としては、ボート３１の長手方向に並んで配置されるヒータ３２の出力を局所的に変更する（たとえば、図１５の種結晶３３側のヒータ３２は低出力とし、反対側（融液３５側）に配置されたヒータ３２を高出力としてもよい。このような温度条件で、たとえばヒータ３２に対してボート３１を種結晶３３側に徐々に移動させることにより、種結晶３３側から融液３５が固化し単結晶３４が成長する（単結晶３４と融液３５との固液界面３６が徐々に種結晶３３から離れる方向に移動する）。このようにして得られたインゴットは、図１５からも分かるようにボート３１の内周表面に沿った曲面状の表面部分と、平坦なフリー面とを有する。
【０００６】
上述した水平ボート法を用いて形成されたインゴットをスライスするためにたとえば内周刃切断機を用いた場合、得られる基板の厚みを薄くすることには限界があり、たとえば３００μｍ以下の厚みの基板を切り出すことは難しかった。これは、このような薄い基板を上述のような内周刃切断機を用いて切出す場合には、インゴットの切断中に基板の欠けや割れが発生する場合が多いためである。シリコンドープのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体インゴットでキャリア濃度が高いもの(例えばキャリア濃度が１．０×１０１８以上)を切り出すことはさらに難しかった。これは、シリコンのドーピング量が高くなるほど結晶の異方性が強く劈開性が大きくなるためだと考えられる。
【０００７】
また、当該インゴットを薄くスライスするために、上述した特許文献１に開示されるようなワイヤソーを用いる方法は適用されていなかった。これは、図１５かわも分かるように、水平ボート法を用いて形成されたインゴットが、チョクラルスキー法を用いて形成されたシリコンインゴットのような円柱状といった単純な形状ではないことも一因であると考えられる。つまり、従来は水平ボート法を用いて形成されたインゴットを十分薄くスライスすることは困難であった。さらに、上記のような内周刃切断機などを用いてインゴットをスライスする場合、切り代がワイヤソーなどを用いた場合より大きくなるため、同じ大きさのインゴットから切出せる基板の枚数がワイヤソーなどを用いた場合より少なくなる。この結果、製造コストが増大することになっていた。
【０００８】
一方、近年は材料コストの低減要求から、基板の厚みを減少することや、切出し時の切り代の低減が求められている。
【０００９】
この発明は、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、この発明の目的は、水平ボート法を用いて形成されたインゴットから十分な薄さの化合物半導体単結晶基板を低コストで得ることが可能な化合物半導体単結晶基板の製造方法および当該化合物半導体単結晶基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に従った化合物半導体単結晶基板の製造方法は、（１１１）方向に水平ボート法を用いて形成された化合物半導体からなる単結晶インゴットを準備する工程と、当該インゴットを治具により固定する工程と、治具により固定された前記インゴットを、ワイヤソーを用いて（１００）±７°または（５１１）±７°の面方位で、ワイヤソーのワイヤを（０１−１）方向に往復に送りながら、治具により固定されたインゴットをワイヤの往復方向と直行する方向に上昇させてスライスする工程とを備える。
【００１１】
このようにすれば、水平ボート法を用いて形成されたインゴットを治具で固定することにより、ワイヤソーを用いて当該インゴットをスライスすることができるので、従来より薄い化合物半導体単結晶基板を得ることができる。また、ワイヤソーを用いてインゴットをスライスするため、従来の内周刃切断機などを用いた場合より切り代を小さくできる。このため、１つのインゴットから切り出せる化合物半導体単結晶基板の枚数を増やすことができるので、当該化合物半導体単結晶基板の製造コストを低減できる。
【００１２】
この発明に従った化合物半導体単結晶基板は、上記化合物半導体単結晶基板の製造方法を用いて製造されたものである。このようにすれば、従来よりも厚みが薄く、低コストの化合物半導体単結晶基板を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来より薄く、低コストの化合物半導体単結晶基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態である化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴットを切断用治具に設置した状態を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態である化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴットを切断用治具に設置した状態を示す模式図である。
【図４】本発明による切断工程を説明するための模式図である。
【図５】本発明による切断工程を説明するための模式図である。
【図６】本発明による切断工程を説明するための模式図である。
【図７】本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法により得られた化合物半導体単結晶基板を示す斜視模式図である。
【図８】インゴットを固定する治具の変形例を示す模式図である。
【図９】本発明の比較例である化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴットを切断用治具に設置した状態を示す模式図である。
【図１０】本発明の比較例である化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴットを切断用治具に設置した状態を示す模式図である。
【図１１】本発明の比較例による切断工程を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の比較例による切断工程を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の比較例による切断工程を説明するための模式図である。
【図１４】実験例の結果を示すグラフである。
【図１５】水平ボート法により化合物半導体のインゴットを形成する工程を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。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番号を付しその説明は繰返さない。
【００１６】
図１を参照して、本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法を説明する。
図１に示すように、本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法では、まずインゴット準備工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、図２および図３に示すように、ＧａＡｓからなるインゴット１を準備する。なお、このＧａＡｓからなるインゴット１から切出された化合物半導体単結晶基板は赤外ＬＥＤなどの製造に用いられる。ＧａＡｓからなるインゴット１としては、たとえば面方位が（１００）±７°または（５１１）±７°、キャリア濃度が０．１×１０１７以上５．０×１０１８以下のシリコンドープＧａＡｓインゴットを用いることができる。
【００１７】
このインゴット１は、水平ボート法によって（１１１）方向に成長されたものである。インゴット１の外形は、平坦なフリー面１３と、このフリー面１３に連なり、互いに対向する１組の端面１２と、この端面１２の間をつなぐ曲面状の側壁１１とからなる。端面１２においてフリー面１３との境界部は直線状の外周線を有しており、また端面１２において側壁１１との境界部である外周部は曲線状になっている。側壁１１は端面１２に対して傾斜した方向に延びている。
【００１８】
このようなインゴット１を後述する切断工程においてワイヤソーで切断するため、切断用治具２の上部表面上に下部補助板３および側面補助板４を用いてインゴット１を固定する。具体的には、切断用治具２の上部表面上に下部補助板３が配置される。下部補助板３はインゴット１のフリー面１３とほぼ同じ幅である。そして、インゴット１の１組の端面１２を切断用治具２の上部表面に対して垂直に配置するとともに、フリー面１３が切断用治具２の上部表面と対向するように配置する。この場合、下部補助板３の上部表面は、傾斜したフリー面１３に沿った方向に延びるように形成されている。下部補助板３の上部表面は、インゴット１のフリー面１３と接続固定されている。このようにすることで、スライス後に切出された化合物半導体単結晶基板がばらばらになることを防止できる。
【００１９】
また、側面補助板４は、インゴット１の端面１２に接触するように、インゴット１を端面１２側から挟むように配置されている。側面補助板４の下部は、下部補助板３の側面と接触している。図２から分かるように、側面補助板４の幅はインゴット１の端面１２の幅とほぼ同じになっている。このように、切断用治具２の上部表面上に配置された下部補助板３および側面補助板４によりインゴット１が固定される。なお、側面補助板４は、ワイヤ７の断線対策として重要である。なお、側面補助板４は図３からわかるように、下部補助板３側での厚みが相対的に厚く、上部に向かうほどその厚みが薄くなる。つまり、側面補助板４はテーパー状の外周側面を有し、かつ、側面補助板４におけるインゴット１側の内周側面は切断用治具２の上部表面に対して垂直に延びている。
【００２０】
次に、図１に示した切断工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、図４〜図６に示すように、ワイヤソーを用いてインゴット１をスライスすることにより、図７に示すような化合物半導体単結晶基板２０を得る。化合物半導体単結晶基板２０の厚みはたとえば３００μｍ以下であり、そり量はたとえば１５μｍ以下である。なお、ここで化合物半導体単結晶基板２０のそり量とは、ろ波最大うねりＷＣＭ（ＪＩＳＢ０６１０に規定される）のことを指す。
【００２１】
ワイヤソーとしては、たとえば加工対象物上昇型のワイヤソーを用いることができる。ワイヤソーは、インゴット１を切断するためのワイヤ７と、ワイヤ７を掛け渡してワイヤ７の位置決めを行なうとともにワイヤ７に張力を付加するための１組のガイドローラ５、６と、ガイドローラ５、６を駆動するための駆動部（図示せず）と、加工対象物であるインゴットをワイヤ７に対して相対的に移動させるための移動機構（図示せず）とを備える。インゴット１は、図４および図５に示すように、ガイドローラ５、６の間に張られたワイヤ７によって切断される。このとき、ガイドローラ５の中心線８と、もう一方のガイドローラ６の中心線９との間の中間点にインゴット１の中心軸１０が位置するように、インゴット１を配置する。インゴット１のフリー面１３（図３参照）と端面１２との境界を示す境界線（図４のインゴット１の下端）は、ガイドローラ５、６の間に位置するワイヤ７の延びる方向と平行に配置されている。また、異なる観点から言えば、１対のガイドローラ５、６の間の中間点を通るとともにワイヤ７の延在方向に対して垂直な方向に伸びる平面（中心軸１０を含む図４の紙面に垂直な平面）を対称面とした面対称にインゴット１の外形がなるように、インゴット１は配置されている。
【００２２】
このようにすれば、図４に示すように、インゴット１の切断時にインゴット１の表面と、ガイドローラ５側のワイヤ７がガイドローラ５の表面から離れる位置（すなわち上述した中心線８の位置）との間の距離ａ（すなわちインゴット１のガイドローラ５側に位置するワイヤ７の長さ）は、インゴット１の表面と、ガイドローラ６の表面からワイヤ７が離れる位置（すなわち中心線９の位置）との間の距離ｂ（インゴット１のガイドローラ６側に位置するワイヤ７の長さ）と同じになる。そして、上記のようにインゴット１の位置がワイヤ７に対して設定されていることから、上記のようなインゴット１の左右におけるワイヤ７の長さの関係は切断工程の間維持される。
【００２３】
たとえば、図５に示すように、インゴット１の切断工程の別の時点においても、図４に示した距離ａに対応する図５の距離ｃと、図４の距離ｂに対応する図５の距離ｄとは同じになる。この結果、インゴット１を挟んで左右に位置するワイヤ７の撓み量がほぼ同じになるため、当該たわみ量がインゴット１の左右で大きく異なるため切り出された化合物半導体単結晶基板２０の形状精度が劣化することを抑制で切る。したがって、切り出された化合物半導体単結晶基板２０の形状精度や面精度を良好に保つことができる。
【００２４】
また、図６に示すように、インゴット１を上側（切断時にインゴット１が移動する方向側）から見た場合に、インゴット１の側壁１１の形状は、図４や図５に示した中心軸１０を中心としてワイヤ７の延在方向において対称になっている。そのため、図６に示すようにインゴット１を一度に複数枚の基板へとスライスする場合に、インゴット１をスライスしている各ワイヤ７について上述のような関係が成り立つ。具体的には、図４に示した距離ａに対応する図６の距離ｅと、図４の距離ｂに対応する図６の距離ｆとは同じに保たれる。また、同様に図６の距離ｇと距離ｈとも同一に保たれる。
【００２５】
このようにすれば、１回の切断工程（Ｓ２０）により得られる複数の化合物半導体単結晶基板２０において、良好な形状精度を実現できる。そして、上述した切断工程（Ｓ２０）を実施した後、切り出された各化合物半導体単結晶基板２０について端面処理や表面の研摩処理、洗浄処理などを行なうことにより、本発明による化合物半導体単結晶基板を得ることができる。
【００２６】
ここで、図２および図３に示したように治具を用いてインゴット１を固定した場合、特に図３に示すようにインゴット１の傾斜した側壁１１においてワイヤ７が最初に切込む場合には、ワイヤ７の切込み方向（図３の下向き方向）に対してインゴット１の側壁１１が傾斜しているため、ワイヤ７の切込み時にワイヤ７の位置がずれる（ワイヤ７がうねる）場合があった。これは、ワイヤ７の切込み方向とインゴット１の側壁１１の方向とが図３に示すように傾斜している（たとえば５４．７°だけ傾斜している）ため、ワイヤ７がうまくインゴット１の側壁１１に噛み込めないことに起因する。したがって、このようなワイヤ７の切込み時の初期におけるうねりを防止するため、たとえば図８に示すようにインゴット１の側壁１１の上部（つまりワイヤ７が最初に接触するインゴット１の表面）に上部補助板１５を配置してもよい。図８を参照して、インゴットを固定する治具の変形例を説明する。なお、図８は図３に対応する。
【００２７】
図８に示すように、インゴット１の側壁１１の上側に、上部補助板１５を配置する。上部補助板１５は、インゴット１の側壁１１と対向する面が、当該側壁１１と同じ方向に延びるような傾斜面となっている一方、その上部表面は、インゴット１の上部に配置したときに、切断用治具２の上部表面と平行になる（すなわち水平方向に延びる）ように形成されている。このようにすれば、ワイヤ７が上部補助板１５の上部表面に切込む場合には、当該上部表面が水平方向に延びている(傾斜していない）ため、ワイヤ７がうねるといった問題の発生を抑制できる。
【００２８】
なお、下部補助板３、側面補助板４、上部補助板１５はそれぞれ任意の材料で形成することができるが、好ましくはカーボンを用いることができる。カーボンは、価格が安くまた加工が容易であるためこのような治具の材料として適している。
【００２９】
ここで、本発明の実施の形態として上述した化合物半導体単結晶基板の製造方法の効果を説明するため、比較例として、ワイヤソーの切断方向に対してインゴットの向きを９０°回転させた場合を考える。図９および図１０を参照して、本発明の比較例である化合物半導体単結晶基板の製造方法では、図１に示したインゴット準備工程（Ｓ１０）と同様の形状であるインゴット１０１を準備する。そして、当該インゴット１０１を、切断用治具１０２上に固定する。このとき、切断用治具１０２の上部表面上には直方体状の下部補助板１０３が配置され、この下部補助板１０３上に当該インゴット１０１が配置されている。インゴット１０１のフリー面１１３は、下部補助板１０３の上部表面に対して垂直な方向に延びるように、インゴット１０１が配置されている。つまり、インゴット１０１の側壁が下部補助板１０３の上部表面に接触するように、インゴット１０１は配置されている。そして、このインゴット１０１の端面１１２を挟むように、側面補助板１０４が配置されている。
【００３０】
このようなインゴット１０１を、図１に示した切断工程（Ｓ２０）と同様に、ワイヤソーを用いて切断する。この場合、図１１および図１２に示すように、切断用治具１０２上に配置されたインゴット１０１の、切断時にワイヤ７が延びる方向に沿った方向での中心軸１１０（具体的には、図９に示したインゴット１０１の幅方向の中央を通り、切断用治具１０２の上部表面に垂直な線分）を考える。当該中心軸１１０が、図４〜図６に示した本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法の場合と同様にガイドローラ５、６の中心線８、９の間の中間点を通るようにインゴット１０１を配置する。この場合、図１１に示すように、インゴット１０１の切断時にインゴット１０１の表面と、ガイドローラ５側のワイヤ７がガイドローラ５の表面から離れる位置（すなわち上述した中心線８の位置）との間の距離ａ（すなわちインゴット１０１のガイドローラ５側に位置するワイヤ７の長さ）は、インゴット１０１の表面と、ガイドローラ６の表面からワイヤ７が離れる位置（すなわち中心線９の位置）との間の距離ｂ（インゴット１０１のガイドローラ６側に位置するワイヤ７の長さ）と比較してインゴット１０１の切断時においてほとんどの場合その長さが異なった状態となる。たとえば、図１２に示すように、インゴット１０１の切断工程の別の時点においても、図１１に示した距離ａに対応する図１２の距離ｃと、図１１の距離ｂに対応する図１２の距離ｄとは異なっている。つまり、上記距離ａと距離ｂとの比（ａ／ｂ）または距離ｃと距離ｄとの比（ｃ／ｄ）は、インゴット１０１の切断が進むにつれて順次変わっていく。
【００３１】
このようにインゴット１０１の左右方向で露出している（自由に移動可能な）ワイヤ７の部分の長さ（たとえば図１１の距離ａおよび距離ｂ）が異なると、切断された基板の表面形状に悪影響を及ぼす。すなわち、インゴット１０１の左右方向で露出しているワイヤ７の部分の長さが長いほどワイヤ７のたわみが大きくなり得る。そして、図１１に示すようにインゴット１０１の左右において自由に移動可能なワイヤ７の部分の長さに対応する距離ａと距離ｂとが異なるということは、インゴット１０１の左右におけるワイヤ７とインゴット１０１との接触部における接触角度や圧力条件などが異なることを意味する。さらに、図１１と図１２とを比較すればわかるように、インゴット１０１の切断が進むにつれて、インゴット１０１の左右における露出したワイヤ７の長さ(たとえば図１１の距離ａおよび距離ｂ）が変化することから、上述した接触角度や圧力条件なども切断が進むにつれて順次変化することになる。この結果、切り出された基板の表面性状やそりなどの特性がばらつくことになる。
【００３２】
また、図１３に示すように、本発明の比較例による化合物半導体単結晶基板の製造方法では、一度にインゴット１０１を複数枚の基板へスライスする場合においても、インゴット１０１の左右方向において露出したワイヤ７の長さの比（たとえば距離ｅ／距離ｆ）がインゴットの場所によって異なっている。具体的には、図１３のインゴット１０１の厚み方向における一方端側での距離ｅと距離ｆとの比と、当該厚み方向における他方端での距離ｇと距離ｈとの比とは異なる値となっている。このため、インゴット１０１の厚み方向においても、得られる基板の撓みや表面状態が基板ごとに異なる。
【００３３】
一方、本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法によれば、図４〜図７を参照して説明したように良好な形状精度の化合物半導体単結晶基板２０を得ることができる。
【００３４】
以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００３５】
この発明に従った化合物半導体単結晶基板の製造方法は、水平ボート法を用いて形成された化合物半導体単結晶からなるインゴット１を準備する工程（インゴット準備（Ｓ１０））と、当該インゴット１を治具（切断用治具２、下部補助板３、側面補助板４）により固定する工程（インゴット準備工程（Ｓ１０））と、治具により固定されたインゴット１を、ワイヤソーを用いてスライスする工程（切断工程（Ｓ２０））とを備える。インゴット準備工程（Ｓ１０）では、（１１１）方向に水平ボート法を用いて形成された化合物半導体からなる単結晶インゴットを準備する。切断工程（Ｓ２０）では、治具により固定されたインゴット１を、ワイヤソーを用いて（１００）±７°または（５１１）±７°の面方位で、ワイヤソーのワイヤ７を（０１−１）方向に往復に送りながら、治具により固定されたインゴット１をワイヤ７の往復方向と直行する方向に上昇させてスライスする。
【００３６】
このようにすれば、水平ボート法を用いて形成されたインゴット１を、切断用治具２、下部補助板３、側面補助板４などの治具で固定したうえで、ワイヤソーを用いて当該インゴット１をスライスするので、従来より薄い化合物半導体単結晶基板２０を得ることができる。また、ワイヤソーを用いてインゴット１をスライスするため、従来の内周刃切断機などを用いた場合より切り代を小さくできる。このため、１つのインゴット１から切り出せる化合物半導体単結晶基板２０の枚数を増やすことができるので、当該化合物半導体単結晶基板２０の製造コストを低減できる。
【００３７】
上記化合物半導体単結晶基板の製造方法において、スライスする工程（切断工程（Ｓ２０））では、１対のローラ（ガイドローラ５、６）の間に張られたワイヤソー（ワイヤ７）を用いてもよい。さらに、上記化合物半導体単結晶基板の製造方法では、１対のガイドローラ５、６の間の中間点を通るとともにワイヤソー（ワイヤ７）の延在方向に対して垂直な方向に伸びる平面（図４において中心軸１０を通り紙面に垂直な平面）を対称面とした面対称にインゴット１の外形がなるように、インゴット１が配置された状態で切断工程（Ｓ２０）が実施されてもよい。
【００３８】
この場合、１対のガイドローラ５、６とインゴット１との間において、インゴット１の左右にそれぞれ位置するワイヤ７の部分の長さ（図４の距離ａおよび距離ｂ）を同じにできるので、当該ワイヤ７の部分におけるたわみ量もインゴット１の左右においてほぼ同じにすることができる。この結果、インゴット１から切り出された化合物半導体単結晶基板２０の、ワイヤソーのたわみに起因する形状不良（たとえばそり）を低減することができる。
【００３９】
上記化合物半導体単結晶基板の製造方法において、治具により固定する工程（インゴット準備工程（Ｓ１０））では、スライスする工程（切断工程（Ｓ２０））の開始時点にてワイヤソー（図８のワイヤ７）と対向するインゴット１の表面上に補助部材（上部補助板１５）が配置されてもよい。また、スライスする工程（切断工程（Ｓ２０））において、インゴット１に対してワイヤ７が近づくように相対的に移動するときに上部補助板１５においてワイヤ７と最初に接触する面は、ワイヤ７の延在方向に沿うとともにワイヤ７の移動方向（図７における下向きの方向）に対して垂直な面と平行になっていてもよい。
【００４０】
この場合、切断工程（Ｓ２０）の開始時に、当該上部補助板１５にワイヤ７が接触したときに、ワイヤ７が上部補助板１５の表面に位置ずれすることなく切り込むことができる。このため、ワイヤ７の切り込み時における位置ずれに起因する化合物半導体単結晶基板２０の形状不良（たとえば化合物半導体単結晶基板２０の厚みのばらつきやそり）の発生を抑制できる。
【００４１】
上記化合物半導体単結晶基板の製造方法において、インゴット１は、結晶成長時に容器と接触しないフリー面１３を含んでいてもよく、スライスする工程（切断工程（Ｓ２０））において、図２〜図５に示すようにインゴット１の当該フリー面１３がワイヤソー（ワイヤ７）の延在方向に沿った方向に伸びるように、インゴット１は配置されていてもよい。この場合、厚みのばらつきやそりの発生が少ない化合物半導体単結晶基板２０を得ることができる。
【００４２】
この発明に従った化合物半導体単結晶基板２０は、上記化合物半導体単結晶基板の製造方法を用いて製造されたものである。このようにすれば、従来よりも厚みが薄く、低コストの化合物半導体単結晶基板２０を実現できる。
【００４３】
上記化合物半導体単結晶基板２０は、厚みが３００μｍ以下であってもよい。この場合、従来の内周刃切断機を用いてインゴット１をスライスすることにより得られる化合物半導体単結晶基板より化合物半導体単結晶基板２０の厚みを薄くできるため、１つのインゴット１から得られる化合物半導体単結晶基板２０の数を従来の内周刃切断機を用いた場合より多くできる。つまり、低コストの化合物半導体単結晶基板２０が得られる。
【００４４】
上記化合物半導体単結晶基板２０は、そりが１５μｍ以下であってもよい。この場合、良好な平坦性を有するために、その主表面に高品質な半導体層をエピタキシャル成長させることが可能となる。
【００４５】
（実験例）
本発明の効果を確認するため以下のような実験を行なった。
【００４６】
（試料）
本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法の実施例として、図２および図３に示すようにＧａＡｓ結晶のインゴットを切断用治具２上に固定した。なお、当該インゴットのサイズは、図３に示したインゴットの端面１２の高さが７０ｍｍであり、図２に示したインゴットの幅が７５ｍｍである。
【００４７】
また、比較例として、同じ形状およびサイズのＧａＡｓ結晶からなるインゴットを、図９および図１０に示すような形態で切断用治具１０２上に固定した。
【００４８】
（実験条件）
上述した切断用治具上に固定されたインゴットを、ワイヤソーを用いてスライスした。なお、ワイヤソーによるスライスの条件としては、以下のような条件を用いた。すなわち、設備としては株式会社安永製のＵ４００を用い、ワイヤ（ソーワイヤ）としてはブラスめっきφ１２０μｍソーワイヤを用いた。また、スラリー（砥液）の組成については、含有される砥粒がＧＣ＃１２００、オイルが油性オイル、砥粒とオイルとの配合比がオイル１リットルに対して砥粒１．１１１ｋｇとした。また、加工速度を１５０μｍ／ｍｉｎ、ワイヤ送り量を１５ｍ／ｍｉｎ、ワイヤ平均線速を３２０ｍ／ｍｉｎとした。
【００４９】
そして、スライスして得られた基板のそり量を測定した。なお、そり量の測定方法は、ＪＩＳＢ０６１０に規定するろ波最大うねりＷＣＭの測定方法に従った。
【００５０】
（結果）
測定結果を図１４に示す。図１４に示したグラフの横軸はインゴットにおいて基板が採取された位置（インゴット位置）を示しており、縦軸はそり量（単位：μｍ）を示している。また、グラフ中の丸印が本発明の実施例の試料に関するデータであり、四角印が比較例の試料に関するデータである。なお、横軸のインゴット位置は、図３に示したインゴット１（または図１０に示したインゴット１０１）の端面１２（図１０に示した端面１１２）の一方からの厚み方向での位置を示している。
【００５１】
図１４からわかるように、本発明の実施例の試料に関するそりの値は、全体として比較例の試料に関するそりの値より小さくなっていることがわかる。つまり、本発明による化合物半導体単結晶基板の製造方法によれば、得られた基板のそりがインゴットの位置のほぼ全体にわたって比較例の方法を用いた場合よりも低減されている。
【００５２】
今回開示された実施の形態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。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、特に水平ボート法により形成されたインゴットを用いた化合物半導体単結晶基板の製造方法に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００５４】
１，１０１ インゴット、２，１０２ 切断用治具、３，１０３ 下部補助板、４，１０４ 側面補助板、５，６ ガイドローラ、７ ワイヤ、８，９ 中心線、１０，１１０ 中心軸、１１ 側壁、１２，１１２ 端面、１３，１１３ フリー面、１５ 上部補助板、２０ 化合物半導体単結晶基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１１１）方向に水平ボート法を用いて形成された化合物半導体からなる単結晶インゴットを準備する工程と、
前記インゴットを治具により固定する工程と、
前記治具により固定された前記インゴットを、ワイヤソーを用いて（１００）±７°または（５１１）±７°の面方位で、前記ワイヤソーのワイヤを（０１−１）方向に往復に送りながら、前記治具により固定された前記インゴットを前記ワイヤの往復方向と直行する方向に上昇させて、スライスする工程とを備える、化合物半導体単結晶基板の製造方法。
【請求項２】
前記スライスする工程では、１対のローラの間に張られた前記ワイヤを用い、さらに、
前記１対のローラの間の中間点を通るとともに前記ワイヤの延在方向に対して垂直な方向に伸びる平面を対称面とした面対称に前記インゴットの外形がなるように、前記インゴットが配置された状態で前記スライスする工程が実施される、請求項１に記載の化合物半導体単結晶基板の製造方法。
【請求項３】
前記治具により固定する工程では、前記スライスする工程の開始時点にて前記ワイヤと対向する前記インゴットの表面上に補助部材が配置され、
前記スライスする工程において、前記インゴットに対して前記ワイヤが近づくように相対的に移動するときに前記補助部材において前記ワイヤと最初に接触する面は、前記ワイヤの延在方向に沿うとともに前記ワイヤの移動方向に対して垂直な面と平行になっている、請求項１または２に記載の化合物半導体単結晶基板の製造方法。
【請求項４】
前記インゴットは、結晶成長時に容器と接触しないフリー面を含み、
前記スライスする工程において、前記インゴットの前記フリー面が前記ワイヤソーの延在方向に沿った方向に伸びるように、前記インゴットは配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体単結晶基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の化合物半導体単結晶基板の製造方法を用いて製造された化合物半導体単結晶基板。
【請求項６】
厚みが３００μｍ以下である、請求項５に記載の化合物半導体単結晶基板。
【請求項７】
そりが１５μｍ以下である、請求項５または６に記載の化合物半導体単結晶基板。
【請求項１】
（１１１）方向に水平ボート法を用いて形成された化合物半導体からなる単結晶インゴットを準備する工程と、
前記インゴットを治具により固定する工程と、
前記治具により固定された前記インゴットを、ワイヤソーを用いて（１００）±７°または（５１１）±７°の面方位で、前記ワイヤソーのワイヤを（０１−１）方向に往復に送りながら、前記治具により固定された前記インゴットを前記ワイヤの往復方向と直行する方向に上昇させて、スライスする工程とを備える、化合物半導体単結晶基板の製造方法。
【請求項２】
前記スライスする工程では、１対のローラの間に張られた前記ワイヤを用い、さらに、
前記１対のローラの間の中間点を通るとともに前記ワイヤの延在方向に対して垂直な方向に伸びる平面を対称面とした面対称に前記インゴットの外形がなるように、前記インゴットが配置された状態で前記スライスする工程が実施される、請求項１に記載の化合物半導体単結晶基板の製造方法。
【請求項３】
前記治具により固定する工程では、前記スライスする工程の開始時点にて前記ワイヤと対向する前記インゴットの表面上に補助部材が配置され、
前記スライスする工程において、前記インゴットに対して前記ワイヤが近づくように相対的に移動するときに前記補助部材において前記ワイヤと最初に接触する面は、前記ワイヤの延在方向に沿うとともに前記ワイヤの移動方向に対して垂直な面と平行になっている、請求項１または２に記載の化合物半導体単結晶基板の製造方法。
【請求項４】
前記インゴットは、結晶成長時に容器と接触しないフリー面を含み、
前記スライスする工程において、前記インゴットの前記フリー面が前記ワイヤソーの延在方向に沿った方向に伸びるように、前記インゴットは配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体単結晶基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の化合物半導体単結晶基板の製造方法を用いて製造された化合物半導体単結晶基板。
【請求項６】
厚みが３００μｍ以下である、請求項５に記載の化合物半導体単結晶基板。
【請求項７】
そりが１５μｍ以下である、請求項５または６に記載の化合物半導体単結晶基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２３１０７９（Ｐ２０１２−２３１０７９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９６０５（Ｐ２０１１−９９６０５）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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