ＩＩＩ族窒化物半導体基板およびＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法
【課題】ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板を生産する際の歩留まりを改善することを課題とする。
【解決手段】基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔２０を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板３０と、貫通孔２０の内部に充填され、貫通孔２０を塞ぐ、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材４０と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を提供する。
【解決手段】基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔２０を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板３０と、貫通孔２０の内部に充填され、貫通孔２０を塞ぐ、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材４０と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板およびＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板およびその製造方法が多く研究されている。ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板の製造方法としては、サファイヤ基板等の異種基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させた後、異種基板を取り除くことで、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板（自立基板）を製造する手段などが知られている。
【０００３】
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板（自立基板）には、例えば異種基板上にエピタキシャル成長させる製造方法等に起因して、自立基板の表面から裏面まで貫通する貫通ピットおよび／または貫通クラックが形成されてしまう場合がある。このような貫通ピットおよび／または貫通クラックを有する自立基板の場合、自立基板上に滴下した液体（例：レジスト液）が貫通ピットおよび／または貫通クラックを介して漏れてしまったり、または、自立基板の真空吸着に不具合が生じたりする。このため、貫通ピットおよび／または貫通クラックを有する自立基板は、素子形成のために使用することができない。しかし、このような自立基板を使用せずに廃棄してしまうと、自立基板を生産する際の歩留まり（以下、「生産歩留まり」という）が低下してしまう。
【０００４】
特許文献１には、上記問題を解決可能な手段として、貫通ピットおよび／または貫通クラック内にＧａＮ多結晶を形成し、貫通ピットおよび／または貫通クラックを埋めて塞ぐ技術が開示されている。そして、貫通ピットおよび／または貫通クラック内にＧａＮ多結晶を形成する手段としては、以下のような手段が記載されている。まず、顕微鏡を使用して貫通ピットおよび／または貫通クラックを有するＧａＮ自立基板の表面を観察しながら、位置決め機構と特殊な吐出ノズルを備えた注入装置を用いて液体状態のガリウムを貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入する。その後、アンモニアガスを含む雰囲気中でＧａＮ自立基板を３００℃以上１２００℃以下の温度で加熱する。当該処理により、貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入されたガリウムが窒化して、貫通ピットおよび／または貫通クラック内にＧａＮ多結晶が形成されると記載されている。なお、貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入された液体状態のガリウムは、表面張力のため貫通ピットおよび／または貫通クラック内に留まると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６２８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、貫通ピットの径は「〜数百μｍ程度」であるため、特許文献１に記載の技術の場合、アンモニアガスが液体状態のＧａに充分に供給されず、表面のみが窒化されると考えられる。すなわち、貫通ピットおよび／または貫通クラック内に埋められた充填材は、ＧａＮ多結晶とガリウムとが混在したものであると考えられる。
【０００７】
このように、特許文献１に記載の技術の場合、貫通ピットおよび／または貫通クラックをＧａＮ多結晶とガリウムとが混在した充填材で埋めることで上記問題（液漏れ、真空吸着の不具合）は解決しているが、貫通ピットおよび／または貫通クラック内に金属が残存することで、新たに金属汚染の問題が発生している。また、充填材が、ＧａＮ多結晶とガリウムとが混在したもの、すなわち、線膨張係数が異なるものが混在したものとなっているので、加熱処理中に充填材が剥がれ落ちる恐れがある。さらに、ガリウムが混在することで機械強度が劣るという不都合が生じ得る。このような新たな問題が発生する特許文献１に記載の技術の場合、依然、自立基板の生産歩留まりは改善されていない。
【０００８】
本発明では、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板の生産歩留まりを改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板と、前記貫通孔の内部に充填され、前記貫通孔を塞ぐ、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板を準備する工程と、前記貫通孔の内部に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材を埋設し、前記貫通孔を塞ぐ工程と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明によれば、基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔の内部に充填材を充填することで貫通孔を塞ぐので、貫通孔を介した液漏れや真空吸着の不具合を解消することができる。また、貫通孔内に充填する充填材は、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるので、金属汚染等の新たな問題が発生することはない。結果、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の生産歩留まりを改善することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板の生産歩留まりを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の平面概略図の一例である。
【図２】本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法に用いる装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体基板の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１に、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の平面概略図を示す。
【００１６】
図示するように、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０は、基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔２０を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板３０と、貫通孔２０の内部に充填され、貫通孔２０を塞ぐ、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材４０と、を有する。
【００１７】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０は、ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板である。ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の製造方法は特段制限されず、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板を製造するあらゆる従来技術を利用することができる。このようなＩＩＩ族窒化物半導体基板３０には、表面から裏面まで貫通する貫通孔２０が１つ以上形成されている。なお、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の平面形状、大きさ等は設計的事項である。
【００１８】
貫通孔２０は、いわゆる貫通ピットおよび／または貫通クラックが該当する。なお、貫通孔２０の数、大きさ、形状、位置等は図１に示すものに限定されない。
【００１９】
充填材４０は、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される。そして、充填材４０は、貫通孔２０の内部に充填され、貫通孔２０を塞ぐ。
【００２０】
ここでの「組成一様」とは、１つの貫通孔２０に埋められていた充填材を全て取り出し、ＳＥＭ−ＥＤＸで観察した際、９５％以上が１つの組成のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されていることをいう。
【００２１】
また、「貫通孔２０を塞ぐ」の意味について説明する。本実施形態では、半導体基板１０上に滴下した液体（例：レジスト液）が貫通孔２０を介して漏れてしまったり、または、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を真空吸着する際に不具合が生じたりする不都合を抑制することを目的として、貫通孔２０を塞ぐ。よって、「貫通孔２０を塞ぐ」とは、半導体基板１０上に滴下した液体が、貫通孔２０を介して裏面に漏れるのを抑制できる構成であってもよい。具体的には、「貫通孔２０を塞ぐ」とは、半導体基板１０をスピンコータ（商品名：ミカサ１Ｈ−ＤＸ２）にて１００Ｐａ以下で真空吸着後、半導体基板１０上にレジスト液（商品名：東京応化ＰＭＥＲ Ｐ−ＨＭ１３００ＰＭ）を滴下し、当該滴下から１２０秒経過後、半導体基板１０の裏面を観察した際、貫通孔２０を介してレジスト液が裏面に到達していない状態にすることであってもよい。
【００２２】
なお、充填材４０は、貫通孔２０を塞ぐように充填されていればよく、その他の充填の仕方は特段制限されない。例えば、充填材４０は、貫通孔２０の内部を完全に埋めるように充填されてもよいし、または、一部のみを埋めるように充填されてもよい。その他、充填材４０は、貫通孔２０の内部のみに存在するよう充填されてもよいし、または、貫通孔２０の内部と外部に跨るように充填されてもよい。例えば、充填材４０は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の第１の面全面または一部に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体で構成された層と、この層と一体に形成され、貫通孔２０の内部に充填された部分と、を含んで構成されてもよい。この例の場合、上記第１の面は、素子形成面とは反対側の面とするのが好ましい。
【００２３】
このような充填材４０は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０を構成するＩＩＩ族窒化物半導体と同じ組成のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されてもよい。このように構成すれば、充填材４０とＩＩＩ族窒化物半導体基板３０との密着性が良好となるので、貫通孔２０を塞ぐという観点で望ましい。
【００２４】
また、充填材４０は、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体および単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体いずれで構成されてもよいが、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるのが望ましい。充填材４０を多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で構成すれば、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体よりも多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体の方が形成し易いので、プロセス安定性に優れるほか、生産速度の点においても優れるので、低コスト化が実現できる。
【００２５】
以上説明した本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０によれば、貫通孔２０を充填材４０で塞ぐことができるので、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上に滴下した液体（例：レジスト液）が貫通孔２０を介して漏れてしまったり、または、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を真空吸着する際に不具合が生じたりする不都合を抑制することができる。
【００２６】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０によれば、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されているので、特許文献１に記載の技術のように、金属汚染等の新たな問題が発生することがない。
【００２７】
すなわち、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板の生産歩留まりを改善することができる。
【００２８】
また、充填材４０を、貫通孔２０の内部と外部（素子形成面と反対側の面）に跨るように充填した場合、貫通孔２０の外部に位置する充填材４０を除去する工程を設けなくて済むので、工程数を減らすことができ、作業効率が向上する。
【００２９】
次に、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０の製造方法の一例について説明する。
【００３０】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０の製造方法は、
（１）基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔２０を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板３０を準備する工程と、
（２）貫通孔２０の内部に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材４０を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ工程と、
を有する。
【００３１】
なお、上記（２）の工程は、以下で説明する第１工程を有してもよい。また、上記（２）の工程は、第１工程に加えて、以下で説明する前処理工程を有してもよい。さらに、上記（２）の工程は、第１工程に加えて、または、第１工程および前処理工程に加えて、以下で説明する第２工程を有してもよい。以下、第１工程、前処理工程、および、第２工程について説明する。
【００３２】
第１工程は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の第１の面上に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成することで、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ工程である。
【００３３】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の第１の面は、素子形成面とは反対側の面とすることができる。第１の面上にＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成する手段としては、気相エピタキシャル成長法、ナトリウムフラックス液相成長法、アモノサーマル成長法、スパッタ法、分子線エピタキシャル成長法、ＭＯＶＰＥ法などを利用することができる。このような手段を用いて第１の面上にＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成すると、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０を形成することができる。
【００３４】
ここで、上記手段により、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が形成されるメカニズムは明らかでない。しかし、本実施形態においては、上記手段により、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が形成される点が重要であり、そのメカニズムは問題とならない。そして、本発明者は、上記手段により、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が形成されることを確認している。
【００３５】
なお、第１の面上にＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成する処理は、４００℃以上８００℃以下の温度条件で行われてもよい。本発明者は、このような温度条件でＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成した場合、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体の層が形成されやすくなるが、ＩＩＩ族窒化物半導体の層の形成速度が速くなることを確認している。すなわち、当該手段を用いることで、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０の生産効率が向上する。
【００３６】
前処理工程は、上記第１工程の前に、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の上記第１の面に対して、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上となるよう表面処理を行う工程である。
【００３７】
前処理工程を有する場合、第１工程では、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上である第１の面上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成することとなる。かかる場合、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体の層が形成されやすくなるが、ＩＩＩ族窒化物半導体の層の形成速度が速くなり、生産効率が向上する。そして、本発明者は、このような手段により第１の面上にＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成した場合においても、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が形成されることを確認している。
【００３８】
なお、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上となるような表面処理の具体的手段としては、例えば、ダイヤモンドやアルミナ、ＳｉＣ等を用いたラップ研磨や、シリカ等を用いたＣＭＰ、または、スライス、サンドブラスト、研削、エッチング等を採用することができる。
【００３９】
第２工程は、第１工程の後に、貫通孔２０内のＩＩＩ族窒化物半導体を残し、ＩＩＩ族窒化物半導体３０の第１の面上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体の層を除去する工程である。
【００４０】
第２工程の具体的手段は特段制限されないが、例えば、ダイヤモンドスラリーを用いたラッピングにより、ＩＩＩ族窒化物半導体３０の第１の面上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体の層を除去してもよい。
【００４１】
以上説明した本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法によれば、貫通孔２０を充填材４０で塞ぐことができるので、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上に滴下した液体（例：レジスト液）が貫通孔２０を介して漏れてしまったり、または、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を真空吸着する際に不具合が生じたりする不都合を抑制することができる。
【００４２】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法によれば、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されているので、特許文献１に記載の技術のように、金属汚染等の新たな問題が発生することがない。
【００４３】
すなわち、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板の生産歩留まりを改善することができる。
【００４４】
また、特許文献１に記載の技術の場合、顕微鏡を使用して貫通ピットおよび／または貫通クラックを有するＧａＮ自立基板の表面を観察しながら液体状態のガリウムを貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入する必要があるため非常に手間である。これに対し、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法は、特許文献１に記載の技術のように、顕微鏡を使用して貫通ピットおよび／または貫通クラックを有するＧａＮ自立基板の表面を観察しながら液体状態のガリウムを貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入する等の作業を行う必要がないため、作業性に優れる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施例に限定されない。
【００４６】
＜実施例１＞
本実施例では、図２に示した構造の装置を用いたＨＶＰＥ法により、ＧａＮ基板に形成された貫通ピットの穴埋めを行った。
【００４７】
＜ＧａＮ基板＞
直径５μｍ以上２ｍｍ以下の貫通ピットが形成されているＧａＮ基板を準備した。ＧａＮ基板は、直径２インチの円形で、（０００１）Ｇａ面および（０００−１）Ｎ面を有する。
【００４８】
＜前処理＞
上記ＧａＮ基板を研磨した。具体的には、まず、セラミック円盤上にワックスを用いてＧａＮ基板を接着保持した。また、片面ラッピング装置に鋳物定盤を取り付け、粒径１０μｍ以上２０μｍ以下のダイヤモンドスラリーを滴下した。
【００４９】
次いで、セラミック円盤上に保持したＧａＮ基板を鋳物定盤上に装填した後、セラミック円盤上へ所定の錘を乗せ、面圧を１００ｇ／ｃｍ２に調整した。そして、鋳物定盤を２０ｒｐｍにて回転させ、１時間研磨を行った。当該処理をＧａ面およびＮ面両方に行い、算術平均粗さＲａ＝０．１μｍ程度の研磨面を得た。
【００５０】
＜充填材の形成＞
次に、高純度ガリウムをＨＶＰＥ装置の石英製Ｇａソースボートの中に充填し、Ｇａソースボートを石英製リアクター内の所定位置に配置した。なお、以下の説明において、ガスの供給量の単位としては、標準状態に換算した単位である「ｓｃｃｍ」を使用する。
【００５１】
次に、上記前処理後のＧａＮ基板をＨＶＰＥ装置のホルダー上に配置し、回転させた。そして、Ｎ２ガスをリアクター内に供給してリアクター内の空気を置換した後、Ｎ２ガスの供給を止め、Ｈ２ガスに切り替え、Ｈ２ガスを１００００ｓｃｃｍでリアクター内に供給した。そして、ヒータによってリアクターを加熱した。ここでの加熱方法は、リアクターの外壁をヒータにより加熱するいわゆるホットウォール法を利用した。
【００５２】
次に、ＧａＮ基板が熱により分解しないよう、リアクター温度が４００℃以上になったら、リアクター内にＮＨ３を２０００ｓｃｃｍで供給した。そして、成長部リアクターの温度が１０５０℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に２００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。
【００５３】
そして、気相成長から１時間後、Ｇａボートに供給していたＨＣｌを停止することで、気相成長を停止させた。また、ヒータを停止し、リアクター内を室温まで冷却した。この時、ＧａＮの分解を抑制するため、成長部リアクター温度が４００℃以下になるまで、２０００ｓｃｃｍでＧａＮ基板上にＮＨ３を供給した。
【００５４】
そして、リアクター温度が１００℃以下になると、Ｈ２ガスの供給を止めるとともに、Ｎ２ガスをリアクター内に供給して、リアクター内のＨ２ガスをＮ２ガスで置換した。この時、Ｎ２ガスを１００００ｓｃｃｍで供給した。
【００５５】
置換完了後、ＧａＮ基板を取り出して観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００５６】
＜後処理＞
次いで、上記貫通ピットが塞がれたＧａＮ基板を研磨した。具体的には、まず、セラミック円盤上にワックスを用いてＧａＮ基板を接着保持した。また、片面ラッピング装置に鋳物定盤を取り付け、粒径１μｍ以上２μｍ以下のダイヤモンドスラリーを滴下した。
【００５７】
次いで、セラミック円盤上に保持したＧａＮ基板を鋳物定盤上に装填した後、セラミック円盤上へ所定の錘を乗せ、面圧を２００ｇ／ｃｍ２に調整した。そして、鋳物定盤を１００ｒｐｍにて回転させ、１時間研磨を行った。当該処理をＧａ面およびＮ面両方に行い、Ｒａ＝０．５ｎｍ程度の研磨面を得た。
【００５８】
上記処理後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００５９】
＜実施例２＞
本実施例では、実施例１の「充填材の形成」工程における、「成長部リアクターの温度が１０５０℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に２００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。」処理を、「成長部リアクターの温度が８００℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に２００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。」処理に変更した点以外は、実施例１と同様にした。
【００６０】
本実施例においても、「充填材の形成」工程の後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００６１】
また、「後処理」工程後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００６２】
＜実施例３＞
本実施例では、実施例１の「充填材の形成」工程における、「Ｈ２ガスを１００００ｓｃｃｍでリアクター内に供給しながら、ヒータによってリアクターを加熱し、リアクター温度が４００℃以上になったら、リアクター内にＮＨ３を２０００ｓｃｃｍで供給した。そして、成長部リアクターの温度が１０５０℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に２００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。」処理を、「Ｈ２ガスを１００００ｓｃｃｍでリアクター内に供給しながら、ヒータによってリアクターを加熱し、リアクター温度が４００℃以上になったら、リアクター内にＮＨ３を１００００ｓｃｃｍで供給した。そして、成長部リアクターの温度が１０５０℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に１５００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。」処理に変更した点以外は、実施例１と同様にした。
【００６３】
本実施例においても、「充填材の形成」工程の後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００６４】
また、「後処理」工程後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００６５】
上記実施例により、本発明によれば、ＧａＮ基板に形成された貫通ピットを、金属汚染等の新たな問題が発生することなく、多結晶ＧａＮで構成された充填材で塞ぐことが可能であることが示された。
【００６６】
すなわち、本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板の生産歩留まりを改善することができる。
【００６７】
ここで、上記実施例ではＧａ面にＧａＮを気相成長させたが、Ｎ面にＧａＮを気相成長させることも可能である。しかし、Ｇａ面にＧａＮを気相成長させた方が、貫通ピット内にＧａＮが充填されやすいことを本発明者は確認している。
【００６８】
なお、本発明者は、ＧａＮ基板に形成された貫通ピットの他、貫通クラックについても同様の作用効果が得られることを確認している。また、ＧａＮ基板以外のＩＩＩ族窒化物半導体基板に形成された貫通ピットおよび貫通クラックについても、同様の作用効果が得られることを確認している。さらに、ＨＶＰＥ法の他、上述の他の手段を用いて、ＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成した場合においても、同様の作用効果が得られることを確認している。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ＩＩＩ族窒化物半導体基板
２０ 貫通孔
３０ ＩＩＩ族窒化物半導体基板
４０ 充填材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板およびＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板およびその製造方法が多く研究されている。ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板の製造方法としては、サファイヤ基板等の異種基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させた後、異種基板を取り除くことで、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板（自立基板）を製造する手段などが知られている。
【０００３】
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板（自立基板）には、例えば異種基板上にエピタキシャル成長させる製造方法等に起因して、自立基板の表面から裏面まで貫通する貫通ピットおよび／または貫通クラックが形成されてしまう場合がある。このような貫通ピットおよび／または貫通クラックを有する自立基板の場合、自立基板上に滴下した液体（例：レジスト液）が貫通ピットおよび／または貫通クラックを介して漏れてしまったり、または、自立基板の真空吸着に不具合が生じたりする。このため、貫通ピットおよび／または貫通クラックを有する自立基板は、素子形成のために使用することができない。しかし、このような自立基板を使用せずに廃棄してしまうと、自立基板を生産する際の歩留まり（以下、「生産歩留まり」という）が低下してしまう。
【０００４】
特許文献１には、上記問題を解決可能な手段として、貫通ピットおよび／または貫通クラック内にＧａＮ多結晶を形成し、貫通ピットおよび／または貫通クラックを埋めて塞ぐ技術が開示されている。そして、貫通ピットおよび／または貫通クラック内にＧａＮ多結晶を形成する手段としては、以下のような手段が記載されている。まず、顕微鏡を使用して貫通ピットおよび／または貫通クラックを有するＧａＮ自立基板の表面を観察しながら、位置決め機構と特殊な吐出ノズルを備えた注入装置を用いて液体状態のガリウムを貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入する。その後、アンモニアガスを含む雰囲気中でＧａＮ自立基板を３００℃以上１２００℃以下の温度で加熱する。当該処理により、貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入されたガリウムが窒化して、貫通ピットおよび／または貫通クラック内にＧａＮ多結晶が形成されると記載されている。なお、貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入された液体状態のガリウムは、表面張力のため貫通ピットおよび／または貫通クラック内に留まると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６２８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、貫通ピットの径は「〜数百μｍ程度」であるため、特許文献１に記載の技術の場合、アンモニアガスが液体状態のＧａに充分に供給されず、表面のみが窒化されると考えられる。すなわち、貫通ピットおよび／または貫通クラック内に埋められた充填材は、ＧａＮ多結晶とガリウムとが混在したものであると考えられる。
【０００７】
このように、特許文献１に記載の技術の場合、貫通ピットおよび／または貫通クラックをＧａＮ多結晶とガリウムとが混在した充填材で埋めることで上記問題（液漏れ、真空吸着の不具合）は解決しているが、貫通ピットおよび／または貫通クラック内に金属が残存することで、新たに金属汚染の問題が発生している。また、充填材が、ＧａＮ多結晶とガリウムとが混在したもの、すなわち、線膨張係数が異なるものが混在したものとなっているので、加熱処理中に充填材が剥がれ落ちる恐れがある。さらに、ガリウムが混在することで機械強度が劣るという不都合が生じ得る。このような新たな問題が発生する特許文献１に記載の技術の場合、依然、自立基板の生産歩留まりは改善されていない。
【０００８】
本発明では、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板の生産歩留まりを改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板と、前記貫通孔の内部に充填され、前記貫通孔を塞ぐ、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板を準備する工程と、前記貫通孔の内部に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材を埋設し、前記貫通孔を塞ぐ工程と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明によれば、基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔の内部に充填材を充填することで貫通孔を塞ぐので、貫通孔を介した液漏れや真空吸着の不具合を解消することができる。また、貫通孔内に充填する充填材は、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるので、金属汚染等の新たな問題が発生することはない。結果、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の生産歩留まりを改善することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板の生産歩留まりを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の平面概略図の一例である。
【図２】本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法に用いる装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体基板の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１に、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の平面概略図を示す。
【００１６】
図示するように、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０は、基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔２０を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板３０と、貫通孔２０の内部に充填され、貫通孔２０を塞ぐ、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材４０と、を有する。
【００１７】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０は、ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板である。ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の製造方法は特段制限されず、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板を製造するあらゆる従来技術を利用することができる。このようなＩＩＩ族窒化物半導体基板３０には、表面から裏面まで貫通する貫通孔２０が１つ以上形成されている。なお、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の平面形状、大きさ等は設計的事項である。
【００１８】
貫通孔２０は、いわゆる貫通ピットおよび／または貫通クラックが該当する。なお、貫通孔２０の数、大きさ、形状、位置等は図１に示すものに限定されない。
【００１９】
充填材４０は、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される。そして、充填材４０は、貫通孔２０の内部に充填され、貫通孔２０を塞ぐ。
【００２０】
ここでの「組成一様」とは、１つの貫通孔２０に埋められていた充填材を全て取り出し、ＳＥＭ−ＥＤＸで観察した際、９５％以上が１つの組成のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されていることをいう。
【００２１】
また、「貫通孔２０を塞ぐ」の意味について説明する。本実施形態では、半導体基板１０上に滴下した液体（例：レジスト液）が貫通孔２０を介して漏れてしまったり、または、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を真空吸着する際に不具合が生じたりする不都合を抑制することを目的として、貫通孔２０を塞ぐ。よって、「貫通孔２０を塞ぐ」とは、半導体基板１０上に滴下した液体が、貫通孔２０を介して裏面に漏れるのを抑制できる構成であってもよい。具体的には、「貫通孔２０を塞ぐ」とは、半導体基板１０をスピンコータ（商品名：ミカサ１Ｈ−ＤＸ２）にて１００Ｐａ以下で真空吸着後、半導体基板１０上にレジスト液（商品名：東京応化ＰＭＥＲ Ｐ−ＨＭ１３００ＰＭ）を滴下し、当該滴下から１２０秒経過後、半導体基板１０の裏面を観察した際、貫通孔２０を介してレジスト液が裏面に到達していない状態にすることであってもよい。
【００２２】
なお、充填材４０は、貫通孔２０を塞ぐように充填されていればよく、その他の充填の仕方は特段制限されない。例えば、充填材４０は、貫通孔２０の内部を完全に埋めるように充填されてもよいし、または、一部のみを埋めるように充填されてもよい。その他、充填材４０は、貫通孔２０の内部のみに存在するよう充填されてもよいし、または、貫通孔２０の内部と外部に跨るように充填されてもよい。例えば、充填材４０は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の第１の面全面または一部に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体で構成された層と、この層と一体に形成され、貫通孔２０の内部に充填された部分と、を含んで構成されてもよい。この例の場合、上記第１の面は、素子形成面とは反対側の面とするのが好ましい。
【００２３】
このような充填材４０は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０を構成するＩＩＩ族窒化物半導体と同じ組成のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されてもよい。このように構成すれば、充填材４０とＩＩＩ族窒化物半導体基板３０との密着性が良好となるので、貫通孔２０を塞ぐという観点で望ましい。
【００２４】
また、充填材４０は、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体および単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体いずれで構成されてもよいが、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるのが望ましい。充填材４０を多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で構成すれば、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体よりも多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体の方が形成し易いので、プロセス安定性に優れるほか、生産速度の点においても優れるので、低コスト化が実現できる。
【００２５】
以上説明した本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０によれば、貫通孔２０を充填材４０で塞ぐことができるので、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上に滴下した液体（例：レジスト液）が貫通孔２０を介して漏れてしまったり、または、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を真空吸着する際に不具合が生じたりする不都合を抑制することができる。
【００２６】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０によれば、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されているので、特許文献１に記載の技術のように、金属汚染等の新たな問題が発生することがない。
【００２７】
すなわち、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板の生産歩留まりを改善することができる。
【００２８】
また、充填材４０を、貫通孔２０の内部と外部（素子形成面と反対側の面）に跨るように充填した場合、貫通孔２０の外部に位置する充填材４０を除去する工程を設けなくて済むので、工程数を減らすことができ、作業効率が向上する。
【００２９】
次に、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０の製造方法の一例について説明する。
【００３０】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板１０の製造方法は、
（１）基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔２０を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板３０を準備する工程と、
（２）貫通孔２０の内部に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材４０を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ工程と、
を有する。
【００３１】
なお、上記（２）の工程は、以下で説明する第１工程を有してもよい。また、上記（２）の工程は、第１工程に加えて、以下で説明する前処理工程を有してもよい。さらに、上記（２）の工程は、第１工程に加えて、または、第１工程および前処理工程に加えて、以下で説明する第２工程を有してもよい。以下、第１工程、前処理工程、および、第２工程について説明する。
【００３２】
第１工程は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の第１の面上に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成することで、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ工程である。
【００３３】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の第１の面は、素子形成面とは反対側の面とすることができる。第１の面上にＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成する手段としては、気相エピタキシャル成長法、ナトリウムフラックス液相成長法、アモノサーマル成長法、スパッタ法、分子線エピタキシャル成長法、ＭＯＶＰＥ法などを利用することができる。このような手段を用いて第１の面上にＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成すると、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０を形成することができる。
【００３４】
ここで、上記手段により、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が形成されるメカニズムは明らかでない。しかし、本実施形態においては、上記手段により、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が形成される点が重要であり、そのメカニズムは問題とならない。そして、本発明者は、上記手段により、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が形成されることを確認している。
【００３５】
なお、第１の面上にＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成する処理は、４００℃以上８００℃以下の温度条件で行われてもよい。本発明者は、このような温度条件でＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成した場合、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体の層が形成されやすくなるが、ＩＩＩ族窒化物半導体の層の形成速度が速くなることを確認している。すなわち、当該手段を用いることで、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０の生産効率が向上する。
【００３６】
前処理工程は、上記第１工程の前に、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３０の上記第１の面に対して、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上となるよう表面処理を行う工程である。
【００３７】
前処理工程を有する場合、第１工程では、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上である第１の面上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成することとなる。かかる場合、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体の層が形成されやすくなるが、ＩＩＩ族窒化物半導体の層の形成速度が速くなり、生産効率が向上する。そして、本発明者は、このような手段により第１の面上にＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成した場合においても、貫通孔２０内の少なくとも一部を埋設し、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が形成されることを確認している。
【００３８】
なお、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上となるような表面処理の具体的手段としては、例えば、ダイヤモンドやアルミナ、ＳｉＣ等を用いたラップ研磨や、シリカ等を用いたＣＭＰ、または、スライス、サンドブラスト、研削、エッチング等を採用することができる。
【００３９】
第２工程は、第１工程の後に、貫通孔２０内のＩＩＩ族窒化物半導体を残し、ＩＩＩ族窒化物半導体３０の第１の面上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体の層を除去する工程である。
【００４０】
第２工程の具体的手段は特段制限されないが、例えば、ダイヤモンドスラリーを用いたラッピングにより、ＩＩＩ族窒化物半導体３０の第１の面上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体の層を除去してもよい。
【００４１】
以上説明した本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法によれば、貫通孔２０を充填材４０で塞ぐことができるので、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上に滴下した液体（例：レジスト液）が貫通孔２０を介して漏れてしまったり、または、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を真空吸着する際に不具合が生じたりする不都合を抑制することができる。
【００４２】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法によれば、貫通孔２０を塞ぐ充填材４０が組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されているので、特許文献１に記載の技術のように、金属汚染等の新たな問題が発生することがない。
【００４３】
すなわち、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板の生産歩留まりを改善することができる。
【００４４】
また、特許文献１に記載の技術の場合、顕微鏡を使用して貫通ピットおよび／または貫通クラックを有するＧａＮ自立基板の表面を観察しながら液体状態のガリウムを貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入する必要があるため非常に手間である。これに対し、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法は、特許文献１に記載の技術のように、顕微鏡を使用して貫通ピットおよび／または貫通クラックを有するＧａＮ自立基板の表面を観察しながら液体状態のガリウムを貫通ピットおよび／または貫通クラック内に注入する等の作業を行う必要がないため、作業性に優れる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施例に限定されない。
【００４６】
＜実施例１＞
本実施例では、図２に示した構造の装置を用いたＨＶＰＥ法により、ＧａＮ基板に形成された貫通ピットの穴埋めを行った。
【００４７】
＜ＧａＮ基板＞
直径５μｍ以上２ｍｍ以下の貫通ピットが形成されているＧａＮ基板を準備した。ＧａＮ基板は、直径２インチの円形で、（０００１）Ｇａ面および（０００−１）Ｎ面を有する。
【００４８】
＜前処理＞
上記ＧａＮ基板を研磨した。具体的には、まず、セラミック円盤上にワックスを用いてＧａＮ基板を接着保持した。また、片面ラッピング装置に鋳物定盤を取り付け、粒径１０μｍ以上２０μｍ以下のダイヤモンドスラリーを滴下した。
【００４９】
次いで、セラミック円盤上に保持したＧａＮ基板を鋳物定盤上に装填した後、セラミック円盤上へ所定の錘を乗せ、面圧を１００ｇ／ｃｍ２に調整した。そして、鋳物定盤を２０ｒｐｍにて回転させ、１時間研磨を行った。当該処理をＧａ面およびＮ面両方に行い、算術平均粗さＲａ＝０．１μｍ程度の研磨面を得た。
【００５０】
＜充填材の形成＞
次に、高純度ガリウムをＨＶＰＥ装置の石英製Ｇａソースボートの中に充填し、Ｇａソースボートを石英製リアクター内の所定位置に配置した。なお、以下の説明において、ガスの供給量の単位としては、標準状態に換算した単位である「ｓｃｃｍ」を使用する。
【００５１】
次に、上記前処理後のＧａＮ基板をＨＶＰＥ装置のホルダー上に配置し、回転させた。そして、Ｎ２ガスをリアクター内に供給してリアクター内の空気を置換した後、Ｎ２ガスの供給を止め、Ｈ２ガスに切り替え、Ｈ２ガスを１００００ｓｃｃｍでリアクター内に供給した。そして、ヒータによってリアクターを加熱した。ここでの加熱方法は、リアクターの外壁をヒータにより加熱するいわゆるホットウォール法を利用した。
【００５２】
次に、ＧａＮ基板が熱により分解しないよう、リアクター温度が４００℃以上になったら、リアクター内にＮＨ３を２０００ｓｃｃｍで供給した。そして、成長部リアクターの温度が１０５０℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に２００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。
【００５３】
そして、気相成長から１時間後、Ｇａボートに供給していたＨＣｌを停止することで、気相成長を停止させた。また、ヒータを停止し、リアクター内を室温まで冷却した。この時、ＧａＮの分解を抑制するため、成長部リアクター温度が４００℃以下になるまで、２０００ｓｃｃｍでＧａＮ基板上にＮＨ３を供給した。
【００５４】
そして、リアクター温度が１００℃以下になると、Ｈ２ガスの供給を止めるとともに、Ｎ２ガスをリアクター内に供給して、リアクター内のＨ２ガスをＮ２ガスで置換した。この時、Ｎ２ガスを１００００ｓｃｃｍで供給した。
【００５５】
置換完了後、ＧａＮ基板を取り出して観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００５６】
＜後処理＞
次いで、上記貫通ピットが塞がれたＧａＮ基板を研磨した。具体的には、まず、セラミック円盤上にワックスを用いてＧａＮ基板を接着保持した。また、片面ラッピング装置に鋳物定盤を取り付け、粒径１μｍ以上２μｍ以下のダイヤモンドスラリーを滴下した。
【００５７】
次いで、セラミック円盤上に保持したＧａＮ基板を鋳物定盤上に装填した後、セラミック円盤上へ所定の錘を乗せ、面圧を２００ｇ／ｃｍ２に調整した。そして、鋳物定盤を１００ｒｐｍにて回転させ、１時間研磨を行った。当該処理をＧａ面およびＮ面両方に行い、Ｒａ＝０．５ｎｍ程度の研磨面を得た。
【００５８】
上記処理後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００５９】
＜実施例２＞
本実施例では、実施例１の「充填材の形成」工程における、「成長部リアクターの温度が１０５０℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に２００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。」処理を、「成長部リアクターの温度が８００℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に２００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。」処理に変更した点以外は、実施例１と同様にした。
【００６０】
本実施例においても、「充填材の形成」工程の後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００６１】
また、「後処理」工程後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００６２】
＜実施例３＞
本実施例では、実施例１の「充填材の形成」工程における、「Ｈ２ガスを１００００ｓｃｃｍでリアクター内に供給しながら、ヒータによってリアクターを加熱し、リアクター温度が４００℃以上になったら、リアクター内にＮＨ３を２０００ｓｃｃｍで供給した。そして、成長部リアクターの温度が１０５０℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に２００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。」処理を、「Ｈ２ガスを１００００ｓｃｃｍでリアクター内に供給しながら、ヒータによってリアクターを加熱し、リアクター温度が４００℃以上になったら、リアクター内にＮＨ３を１００００ｓｃｃｍで供給した。そして、成長部リアクターの温度が１０５０℃、Ｇａソースボートの温度が８００℃に達した後、Ｇａソースボート上に１５００ｓｃｃｍでＨＣｌガスを供給することでＧａＣｌを生成し、これをＧａＮ基板上のＧａ面に供給して、気相成長を開始した。」処理に変更した点以外は、実施例１と同様にした。
【００６３】
本実施例においても、「充填材の形成」工程の後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００６４】
また、「後処理」工程後、ＧａＮ基板を観察すると、貫通ピット内に組成一様の多結晶ＧａＮが充填され、貫通ピットが塞がれていた。
【００６５】
上記実施例により、本発明によれば、ＧａＮ基板に形成された貫通ピットを、金属汚染等の新たな問題が発生することなく、多結晶ＧａＮで構成された充填材で塞ぐことが可能であることが示された。
【００６６】
すなわち、本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される自立基板の生産歩留まりを改善することができる。
【００６７】
ここで、上記実施例ではＧａ面にＧａＮを気相成長させたが、Ｎ面にＧａＮを気相成長させることも可能である。しかし、Ｇａ面にＧａＮを気相成長させた方が、貫通ピット内にＧａＮが充填されやすいことを本発明者は確認している。
【００６８】
なお、本発明者は、ＧａＮ基板に形成された貫通ピットの他、貫通クラックについても同様の作用効果が得られることを確認している。また、ＧａＮ基板以外のＩＩＩ族窒化物半導体基板に形成された貫通ピットおよび貫通クラックについても、同様の作用効果が得られることを確認している。さらに、ＨＶＰＥ法の他、上述の他の手段を用いて、ＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成した場合においても、同様の作用効果が得られることを確認している。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ＩＩＩ族窒化物半導体基板
２０ 貫通孔
３０ ＩＩＩ族窒化物半導体基板
４０ 充填材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板と、
前記貫通孔の内部に充填され、前記貫通孔を塞ぐ、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材と、
を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項２】
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
前記充填材は、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項３】
基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板を準備する工程と、
前記貫通孔の内部に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材を埋設し、前記貫通孔を塞ぐ工程と、
を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記貫通孔を塞ぐ工程は、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板の第１の面上に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成することで、前記貫通孔内の少なくとも一部を埋設し、前記貫通孔を塞ぐ第１工程を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記貫通孔を塞ぐ工程は、
前記第１工程の前に、前記第１の面に対して、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上となるよう表面処理を行う前処理工程、をさらに有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第１工程では、４００℃以上８００℃以下の温度条件でＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記貫通孔を塞ぐ工程は、
前記第１工程の後に、前記貫通孔内の前記ＩＩＩ族窒化物半導体を残し、前記第１の面上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体の層を除去する第２工程をさらに有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１】
基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板と、
前記貫通孔の内部に充填され、前記貫通孔を塞ぐ、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材と、
を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項２】
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
前記充填材は、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項３】
基板の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有するＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））で構成される基板を準備する工程と、
前記貫通孔の内部に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体で構成される充填材を埋設し、前記貫通孔を塞ぐ工程と、
を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記貫通孔を塞ぐ工程は、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体で構成される基板の第１の面上に、組成一様のＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成することで、前記貫通孔内の少なくとも一部を埋設し、前記貫通孔を塞ぐ第１工程を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記貫通孔を塞ぐ工程は、
前記第１工程の前に、前記第１の面に対して、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上となるよう表面処理を行う前処理工程、をさらに有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第１工程では、４００℃以上８００℃以下の温度条件でＩＩＩ族窒化物半導体の層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記貫通孔を塞ぐ工程は、
前記第１工程の後に、前記貫通孔内の前記ＩＩＩ族窒化物半導体を残し、前記第１の面上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体の層を除去する第２工程をさらに有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−５６８００（Ｐ２０１２−５６８００Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２３００（Ｐ２０１０−２０２３００）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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