(57)【要約】【課題】研磨工程における不良を低減し、研磨時間を短縮して、表面モフォロジーが良好な半導体層が得られる成長用基板である単結晶ＧａＮ基板又は半導体基板として好適に用いることができる単結晶ＧａＮ基板を効率よく製造する方法を提供する。【解決手段】ＧａＮ単結晶を成長させる成長工程と、成長後の該ＧａＮ単結晶を該ＧａＮ単結晶の成長軸と交わる方向にスライスして、対向するスライス面を有する単結晶ＧａＮ基板を作成するスライス工程と、該単結晶ＧａＮ基板のスライス面を、酸水溶液又は塩基水溶液を用いて、１００℃未満の温度にてエッチングするマイルドエッチング工程と、該マイルドエッチング工程後に該スライス面を研磨処理する研磨工程とを含むことを特徴とする単結晶ＧａＮ基板の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ単結晶を成長させる成長工程と、
成長後の該ＧａＮ単結晶を該ＧａＮ単結晶の成長軸と交わる方向にスライスして、対向するスライス面を有する単結晶ＧａＮ基板を作成するスライス工程と、
該単結晶ＧａＮ基板のスライス面を、酸水溶液又は塩基水溶液を用いて、１００℃未満の温度にてエッチングするマイルドエッチング工程と、
該マイルドエッチング工程後に該スライス面を研磨処理する研磨工程とを含むことを特徴とする単結晶ＧａＮ基板の製造方法。
【請求項２】
前記ＧａＮ単結晶を、ワイヤーソースライサーによりスライスすることを特徴とする請求項１に記載の単結晶ＧａＮ基板の製造方法。
【請求項３】
前記マイルドエッチング工程において、前記単結晶ＧａＮ基板の対向するスライス面の両面をマイルドエッチングすることを特徴とする請求項１又は２に記載の単結晶ＧａＮ基板の製造方法。
【請求項４】
前記成長軸に垂直な面に対する前記スライス面の傾斜角度を０度以上１５度以下に設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の単結晶ＧａＮ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶ＧａＮ基板の製造方法に関し、特に、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の成長用基板、及び、発光素子やその他の電子デバイスの半導体基板として好適に用いることができる単結晶ＧａＮ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（窒化ガリウム）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体は、大きなバンドギャップを有し、またバンド間遷移が直接遷移型であることから、紫外、青色又は緑色等の発光ダイオード、レーザーダイオード等の比較的短波長側の発光素子や、その他の電子デバイスの材料として有用である。
従来、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を用いた発光素子の成長用基板としては、主にサファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）やＳｉＣ等の異種基板が用いられてきた。しかし、これらの異種基板上にＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層を成長させると、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体と基板材料の間に格子定数のミスマッチが生じるので、成長層中に転位などの欠陥を数多く導入するという問題がある。また、硬いサファイヤ基板は化学的に安定で硬度が高いため、該基板だけをエッチング除去することが困難であり、無劈開性であるため、ダイシングの際に破損することもあり、歩留りが悪い。
【０００３】
この問題を解決するために、特許文献１においては、異種基板を用いるが表面モフォロジーの良好なＧａＮ半導体基板が得られる方法として、ＧａＡｓ成長用基板上にＧａＮ層を形成し、ＧａＡｓ成長用基板を除去してＧａＮ単結晶からなる自立性の半導体基板を得る方法が開示されている。
また、成長用基板と、その上で成長する単結晶との格子定数のミスマッチによる欠陥に対するその他の解決方法としては、特許文献２に開示されているような、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体であるＧａＮ単結晶からなる自立性の厚膜を成長用基板として用い、当該成長用基板の上にＧａＮ単結晶を成長させることが有望である。
【０００４】
しかしながら、格子欠陥の少ないＧａＮ単結晶を成長基板上に形成することができたとしても、ＧａＮはサファイヤ、ＳｉＣ及びＧａＡｓと比べて硬いため、成長後に成長用基板から分離したＧａＮ単結晶の厚膜（以下、ＧａＮインゴットということがある。）を該ＧａＮ単結晶の成長軸と交わる方向にスライスして単結晶ＧａＮ基板を作成する時に、単結晶ＧａＮのスライス部位に大きな破壊応力が加えられて、スライス面にダメージ（傷）が入った層、すなわちダメージ層が形成されやすい。また、単結晶ＧａＮは硬いため、スライサーの刃がスライス中に歪んで単結晶ＧａＮのスライス面に島状の欠陥（うねり）が生じやすい。
このようなスライスによって単結晶ＧａＮ基板のスライス面に生じたダメージ層や島状の欠陥（うねり）を、スライス後の研磨工程において除去するために長い時間がかかり、生産性を落とす原因となる。
【０００５】
また、スライス面に上記したダメージ層や島状のうねりを有する単結晶ＧａＮ基板に研磨処理を行うと、研磨中または研磨後に単結晶ＧａＮ基板が割れることが多く、歩留りを下げる原因となっていた。
研磨により単結晶ＧａＮ基板が割れる理由としては、研磨処理の初期段階では単結晶ＧａＮ基板の対向するスライス面の両面に同じようなダメージ層やうねりが存在しているので、研磨処理によって単結晶ＧａＮ基板が受けるストレスは表裏でつり合いがとれて割れにくいが、単結晶ＧａＮ基板の片面のみが研磨されてダメージ層が少しずつ消滅し、他方の面ではダメージ層が残る状態になると、研磨処理によって単結晶ＧａＮ基板の表裏が受けるストレスの度合いが異なるため、ダメージ層や島状のうねりが厚く残っている面から基板の破損が進行し、研磨中又は研磨後に研磨機具から単結晶ＧａＮ基板を取り出した時に、単結晶ＧａＮ基板が割れると考えられる。
【０００６】
一方、結晶の成長軸（Ｃ軸）に垂直な面に対して傾斜した基板表面を持つ成長用基板（以下において「傾斜基板」という場合がある。）は、該基板上に半導体層を成長させたときに、表面モフォロジーの良好で格子欠陥が少ない半導体層が得られることが知られている（非特許文献１）。また、Ｃ面に対して傾斜しているＧａＮ基板上に形成される窒化物系半導体層の結晶性が良く、長寿命化に適した窒化物系半導体発光素子が得られることが開示されている（特許文献４）。
このような傾斜基板の傾斜角度を研磨加工のみで調整しようとすると、基板表面をただ平滑にするだけの場合と比べて、研磨量（研磨の深さ）が多くなり、しかもＧａＮ単結晶は上述したように硬いので、非常に時間と労力を要する。
【０００７】
また、従来、結晶成長法により形成した半導体の単結晶膜を、スライス面がＣ軸に垂直な面に対して傾斜した角度をもつように適当な手段によってスライスした後、該スライス面を研磨することにより、傾斜基板を作製している。特許文献２には、このような従来法によってＧａＮ傾斜基板を作製することが開示されている。
しかし、上記半導体の厚膜を、結晶の成長軸（Ｃ軸）に垂直な面に対して傾斜した角度をもつようにスライスする従来の方法は、サファイヤやＳｉＣの傾斜基板を作製する場合には有効であるが、ＧａＮの場合には、上述したような、スライスする際にＧａＮ単結晶の厚膜にダメージ層や島状のうねりが発生する。そのため、単結晶ＧａＮ基板を斜めにスライスした後の研磨時間が長く、研磨工程で単結晶ＧａＮ基板に割れが生じやすいという問題があり、生産性が落ちるため、単結晶ＧａＮ基板を作製する場合には、あまり有効ではない。
【０００８】
そこで、本発明者らは、上述した問題を解決すべく、研磨前に単結晶ＧａＮ基板のダメージ層や島状のうねりを除去するために、一般に知られているＧａＮ用のエッチング液を用いて、研磨前に単結晶ＧａＮ基板にエッチング処理を行った。しかしながら、従来から用いられている２００℃の燐酸や３５０℃のＫＯＨのような高温で化学的に強いエッチング液でエッチングを行うと、エッチング速度は速く、ダメージ層や島状のうねりも除去はされるが、ダメージ層や島状のうねりの除去にバラツキがあるだけでなく、単結晶ＧａＮ基板の表面の凹凸が大きくなってしまい、エッチング後に行う研磨処理に長い時間がかかるという問題があった。
さらに、このような高温のエッチング液の取り扱いは非常に困難であり、また、エッチング後の加熱された単結晶ＧａＮ基板に残ったエッチング液を超純水を用いて洗浄する時に、単結晶ＧａＮ基板に大きな熱ストレスを与えるという問題があった。
【０００９】
特許文献３には、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ＧａＮを含む）半導体のウェーハブランクのＧａ側を、シリカ又はアルミナを含有するスラリーを用いて化学的機械研磨することにより表面粗さを調整することが開示されている。この特許文献３には、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮウェーハブランクをＣ軸に対して意図的に垂直にならないように、すなわちＣ軸に垂直な面に対して傾斜するようにスライスすることが記載されており、また、ウェーハブランクを、化学的機械研磨した後、１００℃未満の温度における酸水溶液（フッ酸、硝酸等）又は塩基水溶液（ＮａＯＨ、ＫＯＨ等）を用いてマイルドエッチングすることが記載されている。しかし、この特許文献３は、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮウェーハブランクを化学的機械研磨することにより表面粗さを調整することに着目したものであり、マイルドエッチングは、化学的機械研磨の後に追加で付してもよい補助的な加工処理として列挙されているだけであり、化学的機械研磨以外の補助的な加工処理としては、マイルドエッチング以外にも様々な方法が列挙されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２２２１２号公報
【特許文献２】特開２００５−２０６４２４号公報
【特許文献３】特表２００４−５３０３０６号公報
【特許文献４】特開２０００−２２３７４３号公報
【非特許文献１】ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ）２０２，Ｎｏ．５，ｐｐ７２７−７３１（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、研磨工程における不良を低減し、研磨時間を短縮して、表面モフォロジーが良好な半導体層が得られる成長用基板である単結晶ＧａＮ基板又は半導体基板として好適に用いることができる単結晶ＧａＮ基板を効率よく製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の単結晶ＧａＮ基板の製造方法は、ＧａＮ単結晶を成長させる成長工程と、成長後の該ＧａＮ単結晶を該ＧａＮ単結晶の成長軸と交わる方向にスライスして、対向するスライス面を有する単結晶ＧａＮ基板を作成するスライス工程と、該単結晶ＧａＮ基板のスライス面を、酸水溶液又は塩基水溶液を用いて、１００℃未満の温度にてエッチングするマイルドエッチング工程と、該マイルドエッチング工程後に該スライス面を研磨処理する研磨工程とを含むことを特徴とする。
本発明においては、スライス工程後に、単結晶ＧａＮ基板のスライス面をマイルドエッチング処理することによって、該スライス面のダメージ層や島状のうねりを簡便且つ短時間に除去することができる。
【００１３】
前記ＧａＮ単結晶を、ワイヤーソースライサーによりスライスすることにより、内周刃スライサーを用いる場合と比べて、刃の厚みが小さく、スライス面の精度が高く（表面粗さが小さい、スライス面の島状の欠陥（うねり）が小さい等）、また、スライス面のダメージが少ない。
【００１４】
本発明においては、スライス工程後に、スライス面を、酸水溶液又は塩基水溶液を用いて、１００℃未満の温度にてエッチングするマイルドエッチングによってエッチング処理することによって、該スライス面のダメージ層を簡便且つ短時間に除去し、さらに好ましくは、スライス工程においてワイヤーソースライサーを用いることにより、スライス面の精度が高く、且つ、スライス面のダメージや島状のうねりが少なくなるので、その後の研磨処理を短時間で終了することができ、研磨工程における単結晶ＧａＮ基板の割れが発生しにくい。
【００１５】
前記マイルドエッチング工程においては、前記単結晶ＧａＮ基板の対向するスライス面の両面をマイルドエッチングすることができる。
【００１６】
本発明の一態様において、前記成長軸に垂直な面に対する前記スライス面の傾斜角度を０度以上１５度以下に設定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の単結晶ＧａＮ基板の製造方法によれば、マイルドエッチングによって単結晶ＧａＮ基板のスライス面のダメージ層や島状のうねりを除去した後に研磨処理を行うため、研磨工程の時間を短縮することができる。また、マイルドエッチング工程後にスライス面の研磨処理を行うため、単結晶ＧａＮ基板にダメージ層や島状のうねりが残っている時にスライス面を研磨処理する場合に発生する単結晶ＧａＮ基板の割れ等の不良を低減することができ、歩留りが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明により提供される単結晶ＧａＮ基板の製造方法は、ＧａＮ単結晶を成長させる成長工程と、成長後の該ＧａＮ単結晶を該ＧａＮ単結晶の成長軸と交わる方向にスライスして、対向するスライス面を有する単結晶ＧａＮ基板を作成するスライス工程と、該単結晶ＧａＮ基板のスライス面を、酸水溶液又は塩基水溶液を用いて、１００℃未満の温度にてエッチングするマイルドエッチング工程と、該マイルドエッチング工程後に該スライス面を研磨処理する研磨工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１９】
（１）成長工程
ＧａＮ単結晶を成長させる成長工程において、単結晶を成長させて厚膜を形成する方法は特に限定されず、従来行われている方法、例えば、サファイヤ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の成長用基板を用い、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）や有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等の気相成長法により行うことができる。特に、これらの気相成長法を適用して、例えば特開２００５−１９１２８６号に記載されているような、エピタキシャルラテラルオーバーグロース（ＥＬＯ）を行うことによって、成長用基板から半導体層に伝わる転移を少なくすることができる。
図１に、ＨＶＰＥ法を実施する炉の構成例を示す。縦長の炉１の内部上方にＧａボート２が設けられる。これにはＧａ融液３が収容される。炉１の下方にはサセプタ４が設けられ、該サセプタ４には回転機構がある。サセプタ４の上に成長用基板５が戴置される。ＥＬＯを実施する場合には、この成長用基板５の表面に窓付きマスクが被覆される。炉１の周囲にはヒ−タ６があって炉１を加熱する。炉１の上方にあるガス導入口７から水素ガスとＨＣｌガスの混合ガスが導入される。ＨＣｌがＧａと反応してＧａＣｌを合成しＧａＣｌがガス状となって下方へ流れる。ガス導入口８から水素ガスとＮＨ３ガスの混合ガスが導入される。ＮＨ３ガスはＧａＣｌと反応してＧａＮを合成し成長用基板５の上に堆積する。排ガスはガス出口９から排除される。また、炉１には雰囲気ガスとしてのキャリアガスを導入するガス導入口１０及び基板以外の場所に付随的に結晶が付着することを阻止するためのＨＣｌガスを導入するガス導入口１１が設けられている。
【００２０】
上記ＥＬＯとは、成長用基板の上に窓付きマスクを形成し、窓を通してエピタキシャル成長させる方法である。図２及び図３に、ＥＬＯで用いる窓付きマスクの例を示す。図２において、成長用基板５の表面の全体を薄いマスク１２によって被覆する。マスク１２の材料はＧａＮがその上に直接に成長しないような性質を持つものを使用する。マスク１２には規則正しく窓１３が開いている。
図３は、ストライプ状窓（長方形状の窓）を付けたマスクを成長用基板上に形成したものの平面図である。これも前例と同じで成長用基板５の上に、窓１３が設けられたＧａＮが成長しないマスク１２を被覆する。
【００２１】
このようなマスクを成長用基板の表面に付けてから前述のＨＶＰＥ法などによってＧａＮを成長させる。図４に、ＥＬＯにおける成長用基板上のＧａＮのエピタキシャル成長を示す。図４（１）はマスク１２を設けた成長用基板５の断面を示す。ＧａＮを合成すると成長用基板５が露出している窓１３の部分にのみ選択的にＧａＮ層が成長する。マスクはＧａＮ単結晶の成長を阻む作用がありマスクの上にＧａＮ単結晶は成長できない。図４（２）のようにＧａＮ単結晶がマスク１２の高さよりも高く成長すると角錐状のＧａＮ隆起部１４になってゆく。
【００２２】
さらに層が厚くなると、図４（３）に示すように、ＧａＮ層がマスクの上にはみ出てゆく。マスクでの成長はマスクの上に堆積しているのでなく、ＧａＮ隆起部１４の横から水平にＧａＮが成長している。この段階では水平延長層１６の高さはしばらく一定である。マスク上に広がった成長層（ＧａＮ層）は、該成長層と成長用基板との間にマスクがあるため、通常は成長用基板から転位が伝わることがなく、無転位の成長層となる。
やがて図４（４）に示すように、窓と隣接窓の中点でＧａＮ水平延長層１６のファセット面１７（図４（３）参照）が衝突し、水平延長層同士が合体する。合体することによってファセット面１７が消失する。ファセット面１７が消えた後、結晶の成長面（Ｃ面）において、二次元的な成長が行われ鏡面状の成長が進行する。以後、ＧａＮ層１８は上向きに成長し、好ましくは直径１ｃｍ以上、厚み３ｍｍ以上の単結晶ＧａＮの厚膜が得られる。
なお、図４（２）〜（４）において、細線は貫通転位１５を示す。貫通転位１５は成長方向に延びていくので、成長初期は図４（２）に示すように上向きに延び、次に水平方向に伸び、水平延長層同士の合体後、再び上向きに延びる。
【００２３】
（２）スライス工程
次に、上記成長工程で得られた単結晶ＧａＮ厚膜を該ＧａＮ単結晶の成長軸と交わる方向にスライスして、対向するスライス面を有する単結晶ＧａＮ基板を作成する。
先ず、成長用基板５上に形成した単結晶ＧａＮ厚膜を成長用基板から取り外してＧａＮインゴットを得る。取り外す方法としては、特に限定されないが、例えば、研削除去、切断、成長用基板と半導体層の界面をレーザーで焼き剥がすレーザーリフトオフ、成長用基板と半導体層の界面を薬液で溶解するケミカルリフトオフ、自然剥離等が挙げられる。
次に、前記ＧａＮインゴットを、加工機、例えば研削盤等に固定し、Ｃ面を機械研削して予備的加工を行うことができる。この機械研削によって、Ｃ面の凹凸を除去することができる。
【００２４】
上記機械研削は、具体的には、回転するダイアモンド砥石にＧａＮインゴットを押し付けて削る方法がある。なお、研削盤の代わりに研磨機等の他の加工機を用いて、Ｃ面を傾斜させる予備的加工を行ってもよい。研削面と方位面のなす角度をＸ線回折により測定し、研削面が所望の面方位となるようにＧａＮインゴットの角度を補正して、再度研削するという作業を繰り返すことによって、所定の表面を得る。
【００２５】
次に、予備的加工を行った加工機からＧａＮインゴットを取り外し、スライス機に固定し、研削等の予備的加工を行ったＣ面とスライス面とが平行になるようにスライス角度を調節し、スライスして、対向するスライス面を有する単結晶ＧａＮ基板を作成する。このようにして表と裏がスライス面である単結晶ＧａＮ基板が作成され、通常、表と裏のスライス面は平行にスライスされる。予備的加工時に角度をつけた場合には、切り出された単結晶ＧａＮ基板のスライス面は、Ｃ軸に垂直な面に対して所定の角度θで傾斜しており、該スライス面が最終的に傾斜基板の表面となる。
このとき、該Ｃ面がＣ軸に垂直な面に対して所定の角度θをもつ傾斜面にすることは、ＧａＮの（０００１）面にてスライスするよりもＧａＮインゴットのスライスが容易であるため、及び、単結晶ＧａＮ基板上に半導体層を成長させた時に表面モフォロジーの良好な半導体層が得られるため好ましい。傾斜角度θは、必要に応じて任意に決定されるが、例えば、Ｃ軸に垂直な面に対するＣ面の傾斜角度を、０度以上１５度以下、好ましくは０．０５度以上１５度以下、さらに好ましくは２度以上１５度以下に設定することができる。
【００２６】
スライス機の種類は特に限定されず、例えば、従来から多用されている内周刃スライサーが挙げられる。内周刃スライサーは、内周に刃のある円環状の刃物（内周刃ブレード）を回転させて、内周にある刃物によってインゴットを１枚ずつスライスするものである。しかしながら、特に、ワイヤーソースライサーでスライスを行う場合には、内周刃スライサーを用いる場合と比べて、刃の厚みが小さく、スライス面の精度が高く（スライス角度の誤差が小さい、スライス面のうねりが小さい等）、また、スライス面のダメージが少ないことから研磨時間を短縮することができるため、ワイヤーソースライサーが好ましい。また、ワイヤーソースライサーは、複数のワイヤーを平行に何本も有するマルチワイヤーソーとすることが可能であり、一度に複数の基板を切り出すことができるので、生産性が高い。
【００２７】
図５にワイヤーソースライサーの構成の説明図を示す。ワイヤーソースライサーは、軸を平行にして設置された複数のボビン１９（図５においては１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）を等間隔に有し、各ボビン間を渡すようにボビンの溝２０に１本のワイヤー２１が巻き廻されている。ボビン１９ａ、１９ｂ及び１９ｃをボビンの軸を中心にして回転させることにより、ワイヤー２１を所望の速さ（例えば、２００〜４００ｍ／分）で往復運動させ、ワイヤー２１にＧａＮインゴット２３を当ててスライスする。インゴットテーブル２４に治具２５で固定したＧａＮインゴット２３の送り速度は約１．０ｍｍ／分である。この際、ワイヤー２１には砥粒が供給されるが、油等の液体中に分散させた砥粒をワイヤーに付着させる方法（遊離砥粒方式）と、予めワイヤーに砥粒を固定しておく方法（固定砥粒方式）などの方法が用いられている。特に、発生する加工ダメージ層の深さが小さいことから、遊離砥粒方式ワイヤーソーが好ましい。
スライス角度は、顕微鏡、ダイアルゲージ、ゴニオメーターを用いて調整する。顕微鏡、ダイアルゲージは押し当て式の治具でもよい。
【００２８】
（３）マイルドエッチング工程
次に、上記スライス工程で得られた単結晶ＧａＮ基板のスライス面を、酸水溶液又は塩基水溶液を用いて、１００℃未満の温度にてエッチングするマイルドエッチングを行うことにより、スライス工程でスライス面に生じたダメージ層やうねりを除去する。単結晶ＧａＮ基板は比較的硬いため、スライス面のダメージ層やうねりを研磨処理のみで除去しようとすると、長い時間をかけなければならないが、研磨工程の前にマイルドエッチング処理を行えば、スライス面のダメージ層やうねりを簡便且つ短時間に除去することができる。
また、従来から用いられている化学エッチングでは高温に加熱された強酸や強アルカリのエッチング液を取り扱うため、危険を伴うが、本発明によるマイルドエッチングは低温で行ない、そのような危険を伴わないため作業性の観点から好ましい。また、エッチング後にエッチング液の洗浄工程において、室温の超純水を用いるため、従来から用いられている化学エッチングでは高温に加熱されたエッチング液に浸漬された後の単結晶ＧａＮ基板は熱ストレスを受けてしまうが、本発明によるマイルドエッチングは低温で行うため、熱ストレスによる伸縮が軽減されて好ましい。
【００２９】
マイルドエッチング処理は、酸水溶液又は塩基水溶液中で、１００℃未満の温度にて行う、すなわち温和な条件で行う。具体的には、例えば、ヒータで加熱されて１００℃未満の温度の、酸水溶液又は塩基水溶液のエッチング液が入ったビーカーに、単結晶ＧａＮ基板の入った耐食性のバスケットを所望の時間浸漬する。マイルドエッチング中は、バスケットの揺動、エッチング液の攪拌等を行うことによって、より均一なマイルドエッチングを行うことができる。マイルドエッチングによって、ダメージ層やうねりを両面から除去することができるため、単結晶ＧａＮ基板の表裏の応力バランスが崩れることなくダメージ層やうねりを除去することができる。
【００３０】
マイルドエッチングに使用する酸水溶液としては、例えば、フッ酸、硝酸、硫酸、リン酸等の水溶液、または、これらから任意に選ばれた２種以上の酸を組み合わせた水溶液が用いられる。また、マイルドエッチングに使用する塩基水溶液としては、例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ、ＲｂＯＨ、ＣｓＯＨ等の水溶液、または、これらから任意に選ばれた２種以上の塩基を組み合わせた水溶液が用いられる。これらの酸又は塩基水溶液のうち、塩基水溶液を用いることが好ましく、中でも、ＮａＯＨ又はＫＯＨ水溶液を用いることが好ましい。
エッチング液の温度は、水の沸点を超えない１００℃以下であれば特に限定されないが、５０℃〜９０℃であることが好ましい。
エッチング液の濃度は、特に限定されないが、特に、５ｍｏｌ／Ｌ〜２０ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ水溶液であることが、最も大きなエッチング速度を得られるため、好ましい。
エッチング時間は約２〜３時間で、エッチング速度は約１０μｍ／ｈとする。また、エッチングの深さは、除去する深さが大きくなるとコストの観点から無駄が多くなるため、表裏各約１０μｍ〜３０μｍとする。
他のエッチング方法としては、上述したようなウェットエッチングの他に、例えば、単結晶ＧａＮ基板をＨＶＰＥ装置に投入し、ＨＣｌガスによってエッチングするドライエッチングを挙げることができる。具体的には、例えば、ＨＶＰＥ装置を用いてＨ２ガス雰囲気中に分圧が約０．５〜３％、好ましくは約１％のＨＣｌを流し、９００℃〜１０５０℃において数分間、単結晶ＧａＮ基板をエッチングさせるドライエッチングを行うことができる。
【００３１】
（４）研磨工程
上記スライス面のマイルドエッチング工程後、該スライス面を研磨処理する。通常、半導体基板やウエハを作成する際の研磨工程は、スライス処理の際に生じた基板のダメージ層や島状のうねりを除去し、基板の表面の凹凸を除去するために行われる。しかしながら、本発明においては、スライス工程後に、スライス面をマイルドエッチング処理することによって、スライス処理の際に単結晶ＧａＮ基板のスライス面に生じたダメージ層や島状のうねりを簡便且つ短時間に除去し、さらに好ましくは、スライス工程においてワイヤーソースライサーを用いることにより、スライス面の精度が高く、且つ、スライス面のダメージ層や島状のうねりを少なくするので、その後の研磨処理を短時間で終了することができる。
また、従来の方法によると、研磨処理を行う時には単結晶ＧａＮ基板の対向するスライス面の両面にダメージ層や島状のうねりが存在する。研磨処理の初期段階ではスライス面の両面に同じようなダメージ層や島状のうねりが存在しているので、研磨処理によって単結晶ＧａＮ基板が受けるストレスは表裏でつり合いがとれていて割れ難いが、研磨を行うのは単結晶ＧａＮ基板の片面のみであるため、研磨処理が進むにつれて、研磨されている面においてはダメージ層や島状のうねりが少しずつ消滅し、他方の面ではダメージ層や島状のうねりが残る状態となる。この状態の単結晶ＧａＮ基板にさらに研磨処理のストレスが加えられると、単結晶ＧａＮ基板の表裏において研磨処理によるストレスを受ける度合いが異なるため、ダメージ層や島状のうねりが厚く残っている面で基板の破損が進行し、研磨中又は研磨後に研磨機具から単結晶ＧａＮ基板を取り出した時に、単結晶ＧａＮ基板に割れが発生しやすい。しかしながら、本発明のようにマイルドエッチングを研磨工程の前に行うことによって、研磨処理を行う時に単結晶ＧａＮ基板の対向するスライス面の両面にダメージ層や島状のうねりがある程度除去されているため、そして理想的には存在しないため、上記単結晶ＧａＮ基板の表裏における研磨処理による応力の差の問題は少なくなり、研磨工程における割れ発生率を低く抑えることができる。
【００３２】
研磨処理としては、例えば、ラッピング処理、酸性コロイダルシリカを用いる研磨、或いは、ラッピング後、酸性コロイダルシリカ研磨を引き続き行う連続処理等を行うことができる。具体的には、円板状の支持体の表面に貼り付けた単結晶ＧａＮ基板を、１０〜１００ｒｐｍで回転する研磨定盤（金属製の円板）に所望の圧力（単結晶ＧａＮ基板の面積１ｃｍ２あたり１００〜１０００ｇ）で押し付ける方法が挙げられる。その際、該定盤には、研磨液を少量ずつ連続的に供給する。
【００３３】
（５）その他の工程
本発明においては、単結晶ＧａＮ成長工程、スライス工程、スライス面のマイルドエッチング工程、研磨工程のほかにも、必要に応じて他の処理を、任意の時点で行うことができる。例えば、ウエハ（単結晶ＧａＮ基板）を所望の形状、寸法にするために砥石によりウエハ外周部を研削するウエハ外周面取り（ベベリング）工程、スライスを容易にするために砥石研削によって結晶側面や端面の凹凸を除去したり、方位を調整する結晶研削工程、アニール工程等が挙げられる。
【００３４】
本発明によれば、以上の各工程を経て、単結晶ＧａＮ基板が得られる。本発明の単結晶ＧａＮ基板の製造方法によれば、スライス工程で得られた単結晶ＧａＮ基板のスライス面をマイルドエッチングすることにより、スライス工程でスライス面に生じたダメージ層や島状のうねりを、簡便且つ短時間に除去することができる。したがって、研磨工程においては、ダメージ層や島状のうねりを除去した後のスライス面が研磨処理の対象であるため、研磨工程の時間を短縮することができる。また、スライス面のダメージ層や島状のうねりを除去した後に研磨処理を行うため、単結晶ＧａＮ基板にダメージ層や島状のうねりが残っている時にスライス面を研磨処理する場合に発生する単結晶ＧａＮ基板の割れ等の不良を低減することができ、歩留りが向上する。
さらに、スライス工程において、特にワイヤーソースライサーでスライスを行う場合には、スライス面の精度が高く、且つ、スライス面のダメージや島状のうねりが少ないため、上記マイルドエッチング工程と組み合わせることにより、さらに研磨工程の時間を短縮すること、及び、研磨工程における割れ発生率を低減することができる。また、ワイヤーソースライサーは、刃の厚みが小さく、且つ、一度に複数の基板を切り出すことができるので、生産性の観点からも好ましい。
従って、本発明によれば、表面モフォロジーが良好な半導体層が得られる成長用基板である単結晶ＧａＮ基板又は半導体基板として好適に用いることができる単結晶ＧａＮ基板を、効率よく製造することができる。
【００３５】
本発明により得られた単結晶ＧａＮ基板は、発光素子や、電子デバイス等の半導体デバイスの基板として用いられるほか、ＧａＮ等のＩＩＩ−ＩＶ族窒素化合物半導体の成長用基板として好適に用いられる。本発明により得られるＧａＮ単結晶基板上にＧａＮを再成長させると、表面モフォロジーに優れた半導体層が得られる。
【実施例】
【００３６】
（実施例１）
外径５０．８ｍｍφ、厚さ４３０μｍのサファイヤ基板上に、ＭＯＣＶＤ法で下地層として厚さ４μｍのＧａＮ層を成長させ、該ＧａＮ層の上にＨＶＰＥ法で５．５ｍｍを超える厚さのＧａＮ単結晶を成長させてから該ＧａＮ単結晶をサファイヤ基板から切り離し、自立したＧａＮ単結晶の厚膜（ＧａＮインゴット）を得た。
【００３７】
次に、遊離砥粒方式ワイヤーソースライサーに上記ＧａＮインゴットを固定し、ＧａＮインゴットの末端面（場合によっては研削されている研削面）とスライス面が平行に近づくように、顕微鏡とダイアルゲージを用いて結晶の角度を調整しながら、ダイアモンドスラリーを用いてスライスし、複数の単結晶ＧａＮ基板を作成した。スライス面の触針式測定により決定したＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に規定する算術平均粗さＲａは０．２μｍであった。
【００３８】
切り出した単結晶ＧａＮ基板を、６０℃、１０ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ水溶液で約３時間マイルドエッチングした結果、表裏各面で約２０μｍの深さまでエッチングされた。マイルドエッチング後、単結晶ＧａＮ基板の表面の面粗度は、触針式測定により決定したＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に規定する算術平均粗さＲａは０．４μｍであった。
最後に、上記単結晶ＧａＮ基板を酸性コロイダルシリカ４５０ｎｍ、荷重３００ｇ／ｃｍ２で研磨した結果、研磨に要した時間は平均約９時間であった。
【００３９】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で複数枚の単結晶ＧａＮ基板を得た。マイルドエッチング前のスライス面のＲａは０．２μｍであった。マイルドエッチングの温度を８０℃、及び、マイルドエッチングの時間を２時間とした以外は、実施例１と同様に、マイルドエッチング工程を行った。その結果、表裏各面で約２０μｍの深さまでエッチングされ、エッチング後の単結晶ＧａＮ基板の表面の面粗度である算術平均粗さＲａは０．４μｍであった。
続いて、実施例１と同様に研磨工程を行った。研磨に要した時間は、平均約９時間であった。
【００４０】
（比較例１）
実施例１と同様の方法で複数の単結晶ＧａＮ基板を得た。該単結晶ＧａＮ基板の表面の面粗度である算術平均粗さＲａは０．２μｍであった。
次に、切り出した単結晶ＧａＮ基板に、マイルドエッチングを行わずに、実施例１と同様の研磨処理を行った。研磨に要した時間は、平均約１５時間であった。
【００４１】
（比較例２）
実施例１と同様の方法で複数枚の単結晶ＧａＮ基板を得た。該単結晶ＧａＮ基板を、２００℃、１：１の硫酸とリン酸の混合液で約１時間エッチングした結果、表裏各面で約２０μｍの深さまでエッチングされた。該エッチング前のスライス面のＲａは０．２μｍであった。エッチング後、単結晶ＧａＮ基板の表面の面粗度である算術平均粗さＲａは１．２μｍであった。
続いて、上記単結晶ＧａＮ基板を酸性コロイダルシリカ４５０ｎｍ、荷重３００ｇ／ｃｍ２で研磨した結果、研磨に要した時間は、平均約１１時間であった。
【００４２】
（比較例３）
実施例１と同様の方法で複数枚の単結晶ＧａＮ基板を得た。該単結晶ＧａＮ基板を、３５０℃、溶融ＫＯＨ液で約１時間エッチングした結果、表裏各面で約２０μｍの深さまでエッチングされた。該エッチング前のスライス面のＲａは０．２μｍであった。エッチング後、単結晶ＧａＮ基板の表面の面粗度である算術平均粗さＲａは１．１μｍであった。
続いて、上記単結晶ＧａＮ基板を酸性コロイダルシリカ４５０ｎｍ、荷重３００ｇ／ｃｍ２で研磨した結果、研磨に要した時間は、平均約１１時間であった。
【００４３】
（結果）
実施例１〜２、及び比較例１〜３の結果を表１に示す。
比較例１においては、スライス後にマイルドエッチングを行わないで単結晶ＧａＮ基板の研磨を行った。そのため、比較例１の単結晶ＧａＮ基板は、厚さが揃っておらず、スライス後の面粗度は低かったが、ダメージ層や島状のうねりを完全に除去するために深く研磨する必要があり、研磨処理に平均約１５時間を要した。また、研磨中に単結晶ＧａＮ基板に発生した割れ発生率は４０％であった。ここで、割れ発生率は、研磨工程中に割れた単結晶ＧａＮ基板の枚数を研磨した単結晶ＧａＮ基板の枚数で除することによって求められる。
【００４４】
比較例２においては、２００℃、１：１の硫酸とリン酸の混合液という高温及び高濃度のエッチングを行った。そのため、スライス処理の際に単結晶ＧａＮ基板の表面に発生したダメージ層や島状のうねりは除去され、研磨工程時の割れ発生率は３０％と比較例１よりは低かった。しかしながら、エッチング後の表面粗度は大きく、研磨工程で凹凸を除去する必要があったために時間がかかり、比較例１に比べると研磨時間が約４時間短縮されるに留まった。
【００４５】
比較例３においては、３５０℃、溶融ＫＯＨ液という高温及び高濃度のエッチングを行った。そのため、スライス処理の際に単結晶ＧａＮ基板の表面に発生したダメージ層や島状のうねりは除去され、研磨工程時の割れ発生率は３０％と比較例１よりは低かった。しかしながら、エッチング後の表面粗度は大きく、研磨工程で凹凸を除去する必要があったために時間がかかり、比較例１に比べると研磨時間が約４時間短縮されるに留まった。
【００４６】
これに対して実施例１及び２においては、研磨処理前にマイルドエッチングを行った。そのため、スライス処理の際に単結晶ＧａＮ基板の表面に発生したダメージ層や島状のうねりは除去され、研磨工程時の割れ発生率は１０％と比較例１〜３よりも低かった。また、エッチング後の表面粗度は小さく、比較例１に比べると研磨時間が約６時間も短縮された。
【００４７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ＨＶＰＥを実施する炉の一構成例を示す概念図である。
【図２】成長用基板の表面全体をＥＬＯ用窓付きマスクによって被覆した一例を示す平面図である。
【図３】成長用基板の表面全体をＥＬＯ用窓付きマスクによって被覆した一例（ストライプ状）を示す平面図である。
【図４】ＥＬＯにおける成長用基板上のＧａＮのエピタキシャル成長を示す説明図である。
【図５】ワイヤーソースライサーの構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  炉
２  Ｇａボート
３  Ｇａ融液
４  サセプタ
５  成長用基板
６  ヒータ
７  ガス導入口（水素ガスとＨＣｌガス）
８  ガス導入口（水素ガスとＮＨ３ガス）
９  ガス出口
１０  ガス導入口（キャリアガス）
１１  ガス導入口（ＨＣｌガス）
１２  マスク
１３  窓
１４  ＧａＮ隆起部
１５  貫通転移
１６  ＧａＮ水平延長層
１７  ファセット面
１８  ＧａＮ層
１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）  ボビン
２０  ボビンの溝
２１  ワイヤー
２２  溝
２３  ＧａＮインゴット
２４  インゴットテーブル
２５  治具
【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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