(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部がＮ面となっているＧａＮ基板を準備する工程と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｎ面に複数の電極端子を接触させる工程と、
前記電極端子を介して前記ＧａＮ基板に電流を流し、前記電極端子間の電位差を測定することによって前記ＧａＮ基板の電気抵抗値を求める測定工程とを備える、ＧａＮ基板の電気抵抗測定方法。
【請求項２】
前記電極端子を構成する材料は、アルミニウム、チタン、マグネシウムからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＧａＮ基板の電気抵抗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧａＮ基板の電気抵抗測定方法に関し、より特定的には、ＧａＮ基板に電極端子を接触させた状態で電気抵抗を測定するＧａＮ基板の電気抵抗測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板を構成する材料の１つとして、ＧａＮ（窒化ガリウム）が知られている。ＧａＮ（窒化ガリウム）は、３．４ｅＶのエネルギーバンドギャップと、高い熱伝導率を有しているため、短波長の光デバイスやパワー電子デバイスなどの半導体デバイス用の材料として注目されている。半導体デバイス用材料の重要な品質の一つに導電性があり、ＧａＮ結晶およびその基板の開発において導電性制御の技術開発が進められてきた。その導電性（すなわち電気抵抗）を評価する方法としては、４探針法とよばれる抵抗測定方法が用いられる（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１１４３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
４探針法とは、図４に示すように、測定したいサンプル１０１の表面に４本の針状の電極端子１０５ａ〜１０５ｄ(４探針プローブ)を接触させてサンプルの電気抵抗を測定するものである。図４は、４探針法を説明するための模式図である。具体的には、サンプル１０１の表面に電極端子１０５ａ〜１０５ｄを互いに間隔を隔てて直線上に置く。そして、外側の２つの電極端子１０５ａ、１０５ｄに導電線１１１を介して電流源１０７を接続し、また、内側の２つの電極端子１０５ｂ、１０５ｃに導電線１１１を介して電圧計１０９を接続する。そして、外側の２つの電極端子１０５ａ、１０５ｄ間に電流を流し、内側の２つの電極端子１０５ｂ、１０５ｃ間に生じる電位差を電圧計１０９を用いて測定することにより、サンプル１０１の電気抵抗を求める。
【０００４】
ここで、電極端子を２つだけサンプル１０１の表面に接触させて（２探針で）電流をサンプル１０１に印加するとともに電圧を測定した場合（いわゆる２探針法により電気抵抗を測定した場合）では、電極端子（探針）とサンプル１０１との接触抵抗などの抵抗成分による電圧降下が電圧測定値に影響するため、正確な電気抵抗を評価することができない。一方、４探針法では電流印加する電極端子１０５ａ、１０５ｄと電圧測定を行なう電極端子１０５ｂ、１０５ｃを分離することにより、この抵抗成分の影響を取り除くことができる。したがって、４探針法では、精度よく電気抵抗値を測定できる。以下、図５および図６を参照してより詳しく説明する。図５は、２探針法の等価回路を示す図であり、図６は、４探針法の等価回路を示す図である。
【０００５】
図５および図６を参照して、Ｒはサンプルの電気抵抗を示し、ｒ１、ｒ２は、それぞれ電極端子とサンプル表面との接触抵抗などからなる抵抗成分を示す。２探針法では、２つの電極端子をサンプル１０１（図４参照）の表面に接触させて、当該電極端子に電流源１０７と電圧計１０９とを並列に接続する。図５からわかるように、２探針法では、探針サンプル間（電極端子とサンプル表面との間）の抵抗成分ｒ１、ｒ２の影響が、電圧計１０９での測定値に影響を与える。
【０００６】
これに対して、図６に示すように、４探針法では、電流源１０７に接続された（サンプル１０１に電流を流すための）電極端子１０５ａ、１０５ｄと、電圧計１０９に接続された（電圧測定を行なう）電極端子１０５ｂ、１０５ｃとが異なっているため、抵抗成分ｒ１、ｒ２の影響が電圧計１０９での電圧測定に影響を与えることがない。また電圧計１０９の内部インピーダンスが非常に大きいため、電圧計１０９に接続された電極端子１０５ｂ、１０５ｃとサンプルとの間（探針サンプル間）の抵抗成分が実質的に無視できる。したがって、サンプル１０１の電気抵抗Ｒのみの電圧降下Ｖが測定可能となる。また、電流については上述のように電圧計１０９の内部インピーダンスが大きいことにより、電圧計１０９側には微弱電流しか流れない。つまり、サンプル１０１に流れる電流は印加電流Ｉと同じと考えることができる。以上のことから、４探針でサンプル１０１の抵抗がＲ＝Ｖ／Ｉで正確に求めることができるのである。
【０００７】
しかしながら電極端子１０５ａ〜１０５ｄとサンプル１０１との間（探針サンプル間）の電気抵抗が大きなサンプルにおいては、電極端子１０５ａ、１０５ｄに数Ｖ程度の電圧を印加して電流を流す通常の測定方法ではほとんど電流が流れない。また、電圧計１０９側の電圧測定精度も著しく低下する。この結果、電気抵抗の正確な測定が不可能となってしまう。そして、ＧａＮ基板においても、その表面には自然酸化膜などの高抵抗層が存在し、この高抵抗層が探針サンプル間の抵抗成分ｒ１、ｒ２を大きくしている。つまり、ＧａＮ基板については、通常の４探針法では電気抵抗の測定が正確にできないという問題があった。
【０００８】
このような問題に対して、電極端子１０５ａ、１０５ｄに一度、高電圧を印加して高抵抗層を破壊し、その後に測定を行う方法も提案されている。しかし、この方法では高電圧印加という煩雑な処理が必要になるのに加えて、ＧａＮ基板においては、このように高電圧を印加する処理によっても完全に高抵抗層を破壊することはできなかった。この結果、やはり精度の良い電気抵抗の測定が困難であるという問題は解決されていなかった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、ＧａＮ基板に対して４探針法などの複数の探針を接触させる抵抗測定方法において、安定して精度よく電気抵抗を測定する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者は、ＧａＮ基板の電気抵抗測定方法について鋭意研究した結果、ＧａＮ基板のＮ面に電極端子を接触させて電気抵抗を測定すれば、上述のような高電圧を印加する処理を行なうことなく、精度よく電気抵抗を測定できるという知見を得た。つまり、この発明に従ったＧａＮ基板の電気抵抗測定方法は、表面の少なくとも一部がＮ面となっているＧａＮ基板を準備する工程と、ＧａＮ基板のＮ面に複数の電極端子を接触させる工程と、測定工程とを備える。測定工程では、電極端子を介してＧａＮ基板に電流を流し、電極端子間の電位差を測定することによってＧａＮ基板の電気抵抗値を求める。
【００１１】
このようにすれば、従来のような高電圧を予め印加することにより、ＧａＮ基板の表面に形成された高抵抗層を破壊するといった工程を実施することなく、ＧａＮ基板の電気抵抗値を正確に測定することができる。
【００１２】
上記ＧａＮ基板の電気抵抗測定方法において、電極端子を構成する材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００１３】
この場合、電極端子を構成する材料を上述のような材料とすれば、電極端子とＧａＮ基板との間の接触抵抗をより低減することができる。この結果、ＧａＮ基板の電気抵抗値をより正確に測定することができる。
【００１４】
上記ＧａＮ基板の電気抵抗測定方法において、電極端子を接触させる工程では、ＧａＮ基板のＮ面に４つの電極端子を互いに間隔を隔てて直線上に並ぶように接触させることが好ましい。また、測定工程では、上記４つの電極端子のうちの両端部に位置する２つの電極端子からＧａＮ基板に電流を流すとともに、４つの電極端子のうちの残りの２つの電極端子間の電位差を測定することが好ましい。
【００１５】
このように、いわゆる４探針法を用いることで、ＧａＮ基板の電気抵抗値をより正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来のような高電圧を予め印加するといった工程を実施することなく、ＧａＮ基板の電気抵抗値を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面に基づいて、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。
【００１８】
図１は、本発明によるＧａＮ基板の電気抵抗測定方法を示すフローチャートである。図２は、図２に示したＧａＮ基板の電気抵抗測定方法を説明するための模式図である。図１および図２を参照して、本発明に従ったＧａＮ基板の電気抵抗測定方法を説明する。
【００１９】
図１および図２を参照して、本発明に従ったＧａＮ基板の電気抵抗測定方法は、いわゆる４探針法であって、まず、表面の少なくとも一部がＮ面となっているＧａＮ基板を準備する工程である基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。基板準備工程（Ｓ１０）では、たとえばＧａＮのインゴットから（０００１）面に平行にスライスすることにより作成したＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板では、Ｎ面がその表面の少なくとも一部に露出した状態とされている。当該Ｎ面は、上述のようなスライスにより得られたものであってもよいが、その他の処理（たとえば、研削、研磨、ウェットエッチング処理、ドライエッチング処理など）により得られたものであってもよい。
【００２０】
ＧａＮ結晶は通常、六方晶のウルツ鉱型の結晶構造をとり、［０００１］方向では極性を持つため、ＧａＮ基板１の表面が［０００１］方向と垂直となっている場合、一方の表面と他方の表面とは異なる極性の面となる。以下、図７を用いて説明する。図７は、ＧａＮ基板における結晶構造と基板表面の極性との関係を説明するための図である。図７において（Ａ）はＧａＮ基板の結晶構造を示す模式図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した結晶構造のＧａＮ基板における表面の極性を示すための模式図である。図７（Ｂ）に示すＧａＮ基板１が、図７（Ａ）併せて示している結晶構造となっている時、図７に記載しているように一方の表面（図７（Ｂ）において上側の表面）がＧａ面１３、他方の表面がＮ面３とよばれる。これがＧａＮ基板１におけるＮ面３である。また、ＧａＮ基板１においてＮ面３となっている表面の判別方法としては、ＧａＮ基板１をアルカリ融液、例えばＫＯＨ−ＮａＯＨ混合融液で基板両面をエッチングして、エッチングレートを比較する方法がある。Ｎ面３のエッチングレートはＧａ面１３のエッチングレートの１００倍程度大きいので、エッチングレートが大きい面をＮ面３と判断できるわけである。ただし、エッチングにより表面が荒れてしまうので、それを避けたい場合は、同じインゴットから表面判別用に別のＧａＮ基板を同様の方法により取り出して、その表面判別用の基板により上述のようなエッチングによる判別を行なえば、電気抵抗測定を行なう対象であるＧａＮ基板１をエッチングすることなく当該ＧａＮ基板１の表面判別が可能となる。
【００２１】
次に、探針設置工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）では、図２に示すようにＧａＮ基板１のＮ面３に複数の電極端子５ａ〜５ｄを接触させる。このとき、ＧａＮ基板１のＮ面３に４つの電極端子５ａ〜５ｄを互いに間隔を隔てて直線上に並ぶように接触させる。そして、４つの電極端子５ａ〜５ｄのうち、両端部に位置する２つの電極端子５ａ、５ｄには導電線１１を介して電流源７が接続される。そして、電極端子５ａ、５ｄに挟まれるように配置された残りの２つの電極端子５ｂ、５ｃには、導電線１１を介して電圧計９が接続されている。
【００２２】
なお、電極端子５ａ〜５ｄとしては、任意の形状の端子を用いることができるが、たとえば先端部が球面状に加工された金属性の棒状体を用いることができる。棒状体である電極端子５ａ〜５ｄの先端球面部の半径は、たとえば、０．００１ｍｍ以上２ｍｍ以下、より好ましくは、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることができる。
【００２３】
また、ＧａＮ基板１のＮ面３上での電極端子５ａ〜５ｄの設置場所については、特に限定されないがＮ面３の中央部に近い領域であればよい。ただし、所望の測定箇所がある場合は、その限りではなく、所望の箇所に電極端子５ａ〜５ｄを設置すれば良い。また、電極端子５ａ〜５ｄの間の間隔は、任意に設定することが可能であるが、たとえば０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。
【００２４】
次に、測定工程（Ｓ３０）を実施する。測定工程（Ｓ３０）では、電極端子５ａ、５ｄを介して電流源７からＧａＮ基板１に所定の電流を流す。同時に、他の電極端子５ｂ、５ｃ間の電位差を電圧計９により測定する。この結果、ＧａＮ基板１に流れる電流と電圧とを正確に測定ことによって、ＧａＮ基板１の電気抵抗値を求めることができる。
【００２５】
このとき、各電極端子５ａ〜５ｄには、１０ｇ以上８００ｇ以下、より好ましくは５０ｇ以上３００ｇ以下の荷重を加えた状態とする。
【００２６】
このようにすれば、ＧａＮ基板１のＮ面３に電極端子５ａ〜５ｄを接触させることにより、電極端子５ａ〜５ｄとＧａＮ基板１のＮ面３との間で、予め電極端子５ａ〜５ｄに高電圧を印加することなく、ＧａＮ基板１と電極端子５ａ〜５ｄとの電流の導通を図ることができる。つまり、従来のような高電圧を予め印加することにより、ＧａＮ基板１の表面に形成された高抵抗層を破壊するといった工程を実施することなく、ＧａＮ基板１の電気抵抗値を正確に測定することができる。
【００２７】
上記ＧａＮ基板１の電気抵抗測定方法において、電極端子５ａ〜５ｄを構成する材料は、金属などの導電体であれば任意の材料を用いることができる。たとえば、電極端子５ａ〜５ｄの材料としてアルミニウムを用いてもよい。また、電極端子５ａ〜５ｄの材料として上述したアルミニウムの他にも、チタンまたはマグネシウムを用いてもよい。このように、電極端子５ａ〜５ｄを構成する材料としてアルミニウム、チタン、マグネシウムのいずれかを含む金属（たとえば、アルミニウム、チタン、マグネシウム、もしくはこれらを１種以上含有する合金）を用いれば電極端子５ａ〜５ｄとＧａＮ基板１との間の接触抵抗をより低減することができる。この結果、ＧａＮ基板１の電気抵抗値をより正確に測定することができる。
【実施例１】
【００２８】
本発明の効果を確認するべく、以下のような実験を行なった。
まず、電気抵抗値の測定対象として、ＧａＮ結晶のインゴットからスライスされて作製された２インチＧａＮ基板を準備した。当該ＧａＮ基板は、厚さが４００μｍであり、面方位（０００１）である。当該ＧａＮ基板では、Ｎ面がその表面に露出した状態になっている。
【００２９】
次に、ＧａＮ基板のＮ面側の表面に、図２に示すようにアルミ材質の４つの探針（電極端子５ａ〜５ｄ）を０．５ｍｍピッチで等間隔に直線上に配置した。この状態で、４探針法でＧａＮ基板の抵抗測定を行なった。なお、電極端子５ａ〜５ｄとしては、先端部を球面状に加工したものを用いており、先端球面部の半径は０．０２５ｍｍであり、測定時には、各電極端子５ａ〜５ｄに１００ｇの荷重を加えた。
【００３０】
このとき、探針に予め高電圧を一度も印加することなく、外側の２探針（図２の電極端子５ａ、５ｄ）間に電流を流すことが可能であった。また、内側２探針（図２の電極端子５ｂ、５ｃ）における電圧測定も精度よく行なえた。その結果を図３に示す。図３は、本発明によるＧａＮ基板の電気抵抗測定方法の測定結果を示すグラフである。図３を参照して、上述した本発明によるＧａＮ基板の電気抵抗測定方法の実施例としての実験の結果を説明する。
【００３１】
図３に示したグラフにおいて、横軸は外側２探針の印加電流（図２の電極端子５ａ、５ｄに印加された電流の値：ｍＡ）を示し、縦軸に内側２探針の電圧測定値（図２の電極端子５ｂ、５ｃに接続された電圧計により測定された電圧測定値）を示している。図３に示すように、上述した４探針法により測定した電流値と電圧測定値とは、比例関係にあることがわかる。つまり、当該電流値と電圧測定値とはリニアな直線関係Ｖ＝ＩＲを満足する。そして、図３に示したグラフの傾きに対応するＲがＧａＮ基板の電気抵抗値を示している。そして、図３に示すように測定結果がノイズのない直線になっていることから、ＧａＮ基板の電気抵抗値について精度の高い評価が可能であることがわかる。
【００３２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明は、ＧａＮ基板の電気抵抗測定に用いることができるが、ＧａＮ基板の表面に電極端子を接触させて測定することができる他の特性の測定方法についても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明によるＧａＮ基板の電気抵抗測定方法を示すフローチャートである。
【図２】図２に示したＧａＮ基板の電気抵抗測定方法を説明するための模式図である。
【図３】本発明によるＧａＮ基板の電気抵抗測定方法の測定結果を示すグラフである。
【図４】４探針法を説明するための模式図である。
【図５】２探針法の等価回路を示す図である。
【図６】４探針法の等価回路を示す図である。
【図７】ＧａＮ基板における結晶構造と基板表面の極性との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＧａＮ基板、３  Ｎ面、５ａ〜５ｄ  電極端子、７  電流源、９  電圧計、１１  導電線、１３  Ｇａ面。
【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６】
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【図７】
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