(57)【要約】窒化物半導体結晶（１１）の表面に、加工液（１５）として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体を接触させることを特徴とする窒化物半導体結晶表面の加工方法。本加工方法において、加工液（１５）が少なくともＮａを含有する液体であって、加工液（１５）中のＮａ含有率が、５モル％〜９５モル％とすることができる。また、加工液（１５）が少なくともＬｉを含有する液体であって、加工液（１５）中のＬｉ含有率が、５モル％〜１００モル％とすることができる。上記加工方法によって得られた、最深表面傷深さが０．０１μｍ以下または平均加工変質層厚さが２μｍ以下の窒化物半導体結晶。この結果、表面傷深さおよび加工変質層厚さの小さい窒化物半導体結晶表面の加工方法およびその方法により得られた窒化物半導体結晶を提供できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体結晶（１１）の表面に、加工液（１５）として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体を接触させることを特徴とする窒化物半導体結晶表面の加工方法。
【請求項２】
前記加工液（１５）が少なくともＮａを含有する液体であって、前記加工液（１５）中のＮａ含有率が５モル％〜９５モル％である、請求項１に記載の窒化物半導体結晶表面の加工方法。
【請求項３】
前記加工液（１５）が少なくともＬｉを含有する液体であって、前記加工液（１５）中のＬｉ含有率が５モル％〜１００モル％である、請求項１に記載の窒化物半導体結晶表面の加工方法。
【請求項４】
前記窒化物半導体結晶（１１）が、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ半導体結晶（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）である請求項１に記載の窒化物半導体結晶表面の加工方法。
【請求項５】
窒化物半導体結晶（１１）の表面に、加工液（１５）として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体を接触させることを特徴とする窒化物半導体結晶表面の加工方法によって得られた、最深表面傷深さが０．０１μｍ以下の窒化物半導体結晶。
【請求項６】
前記加工液（１５）が少なくともＮａを含有する液体であって、前記加工液（１５）中のＮａ含有率が５モル％〜９５モル％である、請求項５に記載の窒化物半導体結晶。
【請求項７】
前記加工液（１５）が少なくともＬｉを含有する液体であって、前記加工液（１５）中のＬｉ含有率が５モル％〜１００モル％である、請求項５に記載の窒化物半導体結晶。
【請求項８】
前記窒化物半導体結晶（１１）がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ半導体結晶（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）である、請求項５に記載の窒化物半導体結晶。
【請求項９】
窒化物半導体結晶（１１）の表面に、加工液（１５）として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体を接触させることを特徴とする窒化物半導体結晶表面の加工方法によって得られた、平均加工変質層厚さが２μｍ以下の窒化物半導体結晶。
【請求項１０】
前記加工液（１５）が少なくともＮａを含有する液体であって、前記加工液（１５）中のＮａ含有率が５モル％〜９５モル％である、請求項９に記載の窒化物半導体結晶。
【請求項１１】
前記加工液（１５）が少なくともＬｉを含有する液体であって、前記加工液（１５）中のＬｉ含有率が５モル％〜１００モル％である、請求項９に記載の窒化物半導体結晶。
【請求項１２】
前記窒化物半導体結晶（１１）がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ半導体結晶（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）である、請求項９に記載の窒化物半導体結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、窒化物半導体結晶表面の加工方法およびその方法により得られた窒化物半導体結晶に関し、より詳しくは、表面傷深さや加工変質層厚さが小さい窒化物半導体結晶表面の加工方法およびその方法により得られた窒化物半導体結晶に関する。
【背景技術】  半導体デバイスの高集積化に伴ない、半導体結晶の微細加工技術が注目されつつある。ここで、半導体結晶表面を平坦に加工する技術（平坦化技術）は、上記半導体結晶の微細加工技術の基礎となる重要な技術である。
現在、半導体結晶表面を平坦に加工する方法としては、研磨液と砥粒とからなる研磨スラリーを用いて化学的機械的研磨するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が主流である。
シリコン結晶などは、フッ酸に溶解するなど化学的に活性であるため、化学的な表面加工が可能であるが、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶などの窒化物半導体結晶は、化学的に不活性（安定）であるため、機械的加工に依存している。ここで、機械的加工とは、結晶と研磨盤（定盤という、以下同じ）との間に砥粒を介在させ、定盤を結晶に対して相対的に移動させることにより、砥粒と結晶表面にかかる摩擦力によって結晶表面を切削または研磨して加工することをいう。
機械的加工を行なうと、結晶表面に砥粒による深い引掻き傷が発生し、また結晶表面と砥粒との間の摩擦力により結晶が乱れた層（加工変質層という。以下同じ）が厚く形成される（山本，結晶工学ハンドブック，初版，共立出版，１９９０年９月２５日，ｐ．４２１−４２３を参照。）。かかる結晶表面の深い傷または厚い加工変質層の存在は、微細加工の際の障害になるとともに、半導体特性を劣化させるため、さらにエッチングなどの方法を用いて、結晶表面の傷および加工変質層を除去する必要があった。
【発明の開示】
本発明は、表面傷深さおよび加工変質層厚さが小さい窒化物半導体結晶表面の加工方法およびその方法により得られた窒化物半導体結晶を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明にかかる窒化物半導体結晶表面の加工方法は、窒化物半導体結晶の表面に、加工液として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体を接触させることを特徴とする。ここで、加工液は、少なくともＮａを含有する液体であって、加工液中のＮａ含有率が５モル％〜９５モル％とすることができる。また、加工液は、少なくともＬｉを含有する液体であって、加工液中のＬｉ含有率が５モル％〜１００モル％とすることができる。また、窒化物半導体結晶として、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ半導体結晶（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）などを加工することができる。
また、本発明にかかる窒化物半導体結晶は、上記の窒化物半導体結晶表面の加工方法によって得られた、最深表面傷深さが０．０１μｍ以下の窒化物半導体結晶または平均加工変質層厚さが２μｍ以下の窒化物半導体結晶である。
上記のように、本発明によれば、窒化物半導体結晶の表面に、加工液として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体を接触させることにより、表面傷深さおよび加工変質層厚さの小さい窒化物半導体結晶表面の加工方法およびその方法により得られた窒化物半導体結晶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明にかかる窒化物半導体結晶表面の加工方法を説明する図である。
図２は、本発明に用いられる一の定盤を示す斜視断面図である。
図３は、本発明に用いられる別の定盤を示す斜視断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明にかかる窒化物半導体結晶表面の一の加工方法は、図１を参照して、窒化物半導体結晶１１の表面に、加工液１５として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体を接触させることを特徴とする。より詳しくは、図１を参照して、結晶ホルダー１２に固定された窒化物半導体結晶１１を、加工液１５を介在させて、回転軸１３上に固定された定盤１４に押し付けて、回転軸１３を回転することにより、定盤１４を窒化物半導体結晶１１に対して相対的に移動することにより窒化物半導体結晶表面の加工を行なう。
本発明に用いられる定盤には、特に制限は無く、図２に示すような結晶表面を加工するための定盤表面が平面である定盤Ａ２４、図３に示すような結晶平面を加工するための定盤表面に溝が形成された定盤Ｂ３４などが好ましく用いられる。定盤Ｂの溝深さＤ、溝幅Ｗおよび溝ピッチＰは、特に制限は無いが、溝深さＤは０．５ｍｍ〜３ｍｍ、溝幅Ｗは０．５ｍｍ〜３ｍｍ、溝ピッチＰは１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく用いられる。
ここで、Ｎａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体とは、Ｎａ、ＮａＮＨ２、ＮａＸ（Ｘはハロゲン元素、たとえばＩ、Ｂｒ、Ｃｌなどを示す。以下同じ）などのＮａまたはＮａ化合物を含有する液体、Ｌｉ、ＬｉＮＨ２、ＬｉＸなどのＬｉまたはＬｉ化合物を含有する液体、Ｃａ、ＣａＸ２などのＣａまたはＣａ化合物を含有する液体をいい、Ｎａ、ＬｉおよびＣａの中から２以上の元素を含有する液体も含まれる。
Ｎａ、ＬｉまたはＣａを含む液体には、窒化物半導体結晶中の窒素（Ｎ）が溶解することにより、窒化物半導体結晶表面がエッチングされる。たとえば、窒化物半導体結晶の１つであるＧａＮ結晶に液体Ｎａを接触させると、下式（１）の反応により、ＧａＮ結晶表面がエッチングされる。
ＧａＮ＋３Ｎａ→Ｇａ３＋＋Ｎ３−＋３Ｎａ＋＋３ｅ−            （１）
本発明にかかる窒化物半導体結晶表面の加工方法において、加工液が、少なくともＮａを含有する液体であって、加工液中のＮａ含有率を、５モル％〜９５モル％とすることができる。加工液として、ＮａにＬｉまたはＣａを添加すると、窒化物半導体結晶の加工液への溶解量が増大して、加工スピードが向上する。
ＮａにＬｉを添加する場合は、加工スピード向上の観点から、加工液におけるＮａの含有率は、５モル％〜６０モル％が好ましく、１０モル％〜５０モル％がより好ましい。ＮａにＣａを添加する場合は、加工スピード向上の観点から、加工液におけるＮａの含有率は、２０モル％〜９５モル％が好ましく、５０モル％〜９０モル％がより好ましい。
また、本発明にかかる窒化物半導体結晶表面の加工法において、加工スピード向上の観点から、加工液は少なくともＬｉを含有する液体であることが好ましい。また、加工液におけるＬｉの含有率は５モル％〜１００モル％が好ましく、３０モル％〜１００モル％がより好ましく、５０モル％〜１００モル％がさらに好ましい。
また、本発明にかかる窒化物半導体結晶表面の加工方法において、加工温度は、加工液の融点以上沸点以下とするのが好ましく、さらに好ましくは加工液の融点から１００℃高い温度以上であって、加工液の沸点から１００℃低い温度以下である。加工液の液温が、融点から１００℃高い温度以上であると加工液への窒素の溶解量が増加し、沸点から１００℃低い温度以下であると加工液の蒸発が少なくなり、加工液を有効に利用することができる。
ここで、加工液に用いられる各種のＮａ、ＬｉまたはＣａを含有する液体の融点および沸点を表１に示す。加工液の組成によって加工液の融点および沸点が決まり、さらに上記観点から、適宜加工温度を決めることができる。
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本発明にかかる窒化物半導体結晶表面の加工方法は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ半導体結晶（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）表面の加工に好ましく適用できる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの含有率の如何に関わらず、結晶の構成元素として窒素を有する窒化物半導体結晶に広く適用が可能である。
上記窒化物半導体結晶表面の加工方法によって、最深表面傷深さが０．０１μｍ以下の窒化物半導体結晶を得ることができる。上記加工方法は、砥粒による切削または研磨という物理的な方法でなく、専ら化学的方法によるものであるため、砥粒と結晶表面との摩擦に由来する表面傷が生じることは無い。
また、上記窒化物半導体結晶表面の加工方法によって、平均加工変質層厚さが２μｍ以下の窒化物半導体結晶を得ることができる。上記加工方法は、砥粒による切削または研磨という物理的な方法でなく、専ら化学的方法によるものであるため、砥粒と結晶表面との摩擦に由来する加工変質層が生じることは無い。
本発明にかかる窒化物半導体結晶表面の加工方法およびその方法により得られた窒化物半導体結晶について、実施例を用いて具体的に説明する。
【実施例１】  図１および図２を参照して、図１に示す定盤１４として図２に示す定盤Ａ２４を用いて、回転軸１３に固定された定盤Ａ２４上に、純度１００％の金属Ｎａを載せ、８００℃まで昇温させて液体Ｎａとして加工液１５を形成した。結晶ホルダー１２に取り付けた窒化物半導体結晶１１であるＧａＮ結晶を、加工液１５の面に押し付けながら、定盤Ａ２４を５０ｒｐｍで１時間回転させることにより、ＧａＮ結晶表面の加工を行なった。加工後のＧａＮ結晶の表面傷深さを接触式の段差計で測定した。また、加工後のＧａＮ結晶の加工変質層厚さは、結晶断面のＣＬ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）により評価した。加工後のＧａＮ結晶の最深表面傷深さは０．０５μｍ、平均加工変質層厚さは１．５μｍであった。結果を表２にまとめる。
（比較例１）
実施例１と同様の加工装置を用いて、室温下、材質がＳｉＣで粒径が１０μｍの遊離砥粒を定盤表面に供給しながら、結晶ホルダーに取り付けた窒化物半導体結晶であるＧａＮ結晶を遊離砥粒が供給された定盤表面に押し付けながら、定盤を５０ｒｐｍで１０時間回転させることにより、ＧａＮ結晶表面の加工を行なった。加工後のＧａＮ結晶の最深表面傷深さは５μｍ、平均加工変質層厚さは１０μｍであった。結果を表２にまとめる。
（比較例２）
砥粒５μｍの遊離砥粒を用いた以外は、比較例１と同様の条件で、ＧａＮ結晶表面の加工を行なった。結果を表２にまとめる。
【実施例２】  結晶表面の加工時間を５時間とした以外は、実施例１と同様の条件で、ＧａＮ結晶表面の加工を行なった。この結果、最深表面深さは測定限界以下の０．０１μｍ未満、平均加工変質層厚さは測定限界以下の１μｍ未満となった。結果を表２にまとめる。
【実施例３】  加工液として純度９０％のＮａを用いた以外は、実施例２と同様の条件で、ＧａＮ結晶表面の加工を行なった。結果を表２にまとめる。なお、Ｎａに含まれる不純物をグロー放電質量分析で測定した結果、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｖが検出された。
【実施例４〜実施例６】
表２に示す加工液を用いて、表２に示す加工温度および加工時間により、ＧａＮ結晶表面の加工を行なった。結果を表２にまとめる。
【実施例７〜実施例１４】
表３に示す加工液を用いて、表３に示す加工温度および加工時間により、ＧａＮ結晶表面の加工を行なった。結果を表３にまとめる。
【実施例１５】  定盤として図３に示すような加工面に溝が形成された定盤Ｂ３４を用いた以外は、実施例１と同様の条件で、ＧａＮ結晶表面の加工を行なった。なお、本実施例に用いた定盤Ｂの溝深さＤは１ｍｍ、溝幅Ｗは１ｍｍ、溝ピッチＰは２ｍｍであった。結果を表４にまとめる。
【実施例１６〜実施例１８】
加工温度と加工時間を表４に示すように変えた以外は、実施例１と同様の条件でＧａＮ結晶表面の加工を行なった。結果を表４にまとめる。
【実施例１９〜実施例２２】
加工する結晶を表４に示す結晶に替えた以外は、実施例２と同様の条件で各種結晶表面の加工を行なった。結果を表４にまとめる。
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比較例２と実施例１とを対比すると、砥粒径５μｍの砥粒に替えて、本発明に用いられる加工液の１つであるＮａを用いることによって、最深表面深さが２μｍから０．０５μｍに、平均加工変質層厚さが８μｍから１．５μｍにと著しく小さくなったことがわかる。また、実施例１と実施例２とを対比すると、加工温度８００℃において加工時間を１時間から５時間に変更することにより、最深表面深さは０．０１μｍ未満、平均加工変質層厚さは１μｍ未満となり、極めて精度の高い表面加工が可能になったことがわかる。
また、実施例４〜実施例８に示すように、加工液としてＮａに替えてＬｉ、Ｃａ、またはこれらとＮａとの混合液を用いても、最深表面深さが０．０１μｍ未満、平均加工変質層厚さが１μｍ未満の高精度の平面加工ができる。特に、実施例６、実施例８、実施例１０、実施例１２〜実施例１４に示すように、少なくともＬｉを含有する加工液を用いることにより加工スピードが向上し、加工時間を短縮できる。また、実施例２と実施例９とを対比すると、加工面が平面の定盤に替えて、加工面に溝がある定盤を用いることにより加工時間を５時間から１時間に短縮できる。また、実施例１０〜実施例１２に示すように、加工温度３００℃〜１０００℃に対して加工時間を２０時間〜３時間と適宜設定することにより、最深表面深さが０．０１μｍ未満、平均加工変質層厚さが１μｍ未満の高精度の平面加工ができる。さらに、実施例１３〜実施例１６に示すように、加工する結晶は、ＧａＮ結晶に限られず、ＡｌＮ結晶、ＡｌＧａＮ結晶、ＩｎＮ結晶、ＩｎＧａＮ結晶などの各種の窒化物半導体結晶についても高精度の表面加工ができる。
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】  上記のように、本発明は、表面傷深さおよび加工変質層厚さが小さい窒化物半導体結晶表面の加工方法およびその方法により得られた窒化物半導体結晶に広く利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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