(57)【要約】  良好な品質のエピタキシャル成長層を形成することが可能なＩＩＩ族窒化物基板およびその製造方法が得られる。  ＩＩＩ族窒化物基板としてのＧａＮ基板（１）は、以下のいずれかのものである。  表面（３）の１ｃｍ２当たりの酸性物質の原子の個数が２×１０１４以下であり、かつ、当該表面（３）の１ｃｍ２当たりのシリコン原子の個数が３×１０１３以下である。  表面（３）の１ｃｍ２当たりのシリコン原子の個数が３×１０１３以下であり、かつ、当該表面（３）のヘイズレベルが５ｐｐｍ以下である。  表面（３）の１ｃｍ２当たりの酸性物質の原子の個数が２×１０１４以下であり、かつ、当該表面（３）のヘイズレベルが５ｐｐｍ以下である。
2008047627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（３）の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、前記表面（３）の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数が３×１０13以下であることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項２】
表面粗さがＲａで１ｎｍ以下である、請求の範囲第１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項３】
前記表面（３）に形成された加工変質層の厚さが５０ｎｍ以下である、請求の範囲第１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項４】
表面（３）の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数が３×１０13以下であり、かつ、前記表面（３）のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項５】
表面粗さがＲａで１ｎｍ以下である、請求の範囲第４項に記載のＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項６】
前記表面（３）に形成された加工変質層の厚さが５０ｎｍ以下である、請求の範囲第４項に記載のＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項７】
表面（３）の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、前記表面（３）のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項８】
表面粗さがＲａで１ｎｍ以下である、請求の範囲第７項に記載のＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項９】
前記表面（３）に形成された加工変質層の厚さが５０ｎｍ以下である、請求の範囲第７項に記載のＩＩＩ族窒化物基板（１）。
【請求項１０】
ＩＩＩ族窒化物からなるベース基板（１）と、
前記ベース基板（１）の表面上に形成されたエピタキシャル成長層（５）とを備え、
前記ベース基板（１）と前記エピタキシャル成長層（５）との界面における１ｃｍ3当りのシリコン原子の個数が１×１０20以下である、エピタキシャル層付き基板（１０）。
【請求項１１】
ＩＩＩ族窒化物基板の表面を研磨する研磨工程（Ｓ２１０）と、
前記研磨工程（Ｓ２１０）の後、前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面を洗浄する洗浄工程（Ｓ２３０）とを備え、
前記洗浄工程（Ｓ２３０）後における前記ＩＩＩ族窒化物基板の前記表面での１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数を２×１０14以下に保つように、前記研磨工程（Ｓ２１０）中および前記洗浄工程（Ｓ２３０）後に前記ＩＩＩ族窒化基板に接触する雰囲気ガスを制御し、
前記研磨工程（Ｓ２１０）においては、化学機械研磨法により前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面を研磨し、
前記化学機械研磨法において用いられる研磨液には界面活性剤と酸とが含まれている、ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１２】
前記研磨液にはさらに酸化剤が含まれている、請求の範囲第１１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１３】
前記研磨液に含まれる酸が有機酸である、請求の範囲第１１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１４】
前記有機酸は２価以上のカルボン酸である、請求の範囲第１３項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１５】
前記研磨工程の後、前記洗浄工程に先立って、前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面を酸性溶液またはアルカリ性溶液を用いてポリシングする工程をさらに備える、請求の範囲第１１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１６】
塩素系ガスを用いてＳｉ含有雰囲気中でＩＩＩ族窒化物基板の表面をドライエッチングすることにより、前記表面の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数を２×１０14以下とし、かつ、前記表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数を３×１０13以下とすることを特徴とするＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１７】
請求の範囲第１１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備工程と、
前記基板準備工程により得られた前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項１８】
請求の範囲第１７項に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
請求の範囲第１６項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備工程と、
前記基板準備工程により得られた前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
請求の範囲第１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備されたＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項２２】
請求の範囲第２１項に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
請求の範囲第４項に記載のＩＩＩ族窒化物基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備されたＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項２４】
請求の範囲第２３項に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
請求の範囲第７項に記載のＩＩＩ族窒化物基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備されたＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項２６】
請求の範囲第２５項に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＩＩＩ族窒化物基板、エピタキシャル層付き基板、これらの製造方法および半導体素子の製造方法に関し、より特定的には、良好な膜質のエピタキシャル層を形成することが可能なＩＩＩ族窒化物基板、エピタキシャル層付き基板、これらの製造方法および半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＮ基板などのＩＩＩ族窒化物基板を含む化合物半導体基板は、その表面を鏡面研磨し、当該表面上にエピタキシャル成長法を用いてエピタキシャル成長層が形成され、発光素子やパワーデバイスなど様々な半導体素子に利用されている。そして、上記のように表面を鏡面研磨する場合、研磨された表面にくもりが発生すると、形成されるエピタキシャル成長層には荒れなどの欠陥が発生し、当該エピタキシャル成長層の品質が損なわれるという問題があった。そのため、上記のようなくもりの発生を抑制する（ヘイズレベルを低減する）さまざまな研磨方法が従来提案されている（たとえば、ＧａＡｓについて特許文献１（特開平１１−３４７９２０号公報）参照）。
【特許文献１】特開平１１−３４７９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、発明者が検討した結果、単にＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物基板の表面についてヘイズレベルを低減しただけでは、その表面上に形成されるエピタキシャル成長層に荒れなどの欠陥が発生する場合があることが分かった。この場合、上述した従来の研磨方法を適用しても、エピタキシャル成長層での欠陥の発生確率を十分低減することは困難であった。【０００４】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、良好な品質のエピタキシャル成長層を形成することが可能なＩＩＩ族窒化物基板およびその製造方法を提供することである。【０００５】
また、この発明の他の目的は、上記のようなＩＩＩ族窒化物基板を用いて、良好な品質のエピタキシャル成長層を備えるエピタキシャル層付き基板およびその製造方法、さらに当該エピタキシャル層付き基板を用いた半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、ＩＩＩ族窒化物基板の表面上に形成したエピタキシャル成長層において品質の低下が発生するメカニズムについて研究を行なった。具体的には、エピタキシャル成長層を形成する前のＩＩＩ族窒化物基板の表面について詳細な検査（付着物質の種類や数の測定など）を実施し、その検査結果と形成されたエピタキシャル成長層の品質との相関を調査した。その結果、エピタキシャル成長層を形成するときにＩＩＩ族窒化物基板の表面に存在する、酸性物質の原子個数およびシリコン原子の個数が、形成されるエピタキシャル成長層の品質に大きな影響を与えるという知見を得た。なお、ＩＩＩ族窒化物基板とは、たとえばＧａＮからなる基板やＡｌＮからなる基板、およびその混晶基板（ＧａｘＡｌｙＮ）をいう。また、酸性物質とは、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素等のハロゲン、窒素酸化物（ＮＯX）、硫黄酸化物（ＳＯX）、塩化水素など、水と反応してまたは水に溶解して酸性を示す物質をいう。【０００７】
そして、上述した酸性物質がＩＩＩ族窒化物基板の表面に付着する原因について、発明者が検討したところ、以下のような現象が起きていると推測された。すなわち、ＩＩＩ族窒化物基板（たとえばＧａＮ基板など）を製造する工程では、塩酸、硝酸などの揮発しやすい酸性物質を用いるほか、当該基板の研磨の際には、砥粒を含有する研磨液を使用する。研磨液には酸化剤として塩素系のものを用いることが多く、この研磨液中には酸性物質である塩素が大量に含まれている。これらの酸性物質を用いる研磨工程は、通常排気装置により研磨装置内の雰囲気を排気して行なう。排気装置が酸性物質を排気しきれない場合には、研磨装置内の雰囲気に酸性物質の一部が存在する。この場合、酸性物質がＩＩＩ族窒化物基板の表面に吸着されると考えられる。そして、このような酸性物質とＩＩＩ族窒化物基板を構成する元素とが反応を起こし、基板表面において析出物が形成されることも考えられる。このような析出物が形成されると、基板表面の表面粗さやヘイズレベルの値が大きくなる。【０００８】
ＩＩＩ族窒化物基板は研磨された後洗浄され、その後、表面検査がなされる。上述の研磨工程でＩＩＩ族窒化物基板の表面に酸性物質が多いと、後工程で十分に除去することが困難となる。そのため、最終状態での基板表面の表面粗さやヘイズレベルの値が大きくなる。また、表面検査はクリーンルーム内で行なわれるが、検査の間少なくとも１時間程度、ＩＩＩ族窒化物基板はクリーンルームの雰囲気にさらされる。このとき、上述の研磨工程等から流れてきた微量の酸性物質が、ＩＩＩ族窒化物基板の表面に吸着されることも考えられる。【０００９】
また、砥粒としてＳｉＯ２などのＳｉ原子を含む物質を含有する研磨液を用いてＧａＮ基板などのＩＩＩ族窒化物基板の研磨を行なった場合、研磨後に洗浄工程を行なっても基板表面にＳｉ含有物質が残存する場合がある。そして、上述の酸性物質（および／または析出物）やＳｉ含有物質がＩＩＩ族窒化物基板の表面に過剰に存在すると、当該基板表面上に形成されるエピタキシャル成長層の品質が劣化することを発明者らは見出した。つまり、ＩＩＩ族窒化物基板の表面に高品質なエピタキシャル成長層を形成するためには、上述した酸性物質やＳｉ含有物質の基板表面における濃度を低下させることが有効である。そして、発明者らは、上記のように基板表面における酸性物質の濃度を低下させるには、研磨装置内で基板表面に接触する雰囲気ガス中の酸性物質の濃度を極力低減することが有効であることを見出した。また、発明者らは、基板表面に付着するＳｉ含有物質（もしくはシリコン原子）の濃度を低下させるには、研磨工程において用いる研磨液に酸と界面活性剤を含有させることが有効であることを見出した。なお、製造工程の雰囲気中の酸性物質の濃度が高い際に、基板表面の酸性物質の濃度が高くなる問題が生じることは、研磨工程、検査工程によらず他の工程でも同様である。【００１０】
このような知見によりなされた、この発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板は、表面の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、当該表面の１ｃｍ2当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数が３×１０13以下であることを特徴とする。【００１１】
このようにすれば、ＩＩＩ族窒化物基板の表面上に良好な品質のエピタキシャル成長層を形成することができる。なお、ＩＩＩ族窒化物基板の表面の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数を２×１０14以下としたのは、この程度以下に酸性物質の原子の個数を抑制すれば当該基板表面の粗さやヘイズレベルを十分小さくできる(基板表面の荒れの程度を十分小さくできる)からである。また、当該表面の１ｃｍ2当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数を３×１０13以下としたのは、このようにすれば形成されるエピタキシャル成長層の品質（たとえばエピタキシャル成長層の表面粗さや膜質）を十分良好に保つことができる（たとえば、当該エピタキシャル成長層を発光素子の発光層として利用する場合に所定の発光強度を得ることができる）からである。なお、酸性物質の原子の個数とは、たとえば、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素等のハロゲンのように単体で存在する場合には、ハロゲン原子の個数をいい、窒素酸化物（ＮＯX）、硫黄酸化物（ＳＯX）等の化合物の形で存在する場合には、その化合物の分子の個数をいうものとする。また、シリコン原子の個数とは、シリコンが単体で存在する場合には当該シリコン原子の個数をいい、ＳｉＯ２のような化合物の形で存在する場合にはその化合物の分子の個数をいう。【００１２】
上記ＩＩＩ族窒化物基板において、表面のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であってもよい。これは、ＩＩＩ族窒化物基板の表面において、１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数（酸性物質の密度）を上述のような値以下とすることにより、当該基板の表面粗さを十分小さくできるため、くもりの程度（ヘイズレベル）も十分小さくすることができるからである。このように基板表面のヘイズレベルを小さくすることで、基板表面に形成されるエピタキシャル成長層の品質の劣化を防止できる。なお、ヘイズレベルの上限を５ｐｐｍとしたのは、ヘイズレベルが５ｐｐｍを超えると形成されるエピタキシャル成長層の品質が低下し、たとえば当該エピタキシャル成長層を発光素子の発光層などに利用した場合に十分な発光強度が得られなくなるためである。【００１３】
この発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板は、表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数が３×１０13以下であり、かつ、当該表面のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であることを特徴とする。また、この発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板は、表面の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、当該表面のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であることを特徴とする。【００１４】
このようにすれば、ＩＩＩ族窒化物基板の表面上に良好な品質のエピタキシャル成長層を形成することができる。【００１５】
上記ＩＩＩ族窒化物基板において、表面の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数は、好ましくは９×１０13以下である。また、上記ＩＩＩ族窒化物基板において、表面のヘイズレベルは好ましくは３ｐｐｍ以下である。また、上記ＩＩＩ族窒化物基板において、表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数は、好ましくは１×１０13以下である。【００１６】
この場合、ＩＩＩ族窒化物基板の表面上に形成されるエピタキシャル成長層の膜質をより向上させることができる。たとえば、当該基板を用いて発光素子を形成し、エピタキシャル成長層により発光層を形成した場合、発光層での発光強度をより大きくすることができる。【００１７】
この発明に従ったエピタキシャル層付き基板は、ＩＩＩ族窒化物からなるベース基板と、ベース基板の表面上に形成されたエピタキシャル成長層とを備える。ベース基板とエピタキシャル成長層との界面における１ｃｍ3当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数は１×１０20以下である。【００１８】
このように構成されたエピタキシャル層付き基板では、ベース基板表面でのシリコン原子の個数が少なく保たれた状態でエピタキシャル成長層が形成されているので、当該エピタキシャル成長層の膜質を良好なものとすることができる。このため、上記エピタキシャル層付き基板を用いて半導体素子（たとえば発光素子）を形成した場合に、エピタキシャル成長層の品質不良に起因して半導体素子が十分な性能を発揮しない（不良品になる）といった問題の発生を抑制できる。なお、エピタキシャル層付き基板とは、ベース基板の表面上に少なくとも１層のエピタキシャル成長法により形成された層（エピタキシャル成長層）が形成された基板を言う。また、上記エピタキシャル層付き基板において、ベース基板とエピタキシャル成長層との界面における１ｃｍ3当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数は１×１０19以下であってもよい。この場合、エピタキシャル成長層の膜質をより優れたものとすることができる。なお、上記界面における１ｃｍ3当りのシリコン原子の個数は好ましくは１×１０18以下であり、より好ましくは１×１０17以下である。【００１９】
また、上記ＩＩＩ族窒化物基板の表面粗さはＲａで１ｎｍ以下であってもよい。また、上記エピタキシャル層付き基板のエピタキシャル成長層表面の粗さはＲａで１ｎｍ以下であってもよい。さらに、上記ＩＩＩ族窒化物基板の表面に形成された加工変質層の厚さは５０ｎｍ以下であってもよい。また、上記エピタキシャル層付き基板のベース基板の表面に形成された加工変質層の厚さは５０ｎｍ以下であってもよい。ここで、上述した加工変質層の厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた基板の観察により、結晶格子の歪が発生した領域を上記加工変質層として、その歪発生部分（加工変質層）の厚さを測定することにより評価することができる。【００２０】
この発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物基板の表面を研磨する研磨工程と、研磨工程の後、ＩＩＩ族窒化物基板の表面を洗浄する洗浄工程とを備える。洗浄工程後におけるＩＩＩ族窒化物基板の表面での１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数を２×１０14以下に保つように、研磨工程中および洗浄工程後にＩＩＩ族窒化基板に接触する雰囲気ガスを制御する。研磨工程においては、化学機械研磨法によりＩＩＩ族窒化物基板の表面を研磨する。化学機械研磨法において用いられる研磨液には界面活性剤と酸とが含まれている。【００２１】
このようにすれば、上記雰囲気ガスを制御する（たとえば、ＩＩＩ族窒化物基板の周囲から酸性物質を含む雰囲気ガスを迅速に除去できるように排気機構を動作させる、あるいは雰囲気ガスに含まれる酸性物質の濃度を所定の値より低くできるように、雰囲気ガスの流路に酸性物質を除去するための吸着剤を配置する）ことにより、雰囲気ガスから研磨工程中および洗浄工程後のＩＩＩ族窒化物基板の表面に酸性物質が付着する可能性を低減できる。また、研磨工程において上記のような研磨液を用いることにより、研磨工程後におけるＩＩＩ族窒化物基板の表面に、研磨液中のＳｉＯ2などからなる砥粒（粒子状物質）といった異物（Ｓｉ含有物質）が付着する可能性を低減できる。このため、ＩＩＩ族窒化物基板の表面におけるＳｉ含有物質、すなわちシリコン原子の密度を低くすることができる。【００２２】
上記ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法において、研磨液にはさらに酸化剤が含まれていてもよい。この場合、研磨工程における研磨レートを向上させることができる。したがって、ＩＩＩ族窒化物基板の製造効率を向上させることができる。【００２３】
上記ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法において、研磨液に含まれる酸は特に制限はなく、たとえば、塩酸、フッ酸、臭素酸、ヨウ素酸、硝酸、硫酸、リン酸、炭酸などの無機酸の他に、ギ酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、シュウ酸などの有機酸を用いることができる。また、上記ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法において、有機酸は２価以上のカルボン酸であってもよい。この場合、研磨工程における研磨レートを向上させることができるとともに、研磨液に含まれる酸に起因して当該基板の表面に異物が付着する可能性を低減できる。なお、ここで有機酸とは、酸性を示す有機化合物である。また、研磨液に含まれる界面活性剤には特に制限はなく、カチオン性、アニオン性、ノニオン性のいずれの界面活性剤を用いてもよい。【００２４】
上記ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法は、研磨工程の後、洗浄工程に先立って、ＩＩＩ族窒化物基板の表面を酸性溶液またはアルカリ性溶液を用いてポリシングする工程をさらに備えていてもよい。また、当該ポリシングする工程においては、ＩＩＩ族窒化物基板の表面を酸性溶液を用いてポリシングする工程と、アルカリ性溶液を用いてポリシング工程との両方を順番に実施してもよいし、酸性溶液を用いたポリシング工程および／またはアルカリ性溶液を用いたポリシング工程を複数回繰返してもよい。アルカリ性溶液には特に制限はなく、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ4ＯＨ、アミンなどの塩基を用いることができる。この場合、洗浄工程に先立ってＩＩＩ族窒化物基板の表面から異物をポリシングにより除去できるので、洗浄工程後に当該基板表面での異物（たとえばＳｉ含有物質）の残存という問題の発生確率を低減できる。【００２５】
なお、化学機械研磨の他に、ドライエッチングにより基板の表面を除去して仕上げることができる。ドライエッチングとは、液体を用いずに、ガス、プラズマ、イオンまたは光などによる気相−固相界面における化学的または物理的反応を利用して、固体であるＩＩＩ族窒化物基板の表面を除去する方法の総称をいう。【００２６】
ＩＩＩ族窒化物基板のドライエッチングでは塩素系のガスを用いることが多く、基板表面に酸性物質である塩素が残存して存在する場合がある。塩素系ガスには、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4などがある。ドライエッチングに用いるガスを、これらの塩素系ガスと不活性ガスであるＡｒ、Ｎ2との混合ガスにすることもできる。不活性ガスの希釈、圧力、流量などの条件を調整することで基板表面の酸性物質を低減することができる。また、ドライエッチングでＩＩＩ族窒化物基板の表面を平滑にするためにはプラズマ中にＳｉが存在することが有効である。ＳｉはＳｉＣｌ4などのガスによりプラズマ中に添加することもできるし、基板周辺にＳｉ化合物を配置することにより基板と同時にこのＳｉ化合物をエッチングしてプラズマ中に存在させることもできる。なお、エッチング雰囲気中にＳｉが存在することにより、ドライエッチング後の基板表面にＳｉが残存する場合がある。この場合、プラズマ中のＳｉの濃度を制御することにより、基板表面のシリコンを低減することができる。【００２７】
また、この発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板の製造方法は、塩素系ガスを用いてＳｉ含有雰囲気中でＩＩＩ族窒化物基板の表面をドライエッチングすることにより、当該表面の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、当該表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数が３×１０13以下とすることを特徴とする。ここで、塩素系ガスとはその成分の組成に塩素を含有するガスを意味し、たとえば塩素ガスや塩素をその組成に含むガス、あるいはこれらのガスを少なくとも１種類含む混合ガスであってもよい。【００２８】
この発明に従ったエピタキシャル層付き基板の製造方法は、上記ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備工程と、基板準備工程により得られたＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程とを備える。このようにすれば、ＩＩＩ族窒化物基板の表面上に良好な品質のエピタキシャル成長層を形成できる。【００２９】
この発明に従ったエピタキシャル層付き基板の製造方法は、上記ＩＩＩ族窒化物基板を準備する基板準備工程と、基板準備工程により準備されたＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程とを備える。このようにすれば、ＩＩＩ族窒化物基板の表面上に良好な品質のエピタキシャル成長層を形成できる。【００３０】
この発明に従った半導体素子の製造方法は、上記エピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程とを備える。このようにすれば、優れた品質のエピタキシャル成長層を備えるエピタキシャル層付き基板を用いて半導体素子を形成できるので、エピタキシャル成長層の品質不良に起因する半導体素子の不良発生の確率を低減できる。このため、半導体素子の歩留りの低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００３１】
このように、本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物基板の表面上に優れた品質のエピタキシャル成長層が形成されたエピタキシャル層付き基板を得ることができるので、当該エピタキシャル層付き基板を用いて半導体素子を形成することにより、半導体素子の不良発生の確率を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板の一例であるＧａＮ基板を示す斜視模式図である。
【図２】図１に示したＧａＮ基板を用いた半導体素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２に示した加工工程の内容を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１に示したＧａＮ基板を用いたエピタキシャル層付き基板を示す斜視模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  基板、３  表面、５  エピタキシャル成長層、１０  エピタキシャル層付き基板。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に図面を用いて、本発明の実施の形態および実施例について説明する。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。【００３５】
図１は、本発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板の一例であるＧａＮ基板を示す斜視模式図である。図２は、図１に示したＧａＮ基板を用いた半導体素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３は、図２に示した加工工程の内容を説明するためのフローチャートである。図４は、図１に示したＧａＮ基板を用いたエピタキシャル層付き基板を示す斜視模式図である。図１〜図４を参照して、本発明に従ったＧａＮ基板、エピタキシャル層付き基板および半導体素子の製造方法の実施の形態を説明する。【００３６】
図１に示すように、本発明に従ったＧａＮ基板１は、後述する処理工程を実施することにより、（たとえば研磨および洗浄後の）表面において、１ｃｍ2当りの酸性物質の原子（たとえば塩素原子）の個数が２×１０14以下であり、かつ、当該表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数が３×１０13以下である。また、ＧａＮ基板１において、表面のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下である。このようにすれば、ＩＩＩ族窒化物基板の表面上に良好な品質のエピタキシャル成長層を形成することができる。【００３７】
上記ＧａＮ基板１において、表面３の１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数は、好ましくは９×１０13以下である。また、上記ＧａＮ基板１において、表面３のヘイズレベルは好ましくは３ｐｐｍ以下である。また、上記ＧａＮ基板１において、表面３の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数は、好ましくは１×１０13以下である。【００３８】
この場合、ＧａＮ基板１の表面３上に形成されるエピタキシャル成長層５（図４参照）の膜質をより向上させることができる。たとえば、後述するように当該ＧａＮ基板１を用いて発光素子を形成し、エピタキシャル成長層により発光層を形成した場合、発光層での発光強度をより大きくすることができる。【００３９】
なお、上述した酸性物質の原子の個数やシリコン原子の個数は、ＴＸＲＦ（Total  X-ray  Reflection  Fluorescence：全反射蛍光Ｘ線分析装置）を用いて測定した。また、ヘイズレベルはＴｅｎｃｏｒ社製ＳＵＲＦＳＣＡＮ４５００を用いて測定した。【００４０】
次に、図２および図３を参照しながら、図１に示したＧａＮ基板を製造する工程を含む、半導体素子の製造方法を説明する。【００４１】
図２に示すように、まずＧａＮ基板を準備する工程である準備工程（Ｓ１００）を実施する。この準備工程（Ｓ１００）では、従来公知の任意の方法によりＧａＮ基板を準備することができる。【００４２】
次に、ＧａＮ基板に対して研磨処理などを施す加工工程（Ｓ２００）を実施する。この加工工程（Ｓ２００）での処理内容を、図３を参照しながら説明する。加工工程（Ｓ２００）では、図３に示すようにまず研磨工程であるＣＭＰ工程（Ｓ２１０）が実施される。このＣＭＰ工程（Ｓ２１０）では、準備工程（Ｓ１００）で準備されたＧａＮ基板の表面を化学機械研磨法：ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）を用いて研磨する。この結果、ＧａＮ基板の表面は鏡面に仕上げられる。【００４３】
ここで、ＣＭＰ工程（Ｓ２１０）で使用する研磨液には、砥粒の他、界面活性剤および酸を添加する。なお、研磨液に含まれる砥粒としては、たとえばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3などを用いることができる。ここで、洗浄性を高めるためには、砥粒を構成する金属元素としてイオン化傾向の高いものを用いることが好ましい。たとえば、イオン化傾向が水素（Ｈ）より高い金属元素を含む砥粒を用いると、後述する洗浄工程での砥粒などの除去効率が高くなる。また、酸としては、塩酸など用いてもよいが、リンゴ酸やクエン酸などの有機酸を用いることができる。この有機酸としては、２価以上のカルボン酸を用いることが好ましい。また、研磨液にはさらに酸化剤を添加してもよい。酸化剤としては次亜塩素酸および次亜塩素酸塩、トリクロロイソシアヌル酸（ＴＣＩＡ）などの塩素化イソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウムなどの塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、ニクロム酸カリウムなどのニクロム酸塩、臭素酸カリウムなどの臭素酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどのチオ硫酸塩、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、硝酸、過酸化水素水、オゾンなどが好ましく用いられる。【００４４】
次に、ポリシング工程（Ｓ２２０）を実施する。当該ポリシング工程では、酸性またはアルカリ性のポリシング液を用いる。酸性のポリシング液としては、たとえば塩酸、硝酸、リン酸、クエン酸、リンゴ酸などを用いることができる。また、アルカリ性のポリシング液としては、たとえば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなどを用いることができる。【００４５】
次に、洗浄工程（Ｓ２３０）を実施する。この洗浄工程（Ｓ２３０）では、任意の洗浄方法を利用できる。たとえば、洗浄工程（Ｓ２３０）として、純水を用いた純水洗浄を実施してもよい。そして、少なくともＣＭＰ工程（Ｓ２１０）中、ポリシング工程（Ｓ２２０）中および洗浄工程（Ｓ２３０）以後の工程では、ＧａＮ基板が接触する雰囲気ガス（ＧａＮ基板が処理されるクリーンルーム内の雰囲気ガス）について、酸性物質、特に塩素原子の濃度を低く保つことができるようにＧａＮ基板の周囲から雰囲気ガスを排気するとともに、当該雰囲気ガスの循環系統に酸性物質を吸着する吸着剤を配置する。吸着剤としては、たとえば活性炭を用いる。このようにして、雰囲気ガス中の酸性物質、特に塩素原子の濃度を所定値以下（たとえば０．０２ｐｐｍ以下）に保つようにする。この結果、研磨および洗浄後のＧａＮ基板の表面に付着する酸性物質である塩素原子の量を低減できる。なお、ポリシング工程（Ｓ２２０）中においても、ＧａＮ基板が接触する雰囲気ガスについて、上述のようにＧａＮ基板の周囲から雰囲気ガスを排気するとともに、当該雰囲気ガスの循環系統に酸性物質を吸着する吸着剤を配置するようにしてもよい。【００４６】
上述のような工程を実施することにより、図１に示したような、その表面における酸性物質およびシリコン原子の密度が十分小さなＧａＮ基板１を得ることができる。なお加工工程（Ｓ２００）においては、ＣＭＰ工程の他にドライエッチング工程によりＧａＮ基板の表面を処理することもできる。ドライエッチング工程はＣＭＰ工程に加えて実施することもできる。【００４７】
次に、図２に示すように、加工工程（Ｓ２００）により鏡面に仕上げられたＧａＮ基板について、後処理工程（Ｓ３００）を実施する。この後処理工程（Ｓ３００）では、たとえばＧａＮ基板の表面上に所定のエピタキシャル成長層を形成する工程（成膜工程）を実施する。この成膜工程の結果、図４に示すようにＧａＮ基板１の表面上にエピタキシャル成長層５が形成されたエピタキシャル層付き基板１０を得ることができる。さらに、後処理工程（Ｓ３００）では、上記エピタキシャル層付き基板１０の表面に電極を形成する工程（電極形成工程）、エピ基板１０を個々の素子へと分離する分離工程および形成された素子をフレームに接続するといった工程（加工工程）を行なうことにより、発光装置などのデバイスを組立てる組立工程を実施する。【００４８】
上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、この発明の実施の形態を羅列的に挙げて説明する。この発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板（ＧａＮ基板１）の製造方法は、ＧａＮ基板１の表面を研磨する研磨工程（ＣＭＰ工程（Ｓ２１０））と、ＣＭＰ工程（Ｓ２１０）の後、ＧａＮ基板１の表面を洗浄する洗浄工程（Ｓ２３０）とを備える。洗浄工程（Ｓ２３０）後におけるＧａＮ基板１の表面での１ｃｍ2当りの酸性物質の原子の個数を２×１０14以下に保つように、研磨工程(ＣＭＰ工程（Ｓ２１０））中および洗浄工程（Ｓ２３０）後にＧａＮ基板１に接触する雰囲気ガスを制御する。具体的には、雰囲気ガス中の酸性物質の濃度を所定値以下に保つように、雰囲気ガス中に活性炭などの酸性物質を吸着する吸着部材を配置する。また、上記ＣＭＰ工程（Ｓ２１０）中および洗浄工程（Ｓ２３０）後では、雰囲気ガス中の酸性物質の濃度を所定値以下に保つように、排気機構を設けてもよい。ＣＭＰ工程（Ｓ２１０）においては、化学機械研磨法によりＧａＮ基板１の表面を研磨する。化学機械研磨法において用いられる研磨液には界面活性剤と酸とが含まれている。【００４９】
このようにすれば、上記雰囲気ガスから酸性物質を除去するように当該雰囲気ガスを制御するので、雰囲気ガスからＣＭＰ工程中や洗浄工程後のＧａＮ基板１の表面に酸性物質が付着する可能性を低減できる。また、ＣＭＰ工程（Ｓ２１０）において上記のような研磨液を用いることにより、ＣＭＰ工程（Ｓ２１０）後におけるＧａＮ基板１の表面に、研磨液中のＳｉ含有物質が付着する可能性を低減できる。このため、ＧａＮ基板１の表面におけるＳｉ含有物質、すなわちシリコン原子の密度を低くすることができる。【００５０】
上記ＣＭＰ工程（Ｓ２１０）において、研磨液にはさらに酸化剤が含まれていてもよい。この場合、研磨工程における研磨レートを向上させることができる。【００５１】
また、研磨液に含まれる酸は有機酸であってもよい。また、当該有機酸は２価以上のカルボン酸であってもよい。この場合、研磨工程における研磨レートを向上させることができるとともに、研磨液に含まれる酸に起因して当該基板の表面に異物が付着する可能性を低減できる。【００５２】
上記ＧａＮ基板の製造方法は、ＣＭＰ工程（Ｓ２１０）の後、洗浄工程（Ｓ２３０）に先立って、ＧａＮ基板１の表面を酸性溶液またはアルカリ性溶液を用いてポリシングする工程（ポリシング工程（Ｓ２２０））をさらに備えていてもよい。また、当該ポリシング工程（Ｓ２２０）においては、ＧａＮ基板１の表面を、酸性溶液を用いてポリシングする工程と、アルカリ性溶液を用いてポリシング工程との両方を順番に実施してもよいし、酸性溶液を用いたポリシング工程および／またはアルカリ性溶液を用いたポリシング工程を複数回繰返してもよい。この場合、洗浄工程に先立ってＧａＮ基板１の表面から異物をポリシングにより除去できるので、洗浄工程（Ｓ２３０）後に当該ＧａＮ基板１表面での異物の残存という問題の発生確率を低減できる。また、酸性物質についてもポリシング工程により洗浄工程前に減少させることができるので、洗浄工程後の存在量を低減することができる。【００５３】
また、ＣＭＰ工程の他にドライエッチング処理を行なうことができるが、上記ドライエッチングとしては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）-ＲＩＥ、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）-ＲＩＥ、ＣＡＩＢＥ（化学アシストイオンビームエッチング）、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）などが挙げられる。【００５４】
この発明に従ったエピタキシャル層付き基板の製造方法は、上記ＧａＮ基板の製造方法を実施する（または上記ＩＩＩ族窒化物基板としてのＧａＮ基板１を準備する）基板準備工程（図２の加工工程（Ｓ２００））と、加工工程（Ｓ２００）により得られたＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（後処理工程（Ｓ３００）に含まれる成膜工程）とを備える。このようにすれば、ＧａＮ基板１の表面３上に良好な品質のエピタキシャル成長層５を形成できる。【００５５】
この発明に従った半導体素子の製造方法は、上記エピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程（加工工程（Ｓ２００）および成膜工程）と、エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板１０に（後処理工程（Ｓ３００）に含まれる）電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（後処理工程（Ｓ３００）における成膜工程以後の工程）とを備える。このようにすれば、優れた品質のエピタキシャル成長層５を備えるエピタキシャル層付き基板１０を用いて半導体素子を形成できるので、エピタキシャル成長層５の品質不良に起因する半導体素子の不良発生の確率を低減できる。【００５６】
また、この発明に従ったエピタキシャル層付き基板１０は、図４に示すようにＩＩＩ族窒化物からなるベース基板としてのＧａＮ基板１と、ＧａＮ基板１の表面３上に形成されたエピタキシャル成長層５とを備える。ＧａＮ基板１とエピタキシャル成長層５との界面における１ｃｍ3当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数は１×１０20以下である。また、この発明に従ったエピタキシャル層付き基板１０は、上記した本発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板としてのＧａＮ基板１と、当該ＧａＮ基板１の表面上に形成されたエピタキシャル成長層とを備える。【００５７】
このように構成されたエピタキシャル層付き基板１０では、ＧａＮ基板１表面でのシリコン原子の個数が少なく保たれた状態でエピタキシャル成長層５が形成されているので、当該エピタキシャル成長層５の品質を良好なものとすることができる。このため、上記エピタキシャル層付き基板１０を用いてたとえば発光素子を形成した場合に、エピタキシャル成長層５の品質不良に起因して素子が不良品になるといった問題の発生を抑制できる。【００５８】
また、上記エピタキシャル層付き基板において、ＧａＮ基板１とエピタキシャル成長層５との界面における１ｃｍ3当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数は１×１０19以下であってもよい。この場合、エピタキシャル成長層５の品質をより優れたものとすることができる。なお、ＧａＮ基板１とエピタキシャル成長層５との界面における１ｃｍ3当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数（Ｓｉ原子の密度）は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて測定することができる。たとえば、測定装置はＣＡＭＥＣＡ社製のセクター磁場型ＳＩＭＳ装置を用い、測定条件として１次イオンにＣｓ＋を用いて測定することができる。
【実施例１】
【００５９】
本発明の効果を確認するために、以下のような実験を行なった。
（試料の準備）
本発明の実施例の試料として実施例１〜１３の試料を、また、比較例として比較例１〜４の試料を準備した。具体的には、実施例１〜１３および比較例１〜４となるべきＧａＮ基板を準備した。当該ＧａＮ基板はすべて円板状であって、サイズが直径５０ｍｍであって厚みが０．５ｍｍとした。これらのＧａＮ基板については、あらかじめ基板表面に対してダイヤモンド砥粒を用いたラッピングを行なった。このラッピングに用いた砥粒としては、平均直径が６μｍ、２μｍ、０．５μｍのものを準備し、直径の大きい砥粒から小さい砥粒へと段階的に砥粒の径を小さくしながらラッピングを行なった。さらに、当該ラッピングの後、アルミナ砥粒を用いたポリシングを行なった。アルミナ砥粒としては、平均直径が０．５μｍの物を用いた。このようにして、ＧａＮ基板の試料の表面状態についての前処理を行なった。【００６０】
（試料に対する研磨加工）
上記のように準備されたＧａＮ基板について、クリーンルーム内で以下のような加工を行なった。なお、クリーンルーム内に設置された研磨装置内の雰囲気ガスについて酸性物質、特に塩素原子の濃度を十分低くしておくため、ＧａＮ基板が配置された処理室内部からは雰囲気ガスを排気可能になっている。排気風速は０．６ｍ／ｓとした。そして、当該研磨装置内において、実施例１〜８、１１〜１３となるべきＧａＮ基板について、その表面をＣＭＰ法により研磨した。実施例１〜８についての研磨において用いた研磨液は、表１に示すように、砥粒としてＳｉＯ2を含む。また、実施例１１〜１３の研磨において用いた研磨液は、各実施例についてそれぞれ砥粒としてＺｒＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3を含む。また、研磨液はｐＨ調整を行なうための酸として塩酸、リンゴ酸またはクエン酸を含む。これらの酸を添加することにより、研磨液のｐＨは２以上４以下程度になっている。また、研磨液には界面活性剤としてポリアクリル酸ナトリウムが０．０５質量％だけ添加されている。また、実施例２、５、６、１０〜１３については、使用する研磨液に酸化剤としてトリクロロイソシアヌル酸（ＴＣＩＡ）が０．１質量％だけ添加されている。実施例１、７には、次亜塩素酸が添加されている。実施例３にはジクロロイソシアヌル酸ナトリウム(Ｎａ−ＤＣＩＡ)が添加されている。なお、実施例４、８については酸化剤が添加されていない研磨液を用いた。そして、研磨工程の後、純水洗浄を行なうことにより、表面が鏡面仕上げされたＧａＮ基板を得た。このＧａＮ基板について、後述するように表面のＳｉ濃度、塩素濃度、表面粗さ、ヘイズレベル、および加工変質層の厚みを測定した。【００６１】
また、実施例９については、ドライエッチング(ＤＥ)という手法でＧａＮ基板を加工することにより、表面のＳｉ濃度などを測定するための試料であるＧａＮ基板を準備した。当該加工のドライエッチングは平行平板式のＲＩＥ装置を用いた。プロセス条件としては、エッチングガスにＣｌ2ガスとＢＣｌ3ガスを使用し、Ｃｌ2ガス流量は２５ｓｃｃｍ（ｓｃｃｍ：標準状態のガスが１分間に１ｃｍ3流れる流量の単位をいう、以下同じ）、ＢＣｌ3ガス流量は２５ｓｃｃｍ、圧力は２．６６Ｐａ、ＲＦパワーは２００Ｗとした。【００６２】
また、実施例１０については、実施例１と同様のＣＭＰ法による研磨を行なった後、ポリシング（洗浄ポリッシュ）を行なった。当該ポリシングにおいては、ポリシング液としてクエン酸を０．３質量％、ＴＣＩＡを０．１質量％含む溶液を用いた。その後、実施例１〜９と同様に洗浄工程を行なうことによって表面のＳｉ濃度などを測定するための試料であるＧａＮ基板を準備した。【００６３】
また、比較例１〜４についても、それぞれＣＭＰ法を用いてＧａＮ基板の表面を研磨した。ただし、比較例１については研磨液としてＳｉＯ２からなる砥粒とｐＨ調整のための塩酸とを含むものを用いた。また、比較例２については、研磨液として、ＳｉＯ２からなる砥粒と、ｐＨ調整のためのリンゴ酸と、界面活性剤（ポリアクリル酸ナトリウム）と酸化剤（ＴＣＩＡ）とを含むものを用いた。また、比較例３については、研磨液として、ダイヤモンド砥粒と、ｐＨ調整のためのリンゴ酸と、界面活性剤（ポリアクリル酸ナトリウム）と酸化剤（ＴＣＩＡ）とを含むものを用いた。また、比較例４については、研磨液として、ＳｉＣからなる砥粒と、ｐＨ調整のためのリンゴ酸と、界面活性剤（ポリアクリル酸ナトリウム）と酸化剤（ＴＣＩＡ）とを含むものを用いた。なお、界面活性剤および酸化剤の含有率はそれぞれ０．３質量％、０．１質量％であった。【００６４】
そして、比較例１〜４について、実施例１〜８、１１〜１３と同様に研磨工程後に純水洗浄を行なうことで、表面のＳｉ濃度などを測定するための試料であるＧａＮ基板を準備した。【００６５】
なお、上述した加工工程から後述する測定を行なっている間、実施例１〜１３および比較例１、３、４については装置内の雰囲気ガスが排気されていたが、比較例２については排気を行なわなかった。【００６６】
（基板表面の測定）
上述のように準備した実施例１〜１３および比較例１〜４の試料（ＧａＮ基板）について、基板特性の測定を行なった。具体的には、鏡面仕上げされた表面のシリコン（Ｓｉ）濃度、塩素（Ｃｌ）濃度、表面粗さ、ヘイズレベルおよび加工変質層の厚みを測定した。その結果を表１に示す。【００６７】
【表１】
2008047627.tif 000003
【００６８】
なお、Ｓｉ濃度およびＣｌ濃度については、全反射蛍光Ｘ線分析装置（ＴＸＲＦ）を用いて、基板表面の中央部で１ｃｍ2当りの原子の個数を調べ、その値を表１に示した。また、表面粗さは、基板表面の５箇所で測定し、その平均値を表１に示した。また、ヘイズレベルはＴｅｎｃｏｒ社製ＳＵＲＦＳＣＡＮ４５００を用いて測定した。また、加工変質層の厚みは、ＴＥＭを用いてＧａＮ基板の結晶格子の歪を観察することにより評価した。【００６９】
表１から分かるように、ＣＭＰ法で用いた研磨液に塩酸やクエン酸などの酸と界面活性剤とが含有されている実施例１〜８は、研磨液に界面活性剤が含まれていなかった比較例１よりＳｉ濃度が極めて低くなっている。また、実施例１〜８の中でも、研磨液中の酸としてリンゴ酸やクエン酸を用いた実施例５〜８について、特にＳｉ濃度が低下していることが分かる。なお、ＣＭＰ法で用いた研磨液の砥粒としてＳｉＯ2やＳｉＣ以外の砥粒（元素としてＳｉを含まない砥粒）を用いた実施例１１〜１３および比較例３では、いずれも基板表面からＳｉは検出されなかった。【００７０】
また、処理時の雰囲気については、排気を行なっていた試料はいずれもＣｌ濃度、表面粗さおよびヘイズレベルの値が小さくなっているのに対して、排気を行なわなかった比較例２はＣｌ濃度、表面粗さおよびヘイズレベルの値が相対的に大きくなっていることが分かる。また、実施例１〜１３の加工変質層の厚みは、いずれも比較例３、４における加工変質層の厚みより薄くなっている。特に、砥粒としてＳｉＯ2またはＦｅ2Ｏ3を用いた実施例１〜１０、１３では、加工変質層が検出されなかった。なお、実施例１１、１２については、加工変質層が検出されたが、その厚みは比較例３、４における加工変質層の厚みに比べて十分薄くなっていた。【００７１】
また、研磨液に酸化剤を含む実施例１〜３、５〜７、１１〜１３は、研磨液に酸化剤を含まなかった実施例４、８より研磨工程での除去速度が大きくなっていることも分かる。【００７２】
（発光素子の作成）
上述のように加工された実施例１〜１３、比較例１〜４の試料（ＧａＮ基板）に対して、その表面上に複数のエピタキシャル成長層を形成し、さらに電極の形成や個々のチップへの分割、当該チップのリードフレームへの実装などを行なって発光素子（ＬＥＤ）を作成した。なお、ＧａＮ基板の表面上に形成されたエピタキシャル成長層は、具体的にはｎ型半導体層としての厚さ１μｍのｎ型ＧａＮ層（ドーパント：Ｓｉ）および厚さ１５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（ドーパント：Ｓｉ）、発光層、ｐ型半導体層としての厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（ドーパント：Ｍｇ）および厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層（ドーパント：Ｍｇ）という構成であった。ここで、発光層は、厚さ１０ｎｍのＧａＮ層で形成される障壁層の４層と、厚さ３ｎｍのＧａ0.85Ｉｎ0.15Ｎ層で形成される井戸層の３層とが交互に積層された多重量子井戸構造とした。【００７３】
また、基板の裏面側に第１の電極として、厚さ２００ｎｍのＴｉ層、厚さ１０００ｎｍのＡｌ層、厚さ２００ｎｍのＴｉ層、厚さ２０００ｎｍのＡｕ層から形成される積層構造を形成し、窒素雰囲気中で加熱することにより、直径１００μｍのｎ側電極を形成した。一方、上記ｐ型ＧａＮ層上に第２の電極として、厚さ４ｎｍのＮｉ層、厚さ４ｎｍのＡｕ層から形成される積層構造を形成し、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、ｐ側電極を形成した。上記積層体（ＧａＮ基板に上述のようなエピタキシャル成長層、ｎ側電極およびｐ側電極を形成したもの）を４００μｍ角にチップ化した後に、上記ｐ側電極をＡｕＳｎで形成されたはんだ層で導電体にボンディングした。さらに、上記ｎ側電極と導電体とをワイヤでボンディングして、発光デバイスとしての構成を有する半導体素子を得た。【００７４】
（エピタキシャル成長層についての測定）
上述のように準備した実施例１〜１３、比較例１〜４のＧａＮ基板表面に形成されたエピタキシャル成長層の表面粗さを、上述したＧａＮ基板の表面粗さと同様の手法により測定した。その結果も表１に示されている。表１からも分かるように、実施例１〜１３においては、比較例１〜４よりエピタキシャル成長層の表面粗さが小さくなっている。【００７５】
基板とエピタキシャル層界面のＳｉ濃度をＳＩＭＳにより測定した。実施例１、実施例５、実施例１０、実施例１３、比較例１について、それぞれ１×１０20/ｃｍ3、１×１０19/ｃｍ3、１×１０18/ｃｍ3、１×１０17/ｃｍ3、５×１０20/ｃｍ3となった。実施例１、５、１０、１３については、比較例１よりも界面のシリコン濃度が小さくなっている。【００７６】
（発光強度の測定）
上述のように準備した実施例１〜１３、比較例１〜４の発光素子について、発光強度を測定した。その結果も表１に示されている。表１から分かるように、比較例１〜４の発光素子では発光自体が起きなかった一方で、実施例１〜１３の発光素子ではエピタキシャル成長層における発光層にて発光を確認できた。なお、発光強度の測定方法としては、各試料としての発光素子を積分球内に搭載した後、所定の電流（２０ｍＡ）を当該発光素子に印加し、集光されたディテクタから出力される光出力値を測定した。【００７７】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
この発明は、発光素子やパワーデバイスなどに用いられるＩＩＩ族窒化物基板、当該ＩＩＩ族窒化物基板を用いたエピタキシャル層付き基板やこれらの製造方法に特に有利に適用される。
【図１】
2008047627.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008047627.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月18日(2009.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（３）の１ｃｍ2当りの塩素原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、前記表面（３）の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数が３×１０13以下であることを特徴とする、ＧａＮ基板（１）。
【請求項２】
表面粗さがＲａで１ｎｍ以下である、請求項１に記載のＧａＮ基板（１）。
【請求項３】
前記表面（３）に形成された加工変質層の厚さが５０ｎｍ以下である、請求項１に記載のＧａＮ基板（１）。
【請求項４】
表面（３）の１ｃｍ2当りの塩素原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、前記表面（３）のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であることを特徴とする、ＧａＮ基板（１）。
【請求項５】
表面粗さがＲａで１ｎｍ以下である、請求項４に記載のＧａＮ基板（１）。
【請求項６】
前記表面（３）に形成された加工変質層の厚さが５０ｎｍ以下である、請求項４に記載のＧａＮ基板（１）。
【請求項７】
ＩＩＩ族窒化物基板の表面を研磨する研磨工程（Ｓ２１０）と、
前記研磨工程（Ｓ２１０）の後、前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面を洗浄する洗浄工程（Ｓ２３０）とを備え、
前記洗浄工程（Ｓ２３０）後における前記ＩＩＩ族窒化物基板の前記表面での１ｃｍ2当りの塩素原子の個数を２×１０14以下に保つように、前記研磨工程（Ｓ２１０）中および前記洗浄工程（Ｓ２３０）後に前記ＩＩＩ族窒化基板に接触する雰囲気ガスを制御し、
前記研磨工程（Ｓ２１０）においては、前記ＩＩＩ族窒化物基板の前記表面の表面粗さがＲａで１ｎｍ以下となるように化学機械研磨法により前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面を研磨し、
前記化学機械研磨法において用いられる研磨液には界面活性剤と酸とが含まれている、ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項８】
前記研磨液にはさらに酸化剤が含まれている、請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項９】
前記研磨液に含まれる酸が有機酸である、請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１０】
前記有機酸は２価以上のカルボン酸である、請求項９に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１１】
前記研磨工程の後、前記洗浄工程に先立って、前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面を酸性溶液またはアルカリ性溶液を用いてポリシングする工程をさらに備える、請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１２】
塩素系ガスを用いてＳｉ含有雰囲気中でＩＩＩ族窒化物基板の表面をドライエッチングすることにより、前記表面の１ｃｍ2当りの塩素原子の個数を２×１０14以下とし、かつ、前記表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数を３×１０13以下とすることを特徴とするＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項１３】
請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備工程と、
前記基板準備工程により得られた前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備工程と、
前記基板準備工程により得られた前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１に記載のＧａＮを準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備されたＧａＮ基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項４に記載のＧａＮ基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備されたＧａＮ基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、エピタキシャル層付き基板の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のエピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するエピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記エピタキシャル層付き基板準備工程により得られたエピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程（Ｓ３００）とを備える、半導体素子の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、ＧａＮ基板、ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法、エピタキシャル層付き基板の製造方法および半導体素子の製造方法に関し、より特定的には、良好な膜質のエピタキシャル層を形成することが可能なＧａＮ基板、ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法、エピタキシャル層付き基板の製造方法および半導体素子の製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
このような知見によりなされた、この発明に従ったＧａＮ基板は、表面の１ｃｍ2当りの塩素原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、当該表面の１ｃｍ2当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数が３×１０13以下であることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
このようにすれば、ＩＩＩ族窒化物基板であるＧａＮ基板の表面上に良好な品質のエピタキシャル成長層を形成することができる。なお、ＧａＮ基板の表面の１ｃｍ2当りの塩素原子の個数を２×１０14以下としたのは、この程度以下に塩素原子の個数を抑制すれば当該基板表面の粗さやヘイズレベルを十分小さくできる(基板表面の荒れの程度を十分小さくできる)からである。また、当該表面の１ｃｍ2当りのシリコン（Ｓｉ）原子の個数を３×１０13以下としたのは、このようにすれば形成されるエピタキシャル成長層の品質（たとえばエピタキシャル成長層の表面粗さや膜質）を十分良好に保つことができる（たとえば、当該エピタキシャル成長層を発光素子の発光層として利用する場合に所定の発光強度を得ることができる）からである。なお、シリコン原子の個数とは、シリコンが単体で存在する場合には当該シリコン原子の個数をいい、ＳｉＯ2のような化合物の形で存在する場合にはその化合物の分子の個数をいう。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記ＧａＮ基板において、表面のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であってもよい。これは、ＧａＮ基板の表面において、１ｃｍ2当りの塩素原子の個数（塩素原子の密度）を上述のような値以下とすることにより、当該基板の表面粗さを十分小さくできるため、くもりの程度（ヘイズレベル）も十分小さくすることができるからである。このように基板表面のヘイズレベルを小さくすることで、基板表面に形成されるエピタキシャル成長層の品質の劣化を防止できる。なお、ヘイズレベルの上限を５ｐｐｍとしたのは、ヘイズレベルが５ｐｐｍを超えると形成されるエピタキシャル成長層の品質が低下し、たとえば当該エピタキシャル成長層を発光素子の発光層などに利用した場合に十分な発光強度が得られなくなるためである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この発明に従ったＧａＮ基板は、表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数が３×１０13以下であり、かつ、当該表面のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であることを特徴とする。また、この発明に従ったＧａＮ基板は、表面の１ｃｍ2当りの塩素原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、当該表面のヘイズレベルは５ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
このようにすれば、ＧａＮ基板の表面上に良好な品質のエピタキシャル成長層を形成することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記ＧａＮ基板において、表面の１ｃｍ2当りの塩素原子の個数は、好ましくは９×１０13以下である。また、上記ＧａＮ基板において、表面のヘイズレベルは好ましくは３ｐｐｍ以下である。また、上記ＧａＮ基板において、表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数は、好ましくは１×１０13以下である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この場合、ＧａＮ基板の表面上に形成されるエピタキシャル成長層の膜質をより向上させることができる。たとえば、当該基板を用いて発光素子を形成し、エピタキシャル成長層により発光層を形成した場合、発光層での発光強度をより大きくすることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
ここで、上述した加工変質層の厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた基板の観察により、結晶格子の歪が発生した領域を上記加工変質層として、その歪発生部分（加工変質層）の厚さを測定することにより評価することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
この発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物基板の表面を研磨する研磨工程と、研磨工程の後、ＩＩＩ族窒化物基板の表面を洗浄する洗浄工程とを備える。洗浄工程後におけるＩＩＩ族窒化物基板の表面での１ｃｍ2当りの塩素原子の個数を２×１０14以下に保つように、研磨工程中および洗浄工程後にＩＩＩ族窒化基板に接触する雰囲気ガスを制御する。研磨工程においては、ＩＩＩ族窒化物基板の表面の表面粗さがＲａで１ｎｍ以下となるように化学機械研磨法によりＩＩＩ族窒化物基板の表面を研磨する。化学機械研磨法において用いられる研磨液には界面活性剤と酸とが含まれている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
このようにすれば、上記雰囲気ガスを制御する（たとえば、ＩＩＩ族窒化物基板の周囲から塩素を含む雰囲気ガスを迅速に除去できるように排気機構を動作させる、あるいは雰囲気ガスに含まれる塩素の濃度を所定の値より低くできるように、雰囲気ガスの流路に塩素を除去するための吸着剤を配置する）ことにより、雰囲気ガスから研磨工程中および洗浄工程後のＩＩＩ族窒化物基板の表面に塩素が付着する可能性を低減できる。また、研磨工程において上記のような研磨液を用いることにより、研磨工程後におけるＩＩＩ族窒化物基板の表面に、研磨液中のＳｉＯ2などからなる砥粒（粒子状物質）といった異物（Ｓｉ含有物質）が付着する可能性を低減できる。このため、ＩＩＩ族窒化物基板の表面におけるＳｉ含有物質、すなわちシリコン原子の密度を低くすることができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ＩＩＩ族窒化物基板のドライエッチングでは塩素系のガスを用いることが多く、基板表面に酸性物質である塩素が残存して存在する場合がある。塩素系ガスには、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4などがある。ドライエッチングに用いるガスを、これらの塩素系ガスと不活性ガスであるＡｒ、Ｎ2との混合ガスにすることもできる。不活性ガスの希釈、圧力、流量などの条件を調整することで基板表面の塩素を低減することができる。また、ドライエッチングでＩＩＩ族窒化物基板の表面を平滑にするためにはプラズマ中にＳｉが存在することが有効である。ＳｉはＳｉＣｌ4などのガスによりプラズマ中に添加することもできるし、基板周辺にＳｉ化合物を配置することにより基板と同時にこのＳｉ化合物をエッチングしてプラズマ中に存在させることもできる。なお、エッチング雰囲気中にＳｉが存在することにより、ドライエッチング後の基板表面にＳｉが残存する場合がある。この場合、プラズマ中のＳｉの濃度を制御することにより、基板表面のシリコンを低減することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また、この発明に従ったＩＩＩ族窒化物基板の製造方法は、塩素系ガスを用いてＳｉ含有雰囲気中でＩＩＩ族窒化物基板の表面をドライエッチングすることにより、当該表面の１ｃｍ2当りの塩素原子の個数が２×１０14以下であり、かつ、当該表面の１ｃｍ2当りのシリコン原子の個数が３×１０13以下とすることを特徴とする。ここで、塩素系ガスとはその成分の組成に塩素を含有するガスを意味し、たとえば塩素ガスや塩素をその組成に含むガス、あるいはこれらのガスを少なくとも１種類含む混合ガスであってもよい。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
この発明に従ったエピタキシャル層付き基板の製造方法は、上記ＧａＮ基板を準備する基板準備工程と、基板準備工程により準備されたＧａＮ基板の表面上にエピタキシャル成長層を形成する工程とを備える。このようにすれば、ＧａＮ基板の表面上に良好な品質のエピタキシャル成長層を形成できる。
【国際調査報告】
2008047627.tif 000008
2008047627.tif 000009
2008047627.tif 000010
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2008047627.tif 000012
2008047627.tif 000013
2008047627.tif 000014