(57)【要約】【課題】  高速でかつ平坦性に優れた窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能な表面処理方法及び表面処理装置を提供する。【解決手段】  金属微粒子及び研磨材を含むＫＯＨ電解液１４を供給する電解液供給口１５と、上方に開口を有し、電解液供給口１５から供給されたＫＯＨ電解液１４を保持する保持容器４０と、ＧａＮ基板１１を固定し、ＧａＮ基板１１表面を保持容器４０内のＫＯＨ電解液１４に保持容器４０の上方から含浸させてＫＯＨ電解液１４に接触させるウエハホルダ１２と、ウエハホルダ１２上に設置された荷重１３と、装置筐体１６と、ＧａＮ基板１１表面を研磨するための研磨パッド１７と、紫外光源４２とから構成される。【選択図】        図１
2006024910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面を平坦化する方法であって、
金属微粒子を含む電解液に前記基板表面を接触させて、前記表面のエッチングを行うことにより、前記表面を平坦化する
ことを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
前記エッチングは、前記電解液と接触する基板表面への光照射と共に行われる
ことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記表面に照射される光のエネルギーは、前記基板の禁制帯幅よりも大きい
ことを特徴とする請求項２記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記表面に照射される光は、レーザ光である
ことを特徴とする請求項２記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記電解液への接触は、前記電解液への前記表面の含浸、又は前記電解液を浸潤させた保持材への前記表面の接触により行われる
ことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項６】
前記金属微粒子は、Ｐｔ、Ａｕ又はＡｇから構成される
ことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項７】
前記電解液には、研磨材が含まれ、
前記エッチングは、前記表面の研磨と共に行われる
ことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項８】
前記電解液内には、導電性部材が配置され、
前記エッチングは、前記表面と前記導電性部材との間への電圧の印加と共に行われる
ことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記エッチングは、前記基板の加熱と共に行われる
ことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項１０】
前記基板は、窒素を含む化合物半導体から構成される
ことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項１１】
基板表面を平坦化する装置であって、
金属微粒子を含む電解液を保持する保持手段と、
前記基板表面を前記電解液に接触させる接触手段とを備える
ことを特徴とする表面処理装置。
【請求項１２】
前記表面処理装置は、さらに、前記表面に光を照射する光源を備える
ことを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【請求項１３】
前記光源は、レーザ光源である
ことを特徴とする請求項１２記載の表面処理装置。
【請求項１４】
前記保持手段は、上方に開口を有する、前記電解液を保持する保持容器であり、
前記接触手段は、前記基板を固定し、前記保持容器の上方から前記表面を前記電解液に含浸させる
ことを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【請求項１５】
前記保持手段は、前記電解液を浸潤させることが可能な保持部材であり、
前記接触手段は、前記基板を固定し、前記表面を前記保持部材に接触させる
ことを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【請求項１６】
前記表面処理装置は、さらに、前記表面と対向するように位置し、前記表面を研磨するための研磨パッドを備える
ことを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【請求項１７】
前記表面処理装置は、さらに、
前記表面と対向するように位置し、前記表面を研磨するための研磨パッドと、
前記研磨パッドを跨いで前記基板と反対側に位置し、前記表面に光を照射する光源とを備え、
前記研磨パッドは、開口部を有する
ことを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【請求項１８】
前記保持手段は、上方に開口を有する、前記電解液を保持する保持容器であり、
前記接触手段は、前記基板を固定し、前記保持容器の上方から前記表面を前記電解液に含浸させ、
前記表面処理装置は、さらに、
前記表面と対向するように位置し、前記表面を研磨するための研磨パッドと、
前記保持容器の側方に位置し、前記表面に光を照射する光源とを備え、
前記保持容器の側部は、前記光源の発する光に対して透明である
ことを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【請求項１９】
前記表面処理装置は、さらに、
前記表面と対向するように配置され、前記表面を研磨するための導電性の研磨パッドと、
前記基板と接するように位置する電極と、
前記電極と前記研磨パッドとの間に電圧を印加する電源とを備える
ことを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【請求項２０】
前記表面処理装置は、さらに、前記基板を加熱するヒータを備える
ことを特徴とする請求項１１記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば窒化物化合物半導体から構成される半導体レーザ素子、発光ダイオードあるいは電界効果トランジスタ等を含む集積回路の製造工程に適用できる基板の表面処理方法及び表面処理装置に関し、特に基板の表面平坦化方法及び表面平坦化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系窒化物化合物半導体（ＩｎＧａＡｌＮと一般に表記）は広い禁制帯幅（ＧａＮの室温での禁制帯幅が３．４ｅＶ）を有しており、緑色・青色の可視域あるいは紫外といった波長範囲にて高出力の発光ダイオードを実現できる材料であり、既に青色・緑色発光ダイオード、さらには蛍光体と組み合わせた白色での高出力発光ダイオードとして商品化され広く使用されている。また、次世代高密度光ディスクシステム（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）用光源に用いるため、この窒化物化合物半導体を用いた青紫色半導体レーザ素子の開発が盛んに行われている。また、窒化物化合物半導体はその大きな飽和ドリフト速度や高耐圧といった特性から、将来の高周波高出力電子デバイス用材料として有望視されており、研究開発が活発に行われている。
【０００３】
窒化物化合物半導体の結晶成長には有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD法）が広く用いられている。これまでは一般にサファイア基板上に結晶成長が行われてきたが、１）サファイア基板とＧａＮとの間で格子不整合による結晶欠陥が発生する、２）サファイア基板の放熱が悪い、３）サファイア基板は絶縁性基板であり両面電極を形成できないためにチップ面積が大きくなる等の課題がある。このような課題を解決するために、ＧａＮ厚膜をハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy: HVPE法）により母材基板上に形成し、母材基板を分離あるいは除去することで得られるＧａＮ基板が開発され、その上へのデバイス構造形成も行われている。またＧａＮエピタキシャル成長層をサファイア基板から分離する方法として、ＧａＮエピタキシャル成長層が形成されていないサファイア基板の裏面より短波長紫外高出力レーザを照射して界面のＧａＮを分解し、基板とＧａＮエピタキシャル成長層とを分離する、レーザリフトオフ法という方法も提案されている。このとき、ＨＶＰＥ法を用いた結晶成長により形成したＧａＮ表面は凹凸が激しく、続けてＧａＮ表面上にデバイス構造のエピタキシャル成長を行う場合には、ＧａＮ表面を原子レベルにまで平坦にする必要がある（例えば、非特許文献１参照）。また、前述のレーザリフトオフ後のＧａＮ表面はサファイア基板裏面より照射されるレーザ光の不均一性あるいはサファイア基板との界面付近での結晶性の不均一性のために荒れた表面となる（例えば、非特許文献２参照)。従って、このレーザリフトオフ後にＧａＮ表面にデバイスプロセスを行う場合には、ＧａＮ表面がより平坦であることが望ましく、結晶成長後のＧａＮ表面と同様に平坦化を行う必要がある。そして、前述の平坦化は一般にダイヤモンド粉などの研磨材溶液を用いた研磨により行われている。
【０００４】
以下、従来のＧａＮ表面の平坦化方法について説明する。
【０００５】
図７は、従来例におけるＧａＮ基板の表面処理装置の構成を示す表面処理装置の断面図である。
【０００６】
この表面処理装置は、ＧａＮ基板表面の平坦化を行う研磨装置であって、ＧａＮ基板１を固定するウエハホルダ２と、ウエハホルダ２上に設置された荷重３と、研磨材を含む電解液４を供給する電解液供給口５と、装置筐体６と、装置筐体６上に設置された研磨パッド７とから構成される。
【０００７】
上記構成を有する表面処理装置においては、ＧａＮ基板１をウエハホルダ２上に例えばワックス等で固定し、ＧａＮ基板１と研磨パッド７との間に例えばダイヤモンド粉などの研磨材を含む電解液４を供給した後、ＧａＮ基板１に荷重をかけながらＧａＮ基板１を回転させることで、研磨材によりＧａＮ基板１の表面が研磨され、平坦化される。前述のレーザリフトオフされた後のＧａＮ表面を平坦化する場合も同様である。なお、この平坦化はＨＶＰＥ法により形成されたＧａＮ基板を薄膜化する工程あるいはＧａＮ基板の表面を鏡面にする工程、又はデバイスプロセス工程にてＧａＮ基板の表面を平坦化する必要のある場合に使用される。
【非特許文献１】A.Usui et al., Mat.Res.Soc.Symp.Proc. Vol.639 (2001) G5.6.1-G.5.6.10
【非特許文献２】T.Ueda et al. Applied Surface Science Vol.216 (2003) p.512-518
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＧａＮ表面の平坦化に適用される表面処理方法及び表面処理装置では、ＧａＮ表面の平坦化は研磨材を用いてＧａＮ表面を削ることによってのみ行われるため、ＧａＮ表面を原子レベルにて平坦化する平坦性に優れた平坦化を実現することができない。
【０００９】
このとき、ＧａＮ表面を原子レベルにて平坦化する表面処理方法としては、ウェット化学エッチングにより平坦化する方法が考えられる。すなわち、ＧａＮ表面にて正孔を生じさせてＧａＮ表面を酸化させ、酸化物を除去する方法が考えられる。しかしながら、一般にＧａＮ表面についてはウェットエッチングを行うことが困難であり、より高速のエッチングを可能とするためにはＧａＮ表面に電極を形成し、例えばＫＯＨ等の溶液中に電極を設置して電流を流しながらエッチングを行う必要があるため、この方法では高速な平坦化を容易に実現することができない。結果として、ＧａＮに対しては、Ｓｉ基板あるいはＳｉ集積回路プロセス工程や基板研磨の最終工程で広く行われているエッチング溶剤を使っての研磨（化学研磨エッチング）を行う化学機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing: CMP）工程のような、高速でかつ平坦性に優れた平坦化を実現することができない。
【００１０】
そこで本発明は、前述の技術的課題に鑑み、高速でかつ平坦性に優れた窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能な表面処理方法及び表面処理装置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】
【００１１】
前記の課題を解決するために、本発明の表面処理方法は、基板表面を平坦化する方法であって、金属微粒子を含む電解液に前記基板表面を接触させて、前記表面のエッチングを行うことにより、前記表面を平坦化することを特徴とする。ここで、前記エッチングは、前記電解液と接触する基板表面への光照射と共に行われることが好ましく、前記電解液には、研磨材が含まれ、前記エッチングは、前記表面の研磨と共に行われることが更に好ましい。
【００１２】
これにより、窒化物化合物半導体基板の表面の平坦化を行う場合には、電解液と接触する基板表面に紫外光が照射されると、基板表面での電子−正孔対形成及び窒化物化合物半導体の酸化・分解が促進され、電解液のみでは非常に困難であった大きなエッチングレートでの窒化物化合物半導体の化学エッチングが可能となる。その結果、高速でかつ平坦性に優れた窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。また、エッチングに研磨を組み合わせることができ、窒化物化合物半導体表面の化学研磨エッチングが可能となる。その結果、更に高速の窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。また、大きなエッチングレートを実現するために基板上に電極を設ける必要が無いので、高速な平坦化を容易に実現することが可能となる。
【００１３】
また、前記表面に照射される光のエネルギーは、前記基板の禁制帯幅よりも大きいことが好ましい。
【００１４】
これにより、光照射により基板表面に電子−正孔対が形成されるので、大きなエッチングレートでの窒化物化合物半導体の化学エッチングが可能となる。その結果、高速でかつ平坦性に優れた窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。
【００１５】
また、前記表面に照射される光は、レーザ光であることが好ましい。
【００１６】
これにより、基板表面に照射する光の光出力を大きくでき、より多くの電子−正孔対を形成させることができるので、更に大きなエッチングレートでの窒化物化合物半導体の化学エッチングが可能となる。その結果、更に高速の窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。
【００１７】
また、前記電解液への接触は、前記電解液への前記表面の含浸、又は前記電解液を浸潤させた保持材への前記表面の接触により行われることが好ましい。つまり、基板の一部を電解液に触れさせる手段が、基板を含浸させるという手段、基板に電解液を吹き付けるという手段、または電解液を浸潤させた保持材で基板を摩擦するという手段であることが好ましい。また、基板の一部を電解液に触れさせるに際し、基板と電解液との接触面に向けて光照射を行うことが更に好ましい。
【００１８】
これにより、窒化物化合物半導体基板表面の平坦化を行う場合には、窒化物化合物半導体表面近傍の内部電界により正孔の蓄積が促進されるので、高速でかつ平坦性に優れた窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。
【００１９】
また、前記金属微粒子は、Ｐｔ、Ａｕ又はＡｇから構成されることが好ましい。
【００２０】
これにより、金属微粒子が電子を放出しにくくなるので、更に大きなエッチングレートでの窒化物化合物半導体の化学エッチングが可能となる。その結果、更に高速の窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。
【００２１】
また、前記電解液内には、導電性部材が配置され、前記エッチングは、前記表面と前記導電性部材との間への電圧の印加と共に行われることが好ましい。
【００２２】
これにより、基板側に正電圧を印加してｐ型の半導体基板を平坦化する場合には、正孔が基板表面に蓄積されるので、基板表面付近での正孔濃度が増加し、エッチング速度を増加させることが可能となる。
【００２３】
また、前記エッチングは、前記基板の加熱と共に行われることが好ましい。
【００２４】
これにより、基板が加熱され、基板の反りが低減されるので、基板面内での均一性に優れた平坦化を行うことが可能となる。また、基板の加熱と同時に電解液も加熱されるので、電解液内での化学反応を促進し、エッチング速度を増加させることが可能となる。
【００２５】
また、前記基板は、窒素を含む化合物半導体から構成されることが好ましい。
【００２６】
これにより、例えば可視域・紫外発光ダイオード素子、青紫色半導体レーザ素子、あるいは高温高速高出力デバイスといったＧａＮ系半導体デバイスの製造工程において、高速でかつ平坦性に優れた基板表面の平坦化を行うことが可能となる。
【００２７】
また、金属微粒子を含む電解液に基板の一部を触れさせることが好ましい。また、金属微粒子を含む電解液に基板の一部を触れさせ、電解液に触れた部分の基板表面をエッチングまたは研磨することが更に好ましい。
【００２８】
これにより、ＧａＮ表面での正孔の蓄積を促進し、表面エッチング速度を向上させることが可能となる。
【００２９】
また、金属微粒子を含む電解液に基板を触れさせる工程において、基板又は電解液を加熱することが好ましい。
【００３０】
これにより、基板表面にエピタキシャル成長層が形成された基板とエピタキシャル成長層との間に熱膨張係数差が存在し、基板が反っている場合には、基板を加熱することにより、基板の反りを緩和して均一に平坦化することが可能となる。また電解液を加熱することで、エッチング化学反応を促進し、より高速の表面エッチングを実現することが可能となる。
【００３１】
また、基板は単結晶基板とこの単結晶基板の上にエピタキシャル成長した半導体膜とにより構成されていることが好ましい。
【００３２】
これにより、例えばエピタキシャル成長後に荒れた表面を平坦化する、あるいは半導体レーザ素子等のデバイス構造が形成されたエピタキシャル成長層を薄膜化する際に、高速でかつ平坦性に優れた表面処理を行うことが可能となる。
【００３３】
また、基板が少なくとも２層の熱膨張係数の異なる材料により構成されていることが好ましい。
【００３４】
これにより、例えば基板がサファイア基板とその上に形成されたＧａＮ系半導体薄膜とから構成されている場合、すなわち熱膨張係数差により基板が反っている場合には、基板を加熱することにより、基板の反りを緩和し、均一に平坦化することが可能となる。
【００３５】
また、基板がサファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＬｉＧａＯ2、ＬｉＡｌＯ2及びＬｉＧａＯ2トＬｉＡｌＯ2混晶のうちのいずれかの基板と、その基板上に形成された窒素を含む化合物半導体とで構成されていることが好ましい。
【００３６】
これにより、結晶性に優れたＧａＮ系半導体デバイスを形成できるので、より高性能な、例えば可視域・紫外発光ダイオード素子、青紫色半導体レーザ素子、あるいは高温高速高出力デバイスといったＧａＮ系半導体デバイスを実現することが可能となる。
【００３７】
また、窒素を含む化合物半導体が基板の最表面層として形成されており、照射する光が水銀灯、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、ＹＡＧレーザの高調波及びエキシマレーザのいずれかにより構成されていることが好ましい。
【００３８】
これにより、ＧａＮ系半導体表面に多くの電子−正孔対を形成させることができるので、より高速の表面エッチングを実現することが可能となる。
【００３９】
また、基板が紫外光を透過する基板とその上に形成された窒化物化合物半導体層とから構成され、紫外光を透過する基板の窒化物化合物半導体が形成されていない側より紫外光を照射し、窒化物化合物半導体層と基板との界面にて窒化物化合物半導体を分解させて基板と窒化物化合物半導体層とを分離し、基板に接する形で形成されていた窒化物化合物半導体層表面を平坦化することが好ましい。
【００４０】
これにより、例えばサファイア基板上に形成されたＧａＮ系半導体デバイス層を、サファイア基板裏面より例えばＫｒＦエキシマレーザ等の短波長高出力パルスレーザを照射することによりサファイア基板から分離する、いわゆるレーザリフトオフ工程後のＧａＮ系半導体表面に対して、高速かつ平坦性に優れた平坦化を行うことが可能となる。
【００４１】
また、本発明は、基板表面を平坦化する装置であって、金属微粒子を含む電解液を保持する保持手段と、前記基板表面を前記電解液に接触させる接触手段とを備えることを特徴とする表面処理装置とすることもできる。ここで、前記表面処理装置は、さらに、前記表面に光を照射する光源を備えることが好ましい。また、前記保持手段は、上方に開口を有する、前記電解液を保持する保持容器であり、前記接触手段は、前記基板を固定し、前記保持容器の上方から前記表面を前記電解液に含浸させることが好ましく、前記保持手段は、前記電解液を浸潤させることが可能な保持部材であり、前記接触手段は、前記基板を固定し、前記表面を前記保持部材に接触させることが更に好ましい。
【００４２】
これにより、電解液のみでは非常に困難であった大きなエッチングレートでの窒化物化合物半導体の化学エッチングが可能となるので、高速でかつ平坦性に優れた窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。また、大きなエッチングレートを実現するために基板上に電極を設ける必要が無いので、高速な平坦化を容易に実現することが可能となる。
【００４３】
また、前記光源は、レーザ光源であることが好ましい。
【００４４】
これにより、基板表面に照射する光の光出力が大きくなり、基板表面により多くの電子−正孔対を形成させることができるので、更に大きなエッチングレートでの窒化物化合物半導体の化学エッチングが可能となる。その結果、更に高速の窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。
【００４５】
また、前記表面処理装置は、さらに、前記表面と対向するように位置し、前記表面を研磨するための研磨パッドを備えることが好ましい。
【００４６】
これにより、窒化物化合物半導体表面の化学研磨エッチングが可能となるので、更に高速の窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。
【００４７】
また、前記表面処理装置は、さらに、前記表面と対向するように位置し、前記表面を研磨するための研磨パッドと、前記研磨パッドを跨いで前記基板と反対側に位置し、前記表面に光を照射する光源とを備え、前記研磨パッドは、開口部を有することが好ましい。
【００４８】
これにより、基板近傍にて光照射を行うことができるので、表面近傍での光強度が増し、基板表面で形成される電子−正孔対は増加し、更に高速の窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。
【００４９】
また、前記保持手段は、上方に開口を有する、前記電解液を保持する保持容器であり、前記接触手段は、前記基板を固定し、前記保持容器の上方から前記表面を前記電解液に含浸させ、前記表面処理装置は、さらに、前記表面と対向するように位置し、前記表面を研磨するための研磨パッドと、前記保持容器の側方に位置し、前記表面に光を照射する光源とを備え、前記保持容器の側部は、前記光源の発する光に対して透明であることが好ましい。
【００５０】
これにより、基板表面に照射する光として例えば光出力の大きなレーザ光を用いることで、基板横方向からの光照射でも十分な電子−正孔対を形成させることが可能となり、研磨パッドに開口部を形成する必要がなくなる。その結果、より簡単な装置構成の表面処理装置を実現することが可能となる。
【００５１】
また、前記表面処理装置は、さらに、前記表面と対向するように配置され、前記表面を研磨するための導電性の研磨パッドと、前記基板と接するように位置する電極と、前記電極と前記研磨パッドとの間に電圧を印加する電源とを備えることが好ましい。
【００５２】
これにより、例えば基板側に正電圧を印加してｐ型の半導体基板を平坦化する場合には、正孔が基板表面に蓄積されるので、基板表面での正孔濃度が増加し、エッチング速度を増加させることが可能となる。
【００５３】
また、前記表面処理装置は、さらに、前記基板を加熱するヒータを備えることが好ましい。
【００５４】
これにより、基板が加熱され、基板の反りが低減されるので、基板面内での均一性に優れた平坦化を行うことが可能となる。また、基板の加熱と同時に電解液も加熱されるので、電解液内での化学反応を促進し、エッチング速度を増加させることが可能となる。
【００５５】
また、研磨装置は、基板を固定するウエハホルダと、ウエハホルダに対向する位置に配置された研磨パッドと、基板と研磨パッドとの間に金属微粒子を含む電解液を供給する設備とを有することが好ましい。
【００５６】
これにより、電子を放出しにくい例えばＰｔ等の金属材料により構成される金属微粒子を用いることにより、例えばＧａＮ表面を平坦化する場合には、ＧａＮ表面での正孔の蓄積を促進させ、表面エッチング速度を向上させることが可能となる。
【００５７】
また、研磨装置は、さらに電解液に研磨材を含む形で供給する設備を有していることが好ましい。
【００５８】
これにより、化学エッチングと機械的な研磨を同時に行うことができるので、より高速な平坦化を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００５９】
以上説明したように、本発明の表面処理方法及び表面処理装置によれば、金属微粒子を含む電解液及び窒化物化合物半導体表面に照射される紫外光により窒化物化合物半導体表面での電子−正孔対形成及び窒化物化合物半導体の分解を促進でき、電解液のみでは非常に困難であった窒化物化合物半導体表面の化学研磨エッチングが可能となる。結果として、高速性と平坦性とを両立できる窒化物化合物半導体表面の平坦化が可能となる。また、平坦化される基板あるいは電解液を加熱することにより、より高速な平坦化が可能となる。基板と研磨パッドとの間に直流電圧を印加することにより、例えばｐ−ＧａＮ表面を平坦化する場合にはｐ−ＧａＮ表面での正孔濃度が増加し、結果として高速エッチングが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、本発明の実施の形態における表面処理方法及び表面処理装置について図面を参照しながら説明する。
【００６１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【００６２】
この表面平坦化装置は、ＧａＮ基板１１表面の平坦化を行う装置であって、Ｐｔ微粒子及び例えばダイヤモンド粉等の研磨材を含むアルカリ電解液であるＫＯＨ電解液１４を供給する電解液供給口１５と、上方に開口を有し、電解液供給口１５から供給されたＫＯＨ電解液１４を保持する保持手段としての保持容器４０と、ＧａＮ基板１１を固定し、ＧａＮ基板１１表面を保持容器４０内のＫＯＨ電解液１４に保持容器４０の上方から含浸させてＫＯＨ電解液１４に接触させるウエハホルダ１２と、ウエハホルダ１２上に設置され、ウエハホルダ１２と共に接触手段を構成する荷重１３と、装置筐体１６と、保持容器４０の底部を構成する石英板４３上に設置されたＧａＮ基板１１表面を研磨するための研磨パッド１７と、保持容器４０下方の装置筐体１６内部に位置する紫外光源４２とから構成される。なお、微粒子とは、電解液中で良好な分散状態を維持することが可能な粒系が１μｍ以下のナノパーティクルを示す。
【００６３】
研磨パッド１７は、研磨されるＧａＮ基板１１表面と対向するように位置し、微細な複数個の開口部が形成された例えば金属板あるいは合成ゴム等の樹脂から構成される。
【００６４】
紫外光源４２は、研磨パッド１７を跨いでＧａＮ基板１１と反対側に位置する例えば低圧水銀灯等の紫外光源であり、ＫＯＨ電解液１４と接触するＧａＮ基板１１表面に、ＧａＮ基板１１の禁制帯幅よりも大きなエネルギーを持つ紫外光４１を照射する。紫外光源４２とＧａＮ基板１１との間に位置する石英板４３は、この紫外光４１に対して透明であり、石英板４３を透過した紫外光４１は、研磨パッド１７の開口部を介してＧａＮ基板１１表面に照射される。
【００６５】
保持容器４０内のＫＯＨ電解液１４は、保持容器４０の排出口（図外）及び電解液供給口１５を介して循環されるかあるいは定期的に交換される。
【００６６】
次に図１を用い、本発明の第１の実施形態における表面平坦化方法について説明する。
【００６７】
上記構成を有する表面平坦化装置においては、ＧａＮ基板１１をウエハホルダ１２上に研磨面を下向きにして例えばワックス等で固定し、ウエハホルダ１２上に設置された荷重１３によりＧａＮ基板１１に荷重をかけ、保持容器４０のＫＯＨ電解液１４内で、ＧａＮ基板１１表面を研磨パッド１７に押し付けた後、ウエハホルダ１２を回転させることで、ＧａＮ基板１１の表面が研磨され、平坦化される。
【００６８】
このとき、この表面平坦化方法は、電解液としてＰｔ微粒子を含むＫＯＨ電解液１４を使用し、研磨パッド１７中に存在する開口部を介してＫＯＨ電解液１４内のＧａＮ基板１１表面に紫外光４１を照射することで、ＧａＮ基板１１表面に付着したＰｔ微粒子を介しての光エッチングを行っている点で従来の表面平坦化装置と大きく異なっている。
【００６９】
以下にＧａＮ基板１１への光照射あるいはＧａＮ基板１１への電圧印加によるウェットエッチングの機構について解説する。C-Y.Fangらによれば（Jpn. J.Appl.Phys. Vol.42 (2203) pp.4207-4212参照）、ＧａＮのウェットエッチングは下記の化学反応式により表される。
ＧａＮ（ｓ）→ＧａＮ（ｓ)＋ｅ-＋ｈ+
２ＧａＮ*＋６ｈ+＋３Ｈ2Ｏ（ｌ）→Ｇａ2Ｏ3（ｓ）＋Ｎ2（ｇ)＋６Ｈ+（ａｑ）
Ｇａ2Ｏ3（ｓ）＋３Ｈ2Ｏ（ｌ）→２Ｇａ3+（ａｑ）＋６ＯＨ-（ａｑ）
【００７０】
すなわち、ＧａＮ表面に紫外光が照射されると電子−正孔対が形成され、この正孔及びＨ2ＯがＧａＮと反応してＧａＮが酸化され、ＧａＮの酸化物が溶解することでＧａＮのエッチングが進行する。ｎ型ＧａＮの場合には電子を逃がす工夫によりエッチングを生じ易くすることができ、ｐ型ＧａＮの場合には例えばＧａＮ基板１１側が正電位になるようにバイアスを印加する等してＧａＮ基板１表面付近に正孔を蓄積させることでエッチングを生じ易くすることができる（例えばJ-W.Yang et al. Electronics Letters Vol.36 (2000) p88-90参照）。本実施形態では、ＫＯＨ電解液１４に添加されるＰｔ微粒子は大きな電気陰性度を有し、電子を放出しにくいので、ｎ型ＧａＮの場合には紫外光４１を照射した際にＧａＮ基板１１表面に正孔が蓄積し易く、化学エッチングを生じ易くすることができる。また、ｐ型ＧａＮの場合には前述のＰｔ微粒子は電圧印加した際の溶液側の電極としても機能し、結果として、化学エッチングを生じ易くすることができる。
【００７１】
従って、本実施形態における表面平坦化方法及び表面平坦化装置においては、ＧａＮ基板表面を研磨する際に、Ｐｔ微粒子を含むアルカリ電解液にＧａＮ基板表面を接触させ、そのアルカリ電解液と接触するＧａＮ基板表面に研磨パッド内の開口部を介して紫外光を照射する。その結果、ＧａＮ基板表面での電子−正孔対形成及びＧａＮの分解を促進でき、電解液のみでは非常に困難であったＧａＮ表面の高速の化学エッチングが可能となる。これにより、高速のエッチング及び研磨を組み合わせたＧａＮ基板の平坦化が可能となり、高速でかつ平坦性に優れたＧａＮ表面の平坦化が可能な表面平坦化方法及び表面平坦化装置を実現することができる。
【００７２】
なお、本実施形態の表面平坦化方法及び表面平坦化装置において、ＧａＮ基板上には例えば青紫色半導体レーザ素子等が形成されたエピタキシャル成長層、あるいは例えば青紫色半導体レーザ素子等のデバイス構造が形成されていてもよく、本実施形態における表面平坦化方法及び表面平坦化装置は、それらが形成されていないＧａＮ基板の裏面を研磨・エッチングして薄膜化する工程で使用されてもよい。
【００７３】
また、本実施形態の表面平坦化方法及び表面平坦化装置において、アルカリ電解液に含まれる金属微粒子としてＰｔ微粒子を例示したが、電気陰性度が１ポーリング以上と大きく、水素よりもイオン化し難い金属元素から構成される金属微粒子であればこれに限られず、例えばＡｕ及びＡｇ等の電気陰性度がそれぞれ２．４ポーリング及び１．９ポーリングの金属元素から構成される金属微粒子であっても良い。これにより、金属微粒子は電子を放出しにくい材料から構成されることになるので、例えばＧａＮ基板表面での正孔の蓄積を促進でき、更に高速の平坦化が可能な表面平坦化方法及び表面平坦化装置を実現することができる。
【００７４】
また、本実施形態の表面平坦化方法及び表面平坦化装置において、平坦化される基板としてＧａＮ基板を例示したが、窒素を含む化合物半導体であればこれに限られない。
【００７５】
また、本実施形態の表面平坦化装置は、電解液供給口と接続され、電解液、研磨材及び金属微粒子を混合する混合部を有してもよい。また、保持容器４０内には、研磨材及び金属微粒子が電解液に均一に拡散した状態を維持するための攪拌等を行う拡散維持部が設けられてもよい。
【００７６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【００７７】
この表面平坦化装置は、ＧａＮ基板５１表面の平坦化を行う装置であって、Ｐｔ微粒子及び研磨材を含むＫＯＨ電解液１４を供給する電解液供給口１５と、保持容器４０と、ＧａＮ基板５１を固定し、ＧａＮ基板５１表面を保持容器４０内のＫＯＨ電解液１４に保持容器４０の上方から含浸させてＫＯＨ電解液１４に接触させるウエハホルダ５２と、ウエハホルダ５２と共に接触手段を構成する荷重１３と、装置筐体１６と、保持容器４０の底部を構成する石英板４３上に設置されたＧａＮ基板５１表面を研磨するための研磨パッド４４と、ＧａＮ基板５１の禁制帯幅よりも大きなエネルギーを持つ紫外光４１をＧａＮ基板５１表面に照射する紫外光源４２と、ＧａＮ基板５１と接するように位置する電極ピン４６と、電極ピン４６と研磨パッド４４との間に電圧を印加する直流電源４５とから構成される。ＧａＮ基板５１は、単結晶基板としてのサファイア基板上に例えば有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）によりＧａＮ薄膜を形成して構成される。
【００７８】
研磨パッド４４は、研磨されるＧａＮ基板５１表面と対向するように位置し、微細な複数個の開口部が形成された例えば金属板等から構成される導電性部材である。
【００７９】
ウエハホルダ５２には、ヒータ電源４８と接続された基板ヒータ４７が取り付けられている。
【００８０】
次に図２を用い、本発明の第２の実施形態における表面平坦化方法について説明する。
【００８１】
上記構成を有する表面平坦化装置においては、ＧａＮ基板５１をウエハホルダ５２上に研磨面を下向きにして例えばワックス等で固定し、ウエハホルダ５２上に設置された荷重１３によりＧａＮ基板５１に荷重をかけ、保持容器４０のＫＯＨ電解液１４内で、ＧａＮ基板５１表面を研磨パッド４４に押し付けた後、ウエハホルダ５２を回転させることで、ＧａＮ基板５１の表面が研磨され、平坦化される。
【００８２】
このとき、この表面平坦化方法は、ウエハホルダ５２の基板ヒータ４７によりＧａＮ基板５１を加熱し、ＧａＮ基板５１の反りを低減しているという点で第１の実施形態の表面平坦化方法と異なっている。一般にＧａＮ薄膜をサファイア基板上にエピタキシャル成長してＧａＮ基板５１を形成した場合には、両者の熱膨張係数の差によりＧａＮ基板５１は凸に反る。しかし、本実施形態の表面平坦化方法においては、基板ヒータ４７により研磨中に例えば５００℃程度にＧａＮ基板５１が加熱されるために、ＧａＮ基板５１の反りは緩和されて平坦な表面となる。その結果、ＧａＮ基板５１面内での均一性に優れたエッチング及び研磨を行うことが可能となる。また、研磨時にＧａＮ基板５１に与えるストレスが小さくなるので、研磨時における基板の割れ等を防止することが可能となる。なお、ＧａＮ基板５１をウエハホルダ５２に固定するワックスあるいは接着剤としては、５００℃以上の耐熱性を有し、このような温度においてもＧａＮ基板５１を保持することが可能なワックスあるいは接着剤が選択されて使用される。
【００８３】
また、この表面平坦化方法は、ＧａＮ基板５１のＧａＮ薄膜表面に接する形で設置された電極ピン４６と、導電性材料から構成される研磨パッド４４との間に直流電源４５により直流電圧を印加することで、化学ウェットエッチングを更に促進させているという点で第１の実施形態の表面平坦化方法と異なっている。ｐ型のＧａＮ薄膜がＧａＮ基板５１表面に形成されている場合には、ＫＯＨ電解液１４を介し、研磨パッド４４とＧａＮ基板５１との間に直流電圧を印加することにより、正孔をＧａＮ基板５１表面に蓄積させることができる。その結果、特にｐ型のＧａＮ薄膜の化学ウェットエッチングを促進し、ウェットエッチング速度を増加させることが可能となる。
【００８４】
さらに、この表面平坦化方法は、基板ヒータ４７によりＧａＮ基板５１を加熱すると同時にＫＯＨ電解液１４を加熱することで、ＫＯＨ電解液１４内での化学反応を促進し、ウェットエッチング速度を増加させているという点で第１の実施形態の表面平坦化方法と異なっている。
【００８５】
従って、本実施形態における表面平坦化方法及び表面平坦化装置においては、研磨パッドを用いてＧａＮ基板表面を研磨する際に、Ｐｔ微粒子を含むアルカリ電解液にＧａＮ基板表面を接触させ、そのアルカリ電解液と接触するＧａＮ基板表面に研磨パッド内の開口部を介して紫外光を照射し、さらにＧａＮ基板表面と研磨パッドとの間に直流電圧を印加する。その結果、ＧａＮ基板表面での電子−正孔対形成及びＧａＮの分解を促進でき、第１の実施形態の表面平坦化方法及び表面平坦化装置に比べて更に高速の化学エッチングが可能となる。また、ＧａＮ基板を加熱し、ＧａＮ基板の反りを低減できるので、面内での均一性に優れたエッチング及び研磨を行うことが可能となる。さらに、ＧａＮ基板の加熱により電解液も加熱されるので、更に高速の化学エッチングが可能となる。
【００８６】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【００８７】
この表面平坦化装置は、ＧａＮ基板５１表面の平坦化を行う装置であって、Ｐｔ微粒子及び研磨材を含むＫＯＨ電解液１４を供給する電解液供給口１５と、保持容器４０と、ウエハホルダ５２と、荷重１３と、装置筐体１６と、保持容器４０の底部上に設置されたＧａＮ５１表面を研磨するための研磨パッド６７と、直流電源４５と、電極ピン４６とから構成される。ＧａＮ基板５１は、サファイア基板上に例えばＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ薄膜を形成して構成される。
【００８８】
研磨パッド６７は、研磨されるＧａＮ基板５１表面と対向するように位置し、例えば金属板等から構成される導電性部材である。
【００８９】
ウエハホルダ５２には、ヒータ電源４８と接続された基板ヒータ４７が取り付けられている。
【００９０】
次に図３を用い、本発明の第３の実施形態における表面平坦化方法について説明する。
【００９１】
上記構成を有する表面平坦化装置においては、ＧａＮ基板５１をウエハホルダ５２上に研磨面を下向きにして例えばワックス等で固定し、ウエハホルダ５２上に設置された荷重１３によりＧａＮ基板５１に荷重をかけ、保持容器４０のＫＯＨ電解液１４内で、ＧａＮ基板５１表面を研磨パッド６７に押し付けた後、ウエハホルダ５２を回転させることで、ＧａＮ基板５１の表面が研磨され、平坦化される。
【００９２】
従って、本実施形態における表面平坦化装置は、第２の実施形態の表面平坦化装置と同様の電源及び電極を有しているが、本実施形態の表面平坦化装置では、ｐ型のＧａＮ薄膜がＧａＮ基板５１表面に形成されている場合、ＧａＮ基板５１側が正電位になるようにバイアスを印加してＧａＮ基板５１表面付近に正孔を蓄積させ、ウェットエッチング速度を増加させる。よって、第２の実施形態の表面平坦化装置のように、ウェットエッチング速度を増加させるために、紫外光をＧａＮ基板５１に照射しないので、紫外光を出射する光源が不要となり、表面平坦化装置を小型化することが可能となる。また、本実施形態に示す表面平坦化装置は、特にｐ型のＧａＮ薄膜の化学ウェットエッチングを促進させるので、選択エッチングが可能となる。
【００９３】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【００９４】
この表面平坦化装置は、ＧａＮ基板５１表面の平坦化を行う装置であって、Ｐｔ微粒子及び研磨材を含むＫＯＨ電解液１４を供給する電解液供給口１５と、電解液供給口１５から供給されたＫＯＨ電解液１４を浸潤して保持する保持手段としてのスポンジ状の保持部材６０と、ウエハホルダ５２と、荷重１３と、装置筐体１６と、保持部材６０と接するように保持部材６０の下方に設置されたＧａＮ基板５１表面を研磨するための研磨パッド６７と、直流電源４５と、電極ピン４６とから構成される。
【００９５】
ウエハホルダ５２には、ヒータ電源４８と接続された基板ヒータ４７が取り付けられている。
【００９６】
次に図４を用い、本発明の第４の実施形態における表面平坦化方法について説明する。
【００９７】
上記構成を有する表面平坦化装置においては、ＧａＮ基板５１をウエハホルダ５２上に研磨面を下向きにして例えばワックス等で固定し、ウエハホルダ５２上に設置された荷重１３によりＧａＮ基板５１に荷重をかけ、ＧａＮ基板５１表面を保持部材６０に接触させつつ、ＧａＮ基板５１表面を研磨パッド６７に押し付けた後、ウエハホルダ５２を回転させることで、ＧａＮ基板５１の表面が研磨され、平坦化される。
【００９８】
従って、本実施形態における表面平坦化装置は、第３の実施形態の表面平坦化装置と同様に、表面平坦化装置を小型化することが可能となる。
【００９９】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【０１００】
この表面平坦化装置は、ＧａＮ基板１１表面の平坦化を行う装置であって、Ｐｔ微粒子及び研磨材を含むＫＯＨ電解液１４を供給する電解液供給口１５と、ウエハホルダ１２と、荷重１３と、保持容器４０と、保持容器４０の側方に配置された紫外レーザ光源７２と、保持容器４０の底部上に設置されたＧａＮ基板１１表面を研磨するための研磨パッド７５と、装置筐体１６とから構成される。
【０１０１】
紫外レーザ光源７２は、ＫＯＨ電解液１４と接触するＧａＮ基板１１表面に、ＧａＮ基板１１の禁制帯幅よりも大きなエネルギーを持つ紫外レーザ光７４を照射する。紫外レーザ光源７２とＧａＮ基板１１との間に位置し、保持容器４０の側部を構成する石英板７３は、この紫外レーザ光７４に対して透明であり、紫外レーザ光７４は石英板７３を透過する。
【０１０２】
研磨パッド７５は、研磨されるＧａＮ基板１１表面と対向するように位置し、例えば金属板あるいは合成ゴム等の樹脂から構成されている。
【０１０３】
次に図５を用い、本発明の第５の実施形態における表面平坦化方法について説明する。
【０１０４】
上記構成を有する表面平坦化装置においては、ＧａＮ基板１１をウエハホルダ１２上に研磨面を下向きにして例えばワックス等で固定し、ウエハホルダ１２上に設置された荷重１３によりＧａＮ基板１１に荷重をかけ、保持容器４０のＫＯＨ電解液１４内で、ＧａＮ基板１１表面を研磨パッド７５に押し付けた後、ウエハホルダ１２を回転させることで、ＧａＮ基板１１の表面が研磨され、平坦化される。
【０１０５】
このとき、この表面平坦化方法は、ＧａＮ基板１１に照射する光として水銀灯の光では無く例えばＹＡＧレーザの３次高調波等の紫外レーザ光を用いているという点と、研磨パッド７５に開口部を設けること無く、研磨パッド７５の周辺部にアレイ状に光源を配置して、ＧａＮ基板１１の側方から石英板７３を介して光をＧａＮ基板１１表面に照射しているという点とで第１の実施形態の表面平坦化方法と異なっている。ＧａＮ基板１１に照射する光としてレーザ光を用いることで、例えば高圧水銀灯等の紫外光源に比べて照射光強度が十分強くなるので、第１の実施形態の表面平坦化装置で示したような、ＧａＮ基板１１表面の近傍に光源を配置し、研磨パッドの開口部を介して紫外光を照射する必要がなくなる。その結果、表面平坦化装置を小型化できるとともに、光強度が強く、特にｎ型ＧａＮ基板についてより大きなエッチング速度を実現することが可能となる。
【０１０６】
従って、本実施形態における表面平坦化方法及び表面平坦化装置においては、ＧａＮ基板表面を研磨する際に、Ｐｔ微粒子を含むアルカリ電解液にＧａＮ基板表面を接触させ、そのアルカリ電解液と接触するＧａＮ基板表面に研磨パッド周辺部より紫外レーザ光を照射する。その結果、ＧａＮ基板表面での電子−正孔対形成及びＧａＮの分解を大きく促進させることができるので、第１の実施形態の表面平坦化装置に比べて更に高速の化学エッチングが可能な小型の表面平坦化装置を実現できる。
【０１０７】
なお、本実施形態の表面平坦化方法及び表面平坦化装置においては、ＹＡＧレーザの３次高調波を用いてＧａＮ基板表面への光照射を行ったが、Ｈｅ−Ｃｄレーザ又はエキシマレーザを用いてＧａＮ基板表面への光照射を行ってもよい。
【０１０８】
（第６の実施形態）
図６Ａ〜６Ｈは、本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【０１０９】
まず、図６Ａに示されるように、例えばサファイア基板１９上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層２０、ＩｎＧａＡｌＮ活性層２１及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２２を順次形成し、さらにｐ層側ＩＴＯ透明電極２３を電子ビーム蒸着により形成した後に、例えばＲＦスパッタ法によりＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２５を形成する。このとき、ＩｎＧａＡｌＮ活性層２１から発光する光の波長に対して十分大きな反射率となるようにＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２５の構造が決定され、例えばＩｎＧａＡｌＮ活性層２１から波長３４０ｎｍの光が発光する場合には、ＳｉＯ2膜８０ｎｍ、Ｔａ2Ｏ5膜５３ｎｍが１０ペア積層された構造とされる。その後、ＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２５の一部を例えばフッ化水素酸を用いたウェットエッチングにより選択的に除去し、ｐ層側ＩＴＯ透明電極２３及びＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２５の最上層に接する形で電子ビーム蒸着によりＰｔ／Ａｕ電極２４を形成する。
【０１１０】
次に、図６Ｂに示されるように、前述のＰｔ／Ａｕ電極２４のＡｕ層を下地層として層厚が約５０μｍのＡｕメッキ２６を形成する。
【０１１１】
次に、図６Ｃに示されるように、基板面内をスキャンする形でサファイア基板１９の裏面からＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を照射する。照射されたレーザ光はサファイア基板１９で吸収されず、ＧａＮでのみ吸収されるので、局所的な発熱によりサファイア基板１９とｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層２０との界面付近にてＧａＮの結合が分解する（これをレーザリフトオフ技術と呼ぶ）。これによりサファイア基板１９が分離し、ＧａＮ系半導体材料から構成されるデバイス構造を得ることができる。
【０１１２】
このとき、サファイア基板１９より分離したｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層２０の表面は、界面でのＧａＮの分解が不均一であるために、図６Ｄに示されるように、例えばＲＭＳ３０ｎｍ程度の荒れた表面となる。このように表面が平坦でないのは、照射するレーザ光の不均一性あるいはサファイア基板１９上に形成されたＧａＮ初期成長層の結晶性の不均一性等がその理由として考えられる。
【０１１３】
次に、図６Ｅに示されるように、この荒れた表面に対し、第１〜第５の実施形態にて示した表面平坦化方法及び表面平坦化装置を用いて、平坦化処理を行う。すなわち、レーザリフトオフ技術を用いたサファイア基板からの分離により露出したｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層２０表面に対して、研磨材及びＰｔ微粒子を含むＫＯＨ電解液を用いたエッチング及び研磨を行う。これにより、高速にかつ平坦性に優れた平坦化を実現することができる。
【０１１４】
次に、図６Ｆに示されるように、平坦化されたｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層２０、ＩｎＧａＡｌＮ活性層２１及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層２２を、ｐ層側に形成したＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２５を含む形で選択的にエッチングする。
【０１１５】
次に、図６Ｇに示されるように、平坦化されたｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層２０上に、開口部を有するＳｉＯ2薄膜２７を形成する。ＳｉＯ2薄膜２７の開口部は、ｐ層側に形成したＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２５の上部に位置する形で形成されている。その後、ｎ層側ＩＴＯ透明電極２８及びｎ層側のＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２９を形成する。このＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２９もｐ層側のＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜２５と同様、ＩｎＧａＡｌＮ活性層２１から発光する光の波長に対して大きな反射率を有するように膜厚が設計されている。
【０１１６】
最後に、図６Ｈに示されるように、ｎ層側ＩＴＯ透明電極２８に接する形で、Ｔｉ／Ａｕ電極３０を形成する。
【０１１７】
従って、本実施形態における面発光レーザ素子の製造方法においては、ＧａＮ系の面発光レーザ構造がサファイア基板上に形成され、サファイア基板の裏面より短波長高出力紫外パルスレーザを照射してサファイア基板を分離する。そして、この分離により露出したＩｎＧａＡｌＮ層表面を、研磨剤及びＰｔ微粒子を含むアルカリ電解液を用いて化学研磨エッチングし、平坦化する。その結果、平坦化されたＩｎＧａＡｌＮ層表面に例えば誘電体多層膜のような高反射ミラー構造を形成することにより発光波長に対する反射率を増大させ、ＧａＮ系の面発光レーザ素子を容易に実現することが可能となる。また、均一にかつ再現性良くＩｎＧａＡｌＮ層表面を平坦化できるので、面発光レーザ素子を高歩留まりにて再現性良く形成することが可能となる。
【０１１８】
以上、本発明に係る表面処理方法及び表面処理装置について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形または修正が可能であることはいうまでもない。
【０１１９】
例えば、第１〜第５の実施形態において用いた基板は、ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板等のＧａＮ基板以外のいかなる基板でも良く、基板はいかなる面方位でも良い。また、基板を構成するエピタキシャル成長層は、ＧａＮ系半導体であればＩｎＧａＡｌＮのいかなる組成でも良く、Ａｓ及びＰ等のＶ族元素あるいはＢ等のＩＩＩ族元素を構成元素として含んでいてもよい。さらにその結晶成長方法はＭＯＣＶＤ法、分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy: MBE）法、あるいはＨＶＰＥ法のいずれか、あるいはその複数により構成される形でも良い。さらにまた、エピタキシャル成長層は、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＬｉＧａＯ2、ＬｉＡｌＯ2及びＬｉＧａＯ2とＬｉＡｌＯ2との混晶のうちいずれかの基板上に形成されてもよい。
【０１２０】
また、各実施形態における表面平坦化方法及び表面平坦化装置は、半導体レーザ素子、発光ダイオード素子あるいは電界効果トランジスタ素子等のデバイス構造が形成された後、又はこれらのデバイスの工程中にエピタキシャル成長層を平坦化する工程に使用される形でも良い。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明にかかる表面処理方法及び表面処理装置は、窒化物化合物半導体から構成される高密度光ディスク用半導体レーザ素子、各種表示用あるいは照明用発光ダイオード素子又は高周波通信用あるいは大電力用電界効果トランジスタ集積回路が形成された基板の表面平坦化方法及び表面平坦化装置に適用できると共に、デバイス表面の研磨あるいはエッチング工程に適用でき、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態における表面平坦化装置の構成を示す表面平坦化装置の断面図である。
【図６Ａ】本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【図６Ｃ】本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【図６Ｄ】本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【図６Ｅ】本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【図６Ｆ】本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【図６Ｇ】本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【図６Ｈ】本発明の第６の実施形態における面発光レーザ素子の製造方法を示す面発光レーザ素子の断面図である。
【図７】従来例における表面処理装置の構成を示す表面処理装置の断面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１、１１、５１    ＧａＮ基板
２、１２、５２    ウエハホルダ
３、１３    荷重
４、１４    ＫＯＨ電解液
５、１５    電解液供給口
６、１６    装置筐体
７、１７、４４、６７、７５    研磨パッド
４０    保持容器
４１    紫外光
４２    紫外光源
４３、７３    石英板
４５    直流電源
４６    電極ピン
４７    基板ヒータ
４８    ヒータ電源
６０    保持部材
７２    紫外レーザ光源
７４    紫外レーザ光
１９    サファイア基板
２０    ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層
２１    ＩｎＧａＡｌＮ活性層
２２    ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層
２３    ｐ層側ＩＴＯ透明電極
２４    Ｐｔ／Ａｕ電極
２５、２９    ＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5多層膜
２６    Ａｕメッキ
２７    ＳｉＯ2薄膜
２８    ｎ層側ＩＴＯ透明電極
３０    Ｔｉ／Ａｕ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図７】
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