ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法、及びＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板
【課題】ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の裏面を簡単にかつ均一に粗化することができるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法において、１）ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を研削及び／又は研磨する工程と、２）該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行う裏面処理工程とを含む。これにより、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板はＮ面に多角錐が均一に形成され、その高さもおおよそ揃っており、マクロ的に見るとＮ面が均一に粗化されるので、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板とサセプタと密着度が良好で、温度分布が均一になりやすく、エピタキシャル層を均一に成長させることができる。
【解決手段】ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法において、１）ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を研削及び／又は研磨する工程と、２）該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行う裏面処理工程とを含む。これにより、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板はＮ面に多角錐が均一に形成され、その高さもおおよそ揃っており、マクロ的に見るとＮ面が均一に粗化されるので、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板とサセプタと密着度が良好で、温度分布が均一になりやすく、エピタキシャル層を均一に成長させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として半導体素子の基板として使用されるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法、及びそれを用いて得られるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）をはじめとするＩＩＩ族窒化物結晶は、発光ダイオード及びレーザーダイオード等の発光デバイスや高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）及びヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等の高周波及び高出力の電子デバイスに適用される物質として有用である。このため、結晶性が良くて表面が平坦なＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板を、なるべく個体差を小さくしながら再現性良く製造することが必要とされている。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物結晶は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）あるいはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）といったエピタキシャル成長の手法により、下地基板上に育成される。
一般に、上記の方法で得られたＩＩＩ族窒化物結晶は表面平坦性が悪く、そのままではＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板として用いることはできない。そこで、このようなＩＩＩ族窒化物結晶を基板として加工する場合、通常、基板の表面（ＩＩＩ族原子面）は鏡面研磨される。
【０００４】
ＩＩＩ族窒化物結晶は、異種の下地基板にヘテロエピタキシャル成長させた後に下地基板を剥離して得られるが、剥離したままでは結晶の裏面（Ｎ面）が下地基板のパターンニングによって梨地状に荒れていたり、下地基板の一部が付着していたりすることが多い。また、このようなＩＩＩ族窒化物結晶を用いて得られる基板においては、結晶の反りに起因して平坦でない場合もある。
【０００５】
このため、このような基板をサセプタに載せて基板上にエピタキシャル層を成長させる場合には、基板の温度分布が不均一になり、その結果エピタキシャル層の均一性が低下したり、基板ごとのエピタキシャル層の均一性に関する再現性が悪化したりする。
そのため、基板の裏面（Ｎ面）に関しては、基板上にエピタキシャル層を成長させる際にサセプタから基板に伝わる熱分布を均一化すべく、基板裏面（Ｎ面）の表面粗度を均一にする技術が強く望まれている。
【０００６】
特許文献１では、窒化物半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板の温度分布を均一化するため、基板の裏面を鏡面研磨することを提案している。
特許文献２では、裏面（Ｎ面）を研削（ラップ）後、エッチングする裏面処理工程を行い、裏面（Ｎ面）の算術平均粗さＲａを１μｍ以上、１０μｍ以下にすることを提案している。基板ホルダー表面は算術平均粗さ１０μｍ程度であり、裏面（Ｎ面）を粗面とすることで、基板と基板ホルダーの密着度を良くできるとしている。
【０００７】
特許文献３では、結晶成長させる面の粗さＲａ（Ｃ）が１０ｎｍ以下であり、前記結晶成長させる面の反対側の裏面の粗さＲａ（Ｒ）が０．５μｍ以上１０μｍ以下であり、前記面粗さＲａ（Ｃ）に対する前記面粗さＲａ（Ｒ）の比Ｒａ（Ｒ）／Ｒａ（Ｃ）が５０以上であるＧａＮ結晶基板が、その上に成長させる半導体層のモフォロジーを低下させることなく、基板の表裏を目視で容易に識別することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２６３６０９号公報
【特許文献２】特開２００７−１５３７１２号公報
【特許文献３】特開２００７−２９７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のような方法では、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板とサセプタとの密着度が悪く温度分布が不均一になりやすい他、表面と裏面の両方が鏡面研磨されているために表裏の区別がつきにくいという問題がある。
特許文献２のような方法では、研削（ラップ）後エッチングしても、基板全面を均一に粗化できずに鏡面の領域が多くなる場合があるので、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板とサセプタとの密着度が悪く、温度分布が不均一になりやすい。これにより、エピタキシャル層の均一性に関する再現性が得られずに個体差が大きいという問題がある。
【００１０】
特許文献３については、基板の裏面の粗化方法について具体的な規定はないが、実施例中で研削加工により粗くしている。この場合、裏面の研削歪のために基板裏面が凸形状になるように反る。このような基板上にエピタキシャル層を成長させる際に、基板とサセプタは点接触になり基板全体に熱が伝わりにくい他、基板姿勢が不安定になることや、原料ガスが裏面に回りこむこと、等といった問題がある。さらに、裏面をエッチングにより凹凸形状にする実施例の記載もあるが、基板全面を均一に粗化できずに鏡面の領域が多くなる場合があるので、特許文献２と同様に均一性に関する再現性が得られずに個体差が大きいという問題がある。
【００１１】
裏面を確実に凹凸形状とする手段としてフォトリソグラフィによるパターン形成も考えられるが、露光や現像が必要になり工程が複雑で装置も高価であるため、簡単にバッチ処理でエッチングできる方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記の課題に鑑みＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の裏面を簡単にかつ均一に粗化することができる製造方法につき鋭意検討を行った。その結果、Ｎ面を研削及び／又は研磨し、該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行うことで上記課題を解決できることを見出し、以下の本発明を提供するに至った。
すなわち本発明の要旨は、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法において、
１）ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を研削及び／又は研磨する工程と、
２）該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行う裏面処理工程
とを含むＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
【００１３】
また本発明は、前記工程２）において、有機溶剤と不揮発性有機物とを含む組成物にＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を接触させて不揮発性有機物を付着させる、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
また本発明は、前記不揮発性有機物が高分子化合物である、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
【００１４】
また本発明は、前記高分子化合物がラテックスゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート及びワックスから選ばれる１以上の高分子化合物である、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
また本発明は、前記有機溶剤がアセトン及び／又はアルコールである、前記ＩＩＩ族窒
化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
【００１５】
さらに本発明は、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法により得られた、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板にも関する。
また本発明は、Ｎ面の十点平均粗さＲｚが１μｍ以上１３μｍ以下である、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板に関する。
また本発明の別の要旨は、Ｎ面の十点平均粗さＲｚが１μｍ以上１３μｍ以下である、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板に関する。
【００１６】
また本発明は、Ｎ面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上５μｍ以下である、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板に関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面を簡単にかつ均一に粗化することができる。これにより、得られるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板を用いた窒化物半導体素子の良品歩留率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＧａＮ結晶のＮ面を本発明の方法にてエッチング後に、真上から６０°傾けてＳＥＭ観察した像である。
【図２】ＧａＮ結晶のＮ面を本発明の方法にてエッチング後に、真上からＳＥＭ観察した像である。
【図３】ＧａＮ結晶のＮ面を本発明の方法にてエッチング後に真上からマイクロスコープで観察した像である。
【図４】本発明の実施の形態に係る、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造工程の一例の概略を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。
（結晶、基板）
本発明の方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶（以下、単に結晶と称することがある）とはＩＩＩ族窒化物からなる結晶を意味し、例えばＧａｘＡｌｙＩｎ１―ｘ―ｙＮ結晶（式中、０＜ｘ≦１）等をいう。
【００２０】
特に、半導体素子を形成するために、エピタキシャル層を形成する面を有する結晶をＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板（以下、単に基板と称することがある）という。一般に、アズグロウン結晶からスライス・研削・研磨・化学機械的研磨などの加工を実施して基板を得るが、本発明において加工途中の結晶は基板とは言わず結晶と呼ぶこととする。
（研削、研磨）
本発明において、研削とはダイヤモンド砥粒や炭化珪素砥粒などを結合剤で固定した固定砥粒を用いた加工をいう。また、研磨とは、遊離砥粒を利用した加工である機械研磨、化学機械的研磨を総称して研磨と呼ぶことにする。
【００２１】
（プレート）
本発明の方法においてプレートとは、研削あるいは研磨時に結晶を装置に取付けるために、結晶を貼り付けるプレートのことである。結晶を貼り付けるプレート面は、研削・研磨後に均一な厚みの基板を得るために、平坦なものが好ましい。
（平坦化）
本発明の方法において、平坦化とはプレートに貼り付けた結晶の表裏面を研削・研磨し
、これによって平坦な面を得る加工をいう。
【００２２】
（粗化）
本発明において粗化とは、ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面をエッチングし、多角錐形状が連なる面を得ることをいう。エッチング方法としてはウエットエッチングが好ましく、中でもアルカリ液でエッチングすることがより好ましい。
例えば、窒化ガリウムのＮ面を均一に粗化した面を電子顕微鏡で真上から６０度傾けて観察すると多角錐の形状をした突起が形成されることが分かる（図１）。真上から電子顕微鏡観察すると、多角錐は主に六角錐からなるが、円錐に近い場合もあり、隣り合う多角錐の距離が短いと、複雑な形状となる場合もある（図２）。本明細書では、上記のような様々な形状のものを含めて全て多角錘と総称し、これら多角錘の頂点の数が多角錘の数と一致するものと仮定した。
【００２３】
多角錐は顕微鏡やマイクロスコープでも観察可能（図３）であり、本発明ではマイクロスコープにて倍率１０００倍で観察し、一定範囲の多角錐の頂点の個数を数えて多角錘密度を算出した。
（均一な粗化）
Ｎ面をエッチングして多角錐を形成した場合、前述した本発明の多角錘密度の評価方法では多角錐密度が１．０×１０６個／ｃｍ２以上であると均一に粗化しているといえる。粗化の均一／不均一状態は目視観察でも可能であり、多角錐密度が大きいと目視観察で基板が白濁した状態になり、密度が小さいと基板が透明になる。
【００２４】
以下、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造工程の一例として図４に従って説明をするが、本発明はこの方法に限定されるものではなく、
１）ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を研削及び／又は研磨する工程と、
２）該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行う裏面処理工程
を含んでいればよい。よって、例えばＮ面の研削及び／又は研磨とＩＩＩ族原子面の研削及び／又は研磨の工程は、順不同であり、これらを交互に行ってもよい。また、例えば上記１）、２）の工程やその他の工程が同時に行われてもよい。
【００２５】
これらの製造方法によって得られるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板は、均一に粗化されたＮ面を有し、半導体素子を形成する際に優れたエピタキシャル層を容易に形成することが可能となる。
［１．Ｎ面の研削及び／又は研磨］
Ｎ面の研削及び／又は研磨の方法は特に限定されないが、例えば以下のような方法が挙げられる。
【００２６】
先ず、ＩＩＩ族窒化物結晶のＩＩＩ族原子面をワックスや両面接着性フィルムでプレートに貼り付け、結晶のＮ面を研削及び／又は研磨して平坦化する。次に、プレートから取り外し、結晶の表面に付着したワックスを除去する。除去は除去剤を含ませたワイパーで拭き取ることで実施しても良いし、結晶を除去剤に浸して洗い流してもよい。
プレートに貼り付けずに結晶を研削及び／又は研磨できる場合は、プレートに貼り付けなくても良いが、ＩＩＩ族窒化物結晶がＧａＮ結晶の場合、研削及び／又は研磨中の歪みで割れやすいため、プレートに貼付けてから自動研削盤あるいはラッピングマシンで平坦化することが好ましい。
【００２７】
［２．Ｎ面の不揮発性有機物付着］
本発明では、結晶の裏面であるＮ面を研削及び／又は研磨した後に、不揮発性有機物を付着させてからエッチングを行う一連の工程を裏面処理工程とし、これを行うことによって、得られるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面を簡単にかつ均一に粗化することがで
きる。これは、Ｎ面表面に不揮発有機物が付着すると、不揮発性有機物が密に、あるいは厚く付着した部分とそうではない部分でエッチング速度に差が生じて、結果として異方性エッチングが促進されると推察される。これにより、Ｎ面の表面に均一に多角錐が形成されるのではないかと考えられる。
【００２８】
ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面に対する不揮発性有機物の付着方法としては、特に限定されず、好ましくは不揮発性有機物の付着部分がＮ面表面上で均一に分散するような方法で付着することである。具体的には、結晶を加熱して高分子化合物を付着させた後、有機溶剤と接触させる方法や、有機溶剤と不揮発性有機物を含む組成物に結晶のＮ面を接触させる方法などが挙げられるが、中でも後者の方法が好ましい。後者の方法の場合、有機溶剤中に不揮発性有機物が均一に分散していることが好ましいと考えられる。
【００２９】
例えば有機溶剤としては、イソプロピルアルコールなどのアルコールや、アセトンなどが挙げられる。有機溶剤は１種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。
また、不揮発性有機物として高分子化合物が好ましく、例えばラテックスゴム、ポリスチレン、ポリカーボネートや、市販のワックスなどが挙げられる。不揮発性有機物は１種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。
【００３０】
有機溶剤と不揮発性有機物の組み合わせとしては不揮発性有機物が有機溶剤に溶解あるいは分散する組み合わせであれば何でも良いが、イソプロピルアルコールとワックス、アセトンとワックス、アセトンとポリスチレン、アセトンとポリカーボネート、アセトンとラテックスゴム等が好ましい例として挙げられる。これらの組み合わせであると、有機溶剤中に不揮発性有機物が均一に溶解あるいは分散していると考えられるため、好ましい。
さらに、不揮発性有機物付着後、該不揮発性有機物付着が完全に除去されない範囲でＮ面と水や有機溶剤が接触するような工程を実施してもよいし、別の不揮発性有機物付着工程があっても良い。
【００３１】
［３．Ｎ面のエッチング工程］
エッチングはガスエッチングやウエットエッチングなどが挙げられるが、中でもウェットエッチングが好ましく、エッチング液としてはＮａＯＨ水溶液やＫＯＨ水溶液が好ましい。エッチングは、温度を上げるほど、又は時間を長時間にするほどエッチング後の表面粗度が変化するが、エッチング温度に合わせてエッチング時間を変化させることで表面粗度は適宜調整可能である。
【００３２】
［４．ＩＩＩ族原子面の研削及び／又は研磨］
ＩＩＩ族原子面の研削及び／又は研磨は、当業者に知られる方法であればよく特に限定されないが、例えば以下のような方法が挙げられる。
ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面側をプレートに対向するように貼り付け、結晶のＩＩＩ族原子面を研削及び／又は研磨する。ＩＩＩ族原子面の研磨工程では、砥粒径を段階的に小さくして機械研磨し、最終的に化学機械的研磨を実施して研削歪や研磨歪を除去することが好ましい。次に、プレートから取り外し、結晶の表面に付着したワックスを除去してＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板を得る。
【００３３】
ＩＩＩ族窒化物結晶がＧａＮ結晶の場合、機械的研磨はダイヤモンド砥粒を用いるのが好ましく、化学機械的研磨はコロイダルシリカ砥粒を混入した酸性スラリーを用いるのが好ましい。
【００３４】
＜ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の特徴＞
上述した本発明の製造方法により、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板を得られる。
本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板は、Ｎ面に多角錐が均一に形成され、その高さ
もおおよそ揃っていることを特徴とする。これは、マクロ的に見るとＮ面が均一に祖化されていると言え、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板とサセプタと密着度が良好で、温度分布が均一になりやすい。これにより、エピタキシャル層を均一に成長させることが出来、さらには均一性に関する再現性が高く個体差が少ないので好ましい。
【００３５】
ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の表面粗度は、具体的には、触針式粗さ試験機等で測定することができる算術平均粗さＲａ及び十点平均粗さＲｚなどで評価する。
算術平均粗さＲａとは、平均線からの絶対値偏差の平均値を示し、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面では０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．５μｍ以上である。
【００３６】
十点平均粗さＲｚとは、基準長さ毎の山頂の高い方から５点、谷底の低い方から５点を選びその平均の高さを示し、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面では１μｍ以上１３μｍ以下が好ましい。より好ましくは１μｍ以上であって、１０μｍ以下である。
本発明の製造方法により、ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面に多角錐が均一に形成され、上記表面粗度の範囲内となる基板を得ることができる。
【００３７】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面に多角錐が均一に形成されている指標として、多角錘密度が挙げられ、１．０×１０６個／ｃｍ２以上であることが好ましく、より好ましくは２．０×１０６個／ｃｍ２以上である。
本発明の製造方法では、概算密度１．０×１０６個／ｃｍ２以上の多角錐を形成することができる。
また、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板は、目視にて観察した場合に外観が白濁していることが好ましい。本発明の製造方法では、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面全体が白濁した基板を得ることができる。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００３９】
＜評価方法＞
［１］算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ
算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚは、ＪＩＳ０６０１（１９９４年版）に従って、触針式粗さ試験機 ＳＵＲＦＣＯＭ１３０Ａ、及びピックアップ Ｅ−ＤＴ−ＳＥ１９Ａ（共に東京精密社製）を用いて測定した。測定条件は、測定長さ３ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／秒、カットオフ値０．８ｍｍとした。
【００４０】
［２］多角錘密度
Ｎ面の多角錐形成状況は、キーエンス社製 マイクロスコープ（ＣＣＤカメラ ＶＨ−Ｚ１００Ｒ、モニタ ＶＨＸ−９００）により観察を行った。
多角錐密度の概算は、マイクロスコープ 倍率１０００倍で観察を実施し、マイクロスコープで見える範囲内での多角錐の個数をカウントして、１ｃｍ２あたりの多角錘の個数を算出した。このとき、多角錐が密に発生している場合は２５μｍ×５０μｍ以上の面積内カウントを行い、多角錐があまり発生していない場合は１００μｍ×１００μｍ以上の面積内でカウントを行った。カウントエリアは、表１に示すとおりである。
【００４１】
［３］外観
得られたＧａＮ結晶半導体基板を目視にて観察し、外観が白濁しているか透明であるかを評価した。
＜実施例１＞
以下で説明する（１）〜（１３）の手順により、窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶を加工し、Ｎ面が均一に粗化された基板を得た。
【００４２】
［１．Ｎ面の研削及び／又は研磨工程］
（１）外径２インチ以上で厚み２ｍｍのＧａＮ結晶の外周部を、ビトリファイド砥石を用いて研削し、外径を２インチにした。
（２）日化精工社製 シフトワックス６７９を用い、ＧａＮ結晶のＧａ面側がセラミックスプレートと接触するように貼付けた。
（３）ビトリファイド砥石（＃２０００）を用いて、ＧａＮ結晶のＮ面側の全面が平坦になるまで研削し、純水で流水洗浄した。
（４）ＧａＮ結晶をプレートから取り外し、アルコールを染込ませたワイパーでＧａ面側を拭き、Ｇａ面側のワックスを除去した。この際、Ｎ面側の汚染防止のため、Ｎ面側をワイパーや手で接触しないように十分に注意して行った。
【００４３】
［２．Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］
（５）ビーカーに有機溶剤としてアセトンを入れ、高分子化合物としてラテックスゴムを入れて攪拌し、そこへＧａＮ結晶を３０分間浸した。
（６）ＧａＮ結晶をビーカーから取出し、ＧａＮ結晶に残っているアセトンを常温にて自然乾燥で揮発させた。
【００４４】
［３．Ｎ面のエッチング工程］
（７）１２０℃に加熱された４７重量％ＫＯＨ水溶液に、ＧａＮ結晶を１０分間浸し、Ｎ面のエッチングを行った。
（８）ＫＯＨ水溶液からＧａＮ結晶を取り出し、純水で洗浄した。
【００４５】
［４．Ｇａ面の研削及び／又は研磨工程］
（９）ワックスを用い、ＧａＮ結晶のＮ面側がセラミックスプレートと接触するように貼付けた。
（１０）ビトリファイド砥石（＃２０００）を用いて、ＧａＮ結晶のＧａ面側の全面が平坦になるまで研削した。
（１１）ダイヤモンドスラリーを用いて、Ｇａ面側の全面が平坦になるまで研磨した。
（１２）コロイダルシリカスラリーを用いて、Ｇａ面側の全面を化学機械的研磨した。
（１３）ＧａＮ結晶をプレートから取り外し、ＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、マイクロスコープ観察でＮ面が均一に粗化されていることを確認し、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００４６】
＜実施例２＞
実施例１において、［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］（５）の有機溶剤をイソプロピルアルコール、高分子化合物を日化精工社製 シフトワックス６７９とした他は、実施例１と同様にして基板の製作を行った。
その結果、Ｎ面が均一に粗化されたＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００４７】
＜実施例３＞
実施例１において、［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］（５）の有機溶剤をアセ
トン、高分子化合物をポリカーボネートとした他は、実施例１と同様にして基板の製作を行った。
その結果、Ｎ面が均一に粗化されたＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００４８】
＜実施例４＞
実施例１において、［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］（５）の有機溶剤をアセトン、高分子化合物をポリスチレンとした他は、実施例１と同様にして基板の製作を行った。
その結果、Ｎ面が均一に粗化されたＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００４９】
＜比較例１＞
実施例１において、［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］を実施しなかった他は、実施例１と同様にして基板の製作を行った。
その結果、得られたＧａＮ結晶半導体基板は、目視観察で基板が透明であり、マイクロスコープ観察でＮ面の粗化状態が不均一であって、多角錐密度が小さいことを確認した。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００５０】
＜実施例５＞
以下で説明する手順（１４）〜（１９）により、ＧａＮ結晶を加工し、Ｎ面が均一に粗化された基板を得た。
［１．Ｎ面の研削及び／又は研磨工程］
（１４）外径２インチ以上で厚み２ｍｍのＧａＮ結晶の外周部をビトリファイド砥石を用いて研削し、外径を２インチにした。
（１５）ワックスを用い、ＧａＮ結晶のＧａ面側がセラミックスプレートと接触するように貼付けた。
（１６）ビトリファイド砥石（＃２０００）を用いて、ＧａＮ結晶のＮ面側の全面が平坦になるまで研削し、純水で流水洗浄した。
（１７）ダイヤモンドスラリーでＮ面を研磨後、コロイダルシリカでさらに研磨を実施し、純水で流水洗浄を行った。
（１８）ＧａＮ結晶をプレートから取り外し、アルコールを染込ませたワイパーでＧａ面側を拭き、Ｇａ面側のワックスを除去した。この際、Ｎ面側の汚染防止のため、Ｎ面側をワイパーや手で接触しないように十分に注意して行った。
（１９）以下、実施例１の（５）〜（１３）と同一の処理を行って基板の製作を行った。
【００５１】
その結果、Ｎ面が均一に粗化されたＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００５２】
＜比較例２＞
実施例５の［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］を実施しなかった他は、実施例５と同様にして基板の製作を行った。
その結果、得られたＧａＮ結晶半導体基板は、目視観察で基板が透明であり、マイクロスコープ観察でＮ面の粗化状態が不均一であって、多角錐密度が小さいことを確認した。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００５３】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明にかかる製造方法により製造されるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板は、発光素子（発光ダイオード、レーザーダイオードなど）、電子デバイス（整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタまたはＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；高電子移動度トランジスタ）など）、半導体センサ（温度センサ、圧力センサ、放射センサまたは可視−紫外光検出器など）、ＳＡＷデバイス（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ；表面弾性波素子）、加速度センサ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）部品、圧電振動子、共振器または圧電アクチュエータなどに好適に利用され得る。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として半導体素子の基板として使用されるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法、及びそれを用いて得られるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）をはじめとするＩＩＩ族窒化物結晶は、発光ダイオード及びレーザーダイオード等の発光デバイスや高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）及びヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等の高周波及び高出力の電子デバイスに適用される物質として有用である。このため、結晶性が良くて表面が平坦なＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板を、なるべく個体差を小さくしながら再現性良く製造することが必要とされている。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物結晶は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）あるいはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）といったエピタキシャル成長の手法により、下地基板上に育成される。
一般に、上記の方法で得られたＩＩＩ族窒化物結晶は表面平坦性が悪く、そのままではＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板として用いることはできない。そこで、このようなＩＩＩ族窒化物結晶を基板として加工する場合、通常、基板の表面（ＩＩＩ族原子面）は鏡面研磨される。
【０００４】
ＩＩＩ族窒化物結晶は、異種の下地基板にヘテロエピタキシャル成長させた後に下地基板を剥離して得られるが、剥離したままでは結晶の裏面（Ｎ面）が下地基板のパターンニングによって梨地状に荒れていたり、下地基板の一部が付着していたりすることが多い。また、このようなＩＩＩ族窒化物結晶を用いて得られる基板においては、結晶の反りに起因して平坦でない場合もある。
【０００５】
このため、このような基板をサセプタに載せて基板上にエピタキシャル層を成長させる場合には、基板の温度分布が不均一になり、その結果エピタキシャル層の均一性が低下したり、基板ごとのエピタキシャル層の均一性に関する再現性が悪化したりする。
そのため、基板の裏面（Ｎ面）に関しては、基板上にエピタキシャル層を成長させる際にサセプタから基板に伝わる熱分布を均一化すべく、基板裏面（Ｎ面）の表面粗度を均一にする技術が強く望まれている。
【０００６】
特許文献１では、窒化物半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板の温度分布を均一化するため、基板の裏面を鏡面研磨することを提案している。
特許文献２では、裏面（Ｎ面）を研削（ラップ）後、エッチングする裏面処理工程を行い、裏面（Ｎ面）の算術平均粗さＲａを１μｍ以上、１０μｍ以下にすることを提案している。基板ホルダー表面は算術平均粗さ１０μｍ程度であり、裏面（Ｎ面）を粗面とすることで、基板と基板ホルダーの密着度を良くできるとしている。
【０００７】
特許文献３では、結晶成長させる面の粗さＲａ（Ｃ）が１０ｎｍ以下であり、前記結晶成長させる面の反対側の裏面の粗さＲａ（Ｒ）が０．５μｍ以上１０μｍ以下であり、前記面粗さＲａ（Ｃ）に対する前記面粗さＲａ（Ｒ）の比Ｒａ（Ｒ）／Ｒａ（Ｃ）が５０以上であるＧａＮ結晶基板が、その上に成長させる半導体層のモフォロジーを低下させることなく、基板の表裏を目視で容易に識別することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２６３６０９号公報
【特許文献２】特開２００７−１５３７１２号公報
【特許文献３】特開２００７−２９７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のような方法では、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板とサセプタとの密着度が悪く温度分布が不均一になりやすい他、表面と裏面の両方が鏡面研磨されているために表裏の区別がつきにくいという問題がある。
特許文献２のような方法では、研削（ラップ）後エッチングしても、基板全面を均一に粗化できずに鏡面の領域が多くなる場合があるので、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板とサセプタとの密着度が悪く、温度分布が不均一になりやすい。これにより、エピタキシャル層の均一性に関する再現性が得られずに個体差が大きいという問題がある。
【００１０】
特許文献３については、基板の裏面の粗化方法について具体的な規定はないが、実施例中で研削加工により粗くしている。この場合、裏面の研削歪のために基板裏面が凸形状になるように反る。このような基板上にエピタキシャル層を成長させる際に、基板とサセプタは点接触になり基板全体に熱が伝わりにくい他、基板姿勢が不安定になることや、原料ガスが裏面に回りこむこと、等といった問題がある。さらに、裏面をエッチングにより凹凸形状にする実施例の記載もあるが、基板全面を均一に粗化できずに鏡面の領域が多くなる場合があるので、特許文献２と同様に均一性に関する再現性が得られずに個体差が大きいという問題がある。
【００１１】
裏面を確実に凹凸形状とする手段としてフォトリソグラフィによるパターン形成も考えられるが、露光や現像が必要になり工程が複雑で装置も高価であるため、簡単にバッチ処理でエッチングできる方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記の課題に鑑みＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の裏面を簡単にかつ均一に粗化することができる製造方法につき鋭意検討を行った。その結果、Ｎ面を研削及び／又は研磨し、該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行うことで上記課題を解決できることを見出し、以下の本発明を提供するに至った。
すなわち本発明の要旨は、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法において、
１）ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を研削及び／又は研磨する工程と、
２）該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行う裏面処理工程
とを含むＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
【００１３】
また本発明は、前記工程２）において、有機溶剤と不揮発性有機物とを含む組成物にＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を接触させて不揮発性有機物を付着させる、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
また本発明は、前記不揮発性有機物が高分子化合物である、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
【００１４】
また本発明は、前記高分子化合物がラテックスゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート及びワックスから選ばれる１以上の高分子化合物である、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
また本発明は、前記有機溶剤がアセトン及び／又はアルコールである、前記ＩＩＩ族窒
化物結晶半導体基板の製造方法に関する。
【００１５】
さらに本発明は、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法により得られた、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板にも関する。
また本発明は、Ｎ面の十点平均粗さＲｚが１μｍ以上１３μｍ以下である、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板に関する。
また本発明の別の要旨は、Ｎ面の十点平均粗さＲｚが１μｍ以上１３μｍ以下である、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板に関する。
【００１６】
また本発明は、Ｎ面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上５μｍ以下である、前記ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板に関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面を簡単にかつ均一に粗化することができる。これにより、得られるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板を用いた窒化物半導体素子の良品歩留率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＧａＮ結晶のＮ面を本発明の方法にてエッチング後に、真上から６０°傾けてＳＥＭ観察した像である。
【図２】ＧａＮ結晶のＮ面を本発明の方法にてエッチング後に、真上からＳＥＭ観察した像である。
【図３】ＧａＮ結晶のＮ面を本発明の方法にてエッチング後に真上からマイクロスコープで観察した像である。
【図４】本発明の実施の形態に係る、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造工程の一例の概略を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。
（結晶、基板）
本発明の方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶（以下、単に結晶と称することがある）とはＩＩＩ族窒化物からなる結晶を意味し、例えばＧａｘＡｌｙＩｎ１―ｘ―ｙＮ結晶（式中、０＜ｘ≦１）等をいう。
【００２０】
特に、半導体素子を形成するために、エピタキシャル層を形成する面を有する結晶をＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板（以下、単に基板と称することがある）という。一般に、アズグロウン結晶からスライス・研削・研磨・化学機械的研磨などの加工を実施して基板を得るが、本発明において加工途中の結晶は基板とは言わず結晶と呼ぶこととする。
（研削、研磨）
本発明において、研削とはダイヤモンド砥粒や炭化珪素砥粒などを結合剤で固定した固定砥粒を用いた加工をいう。また、研磨とは、遊離砥粒を利用した加工である機械研磨、化学機械的研磨を総称して研磨と呼ぶことにする。
【００２１】
（プレート）
本発明の方法においてプレートとは、研削あるいは研磨時に結晶を装置に取付けるために、結晶を貼り付けるプレートのことである。結晶を貼り付けるプレート面は、研削・研磨後に均一な厚みの基板を得るために、平坦なものが好ましい。
（平坦化）
本発明の方法において、平坦化とはプレートに貼り付けた結晶の表裏面を研削・研磨し
、これによって平坦な面を得る加工をいう。
【００２２】
（粗化）
本発明において粗化とは、ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面をエッチングし、多角錐形状が連なる面を得ることをいう。エッチング方法としてはウエットエッチングが好ましく、中でもアルカリ液でエッチングすることがより好ましい。
例えば、窒化ガリウムのＮ面を均一に粗化した面を電子顕微鏡で真上から６０度傾けて観察すると多角錐の形状をした突起が形成されることが分かる（図１）。真上から電子顕微鏡観察すると、多角錐は主に六角錐からなるが、円錐に近い場合もあり、隣り合う多角錐の距離が短いと、複雑な形状となる場合もある（図２）。本明細書では、上記のような様々な形状のものを含めて全て多角錘と総称し、これら多角錘の頂点の数が多角錘の数と一致するものと仮定した。
【００２３】
多角錐は顕微鏡やマイクロスコープでも観察可能（図３）であり、本発明ではマイクロスコープにて倍率１０００倍で観察し、一定範囲の多角錐の頂点の個数を数えて多角錘密度を算出した。
（均一な粗化）
Ｎ面をエッチングして多角錐を形成した場合、前述した本発明の多角錘密度の評価方法では多角錐密度が１．０×１０６個／ｃｍ２以上であると均一に粗化しているといえる。粗化の均一／不均一状態は目視観察でも可能であり、多角錐密度が大きいと目視観察で基板が白濁した状態になり、密度が小さいと基板が透明になる。
【００２４】
以下、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造工程の一例として図４に従って説明をするが、本発明はこの方法に限定されるものではなく、
１）ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を研削及び／又は研磨する工程と、
２）該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行う裏面処理工程
を含んでいればよい。よって、例えばＮ面の研削及び／又は研磨とＩＩＩ族原子面の研削及び／又は研磨の工程は、順不同であり、これらを交互に行ってもよい。また、例えば上記１）、２）の工程やその他の工程が同時に行われてもよい。
【００２５】
これらの製造方法によって得られるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板は、均一に粗化されたＮ面を有し、半導体素子を形成する際に優れたエピタキシャル層を容易に形成することが可能となる。
［１．Ｎ面の研削及び／又は研磨］
Ｎ面の研削及び／又は研磨の方法は特に限定されないが、例えば以下のような方法が挙げられる。
【００２６】
先ず、ＩＩＩ族窒化物結晶のＩＩＩ族原子面をワックスや両面接着性フィルムでプレートに貼り付け、結晶のＮ面を研削及び／又は研磨して平坦化する。次に、プレートから取り外し、結晶の表面に付着したワックスを除去する。除去は除去剤を含ませたワイパーで拭き取ることで実施しても良いし、結晶を除去剤に浸して洗い流してもよい。
プレートに貼り付けずに結晶を研削及び／又は研磨できる場合は、プレートに貼り付けなくても良いが、ＩＩＩ族窒化物結晶がＧａＮ結晶の場合、研削及び／又は研磨中の歪みで割れやすいため、プレートに貼付けてから自動研削盤あるいはラッピングマシンで平坦化することが好ましい。
【００２７】
［２．Ｎ面の不揮発性有機物付着］
本発明では、結晶の裏面であるＮ面を研削及び／又は研磨した後に、不揮発性有機物を付着させてからエッチングを行う一連の工程を裏面処理工程とし、これを行うことによって、得られるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面を簡単にかつ均一に粗化することがで
きる。これは、Ｎ面表面に不揮発有機物が付着すると、不揮発性有機物が密に、あるいは厚く付着した部分とそうではない部分でエッチング速度に差が生じて、結果として異方性エッチングが促進されると推察される。これにより、Ｎ面の表面に均一に多角錐が形成されるのではないかと考えられる。
【００２８】
ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面に対する不揮発性有機物の付着方法としては、特に限定されず、好ましくは不揮発性有機物の付着部分がＮ面表面上で均一に分散するような方法で付着することである。具体的には、結晶を加熱して高分子化合物を付着させた後、有機溶剤と接触させる方法や、有機溶剤と不揮発性有機物を含む組成物に結晶のＮ面を接触させる方法などが挙げられるが、中でも後者の方法が好ましい。後者の方法の場合、有機溶剤中に不揮発性有機物が均一に分散していることが好ましいと考えられる。
【００２９】
例えば有機溶剤としては、イソプロピルアルコールなどのアルコールや、アセトンなどが挙げられる。有機溶剤は１種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。
また、不揮発性有機物として高分子化合物が好ましく、例えばラテックスゴム、ポリスチレン、ポリカーボネートや、市販のワックスなどが挙げられる。不揮発性有機物は１種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。
【００３０】
有機溶剤と不揮発性有機物の組み合わせとしては不揮発性有機物が有機溶剤に溶解あるいは分散する組み合わせであれば何でも良いが、イソプロピルアルコールとワックス、アセトンとワックス、アセトンとポリスチレン、アセトンとポリカーボネート、アセトンとラテックスゴム等が好ましい例として挙げられる。これらの組み合わせであると、有機溶剤中に不揮発性有機物が均一に溶解あるいは分散していると考えられるため、好ましい。
さらに、不揮発性有機物付着後、該不揮発性有機物付着が完全に除去されない範囲でＮ面と水や有機溶剤が接触するような工程を実施してもよいし、別の不揮発性有機物付着工程があっても良い。
【００３１】
［３．Ｎ面のエッチング工程］
エッチングはガスエッチングやウエットエッチングなどが挙げられるが、中でもウェットエッチングが好ましく、エッチング液としてはＮａＯＨ水溶液やＫＯＨ水溶液が好ましい。エッチングは、温度を上げるほど、又は時間を長時間にするほどエッチング後の表面粗度が変化するが、エッチング温度に合わせてエッチング時間を変化させることで表面粗度は適宜調整可能である。
【００３２】
［４．ＩＩＩ族原子面の研削及び／又は研磨］
ＩＩＩ族原子面の研削及び／又は研磨は、当業者に知られる方法であればよく特に限定されないが、例えば以下のような方法が挙げられる。
ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面側をプレートに対向するように貼り付け、結晶のＩＩＩ族原子面を研削及び／又は研磨する。ＩＩＩ族原子面の研磨工程では、砥粒径を段階的に小さくして機械研磨し、最終的に化学機械的研磨を実施して研削歪や研磨歪を除去することが好ましい。次に、プレートから取り外し、結晶の表面に付着したワックスを除去してＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板を得る。
【００３３】
ＩＩＩ族窒化物結晶がＧａＮ結晶の場合、機械的研磨はダイヤモンド砥粒を用いるのが好ましく、化学機械的研磨はコロイダルシリカ砥粒を混入した酸性スラリーを用いるのが好ましい。
【００３４】
＜ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の特徴＞
上述した本発明の製造方法により、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板を得られる。
本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板は、Ｎ面に多角錐が均一に形成され、その高さ
もおおよそ揃っていることを特徴とする。これは、マクロ的に見るとＮ面が均一に祖化されていると言え、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板上にエピタキシャル層を成長させる際の基板とサセプタと密着度が良好で、温度分布が均一になりやすい。これにより、エピタキシャル層を均一に成長させることが出来、さらには均一性に関する再現性が高く個体差が少ないので好ましい。
【００３５】
ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の表面粗度は、具体的には、触針式粗さ試験機等で測定することができる算術平均粗さＲａ及び十点平均粗さＲｚなどで評価する。
算術平均粗さＲａとは、平均線からの絶対値偏差の平均値を示し、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面では０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．５μｍ以上である。
【００３６】
十点平均粗さＲｚとは、基準長さ毎の山頂の高い方から５点、谷底の低い方から５点を選びその平均の高さを示し、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面では１μｍ以上１３μｍ以下が好ましい。より好ましくは１μｍ以上であって、１０μｍ以下である。
本発明の製造方法により、ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面に多角錐が均一に形成され、上記表面粗度の範囲内となる基板を得ることができる。
【００３７】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面に多角錐が均一に形成されている指標として、多角錘密度が挙げられ、１．０×１０６個／ｃｍ２以上であることが好ましく、より好ましくは２．０×１０６個／ｃｍ２以上である。
本発明の製造方法では、概算密度１．０×１０６個／ｃｍ２以上の多角錐を形成することができる。
また、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板は、目視にて観察した場合に外観が白濁していることが好ましい。本発明の製造方法では、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板のＮ面全体が白濁した基板を得ることができる。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００３９】
＜評価方法＞
［１］算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ
算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚは、ＪＩＳ０６０１（１９９４年版）に従って、触針式粗さ試験機 ＳＵＲＦＣＯＭ１３０Ａ、及びピックアップ Ｅ−ＤＴ−ＳＥ１９Ａ（共に東京精密社製）を用いて測定した。測定条件は、測定長さ３ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／秒、カットオフ値０．８ｍｍとした。
【００４０】
［２］多角錘密度
Ｎ面の多角錐形成状況は、キーエンス社製 マイクロスコープ（ＣＣＤカメラ ＶＨ−Ｚ１００Ｒ、モニタ ＶＨＸ−９００）により観察を行った。
多角錐密度の概算は、マイクロスコープ 倍率１０００倍で観察を実施し、マイクロスコープで見える範囲内での多角錐の個数をカウントして、１ｃｍ２あたりの多角錘の個数を算出した。このとき、多角錐が密に発生している場合は２５μｍ×５０μｍ以上の面積内カウントを行い、多角錐があまり発生していない場合は１００μｍ×１００μｍ以上の面積内でカウントを行った。カウントエリアは、表１に示すとおりである。
【００４１】
［３］外観
得られたＧａＮ結晶半導体基板を目視にて観察し、外観が白濁しているか透明であるかを評価した。
＜実施例１＞
以下で説明する（１）〜（１３）の手順により、窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶を加工し、Ｎ面が均一に粗化された基板を得た。
【００４２】
［１．Ｎ面の研削及び／又は研磨工程］
（１）外径２インチ以上で厚み２ｍｍのＧａＮ結晶の外周部を、ビトリファイド砥石を用いて研削し、外径を２インチにした。
（２）日化精工社製 シフトワックス６７９を用い、ＧａＮ結晶のＧａ面側がセラミックスプレートと接触するように貼付けた。
（３）ビトリファイド砥石（＃２０００）を用いて、ＧａＮ結晶のＮ面側の全面が平坦になるまで研削し、純水で流水洗浄した。
（４）ＧａＮ結晶をプレートから取り外し、アルコールを染込ませたワイパーでＧａ面側を拭き、Ｇａ面側のワックスを除去した。この際、Ｎ面側の汚染防止のため、Ｎ面側をワイパーや手で接触しないように十分に注意して行った。
【００４３】
［２．Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］
（５）ビーカーに有機溶剤としてアセトンを入れ、高分子化合物としてラテックスゴムを入れて攪拌し、そこへＧａＮ結晶を３０分間浸した。
（６）ＧａＮ結晶をビーカーから取出し、ＧａＮ結晶に残っているアセトンを常温にて自然乾燥で揮発させた。
【００４４】
［３．Ｎ面のエッチング工程］
（７）１２０℃に加熱された４７重量％ＫＯＨ水溶液に、ＧａＮ結晶を１０分間浸し、Ｎ面のエッチングを行った。
（８）ＫＯＨ水溶液からＧａＮ結晶を取り出し、純水で洗浄した。
【００４５】
［４．Ｇａ面の研削及び／又は研磨工程］
（９）ワックスを用い、ＧａＮ結晶のＮ面側がセラミックスプレートと接触するように貼付けた。
（１０）ビトリファイド砥石（＃２０００）を用いて、ＧａＮ結晶のＧａ面側の全面が平坦になるまで研削した。
（１１）ダイヤモンドスラリーを用いて、Ｇａ面側の全面が平坦になるまで研磨した。
（１２）コロイダルシリカスラリーを用いて、Ｇａ面側の全面を化学機械的研磨した。
（１３）ＧａＮ結晶をプレートから取り外し、ＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、マイクロスコープ観察でＮ面が均一に粗化されていることを確認し、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００４６】
＜実施例２＞
実施例１において、［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］（５）の有機溶剤をイソプロピルアルコール、高分子化合物を日化精工社製 シフトワックス６７９とした他は、実施例１と同様にして基板の製作を行った。
その結果、Ｎ面が均一に粗化されたＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００４７】
＜実施例３＞
実施例１において、［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］（５）の有機溶剤をアセ
トン、高分子化合物をポリカーボネートとした他は、実施例１と同様にして基板の製作を行った。
その結果、Ｎ面が均一に粗化されたＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００４８】
＜実施例４＞
実施例１において、［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］（５）の有機溶剤をアセトン、高分子化合物をポリスチレンとした他は、実施例１と同様にして基板の製作を行った。
その結果、Ｎ面が均一に粗化されたＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００４９】
＜比較例１＞
実施例１において、［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］を実施しなかった他は、実施例１と同様にして基板の製作を行った。
その結果、得られたＧａＮ結晶半導体基板は、目視観察で基板が透明であり、マイクロスコープ観察でＮ面の粗化状態が不均一であって、多角錐密度が小さいことを確認した。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００５０】
＜実施例５＞
以下で説明する手順（１４）〜（１９）により、ＧａＮ結晶を加工し、Ｎ面が均一に粗化された基板を得た。
［１．Ｎ面の研削及び／又は研磨工程］
（１４）外径２インチ以上で厚み２ｍｍのＧａＮ結晶の外周部をビトリファイド砥石を用いて研削し、外径を２インチにした。
（１５）ワックスを用い、ＧａＮ結晶のＧａ面側がセラミックスプレートと接触するように貼付けた。
（１６）ビトリファイド砥石（＃２０００）を用いて、ＧａＮ結晶のＮ面側の全面が平坦になるまで研削し、純水で流水洗浄した。
（１７）ダイヤモンドスラリーでＮ面を研磨後、コロイダルシリカでさらに研磨を実施し、純水で流水洗浄を行った。
（１８）ＧａＮ結晶をプレートから取り外し、アルコールを染込ませたワイパーでＧａ面側を拭き、Ｇａ面側のワックスを除去した。この際、Ｎ面側の汚染防止のため、Ｎ面側をワイパーや手で接触しないように十分に注意して行った。
（１９）以下、実施例１の（５）〜（１３）と同一の処理を行って基板の製作を行った。
【００５１】
その結果、Ｎ面が均一に粗化されたＧａＮ結晶半導体基板を得た。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００５２】
＜比較例２＞
実施例５の［２． Ｎ面の不揮発性有機物付着工程］を実施しなかった他は、実施例５と同様にして基板の製作を行った。
その結果、得られたＧａＮ結晶半導体基板は、目視観察で基板が透明であり、マイクロスコープ観察でＮ面の粗化状態が不均一であって、多角錐密度が小さいことを確認した。
得られたＧａＮ結晶半導体基板について、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、多角錘密度及び外観の評価を行った。結果は表１に示す。
【００５３】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明にかかる製造方法により製造されるＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板は、発光素子（発光ダイオード、レーザーダイオードなど）、電子デバイス（整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタまたはＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；高電子移動度トランジスタ）など）、半導体センサ（温度センサ、圧力センサ、放射センサまたは可視−紫外光検出器など）、ＳＡＷデバイス（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ；表面弾性波素子）、加速度センサ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）部品、圧電振動子、共振器または圧電アクチュエータなどに好適に利用され得る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法において、
１）ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を研削及び／又は研磨する工程と、
２）該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行う裏面処理工程
とを含むことを特徴する、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記工程２）において、有機溶剤と不揮発性有機物とを含む組成物にＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を接触させて不揮発性有機物を付着させる、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記不揮発性有機物が高分子化合物である、請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記高分子化合物がラテックスゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート及びワックスから選ばれる１以上の高分子化合物である、請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記有機溶剤がアセトン及び／又はアルコールである、請求項２〜４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法により得られた、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板。
【請求項７】
Ｎ面の十点平均粗さＲｚが１μｍ以上１３μｍ以下である、請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板。
【請求項８】
Ｎ面の十点平均粗さＲｚが１μｍ以上１３μｍ以下であることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板。
【請求項９】
Ｎ面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする、請求項７又は８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板。
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法において、
１）ＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を研削及び／又は研磨する工程と、
２）該Ｎ面に不揮発性有機物を付着させた後にエッチングを行う裏面処理工程
とを含むことを特徴する、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記工程２）において、有機溶剤と不揮発性有機物とを含む組成物にＩＩＩ族窒化物結晶のＮ面を接触させて不揮発性有機物を付着させる、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記不揮発性有機物が高分子化合物である、請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記高分子化合物がラテックスゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート及びワックスから選ばれる１以上の高分子化合物である、請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記有機溶剤がアセトン及び／又はアルコールである、請求項２〜４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板の製造方法により得られた、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板。
【請求項７】
Ｎ面の十点平均粗さＲｚが１μｍ以上１３μｍ以下である、請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板。
【請求項８】
Ｎ面の十点平均粗さＲｚが１μｍ以上１３μｍ以下であることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板。
【請求項９】
Ｎ面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする、請求項７又は８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶半導体基板。
【図４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図１】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１２１８０３（Ｐ２０１１−１２１８０３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７９６３２（Ｐ２００９−２７９６３２）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
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