窒化物半導体基板
【課題】ＩＦ加工を省略しても目視にて表裏の判別が可能で、しかも端面部の加工歪を除去することが可能とする方法を提供する。
【解決手段】半導体素子が形成される面を表面１１とし、表面１１の反対側を裏面１２とし、表面１１及び裏面１２に連接する面を端面１３とする透明な窒化物半導体基板１０において、端面１３が表面１１から裏面１２にわたり傾斜しており、窒化物半導体基板１０の表面１１及び裏面１２の中心を通る基板１０の厚さ方向の断面において、表面１１と端面１３とのなす角度をθ１、裏面１２と端面１３とのなす角度をθ２とするとき、θ１＞θ２であり、θ１とθ２との差が１０°以上である。
【解決手段】半導体素子が形成される面を表面１１とし、表面１１の反対側を裏面１２とし、表面１１及び裏面１２に連接する面を端面１３とする透明な窒化物半導体基板１０において、端面１３が表面１１から裏面１２にわたり傾斜しており、窒化物半導体基板１０の表面１１及び裏面１２の中心を通る基板１０の厚さ方向の断面において、表面１１と端面１３とのなす角度をθ１、裏面１２と端面１３とのなす角度をθ２とするとき、θ１＞θ２であり、θ１とθ２との差が１０°以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高寿命青色レーザーや高輝度青色ＬＥＤ、高特性電子デバイス向けに使用される窒化ガリウム単結晶基板として、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法等により成長された低転位の自立型窒化ガリウム単結晶基板が製造されている。本窒化ガリウム単結晶基板は、一般的に、両面ミラーで加工され、加工歪がない状態に加工すると透明な基板となる。したがって、半導体素子が形成される表面と、そうではない裏面とを判別する必要がある。従来、基板の表裏を判別するには種々の方法が採用されている。
【０００３】
例えば、インデックスフラット（ＩＦ）を形成する方法がある。基板の表裏は、一般的に、結晶方位を示すオリエンテーションフラット（ＯＦ）だけでは判別できない。また、透明で見えにくい窒化ガリウム基板にあっては、基板の表面側と裏面側とを単に面取りするだけでは、面取り形状が傾斜角であったり円弧断面であったりしても、輪郭がくっきりと見えるようにはなるが、基板の表裏を判別することはできない。そこで、ＯＦと異なる長さに加工したＩＦを基板外周部に形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、基板の端面を片面だけ面取り加工する方法がある。基板の表裏面のうち表面側だけを面取りし、裏面側を面取りせずにそのまま残して表裏非対称に加工している（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、ノッチ部を面取りする方法がある。結晶方位を示すオリエンテーションフラット（ＯＦ）の代わりにノッチを形成する。ノッチだと表裏の判別がしづらいため、さらにノッチ部の表裏の面取り量を異ならせている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
なお、基板の表裏を判別するものではないが、ウェハの裏面を研削して薄化する際に、ウェハにかかるストレスを低減し、クラックやワレ不良を抑制する方法として、裏面側の面取り量を表面側よりも多くなるように面取り加工する方法（例えば、特許文献４参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５６３９８号公報（ [０００８]〜 [０００９]、図６）
【特許文献２】特開昭５８−７１６１６号公報（第２頁、第１２図、第１３図）
【特許文献３】特開２０００−３３１８９８号公報（ [００１０]、図１）
【特許文献４】特開２００５−２５１９６１号公報（ [００１１]、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１のようにＩＦをつけると、目視にて表裏の判別が可能となるものの、窒化ガリウム単結晶基板をはじめとする窒化物半導体基板が非常に高価な材料であり、基板面積が小さくなるため、取得できるチップ数が減少し、コスト高の要因となっていた。
また、特許文献２では、不透明な基板の場合には有効であるが、窒化物半導体基板のよ
うな透明な基板の場合、片面だけの面取り加工であると、表裏面の判別が必ずしも有効ではなかった。また、特許文献３のようにノッチ部に面取りを形成する方法では、ＳｉやＧａＡｓと異なり、窒化ガリウムのような硬い窒化物半導体基板の場合には、ノッチ自体の形成が困難であるため、その適用が困難であった。
【０００９】
なお、特許文献４の技術を窒化物半導体基板に適用して、裏面側の面取量が多くなるように加工することも考えられるが、面取り加工時の加工歪みを取るために行われるドライエッチングでは、ガスが裏面まで回りこみにくく面取加工時に生じた加工歪が残り、残留応力により後工程でワレが生じやすくなるというおそれがあった。
【００１０】
したがって、透明基板では、従来、表裏面を目視にて判別するには、ＩＦ加工がもっとも有効とされていた。
【００１１】
本発明の目的は、ＩＦ加工を省略しても目視にて表裏の判別が可能で、しかも端面部の加工歪を除去することが可能な窒化物半導体基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の主要な観点によれば、半導体素子が形成される面を表面とし、該表面の反対側を裏面とし、前記表面及び前記裏面に連接する面を端面とする透明な窒化物半導体基板において、前記端面が前記表面から前記裏面にわたり傾斜しており、前記窒化物半導体基板の前記表面及び裏面の中心を通る基板厚さ方向の断面において、前記表面と前記端面とのなす角度をθ１、前記裏面と前記端面とのなす角度をθ２とするとき、θ１＞θ２であり、前記角度θ１と前記角度θ２との差が１０°以上であることを特徴とする窒化物半導体基板が提供される。この場合において、前記端面の傾斜が直線状であったり、弧を持つ形状であったりすることが好ましい。また、前記角度θ１と前記角度θ２との差が６０°以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＩＦ加工を省略しても目視にて表裏の判別ができ、しかも端面部の加工歪を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の表面と傾斜がなす角θ１が、裏面と傾斜のなす角θ２より大きい場合の基板中心を通る断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の断面形状に加工するために、傾斜を持つ砥石により加工する一例を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態の窒化物半導体基板と、端面の傾斜がθ１＜θ２である窒化物半導体基板とを比較したドライエッチングの説明図である。
【図４】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の断面形状に加工するために、基板中心厚さより、砥石中心軸を上方に位置させて加工する一例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の弧を持つ形状に加工された傾斜に対するθ１、θ２の定義を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の自立したＧａＮ基板上に、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（１≧ｘ＞０）で表される層を含むＬＥＤ構造のエピタキシャル成長層を積層したＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施の形態について述べる。
【００１６】
図１に実施の形態の窒化物半導体基板の断面図を示す。窒化物半導体基板１０は透明で
あり、半導体素子が形成される面を表面１１とし、この表面１１の反対側を裏面１２とし、前記表面１１及び前記裏面１２に連接する外周面を端面１３とする面を有する。表面１１と裏面１２とは相対向する一対の面をなす。このような窒化物半導体基板１０は、端面１３が表面１１から裏面１２にわたり傾斜している。かつ、窒化物半導体基板１０の表面１１及び裏面１２の中心を通る基板厚さ方向の断面において、表面１１と端面１３の傾斜とのなす角度をθ１、裏面１２の端面１３の傾斜とのなす角度をθ２とするとき、θ１＞θ２である形状に端面加工してある。
【００１７】
ここで、端面１３が表面１１から裏面１２にわたり傾斜しておりとは、表面１１と裏面１２とに直交する垂直面ないし削り残し面がなく、端面全面が加工されて傾斜しているということである。したがって、表面１１側の縁端部のみが面取り加工され、裏面１２側の縁端部が面取り加工されず端面に垂直面が残り、結果的にθ１＞θ２を満たしているような片面加工のものは含まれない。
【００１８】
端面１３を表面１１から裏面１２にわたり傾斜させ、かつθ１＞θ２で、θ１とθ２との差を１０°以上とすることによって、ＩＦ加工を省略しても表裏を判別できることがわかった。なお、窒化物半導体は、例えば窒化ガリウムが一般的であるが、その他のＡｌＮやＡｌＧａＮなどの六方晶系でも良い。
【００１９】
本実施の形態において、表面１１と傾斜面のなす角度θ１と裏面１２と傾斜面のなす角度θ２との差が、６０°以下であることが望ましい。角度θ１と角度θ２の差を１０°以上６０°以下した理由は、１０°より小さくなると、目視にて傾斜方向の判別が難しくなり、また、６０°より大きくなると、外周部の尖りが顕著になり始め、エピタキシャル成長時のクラックやワレなどの不良が発生し始めるためである。
【００２０】
上記端面の形状の傾斜をまっすぐな直線とする実施態様の場合、端面加工は、図２に示すように、総形研削砥石１５によって窒化物半導体基板１０の表面１１側縁端部から端面全面を研削することにより実施できる。
総形研削砥石１５は、その回転軸１６が、窒化物半導体基板１０を吸着させて回転させる吸着ステージ１７の回転軸と平行となるように設けられる。総形研削砥石１５は、窒化物半導体基板１０との当接面となる研削面（端面）１８が、基板の端面傾斜形状と一致するような傾斜した直線となるような傾斜面を持つ砥石が使用される。この総形研削砥石１５は高速回転させ、窒化物半導体基板１０をその軸方向と直角に移動させて、総形研削砥石１５の研削面１８を窒化物半導体基板１０の表面側端面の稜線に当接させる。窒化物半導体基板１０は、ゆっくり回転させ、１回転の間で端面加工を完了させる。この際、クーラントノズル１９からクーラント２０を総形研削砥石１５に向けて吐出させて、総形研削砥石１５を冷却すると共に加工に伴って発生する研削熱及び切りくずを除去する。これによって、窒化物半導体基板１０の端面１３を傾斜直線状に加工することができる。
なお、窒化物半導体基板１０にＯＦを形成する場合は、上記端面加工中、窒化物半導体基板１０の回転位置がＯＦを形成したい位置に来たところで、窒化物半導体基板１０が総形研削砥石１５に更に近づくように窒化物半導体基板１０の移動を開始させ（窒化物半導体基板１０は常に一定速度でゆっくり回転している）、ＯＦ長さの半分を形成したところで、今度は逆に窒化物半導体基板１０が総形研削砥石１５から遠ざかるように窒化物半導体基板１０の移動を開始させ、ＯＦの形成が終了したところで、窒化物半導体基板１０の移動を停止させることにより形成している。窒化物半導体基板１０の移動停止後は、外周円弧部の端面加工が再開される。このように、窒化物半導体基板１０が１回転する間にすなわち、１回のシーケンスで、外周円弧部の端面加工とＯＦ形成およびＯＦの端面加工を実現することができる。
【００２１】
なお、図２に示す加工方法の場合、加工したい傾斜角に対応した総形研削砥石１５を用
意することにより、窒化物半導体基板１０の端面１３の傾斜角を自在に変更することができる。
【００２２】
このように端面１３が表面１１から裏面１２にわたり傾斜し、かつθ１＞θ２とすることによって、１回のシーケンスで端面加工を行うことができる。窒化物半導体基板１０の表面側と裏面側の両面を面取り加工するような従来例の場合、１回目のシーケンスで窒化物半導体基板の円形加工（外径加工ともいう）およびＯＦ、ＩＦ加工を行い、２回目のシーケンスで円弧外周部およびＯＦ、ＩＦの表面（または裏面）側の面取り加工を行い、３回目のシーケンスで円弧外周部およびＯＦ、ＩＦの裏面（または表面）側の面取り加工を行うことになる。このため加工時間が非常に長くなり、装置能力が非常に低い。この点で、本実施の形態のように外周を削りながら端面を直線傾斜状に加工する方法だと、外径加工と同時に端面加工が１回のシーケンスで行えるので、加工時間を短縮化でき、加工装置能力も高めることができる。
【００２３】
また、基板の面取り加工をすると研削量が増加するため砥石寿命も短くなり、コスト高の要因となっていたが、本実施の形態によれば、研削量が低減するため、そのようなことが改善できる。
【００２４】
上述したように端面加工した窒化物半導体基板１０は、通常、基板表面の加工歪みを除去すると共に、端面加工時に生じた加工歪みを除去するためにドライエッチングを行う。ドライエッチングの原理は、図３に示すように、高真空下のチャンバ２０ａ内で、エッチングガス、例えば塩素系ガスをプラズマ化し、プラズマ化によりエッチングガスのイオン種２１を発生する。発生したエッチングガスのイオン種２１が、基板を置く陰極２２に高周波電圧を印可することにより加速されて直線的に基板に衝突し化学反応が進み、基板表面がエッチングされる。このプラズマ化されたエッチングガスのイオン種２１は、非常に直線性が高く、基板の裏面に回り込みにくい性質がある。
したがって、ドライエッチング時、窒化物半導体基板の端面の傾斜がθ１＜θ２となるように加工した基板１４の断面形状では、イオン種２１が裏面まで効率よく回り込めない。このため、外径及び端面加工時に生じた端面の加工歪みが除去できず、後工程でワレやクラックが生じやすくなる。しかし、本実施の形態による端面が表面から裏面にわたり傾斜し、かつθ１＞θ２である窒化物半導体基板１０の形状だと、ガスが端面全面に確実に供給されるため、加工歪みが除去でき、後工程でワレやクラックの発生を有効に抑止できる。
【００２５】
また、本発明を実施する場合、端面の傾斜はまっすぐな直線でなければならないというわけではなく、端面の傾斜が弧を持つ形状とすることもできる。この場合、端面加工は、図４に示すように円筒研削砥石２８によって窒化物半導体基板１０の表面側縁端部から端面を研削することにより実施できる。円筒研削砥石２８は、その回転軸２６が窒化物半導体基板１０を吸着させて回転させる吸着ステージ１７の回転軸と直交するように設けられる。また、回転軸２６は、基板中心厚さの高さより上方に位置させている。円筒研削砥石２８は基板回転方向に対し直交するように回転させる。円筒研削砥石２８は、窒化物半導体基板１０との当接面となる端面が、円筒面を持つ砥石が使用される。この円筒研削砥石２８を回転させ、窒化物半導体基板１０をその軸方向と直角に移動させて、円筒研削砥石２８の研削面を窒化物半導体基板１０の表面側端面の稜線に当接させる。この際、クーラントノズル１９からクーラント２０を砥石に向けて吐出させて、円筒研削砥石２８を冷却すると共に加工に伴って発生する研削熱及び切りくずを除去する。これによって、窒化物半導体基板１０の端面を弧を持つ傾斜形状に加工することができる。
なお、この方式でＯＦを形成する場合、上記端面加工を終えた後、窒化物半導体基板１０の回転を停止させ、窒化物半導体基板１０のＯＦを形成させたい部分が円筒研削砥石２８に対向するように窒化物半導体基板１０の位置決めを行い、円筒研削砥石２８を回転さ
せると共に窒化物半導体基板１０をその軸方向と直角に移動させて、円筒研削砥石２８に当接させＯＦを形成する。このように２回のシーケンスで実現可能となる。
窒化物半導体基板の表面側と裏面側の両面を面取り加工するような従来例の場合は、例えば、１回目のシーケンスで、窒化物半導体基板の外径加工を行い、２回目のシーケンスで外周部の表面（または裏面）側の面取り加工を行い、３回目のシーケンスで外周部の裏面（または表面）側の面取り加工を行い、４回目のシーケンスでＯＦ加工を行い、５回目のシーケンスでＯＦ部の表面（または裏面）側の面取り加工を行い、６回目のシーケンスでＯＦ部の裏面（または表面）側の面取り加工を行い、７回目のシーケンスでＩＦ加工を行い、８回目のシーケンスでＩＦ部の表面（または裏面）側の面取り加工を行い、９回目のシーケンスでＩＦ部の裏面（または表面）側の面取り加工を行うことになる。
【００２６】
図４に示す加工方法の場合、基板厚さの中心位置より、円筒研削砥石２８の回転軸２６をどのくらい上方、または下方の位置にて加工をするかを設定することにより、傾斜角を任意に変更できる。
【００２７】
このように端面の傾斜を、弧を描く形状とする場合、一般に基板厚さｄは、通常２５０〜４５０μｍくらいであり、大きな弧とはならないが、直線の場合と違って、θ１、θ２の定義が問題になる。ここでは、図５に示すように、弧を描く形状とする場合、基板厚さｄの中心を通る表裏面と平行な直線３１と弧３２との交点３３における弧３２の接線３４が表面１１となす角をθ１、裏面１２とのなす角θ２と定義する。
【００２８】
ＳｉやＧａＡｓの面取り加工に使用される砥石のボンド材はメタルが一般的であるが、ＧａＮなどの窒化物半導体基板の場合は、ＳｉやＧａＡｓに比べ硬質材料であり、砥粒の目つぶれ、目詰まりが生じやすいため、一般的に自生発刃しやすいレジンやセラミック材を用いたボンド材が使用される。その際、砥石の形状が変形しやすいため、基板の面取り形状を簡易に維持できるメリットから、図２に示す総形研削砥石を用いた方式ではなく、図４に示す円筒研削砥石を基板回転方向に対し垂直に回転させトレースすることにより端面加工する方式を採用することが好ましい。
【００２９】
このように基板外周を削りながら端面を傾斜状に加工する方法だと、外径加工と同時に傾斜形状が形成されるため面取り加工のシーケンスを動作させる必要が無いため、加工時間を大幅に短縮できる。
【００３０】
本発明の実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）基板の端面を表面から裏面にわたり傾斜させ、かつθ１＞θ２とすることによって、窒化物半導体の透明基板に対し、ＩＦ加工を省略しても目視にて表裏の判別ができる。（２）従来よりも端面加工のためのシーケンスを減らせるので、コスト高の一つの要因となっている面取り加工コストを低減できる。
（３）表裏面の面取り角度の関係をθ１＞θ２とすることによって、ドライエッチング時、基板の端面全面をエッチングガスに晒すことができることにより、端面部の加工歪を有効に除去できる。その結果、エピタキシャル成長時のクラック、ワレ不良も生じない。
（４）外径加工及び端面加工が１回のシーケンスで済むことにより、外径加工時のスループットが向上するため、コストを低減できる。また、透明基板にてＩＦが不要となるため、ＩＦ加工に起因する砥石の劣化促進やチップ取得面積の減少が解消でき、チップ取得数が増え、コストを低減できる。
【実施例】
【００３１】
次に実施例について説明する。
【００３２】
（実施例１）
実施例１では、透明な窒化ガリウム基板を作製し、その表裏面の判別を行った。
Ｃ面を表面とするサファイヤ基板の上に、ＨＶＰＥ成長にて窒化ガリウムの厚膜基板を得た。厚膜基板の表面（Ｇａ極性面）を平坦な面を持つセラミックプレートに裏面（Ｎ極性面）が加工面となるようにワックスを用いて貼り付けた。そして、ダイヤモンド砥粒砥石＃３２５を用い基板の裏面を研削し平坦な面にした。次に溝加工を施した錫定盤にダイヤモンドスラリーを供給しながら、定盤と加圧したワークを回転し基板裏面の加工を行った。さらに汎用的な市販のコロイダルシリカのスラリーを用い基板裏面のポリッシュを行った。そして、セラミックプレートを加熱してワックスを液状にし、ワークを取り外し、有機洗浄を行った。
【００３３】
次に、平坦な面を持つセラミックプレートに基板の表面（Ｇａ極性面）が加工面となるようにワックスを用いて貼り付けた。そして、ダイヤモンド砥粒砥石＃３２５を用い基板表面を研削し平坦な面にした。次に溝加工を施した錫定盤にダイヤモンドスラリーを供給ながら、定盤と加圧したワークを回転し基板表面の加工を行った。ダイヤモンド砥粒径を徐々に微細なものに変え、最終的に１μｍダイヤ砥粒を用い基板表面を平坦な鏡面に仕上げた。さらに、セラミックプレートを加熱してワックスを液状にし、ワークを取り外し、有機洗浄を行った。そして、ドライエッチングをおこない、表面（Ｇａ極性面）の加工歪を除去し、透明な厚さ３００μｍの窒化ガリウム基板を得た。
【００３４】
次に、図４に示す加工方法で外周を削りながら端面を表面から裏面にわたり傾斜状に加工した。この方法だと、外径加工と同時に傾斜形状が形成され、面取り加工のシーケンスを動作させる必要が無いため、加工時間を大幅に短縮できた。基板中心を通るように基板を割り断面を顕微鏡で観察し、傾斜角を求めた。このような方法で、表１に示す種々の角度θ１、θ２を持つサンプルを用意した。次に、被験者を３０人集め、サンプルを表裏教えずにどちらの方向に傾斜しているか判別実験を行った。その結果、端面が表面から裏面にわたり傾斜した端面の角度がθ１＞θ２で、その傾斜の差が１０°以上になると、目視判別を行った３０人全員が正確に判別できるという結果となった。
【００３５】
【表１】
【００３６】
（実施例２）
実施例２では、実施例１で得られた窒化ガリウム基板にさらにＬＥＤ用エピタキシャル層を成長させ、その基板の外周部に生じるクラックやワレを調べた。
実施例１と同様な方法で、透明な厚さ３００μｍの窒化ガリウム基板を得た。次に、図４に示す加工方法で外周を削りながら傾斜状に加工した。基板中心を通るように基板を割り断面を顕微鏡で観察し、傾斜角を求めた。同様の方法で、表２に示すサンプルを各５枚ずつ用意した。各サンプルについてエッチング加工を行い、傾斜部の加工歪を除去した後、有機洗浄を行った。
【００３７】
基板端面が表面から裏面にわたり傾斜しており、かつθ１＞θ２である形状に加工されていることから、エッチングガスが十分供給されるため外周加工時に生じた加工歪は除去された。これらの基板上に、減圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、図６に示す構造のＬＥＤ用エピタキシャル層を成長した。成長した層は、窒化ガリウム基板１側から順に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮバッファ層２、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１５ＧａＮクラッド層３、３周期のＩｎＧａＮ−ＭＱＷ層４、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１５ＧａＮクラッド層５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１０ＧａＮクラッド層６及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７である。
【００３８】
その際、基板の外周部にクラックやワレが生じた枚数を調べた。その結果、θ１とθ２の差が６０°までの基板は５枚中クラックやワレが生じなかったが、７０°〜９０°のサンプルは５枚中１、２枚クラックやワレ不良が発生した。
【００３９】
【表２】
【符号の説明】
【００４０】
１０ 窒化物半導体基板
１１ 表面
１２ 裏面
１３ 端面
１５ 総形研削砥石
１７ 吸着ステージ
２１ イオン種
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高寿命青色レーザーや高輝度青色ＬＥＤ、高特性電子デバイス向けに使用される窒化ガリウム単結晶基板として、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法等により成長された低転位の自立型窒化ガリウム単結晶基板が製造されている。本窒化ガリウム単結晶基板は、一般的に、両面ミラーで加工され、加工歪がない状態に加工すると透明な基板となる。したがって、半導体素子が形成される表面と、そうではない裏面とを判別する必要がある。従来、基板の表裏を判別するには種々の方法が採用されている。
【０００３】
例えば、インデックスフラット（ＩＦ）を形成する方法がある。基板の表裏は、一般的に、結晶方位を示すオリエンテーションフラット（ＯＦ）だけでは判別できない。また、透明で見えにくい窒化ガリウム基板にあっては、基板の表面側と裏面側とを単に面取りするだけでは、面取り形状が傾斜角であったり円弧断面であったりしても、輪郭がくっきりと見えるようにはなるが、基板の表裏を判別することはできない。そこで、ＯＦと異なる長さに加工したＩＦを基板外周部に形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、基板の端面を片面だけ面取り加工する方法がある。基板の表裏面のうち表面側だけを面取りし、裏面側を面取りせずにそのまま残して表裏非対称に加工している（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、ノッチ部を面取りする方法がある。結晶方位を示すオリエンテーションフラット（ＯＦ）の代わりにノッチを形成する。ノッチだと表裏の判別がしづらいため、さらにノッチ部の表裏の面取り量を異ならせている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
なお、基板の表裏を判別するものではないが、ウェハの裏面を研削して薄化する際に、ウェハにかかるストレスを低減し、クラックやワレ不良を抑制する方法として、裏面側の面取り量を表面側よりも多くなるように面取り加工する方法（例えば、特許文献４参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５６３９８号公報（ [０００８]〜 [０００９]、図６）
【特許文献２】特開昭５８−７１６１６号公報（第２頁、第１２図、第１３図）
【特許文献３】特開２０００−３３１８９８号公報（ [００１０]、図１）
【特許文献４】特開２００５−２５１９６１号公報（ [００１１]、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１のようにＩＦをつけると、目視にて表裏の判別が可能となるものの、窒化ガリウム単結晶基板をはじめとする窒化物半導体基板が非常に高価な材料であり、基板面積が小さくなるため、取得できるチップ数が減少し、コスト高の要因となっていた。
また、特許文献２では、不透明な基板の場合には有効であるが、窒化物半導体基板のよ
うな透明な基板の場合、片面だけの面取り加工であると、表裏面の判別が必ずしも有効ではなかった。また、特許文献３のようにノッチ部に面取りを形成する方法では、ＳｉやＧａＡｓと異なり、窒化ガリウムのような硬い窒化物半導体基板の場合には、ノッチ自体の形成が困難であるため、その適用が困難であった。
【０００９】
なお、特許文献４の技術を窒化物半導体基板に適用して、裏面側の面取量が多くなるように加工することも考えられるが、面取り加工時の加工歪みを取るために行われるドライエッチングでは、ガスが裏面まで回りこみにくく面取加工時に生じた加工歪が残り、残留応力により後工程でワレが生じやすくなるというおそれがあった。
【００１０】
したがって、透明基板では、従来、表裏面を目視にて判別するには、ＩＦ加工がもっとも有効とされていた。
【００１１】
本発明の目的は、ＩＦ加工を省略しても目視にて表裏の判別が可能で、しかも端面部の加工歪を除去することが可能な窒化物半導体基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の主要な観点によれば、半導体素子が形成される面を表面とし、該表面の反対側を裏面とし、前記表面及び前記裏面に連接する面を端面とする透明な窒化物半導体基板において、前記端面が前記表面から前記裏面にわたり傾斜しており、前記窒化物半導体基板の前記表面及び裏面の中心を通る基板厚さ方向の断面において、前記表面と前記端面とのなす角度をθ１、前記裏面と前記端面とのなす角度をθ２とするとき、θ１＞θ２であり、前記角度θ１と前記角度θ２との差が１０°以上であることを特徴とする窒化物半導体基板が提供される。この場合において、前記端面の傾斜が直線状であったり、弧を持つ形状であったりすることが好ましい。また、前記角度θ１と前記角度θ２との差が６０°以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＩＦ加工を省略しても目視にて表裏の判別ができ、しかも端面部の加工歪を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の表面と傾斜がなす角θ１が、裏面と傾斜のなす角θ２より大きい場合の基板中心を通る断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の断面形状に加工するために、傾斜を持つ砥石により加工する一例を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態の窒化物半導体基板と、端面の傾斜がθ１＜θ２である窒化物半導体基板とを比較したドライエッチングの説明図である。
【図４】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の断面形状に加工するために、基板中心厚さより、砥石中心軸を上方に位置させて加工する一例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の弧を持つ形状に加工された傾斜に対するθ１、θ２の定義を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の窒化物半導体基板の自立したＧａＮ基板上に、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（１≧ｘ＞０）で表される層を含むＬＥＤ構造のエピタキシャル成長層を積層したＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施の形態について述べる。
【００１６】
図１に実施の形態の窒化物半導体基板の断面図を示す。窒化物半導体基板１０は透明で
あり、半導体素子が形成される面を表面１１とし、この表面１１の反対側を裏面１２とし、前記表面１１及び前記裏面１２に連接する外周面を端面１３とする面を有する。表面１１と裏面１２とは相対向する一対の面をなす。このような窒化物半導体基板１０は、端面１３が表面１１から裏面１２にわたり傾斜している。かつ、窒化物半導体基板１０の表面１１及び裏面１２の中心を通る基板厚さ方向の断面において、表面１１と端面１３の傾斜とのなす角度をθ１、裏面１２の端面１３の傾斜とのなす角度をθ２とするとき、θ１＞θ２である形状に端面加工してある。
【００１７】
ここで、端面１３が表面１１から裏面１２にわたり傾斜しておりとは、表面１１と裏面１２とに直交する垂直面ないし削り残し面がなく、端面全面が加工されて傾斜しているということである。したがって、表面１１側の縁端部のみが面取り加工され、裏面１２側の縁端部が面取り加工されず端面に垂直面が残り、結果的にθ１＞θ２を満たしているような片面加工のものは含まれない。
【００１８】
端面１３を表面１１から裏面１２にわたり傾斜させ、かつθ１＞θ２で、θ１とθ２との差を１０°以上とすることによって、ＩＦ加工を省略しても表裏を判別できることがわかった。なお、窒化物半導体は、例えば窒化ガリウムが一般的であるが、その他のＡｌＮやＡｌＧａＮなどの六方晶系でも良い。
【００１９】
本実施の形態において、表面１１と傾斜面のなす角度θ１と裏面１２と傾斜面のなす角度θ２との差が、６０°以下であることが望ましい。角度θ１と角度θ２の差を１０°以上６０°以下した理由は、１０°より小さくなると、目視にて傾斜方向の判別が難しくなり、また、６０°より大きくなると、外周部の尖りが顕著になり始め、エピタキシャル成長時のクラックやワレなどの不良が発生し始めるためである。
【００２０】
上記端面の形状の傾斜をまっすぐな直線とする実施態様の場合、端面加工は、図２に示すように、総形研削砥石１５によって窒化物半導体基板１０の表面１１側縁端部から端面全面を研削することにより実施できる。
総形研削砥石１５は、その回転軸１６が、窒化物半導体基板１０を吸着させて回転させる吸着ステージ１７の回転軸と平行となるように設けられる。総形研削砥石１５は、窒化物半導体基板１０との当接面となる研削面（端面）１８が、基板の端面傾斜形状と一致するような傾斜した直線となるような傾斜面を持つ砥石が使用される。この総形研削砥石１５は高速回転させ、窒化物半導体基板１０をその軸方向と直角に移動させて、総形研削砥石１５の研削面１８を窒化物半導体基板１０の表面側端面の稜線に当接させる。窒化物半導体基板１０は、ゆっくり回転させ、１回転の間で端面加工を完了させる。この際、クーラントノズル１９からクーラント２０を総形研削砥石１５に向けて吐出させて、総形研削砥石１５を冷却すると共に加工に伴って発生する研削熱及び切りくずを除去する。これによって、窒化物半導体基板１０の端面１３を傾斜直線状に加工することができる。
なお、窒化物半導体基板１０にＯＦを形成する場合は、上記端面加工中、窒化物半導体基板１０の回転位置がＯＦを形成したい位置に来たところで、窒化物半導体基板１０が総形研削砥石１５に更に近づくように窒化物半導体基板１０の移動を開始させ（窒化物半導体基板１０は常に一定速度でゆっくり回転している）、ＯＦ長さの半分を形成したところで、今度は逆に窒化物半導体基板１０が総形研削砥石１５から遠ざかるように窒化物半導体基板１０の移動を開始させ、ＯＦの形成が終了したところで、窒化物半導体基板１０の移動を停止させることにより形成している。窒化物半導体基板１０の移動停止後は、外周円弧部の端面加工が再開される。このように、窒化物半導体基板１０が１回転する間にすなわち、１回のシーケンスで、外周円弧部の端面加工とＯＦ形成およびＯＦの端面加工を実現することができる。
【００２１】
なお、図２に示す加工方法の場合、加工したい傾斜角に対応した総形研削砥石１５を用
意することにより、窒化物半導体基板１０の端面１３の傾斜角を自在に変更することができる。
【００２２】
このように端面１３が表面１１から裏面１２にわたり傾斜し、かつθ１＞θ２とすることによって、１回のシーケンスで端面加工を行うことができる。窒化物半導体基板１０の表面側と裏面側の両面を面取り加工するような従来例の場合、１回目のシーケンスで窒化物半導体基板の円形加工（外径加工ともいう）およびＯＦ、ＩＦ加工を行い、２回目のシーケンスで円弧外周部およびＯＦ、ＩＦの表面（または裏面）側の面取り加工を行い、３回目のシーケンスで円弧外周部およびＯＦ、ＩＦの裏面（または表面）側の面取り加工を行うことになる。このため加工時間が非常に長くなり、装置能力が非常に低い。この点で、本実施の形態のように外周を削りながら端面を直線傾斜状に加工する方法だと、外径加工と同時に端面加工が１回のシーケンスで行えるので、加工時間を短縮化でき、加工装置能力も高めることができる。
【００２３】
また、基板の面取り加工をすると研削量が増加するため砥石寿命も短くなり、コスト高の要因となっていたが、本実施の形態によれば、研削量が低減するため、そのようなことが改善できる。
【００２４】
上述したように端面加工した窒化物半導体基板１０は、通常、基板表面の加工歪みを除去すると共に、端面加工時に生じた加工歪みを除去するためにドライエッチングを行う。ドライエッチングの原理は、図３に示すように、高真空下のチャンバ２０ａ内で、エッチングガス、例えば塩素系ガスをプラズマ化し、プラズマ化によりエッチングガスのイオン種２１を発生する。発生したエッチングガスのイオン種２１が、基板を置く陰極２２に高周波電圧を印可することにより加速されて直線的に基板に衝突し化学反応が進み、基板表面がエッチングされる。このプラズマ化されたエッチングガスのイオン種２１は、非常に直線性が高く、基板の裏面に回り込みにくい性質がある。
したがって、ドライエッチング時、窒化物半導体基板の端面の傾斜がθ１＜θ２となるように加工した基板１４の断面形状では、イオン種２１が裏面まで効率よく回り込めない。このため、外径及び端面加工時に生じた端面の加工歪みが除去できず、後工程でワレやクラックが生じやすくなる。しかし、本実施の形態による端面が表面から裏面にわたり傾斜し、かつθ１＞θ２である窒化物半導体基板１０の形状だと、ガスが端面全面に確実に供給されるため、加工歪みが除去でき、後工程でワレやクラックの発生を有効に抑止できる。
【００２５】
また、本発明を実施する場合、端面の傾斜はまっすぐな直線でなければならないというわけではなく、端面の傾斜が弧を持つ形状とすることもできる。この場合、端面加工は、図４に示すように円筒研削砥石２８によって窒化物半導体基板１０の表面側縁端部から端面を研削することにより実施できる。円筒研削砥石２８は、その回転軸２６が窒化物半導体基板１０を吸着させて回転させる吸着ステージ１７の回転軸と直交するように設けられる。また、回転軸２６は、基板中心厚さの高さより上方に位置させている。円筒研削砥石２８は基板回転方向に対し直交するように回転させる。円筒研削砥石２８は、窒化物半導体基板１０との当接面となる端面が、円筒面を持つ砥石が使用される。この円筒研削砥石２８を回転させ、窒化物半導体基板１０をその軸方向と直角に移動させて、円筒研削砥石２８の研削面を窒化物半導体基板１０の表面側端面の稜線に当接させる。この際、クーラントノズル１９からクーラント２０を砥石に向けて吐出させて、円筒研削砥石２８を冷却すると共に加工に伴って発生する研削熱及び切りくずを除去する。これによって、窒化物半導体基板１０の端面を弧を持つ傾斜形状に加工することができる。
なお、この方式でＯＦを形成する場合、上記端面加工を終えた後、窒化物半導体基板１０の回転を停止させ、窒化物半導体基板１０のＯＦを形成させたい部分が円筒研削砥石２８に対向するように窒化物半導体基板１０の位置決めを行い、円筒研削砥石２８を回転さ
せると共に窒化物半導体基板１０をその軸方向と直角に移動させて、円筒研削砥石２８に当接させＯＦを形成する。このように２回のシーケンスで実現可能となる。
窒化物半導体基板の表面側と裏面側の両面を面取り加工するような従来例の場合は、例えば、１回目のシーケンスで、窒化物半導体基板の外径加工を行い、２回目のシーケンスで外周部の表面（または裏面）側の面取り加工を行い、３回目のシーケンスで外周部の裏面（または表面）側の面取り加工を行い、４回目のシーケンスでＯＦ加工を行い、５回目のシーケンスでＯＦ部の表面（または裏面）側の面取り加工を行い、６回目のシーケンスでＯＦ部の裏面（または表面）側の面取り加工を行い、７回目のシーケンスでＩＦ加工を行い、８回目のシーケンスでＩＦ部の表面（または裏面）側の面取り加工を行い、９回目のシーケンスでＩＦ部の裏面（または表面）側の面取り加工を行うことになる。
【００２６】
図４に示す加工方法の場合、基板厚さの中心位置より、円筒研削砥石２８の回転軸２６をどのくらい上方、または下方の位置にて加工をするかを設定することにより、傾斜角を任意に変更できる。
【００２７】
このように端面の傾斜を、弧を描く形状とする場合、一般に基板厚さｄは、通常２５０〜４５０μｍくらいであり、大きな弧とはならないが、直線の場合と違って、θ１、θ２の定義が問題になる。ここでは、図５に示すように、弧を描く形状とする場合、基板厚さｄの中心を通る表裏面と平行な直線３１と弧３２との交点３３における弧３２の接線３４が表面１１となす角をθ１、裏面１２とのなす角θ２と定義する。
【００２８】
ＳｉやＧａＡｓの面取り加工に使用される砥石のボンド材はメタルが一般的であるが、ＧａＮなどの窒化物半導体基板の場合は、ＳｉやＧａＡｓに比べ硬質材料であり、砥粒の目つぶれ、目詰まりが生じやすいため、一般的に自生発刃しやすいレジンやセラミック材を用いたボンド材が使用される。その際、砥石の形状が変形しやすいため、基板の面取り形状を簡易に維持できるメリットから、図２に示す総形研削砥石を用いた方式ではなく、図４に示す円筒研削砥石を基板回転方向に対し垂直に回転させトレースすることにより端面加工する方式を採用することが好ましい。
【００２９】
このように基板外周を削りながら端面を傾斜状に加工する方法だと、外径加工と同時に傾斜形状が形成されるため面取り加工のシーケンスを動作させる必要が無いため、加工時間を大幅に短縮できる。
【００３０】
本発明の実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）基板の端面を表面から裏面にわたり傾斜させ、かつθ１＞θ２とすることによって、窒化物半導体の透明基板に対し、ＩＦ加工を省略しても目視にて表裏の判別ができる。（２）従来よりも端面加工のためのシーケンスを減らせるので、コスト高の一つの要因となっている面取り加工コストを低減できる。
（３）表裏面の面取り角度の関係をθ１＞θ２とすることによって、ドライエッチング時、基板の端面全面をエッチングガスに晒すことができることにより、端面部の加工歪を有効に除去できる。その結果、エピタキシャル成長時のクラック、ワレ不良も生じない。
（４）外径加工及び端面加工が１回のシーケンスで済むことにより、外径加工時のスループットが向上するため、コストを低減できる。また、透明基板にてＩＦが不要となるため、ＩＦ加工に起因する砥石の劣化促進やチップ取得面積の減少が解消でき、チップ取得数が増え、コストを低減できる。
【実施例】
【００３１】
次に実施例について説明する。
【００３２】
（実施例１）
実施例１では、透明な窒化ガリウム基板を作製し、その表裏面の判別を行った。
Ｃ面を表面とするサファイヤ基板の上に、ＨＶＰＥ成長にて窒化ガリウムの厚膜基板を得た。厚膜基板の表面（Ｇａ極性面）を平坦な面を持つセラミックプレートに裏面（Ｎ極性面）が加工面となるようにワックスを用いて貼り付けた。そして、ダイヤモンド砥粒砥石＃３２５を用い基板の裏面を研削し平坦な面にした。次に溝加工を施した錫定盤にダイヤモンドスラリーを供給しながら、定盤と加圧したワークを回転し基板裏面の加工を行った。さらに汎用的な市販のコロイダルシリカのスラリーを用い基板裏面のポリッシュを行った。そして、セラミックプレートを加熱してワックスを液状にし、ワークを取り外し、有機洗浄を行った。
【００３３】
次に、平坦な面を持つセラミックプレートに基板の表面（Ｇａ極性面）が加工面となるようにワックスを用いて貼り付けた。そして、ダイヤモンド砥粒砥石＃３２５を用い基板表面を研削し平坦な面にした。次に溝加工を施した錫定盤にダイヤモンドスラリーを供給ながら、定盤と加圧したワークを回転し基板表面の加工を行った。ダイヤモンド砥粒径を徐々に微細なものに変え、最終的に１μｍダイヤ砥粒を用い基板表面を平坦な鏡面に仕上げた。さらに、セラミックプレートを加熱してワックスを液状にし、ワークを取り外し、有機洗浄を行った。そして、ドライエッチングをおこない、表面（Ｇａ極性面）の加工歪を除去し、透明な厚さ３００μｍの窒化ガリウム基板を得た。
【００３４】
次に、図４に示す加工方法で外周を削りながら端面を表面から裏面にわたり傾斜状に加工した。この方法だと、外径加工と同時に傾斜形状が形成され、面取り加工のシーケンスを動作させる必要が無いため、加工時間を大幅に短縮できた。基板中心を通るように基板を割り断面を顕微鏡で観察し、傾斜角を求めた。このような方法で、表１に示す種々の角度θ１、θ２を持つサンプルを用意した。次に、被験者を３０人集め、サンプルを表裏教えずにどちらの方向に傾斜しているか判別実験を行った。その結果、端面が表面から裏面にわたり傾斜した端面の角度がθ１＞θ２で、その傾斜の差が１０°以上になると、目視判別を行った３０人全員が正確に判別できるという結果となった。
【００３５】
【表１】
【００３６】
（実施例２）
実施例２では、実施例１で得られた窒化ガリウム基板にさらにＬＥＤ用エピタキシャル層を成長させ、その基板の外周部に生じるクラックやワレを調べた。
実施例１と同様な方法で、透明な厚さ３００μｍの窒化ガリウム基板を得た。次に、図４に示す加工方法で外周を削りながら傾斜状に加工した。基板中心を通るように基板を割り断面を顕微鏡で観察し、傾斜角を求めた。同様の方法で、表２に示すサンプルを各５枚ずつ用意した。各サンプルについてエッチング加工を行い、傾斜部の加工歪を除去した後、有機洗浄を行った。
【００３７】
基板端面が表面から裏面にわたり傾斜しており、かつθ１＞θ２である形状に加工されていることから、エッチングガスが十分供給されるため外周加工時に生じた加工歪は除去された。これらの基板上に、減圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、図６に示す構造のＬＥＤ用エピタキシャル層を成長した。成長した層は、窒化ガリウム基板１側から順に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮバッファ層２、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１５ＧａＮクラッド層３、３周期のＩｎＧａＮ−ＭＱＷ層４、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１５ＧａＮクラッド層５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１０ＧａＮクラッド層６及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７である。
【００３８】
その際、基板の外周部にクラックやワレが生じた枚数を調べた。その結果、θ１とθ２の差が６０°までの基板は５枚中クラックやワレが生じなかったが、７０°〜９０°のサンプルは５枚中１、２枚クラックやワレ不良が発生した。
【００３９】
【表２】
【符号の説明】
【００４０】
１０ 窒化物半導体基板
１１ 表面
１２ 裏面
１３ 端面
１５ 総形研削砥石
１７ 吸着ステージ
２１ イオン種
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成される面を表面とし、該表面の反対側を裏面とし、前記表面及び前記裏面に連接する面を端面とする透明な窒化物半導体基板において、
前記端面が前記表面から前記裏面にわたり傾斜しており、
前記窒化物半導体基板の前記表面及び裏面の中心を通る基板厚さ方向の断面において、
前記表面と前記端面とのなす角度をθ１、前記裏面と前記端面とのなす角度をθ２とするとき、θ１＞θ２であり、前記角度θ１と前記角度θ２との差が１０°以上であることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
前記端面の傾斜が直線状であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記端面の傾斜が弧を持つ形状であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項４】
前記角度θ１と前記角度θ２との差が、６０°以下である請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体基板。
【請求項１】
半導体素子が形成される面を表面とし、該表面の反対側を裏面とし、前記表面及び前記裏面に連接する面を端面とする透明な窒化物半導体基板において、
前記端面が前記表面から前記裏面にわたり傾斜しており、
前記窒化物半導体基板の前記表面及び裏面の中心を通る基板厚さ方向の断面において、
前記表面と前記端面とのなす角度をθ１、前記裏面と前記端面とのなす角度をθ２とするとき、θ１＞θ２であり、前記角度θ１と前記角度θ２との差が１０°以上であることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
前記端面の傾斜が直線状であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記端面の傾斜が弧を持つ形状であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項４】
前記角度θ１と前記角度θ２との差が、６０°以下である請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９５５９８（Ｐ２０１０−１９５５９８Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３８８４４（Ｐ２００９−３８８４４）
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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