(57)【要約】【課題】III族窒化物結晶からなる下地基板の上に形成した電子デバイス構造における漏れ電流を低減させることができる、III族窒化物結晶からなる下地基板の前処理方法を提供する。【解決手段】III族窒化物デバイス形成用のIII族窒化物基板に対し行う前処理として、前記III族窒化物基板を濃度が１５ｗｔ％以上の、好ましくは、２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の、フッ化水素酸に、浸漬するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物デバイス形成用のIII族窒化物基板に対し行う前処理方法であって、
前記III族窒化物基板を濃度が１５ｗｔ％以上のフッ化水素酸に浸漬する、
ことを特徴とするIII族窒化物基板の前処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のIII族窒化物基板の前処理方法であって、
前記III族窒化物基板を濃度が２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下のフッ化水素酸に浸漬する、
ことを特徴とするIII族窒化物基板の前処理方法。
【請求項３】
III族窒化物基板の上にIII族窒化物結晶層を形成してなるIII族窒化物デバイスにおける漏れ電流の発生を抑制する方法であって、
前記III族窒化物基板を濃度が１５ｗｔ％以上のフッ化水素酸に浸漬したうえで前記III族窒化物基板の上に前記III族窒化物結晶層を形成する、
ことを特徴とするIII族窒化物デバイスにおける漏れ電流抑制方法。
【請求項４】
請求項３に記載のIII族窒化物デバイスにおける漏れ電流抑制方法であって、
前記III族窒化物基板を濃度が２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下のフッ化水素酸に浸漬する、
ことを特徴とするIII族窒化物デバイスにおける漏れ電流抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物基板の前処理方法に関し、特に、電子デバイスの形成に用いるIII族窒化物基板に対する前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（窒化ガリウム）に代表されるIII族窒化物結晶（単結晶）は、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）などの電子デバイスや、ＬＥＤ（発光ダイオード）を初めとする発光素子や受光素子などの光デバイスの下地基板や、それらのデバイスにおいて所望のデバイス特性を発現させる機能層として広く用いられる。
【０００３】
また、下地基板に前処理を施すことで、III族窒化物結晶層形成前の基板表面の状態を、いわゆるエピレディの状態とする方法（例えば特許文献１および非特許文献１参照）やIII族窒化物結晶からなる基板に対する、エッチング処理の方法（例えば特許文献２および非特許文献１参照）が、既に公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５２５０１３号公報
【特許文献２】特開２００７−３２４５４９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】”Dry etching of GaN substrates for high-quality homoepitaxy” M. Schauler, F. Eberhard, C. Kirchner, V. Schwegler, A. Pelzmann et al., Appl. Phys. Lett. 74, 1123 (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
III族窒化物結晶からなる下地基板の上にIII族窒化物結晶層を形成することで作製した電子デバイス（III族窒化物デバイス）において、電極間に本来流れるべきではない電流が流れてしまう、いわゆる漏れ電流（リーク電流）が生じてしまうことがある。本発明の発明者によって、漏れ電流の発生には下地基板ごとにばらつきがあることが分かったため、本発明においては、基板の前処理による解決を試みた。従来の基板前処理方法では、成長装置内にてエッチングガス雰囲気に晒す手法が多いが、生産性の観点から効率的ではない。電子デバイス製造にあたり、本発明の発明者は、漏れ電流の発生を抑制し、かつ低コストに導入できる基板前処理方法を検討した。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、III族窒化物結晶からなる下地基板の上に形成した電子デバイス構造における漏れ電流を低減させることができる、III族窒化物結晶からなる下地基板の前処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、III族窒化物デバイス形成用のIII族窒化物基板に対し行う前処理方法であって、前記III族窒化物基板を濃度が１５ｗｔ％以上のフッ化水素酸に浸漬する、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のIII族窒化物基板の前処理方法であって、前記III族窒化物基板を濃度が２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下のフッ化水素酸に浸漬する、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、III族窒化物基板の上にIII族窒化物結晶層を形成してなるIII族窒化物デバイスにおける漏れ電流の発生を抑制する方法であって、前記III族窒化物基板を濃度が１５ｗｔ％以上のフッ化水素酸に浸漬したうえで前記III族窒化物基板の上に前記III族窒化物結晶層を形成する、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３に記載のIII族窒化物デバイスにおける漏れ電流抑制方法であって、前記III族窒化物基板を濃度が２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下のフッ化水素酸に浸漬する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１ないし請求項４の発明によれば、III族窒化物デバイスにおける漏れ電流の発生を好適に抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】下地基板に対し行う前処理の方法（手順）を示す図である。
【図２】電子デバイス構造体１０の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施の形態において下地基板に対し行う前処理の方法（手順）を示す図である。係る前処理は、下地基板を母基板として作製した、III族窒化物からなる電子デバイス（III族窒化物デバイス）構造体における漏れ電流（リーク電流）の発生を抑制する目的で、行うものである。
【００１５】
本実施の形態に係る前処理方法の対象となる下地基板は、例えばＧａＮに代表される、III族窒化物結晶（単結晶）からなる、いわゆる自立基板である。好ましくは、下地基板１は、表面が原子レベルで平坦な（０００１）面つまりはＣ面となっている。なお、下地基板は、ＧａＮのほか、ＡｌＮ、ＩｎＮなどからなるものであってもよいし、それらの混晶からなるものであってもよい。あるいは、下地基板は、サファイアやシリコンなどの異種材料からなる基板上に、上述したIII族窒化物の結晶層がエピタキシャル形成されてなる、いわゆるテンプレート基板であってもよい。下地基板の厚みは、４００μｍ〜１０００μｍ程度であるのが好適である。
【００１６】
また、電子デバイス構造体は、比較的大きなサイズを有する１の母基板から複数のデバイス構造体を得る、いわゆる多数個取りの手法によって作製される。すなわち、前処理済みの下地基板のうえに、III族窒化物からなる１または複数の結晶層を、デバイス特性を発現するうえにおいて必要とされる機能や結晶品質に応じて適宜に形成し、さらに、個々の電子デバイス構造体となる領域の所定位置に電極が配置されるように電極パターンを形成したうえで、素子分離を行うことによって作製される。
【００１７】
本実施の形態においては、上述したようなIII族窒化物結晶からなる下地基板を、まず初めにフッ化水素酸（フッ化水素水溶液）に浸漬する（ステップＳ１）。フッ化水素酸の濃度は、１５ｗｔ％以上とするのが好適である。浸漬時間は、２分〜２０分程度とすればよい。
【００１８】
係るフッ化水素酸への浸漬の後は、超純水への浸漬によるリンス（ステップＳ２）を２回〜４回繰り返した後、流水によるリンスを２分〜２０分間行い（ステップＳ３）、最後に、窒素ブローによる乾燥を行う（ステップＳ４）。
【００１９】
以上の手順によって下地基板に対する前処理を行うことで、係る下地基板を用いて作製した電子デバイス構造体における漏れ電流の発生頻度を、５％以下とすることができる。
【００２０】
ただし、本実施の形態において、漏れ電流の発生頻度は、前処理を施した下地基板を母基板として作製した多数の電子デバイス構造体のうち、漏れ電流の発生したものの割合によって表すものとする。
【００２１】
また、漏れ電流が発生するとは、電子デバイス構造体の電極間に３００Ｖ以下の電圧を印加した場合に、電極間の電流密度が１×１０−５Ａ／ｍｍ２を超えることをいうものとする。
【００２２】
好ましくは、フッ化水素酸の濃度は、２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下とされる。係る場合に、漏れ電流の発生頻度は１．５％以下にまで低減される。なお、フッ化水素酸の濃度を５０ｗｔ％以下とするのは、それ以上の濃度のフッ化水素酸を取り扱うのは、安全上の観点から好ましくないためである。また、漏れ電流の発生頻度の低減の効果は、２０ｗｔ％以上の場合にほぼ一定となる（フッ化水素酸の濃度を高めても発生頻度は変わらない）ことから、実用上は、フッ化水素酸の濃度は、２０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下とすれば十分である。
【００２３】
一方、フッ化水素酸の濃度を１５ｗｔ％よりも小さくした場合、漏れ電流の発生頻度は未処理の場合よりも低下はするものの、その効果は必ずしも十分ではない。このことは、漏れ電流の低減には、１５ｗｔ％以上、あるいは２０ｗｔ％以上という、比較的高濃度のフッ化水素酸を用いることが有効である、ということを意味している。
【００２４】
以上の手順によって前処理を行った下地基板を用いて電子デバイス構造体を作製した場合に、漏れ電流が低減される理由は、係る作製に供されるに先立って下地基板が研磨された際に基板最表面に生じていた加工変質層や、表面を研磨する際に用いられる研磨剤に含有されるＳｉ酸化物（例えば、ＳｉＯ２）が、係る前処理によって好適に除去されることにより、結晶欠陥（転位）の発生さらには厚み方向への伝播が、抑制されるからであると考えられる。後者については実際、III族窒化物結晶層における結晶欠陥の多少が反映されるピット密度の大小と、漏れ電流の発生頻度との間に一定の相関があることが、本発明の発明者によって確認されている。
【００２５】
なお、フッ化水素酸の他に、下地基板の前処理に用い得る薬液としては、特許文献２に開示されているＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液のほか、水酸化アンモニウム水溶液や、塩酸や、硫酸過水などが考えられるが、これらの薬液に浸漬処理を行ったとしても、漏れ電流の抑制には十分な効果が得られないことが、本発明の発明者によって確認されている。
【００２６】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、III族窒化物からなる下地基板を用いて電子デバイス構造体を作製するに先立って、１５ｗｔ％以上という比較的高濃度のフッ化水素酸に該下地基板を浸漬することで、電子デバイス構造体における漏れ電流の発生を好適に抑制することが出来る。特に、２０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の濃度のフッ化水素酸に浸漬した場合には、電子デバイス構造体における漏れ電流の発生頻度を１．５％以下にまで抑制することが出来る。
【実施例】
【００２７】
本実施例においては、薬液の条件を種々に違えて浸漬処理を行った複数の下地基板を用意し、それぞれの下地基板を用いて電子デバイス構造体を作製してその評価を行った。
【００２８】
具体的には、まず、下地基板として、直径が２インチで厚みが４００μｍのＣ面ＧａＮ単結晶基板（以下、ＧａＮ基板）を複数枚用意し、浸漬処理用の薬液として、濃度の異なる８種類のフッ化水素酸（それぞれの濃度は５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％、１７．５ｗｔ％、２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、４０ｗｔ％、５０ｗｔ％）と、ｐＨ＝１０の水酸化アンモニウム水溶液と、０．００５ｍｏｌ／ＬのＴＭＡＨ水溶液と、２０ｗｔ％の塩酸と、硫酸（９６ｗｔ％）と過酸化水素水（３０ｗｔ％）を２０：１にて混合した硫酸過水との全１２種類を用意した。
【００２９】
そして、それぞれの薬液にＧａＮ基板を１０分間浸漬した後、超純水への浸漬を２回繰り返し、さらに５分間の流水リンスを行った。その後、窒素ガスブローによりＧａＮ基板を乾燥させた。
【００３０】
次に、これら処理後のＧａＮ基板（全１２種類）に加え、未処理のＧａＮ基板（１種類）をも対象として、１３種のデバイス構造体を形成した。
【００３１】
図２は、本実施例において漏れ電流の評価対象とした電子デバイス構造体１０の構成を模式的に示す図である。
【００３２】
電子デバイス構造体１０は、それぞれの下地基板１の上に、ＧａＮ層２を３μｍの厚みに形成した後、下地基板１側の表面とＧａＮ層側の表面にそれぞれ、Ｐｔからなる円形の電極（直径２５０μｍ）３、４が２次元的に繰り返し配置された電極パターンを電子ビーム蒸着法により形成し、素子分離を行うことにより作製した。１つの下地基板からは、２５０個の電子デバイス構造体１０が得られた。
【００３３】
なお、ＧａＮ層２を形成した時点で、偏光顕微鏡による基板表面の観察を行い、その結果に基づいて、その表面のピット密度を評価した。
【００３４】
また、得られた個々の電子デバイス構造体１０について電流−電圧測定を行った。最大３００Ｖの電圧を印加した場合に、電極間の電流密度が１×１０−５Ａ／ｍｍ２を超えるものを漏れ電流が発生していると判定した。
【００３５】
表１に、それぞれの薬液の条件と、これに対応するピット密度の測定結果および電流−電圧測定結果から得られた漏れ電流の発生頻度とを、一覧にして示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示すように、濃度の異なるフッ化水素酸を用いて浸漬処理をした処理条件ａ−１〜ａ−８の場合においては、いずれも、（未処理である）処理条件ｂの場合よりもピット密度が低下し、かつ、フッ化水素酸の濃度が高いほどピット密度の値は小さくなった。また、漏れ電流の発生頻度についても概ねフッ化水素酸の濃度が高いほど低下する傾向があり、フッ化水素酸の濃度が１５ｗｔ％以上である処理条件ａ−３〜ａ−８の場合においては５％以下となった。これは、未処理の場合の漏れ電流の発生頻度の概ね１／９〜１／１０以下の値である。ただし、フッ化水素酸の濃度が２０ｗｔ％以上である処理条件ａ−５〜ａ−８の場合においては、漏れ電流の発生頻度は１．３％以下でほぼ一定となった。これは、未処理の場合の漏れ電流の発生頻度の概ね１／３０以下である。
【００３８】
一方、フッ化水素酸以外の薬液を用いて浸漬処理を行った処理条件ｃ〜ｆの場合は、ＴＭＡＨ水溶液を用いた処理条件ｄの場合のみ、処理条件ｂの場合よりもピット密度が小さくなり、かつ、漏れ電流の発生頻度が小さくなったが、その低減の程度は、処理条件ａ−５〜ａ−８に比して小さかった。また、処理条件ｃ、ｅ、ｆの場合、ピット密度は処理条件ｂの場合とさほど変わらず、漏れ電流の発生頻度はむしろ増加した。
【００３９】
以上の結果は、下地基板に対して濃度が１５ｗｔ％以上であるフッ化水素酸への浸漬処理を行うことが、該下地基板を用いて作製する電子デバイス構造体における漏れ電流の発生を抑制するという点において効果的であることを示している。
【符号の説明】
【００４０】
１  下地基板
２  ＧａＮ層
３、４  電極
１０  電子デバイス構造体
【図１】
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【図２】
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