(57)【要約】【課題】窒化物半導体結晶を簡便かつ効率的に低コストで加工し得る技術を提供する。【解決手段】窒化物半導体結晶の加工方法において、窒化物半導体結晶（１）を加工する際に、その結晶（１）とツール電極（３）との間に電圧を印加して放電を発生させ、その放電による局所的熱によって結晶を部分的に除去して加工することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体結晶を加工する際に、前記結晶とツール電極との間に電圧を印加して放電を発生させ、その放電による局所的熱によって前記結晶を部分的に除去して加工することを特徴とする窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項２】
前記ツール電極としてワイヤ電極を用いて前記結晶を切断することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項３】
前記ワイヤ電極の材質がタングステンまたはモリブデンであることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項４】
前記窒化物半導体結晶のインゴットを切断して窒化物半導体結晶基板を得ることを特徴とする請求項２または３に記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項５】
前記結晶の前記切断後に、その切断面に再度前記ワイヤ電極を走査することによって、前記切断面を平滑化することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項６】
前記切断によって得られた前記結晶基板をエッチングすることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項７】
前記切断によって得られた前記結晶基板を研磨することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項８】
前記窒化物半導体結晶のインゴットの外周領域は内部と比較して結晶性の低い部分を含み、前記結晶性の低い部分を含むインゴットをその成長方向と垂直な方向に切断することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項９】
前記窒化物半導体結晶のインゴットの成長面の凹凸を除去して、その表面の凹凸が３０μｍ以下のインゴットを得ることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項１０】
前記窒化物半導体結晶のインゴットの外周の結晶性の低い部分と、前記インゴット内部の良好な結晶部分とを切断分離することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項１１】
前記インゴットに貫通穴を形成した後に、前記貫通穴に前記ワイヤ電極を通して切断起点とすることにより、前記インゴットの外周の結晶性の低い部分を加工することなく、前記インゴットの内部の良好な結晶を取りだすことを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項１２】
前記窒化物半導体結晶のインゴットから基板を切り出した後に、前記基板の主面に垂直な方向から０〜６０°の角度範囲内で前記ワイヤ電極の長手方向を傾斜させることによって、前記結晶のエッジを除去することを特徴とする請求項２または３に記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項１３】
前記ツール電極の表面形状を前記結晶に転写することによって、前記結晶に所望の表面形状を付与することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【請求項１４】
表面粗さがＲｙ基準で１０μｍ以下で平坦度２０μｍ以下の前記ツール電極を用いることによって、前記結晶の表面の凹凸を除去してＲｙ１０μｍ以下で平坦度２０μｍ以下の平滑表面を得ることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体結晶の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体結晶の加工方法に関し、特に窒化物半導体結晶の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンなどの半導体結晶のインゴットから基板を切り出す場合、一般には内周刃やワイヤソーなどが用いられる。ＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体結晶のインゴットも、たとえば特許文献１の特開平９−１７７５５号公報ではマルチワイヤソーを用いて切断されている。
【０００３】
ところで、化合物半導体のなかでも、ＧａＮのような窒化物半導体結晶は、広いエネルギバンドギャップを有するので、短波長の光を放射し得るＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの用途に適した半導体としてその需要が増大している。したがって、育成された窒化物半導体結晶のインゴットを簡便かつ効率的に低コストで加工することが望まれている。
【特許文献１】特開平９−１７７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、化合物半導体のなかでも、ＧａＮのような窒化物半導体結晶においては、その高い硬度と低い靱性の理由から、Ｓｉ結晶やＧａＡｓ結晶の場合と同様の設備と方法では切断が困難であり、クラックの発生や切断面のうねりの問題が生じやすい。すなわち、ＧａＮ結晶は靱性が低くて、クラックや割れが発生しやすい。また、ＧａＮ結晶は高硬度であって、構成元素が２成分であるので、結晶内の硬度分布に依存して切断歪が生じやすい。したがって、ＧａＮインゴットを歩留まりよく切断するためには、切断の負荷を下げる必要あり、そうすればスループットの低下の問題が生じる。
【０００５】
また、半導体結晶成長時にその半導体インゴットの外周に多結晶（結晶性の低い部分）が成長するのでその外周部を除去する必要があるが、窒化物半導体インゴットの外周研削では割れが生じやすく、コアドリルでは長いインゴットの加工が困難でツールの消耗も激しくなる。そして、砥粒や砥石が必要なために、加工が高コスト化する。すなわち、ＧａＮインゴットの外周の多結晶部は残留応力が集中しており、加工時に応力のバランスがくずれれば、その結晶の強度が低いために自発的に割れが生じる。また、コアドリルでは、長いインゴットの場合には加工位置に加工液が入りにくくなり、良好な加工が進行しにくくなる。
【０００６】
上述のような先行技術の状況に鑑み、本発明は窒化物半導体結晶を簡便かつ効率的に低コストで加工し得る技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による窒化物半導体結晶の加工方法においては、窒化物半導体結晶を加工する際に、その結晶とツール電極との間に電圧を印加して放電を発生させ、その放電による局所的熱によって結晶を部分的に除去して加工することを特徴としている。
【０００８】
なお、ツール電極としてワイヤ電極を用いて窒化物半導体結晶を切断することができる。ワイヤ電極の材質は、タングステンまたはモリブデンであることが好ましい。こうして窒化物半導体結晶のインゴットを切断することによって、窒化物半導体結晶基板を得ることができる。また、窒化物半導体結晶の切断後に、その切断面に再度ワイヤ電極を走査することによって、その切断面を平滑化することができる。他方、切断によって得られた窒化物半導体結晶基板は、さらにエッチングされてもよい。また、切断によって得られた窒化物半導体結晶基板は、さらに研磨されてもよい。
【０００９】
さらに窒化物半導体結晶のインゴットの外周領域は内部と比較して結晶性の低い部分を含み、その結晶性の低い部分を含むインゴットをその成長方向と垂直な方向に切断することもできる。そして、窒化物半導体結晶のインゴットの成長面の凹凸を除去して、その表面の凹凸が３０μｍ以下のインゴットを得ることもできる。
【００１０】
本発明の切断方法では、窒化物半導体結晶のインゴットの外周の結晶性の低い部分と、そのインゴット内部の良好な結晶部分とを切断分離することができる。より具体的には、窒化物半導体インゴットに貫通穴を形成した後に、その貫通穴にワイヤ電極を通して切断起点とすることにより、インゴットの外周の結晶性の低い部分を加工することなく、インゴットの内部の良好な結晶を取りだすことができる。本発明の加工方法では、窒化物半導体結晶の表面に垂直な方向から０〜６０°の角度範囲内でワイヤ電極の長手方向を傾斜させることによって、その結晶のエッジを除去することもできる。
【００１１】
また、ツール電極の表面形状を窒化物半導体結晶に転写することによって、その結晶に所望の表面形状を付与することもできる。さらに、表面粗さがＲｙ基準で１０μｍ以下で平坦度２０μｍ以下のツール電極を用いることによって、窒化物半導体結晶の表面の凹凸を除去してＲｙ１０μｍ以下で平坦度２０μｍ以下の平滑表面を得ることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、窒化物半導体結晶を簡便かつ効率的に低コストで加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
前述のように、一般な半導体基板の製造工程では、結晶のインゴットを育成した後に、外周の結晶性の低い部分を研削またはコアドリルで除去し、所望の厚さの薄板に切断し、表面を研磨およびエッチングして平坦化し、加工変質層を除去し、洗浄して表面の不純物を除去する。
【００１４】
ＳｉやＧａＡｓに関しては、インゴットの切断には内周刃やワイヤソーが用いられる。しかし、窒化物半導体結晶においては、高硬度と低靱性の理由からクラックが生じやすく、２元素成分を含むので硬度分布の関係から直線的な切断が困難である。クラック発生の抑制には切断負荷を下げて低速度で切断することが有効であるが、スループットが低下する問題が生じる。また、直線的な切断のためには、ツールの強度維持のためにそのツールの厚みを大きくすることが有効であるが、インゴットの切断代が大きくなって、材料歩留まりが低下する問題が生じる。すなわち、従来の機械的な切断方法では、窒化物半導体結晶に関して、切断品質とスループットを両立させることが困難である。
【００１５】
かかる状況において、本発明者らが検討した結果として、窒化物半導体結晶に関して、切断品質とスループットを両立させることが放電加工によって初めて実現可能となった。すなわち、ワイヤソーは機械的な加工であるので砥粒が必要となり補材コストがかかるのに対して、放電切断では電気抵抗を制御した水中または油中における電圧印加による局所的放電によって、被加工材の局所的溶融状態を生じさせるので砥粒が不要である。
【００１６】
図１は、窒化物半導体結晶インゴットから基板をワイヤ放電加工によって切り出す方法を模式的斜視図で図解している。この図に示されているように、窒化物半導体結晶インゴット１がホルダ２に固定され、脱イオン水や灯油のような絶縁性冷却媒体中に浸される。そして、インゴット１に対してワイヤ電極３が近接させられ、ワイヤ電極３とインゴット１との間に電圧が印加される。その結果、ワイヤ電極３とインゴット１との間に局所的で微小な放電が生じ、その放電による熱によってインゴットの物質が局所的に除去されて切断が進行する。
【００１７】
なお、その放電加工中にワイヤ電極３の物質も消耗するので、そのワイヤが放電部分において細くなる。したがって、ワイヤ電極３は、放電加工中に局所的に細くなって断線しないように、その長手方向に一定速度で移動させられる。また、切断加工が進行するにしたがってワイヤ３がインゴット１内に切り込むように、サーボ制御によってワイヤ３とインゴット１とが相対的に移動させられる。
【００１８】
図２は、そのようなワイヤ放電加工装置の全体的構成の一例を模式的ブロック図で示している。この図は、比較的大きな被加工物をワイヤ放電加工する場合を図解している。被加工物１ａは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に駆動され得るクロステーブル１１ａ、１１ｂに固定されている。上段のテーブル１１ａにはＸ軸モータ１２ａが接続され、下段のテーブル１１ｂにはＹ軸モータ１２ｂが接続されている。そして、Ｘ軸モータ１２ａとＹ軸モータ１２ｂはサーボ回路を含むＮＣ（数値制御）装置１３によって制御される。
【００１９】
被加工物１ａには予め貫通孔が形成され、その貫通孔にワイヤ電極１４が通されている。すなわち、ワイヤ１４は供給ロール１５ａから供給され、上部ローラ１６ａおよび上部ガイド１７ａを通過して、被加工物１ａを貫通している。その後、ワイヤ１４は下部ガイド１７ｂおよび下部ローラ１６ｂを通過して、巻き取りロール１５ｂに巻き取られる。
【００２０】
放電加工時には、加工液タンク１８内に保持された脱イオン水のような加工液１８ａが、ポンプ１９を介して加工部へ供給される。なお、被加工物が加工液タンク内に浸漬できる大きさの場合、加工液の浄化装置を備えた加工液タンク内へ被加工物全体が浸されてもよい。放電加工部へ加工液が供給された状態において、被加工物１ａとワイヤ１４との間に、放電電源２０から電圧が印加される。なお、ワイヤ１４には、放電電源２０から給電子１７ｅを介して電圧が印加される。
【００２１】
これによって、被加工物１ａとワイヤ１４との間に局所的で微小な放電が発生し、被加工物１ａの切断が進行する。このとき、ワイヤ１４に対して被加工物１ａがクロステーブル１１ａ、１１ｂによってＸＹ方向に自由に移動させられ、任意の切断曲線１ｂを形成することができる。ここで、安定した放電加工を維持するために、ワイヤ１４と被加工物１ａとの間の放電情報が放電電源２０からＮＣ装置１３にフィードバックされ、その情報に基づくＮＣ装置１３の制御によって、ワイヤ１４に対するクロステーブル１１ａ、１１ｂの相対的移動速度や印加電圧が微調整される。
【００２２】
なお、図１に示されているように通常の放電ワイヤ切断装置において１本のワイヤ電極を用いて１切断加工を行うことができるが、半導体基板切り出し用の周知のマルチワイヤソーに通電機構を設けることによって、同時に複数の切断を行うこともできる。
【００２３】
ワイヤ電極の線径は太い方が切断速度が向上して直線的な切断が可能になるが、切断代が大きくなる問題が生じる。他方、ワイヤ電極の材質は電気伝導性および熱伝導性が良好であることが必要であり、黄銅、亜鉛コート黄銅などが好ましく用いられ得る。ワイヤ電極の強度が必要な場合には、黄銅コート鉄線、タングステン線、モリブデン線などが好ましく用いられ得る。すなわち、ワイヤ電極の断線抑制のためには、高温での引っ張り強度が強いワイヤが好ましい。
【００２４】
また、放電加工では電極（ワイヤ）も加工中に部分的に溶融するので、その構成元素が基板表面に付着する問題が生じる。この問題は、電極としてタングステン、モリブデンのような高融点金属を用いることによって、抑制することができる。
【００２５】
窒化物半導体結晶としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、およびＩｎＮと、さらにそれらの混晶がある。これらの窒化物半導体結晶は、昇華法、ＨＶＰＥ（ハライド気相エピタキシャル）法、融液法などによって育成することができる。
【００２６】
窒化物半導体インゴットから基板が切断された後に、その基板の切断面に平行に再度ワイヤを低負荷で走査することによって、平坦度、表面粗さ、加工変質層などに関する表面品質を向上させることができる。これによって、後工程の研磨やエッチングによる取り代を低減させること、および研磨工程を省略することができる。なお、切断面の表面粗さを向上、加工変質層を低減のために、後工程でエッチングや研磨をも行い得ることはもちろんである。ここで、切断面へのワイヤの走査は、所望の表面品質が得られるまで複数回繰り返すことができる。
【００２７】
窒化物半導体結晶を成長させる際に、中央部には結晶性の良好な成長が可能であるが、外周部に結晶性の低い部分が存在することがある。低結晶性部分は残留応力が多いために、従来は外周の低結晶性部を除去した後に切断加工を実施している。放電加工では結晶への機械的な負荷が少ないために、低結晶性部が外周に存在した状態のまま切断加工することが可能である。切断後の結晶はそのまま表面研磨やエッチングすることも可能であるが、必要に応じて低結晶性部を除去した後に表面研磨やエッチングすることも可能である。
【００２８】
また、窒化物半導体結晶を成長させた際に、成長表面には凹凸が形成され、1ｍｍ程度の段差が生じることがある。放電加工により成長表面の凹凸部を除去することにより、表面の段差が３０μm以下の結晶を得ることが可能である。
【００２９】
なお、放電によって切断する結晶の材質は窒化物半導体に限られず、導電性の材料であれば放電切断が可能である。たとえば、ダイヤモンド、ＳｉＣなどの高硬度の材料についても、本発明の方法によって切断ロスや加工変質層を抑制して高速度で切断することが可能である。
【００３０】
ところで、一般にＳｉやＧａＡｓの結晶のインゴットでは、外周を研削で除去することが多い。この場合に、窒化物半導体インゴットのように外周に残留応力の多い結晶では、外周研削時に割れが発生する。この対応策として、外周の応力集中部における応力バランスを保ったまま加工するように、コアドリルで内部をくり抜き加工することができる。しかし、インゴットの長さが１０ｍｍ以上に長くなれば、加工部位への加工液の供給が困難になり、材料の加工が進行しにくくなる。その結果として、割れの発生やツールの消耗などの問題が生じる。
【００３１】
これに対して、放電加工ではワイヤ電極が被切断結晶を貫通する穴が存在し得るので、加工液（冷却液）の供給が容易である。また、安価なワイヤ電極と電力によって加工でき、砥石や砥粒が必要ではないので、安価かつ簡便に加工することができる。
【００３２】
さらに、インゴットから切り出された基板の周縁部において、基板の主面に対して所定の角度だけ傾斜させてワイヤ電極を適用することによって、周縁部におけるエッジの除去や丸み付けを行うこともできる。
【００３３】
図３は、放電加工装置の全体的構成の他の例を模式的ブロック図で示している。図３の放電加工装置は図２のものと類似しているが、図３は面状の放電加工の場合を図解している。
【００３４】
図３において、ＸＹステージ１２ｃ上に加工液１８ａを含む加工液タンク１８が載置されている。その加工液１８ａ内には、被加工物１ｃが浸漬されている。ＮＣ装置１３ａは、ＸＹステージ１２ｃを制御するとともに、Ｚ軸駆動装置１７ｃをも制御する。Ｚ軸駆動装置１７ｃの下端には面状加工電極１４ａが装着されている。
【００３５】
加工液タンク１８内の加工液１８ａは加工液浄化装置２１を通って循環させられる。すなわち、加工液タンク１８からの加工液１８ａは、加工液浄化装置２１の第１槽２１ａに溜められ、ろ過装置２１ｂを通って第２槽２１ｃに移される。そして、その浄化された加工液１８ａは、第２槽２１ｃから加工液タンク１８へ戻される。
【００３６】
加工液タンク１８内の被加工物１ｃと面状加工電極１４ａとの間には、放電電源２０ａから電圧が印加される。これによって、被加工物１ｃと面状加工電極１４ａとの間に局所的で微小な放電が発生し、被加工物１ｃの面状加工が進行する。このとき、被加工物１ｃと面状加工電極１４ａとの間の放電情報１３ｂがＮＣ装置１３ａにフィードバックされ、その情報に基づいて、被加工物１ｃと面状加工電極１４ａとの間の距離および印加電圧が微調整される。
【００３７】
このような面状放電加工では、任意の曲面に沿った加工ができる。もちろん、平坦な面状電極を使用すれば、平坦化加工もできることは言うまでもない。
【００３８】
（実施例１）
本発明の実施例１においては、ＨＶＰＥ法によって育成した直径５０ｍｍで厚さ３０ｍｍの窒化ガリウム結晶について、放電切断を行った。この結晶はドーパントとして酸素を含み、そのキャリア濃度が４×１０18ｃｍ-3であって、電気抵抗が１×１０-2Ωｃｍであった。図１に示されているように、結晶１を導電性の接着剤で金属ホルダ２に固定し、その金属ホルダ２をクランプして放電加工設備に固定した。ワイヤ電極３の材質はタングステンであって、線径０．１ｍｍのワイヤを用いた（住電ファインコンダクタ（株）製  ＴＷＳ−１００）。電気抵抗７００００Ωに制御した絶縁性の水中に結晶を浸漬した状態で切断を行った。ワイヤの送り速度を１２ｍ／ｓとし、加工電流の設定値を７とし、加工電圧は６０Ｖとした。電圧をフィードバックして一定の放電条件で切断することによって５ｈで切断した。
【００３９】
切り出した基板の厚さは５００μｍであり、切り込み溝の幅としての切断ロスは１４０μｍとなった。また、切り出された基板の反りは、１２μｍとなった。さらに、基板の切断面の表面粗さはＲａが４２０ｎｍでＲｙが４７００ｎｍとなった。
【００４０】
ここで、表面粗さＲａは、粗さ曲面からその平均面の方向に基準面積としてとして１０μｍ角だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均面から測定曲面までの偏差の絶対値を合計してそれを基準面積で平均した値をいう。他方、Ｒｙは、粗さ曲面からその平均面の方向に基準面積としてとして１０μｍ角だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均面から最も高い山頂までの高さと最も低い谷底までの深さとの和を意味する。なお、平坦度は、試料の測定対象面全体に対し、表面に垂直な方向について、最も高い部分の高さと最も低い部分の深さの和を意味する。
【００４１】
（実施例２）
本発明の実施例２においては、ワイヤ電極として線径０．１ｍｍのモリブデンワイヤ（住電ファインコンダクタ（株）製  ＴＭ−１００）を用いたこと以外は実施例１と同様の条件によって切断がおこなわれた。この実施例２における切断時間も５ｈであった。
【００４２】
切り出した基板の厚さは５００μｍであり、切り込み溝の幅としての切断ロスは１５０μｍとなった。また、切り出された基板の反りは、１５μｍとなった。さらに、基板の切断面の表面粗さはＲａが４８０ｎｍでＲｙが５２００ｎｍとなった。
【００４３】
（実施例３）
本発明の実施例３は、ワイヤ電極として線径０．１５ｍｍの黄銅ワイヤ（住電ファインコンダクタ（株）製  ＳＳ−１５ＨＮ）を用いて、加工電流の設定値を１１として加工電圧を６０Ｖにして切断したことのみにおいて実施例１と異なっていた。本実施例３における切断時間は２ｈであり、短時間で切断が可能であった。他方、本実施例３では、実施例１に比べて線径の大きなワイヤ電極が用いられたので、切断ロスが１９０μｍに増大した。
【００４４】
（比較例１）
比較例１として、実施例１の場合と同じ窒化ガリウム結晶に対して、マルチワイヤソー装置を用いて切断を実施した。そのワイヤソーとして直径０．１６ｍｍのピアノ線を用い、砥粒としてダイヤモンド粒子を用いた。本比較例１においては、切断時間として６０ｈの長時間が必要であり、切断ロスは２００μｍであった。なお、ワイヤソーによる高速切断の検討として、切断時間が１０ｈで完了する条件で切断した際には、ワイヤソーがインゴットの中心付近を通過する際に、切断長さが長くなって負荷が増加し、切り出された基板にクラックが発生し、良好な切断ができなかった。
【００４５】
（実施例４）
本発明の実施例４では、実施例３で切り出したＧａＮ基板について、ウェットエッチを実施した。濃度２規定のＫＯＨ溶液を５０℃に加熱したエッチング液に基板を浸漬することにより、ＧａＮ結晶のＮ面を厚さ５μｍだけ除去した。ＧａＮ結晶のＧａ面は化学的耐久性が高いので、厚みで確認できる程度にはエッチングされなかった。エッチング前は放電切断加工による加工変質層に起因して基板の反りは２０μｍであったが、エッチングで加工変質層を除去した後には基板の反りが１０μｍに改善された。
【００４６】
さらに、エッチング後の基板を研磨ホルダに貼り付け、デッドウェイト方式のラップ装置で研磨した。研磨剤としては粒径６μｍと２μｍのダイヤモンドスラリーを用い、定盤としては銅定盤と錫定盤を用いた。このような研磨によって、鏡面が得られた。Ｇａ面の表面粗さは研磨前のＲａ４８０ｎｍおよびＲｙ５３００ｎｍから研磨後にＲａ４．５ｎｍおよびＲｙ５０ｎｍになり、表面粗さが１００分の１に平滑化された。
【００４７】
（実施例５）
本発明の実施例５においては、実施例１と同条件で窒化ガリウム結晶を切断した後に、その切断面に対して平行に低負荷の条件で再度ワイヤ電極を走査して、その切断面における結晶表面を薄く除去した。この場合のワイヤの切り込み量は５μｍとし、加工電流の設定値は４とし、そして加工電圧は５０Ｖとした。このようなワイヤ走査により、基板の切断面の表面粗さがＲａ１２０ｎｍおよびＲｙ１４００ｎｍに平滑化した。
【００４８】
（実施例６）
本発明の実施例６においては、ＨＶＰＥ法を用いて、直径５０ｍｍのＧａＡｓ基板上に直径５４ｍｍ×厚さ３０ｍｍの窒化ガリウム結晶が育成された。窒化ガリウム結晶は下地のＧａＡｓ基板からはみ出して横方向へも成長するので、外周部に結晶性の低い部分が２ｍｍ幅程度存在した。
【００４９】
直径１ｍｍの針状の銅タングステン電極（Ｃｕ：Ｗ＝３０：７０）を用いて灯油中で放電加工することにより、窒化ガリウム結晶の外周近傍に貫通穴を形成した。この貫通穴に線径０．２ｍｍの黄銅ワイヤを通して放電加工を行った。そして、窒化物半導体結晶の周縁部を切除して、結晶性の良好な直径５０ｍｍの円板状の窒化物半導体結晶を切り出した。
【００５０】
（比較例２）
比較例２においては、実施例６の場合と同様の窒化ガリウム結晶（直径５４ｍｍ×厚さ３０ｍｍ）に対して、外周研削加工を実施した。より具体的には、ビトリファイドボンドのダイヤ砥石を用い、その砥石の回転数が５００ｒｐｍの条件で研削加工を実施した。本比較例２の場合、結晶性の低い外周部分を研削除去する際に、結晶の内部応力が大きいために窒化物半導体結晶にクラックが発生した。すなわち、結晶性の良好な部分の円板結晶を得ることができなかった。
【００５１】
（実施例７）
本発明の実施例７においては、実施例６で外周加工を行った直径５０ｍｍの結晶に対して、切断表面の凹凸を除去して平滑化する放電加工を実施した。表面粗さＲｙ１μｍおよび平坦度５μｍで直径が６０ｍｍの円形で平坦な加工面を有する銅タングステン電極を用いて、灯油中で放電加工を行った。加工前は基板の切断面の凹凸が５００μｍあったが、放電加工によって表面粗さＲｙ８．５μｍおよび平坦度１５μｍの平滑な表面が得られた。
【００５２】
（実施例８）
本発明の実施例８においては、ＨＶＰＥ法により合成したＳｉドープ窒化ガリウム結晶に対して放電切断を行った。まず、直径５４ｍｍのＧａＡｓ基板上に直径５８ｍｍで厚さ５ｍｍの窒化ガリウム結晶を成長させた。この場合に、横方向結晶成長によって、インゴットの周縁から厚さ２ｍｍ程度の範囲内に結晶性の低い部分が存在した。また、インゴットの成長表面には高低差１ｍｍ程度の凹凸が存在した。
【００５３】
このような窒化物半導体結晶のインゴットに対して、線径０．２ｍｍの黄銅ワイヤを用いて、純水中で放電加工を行った。このとき、インゴットの成長方向と垂直な方向に切断を実施した。
【００５４】
その結果、外周領域に低結晶性部を含むインゴットから、外周領域に低結晶性部を含む厚さ０．５ｍｍの基板を切り出すことができた。この場合の切断時間は、２ｈで可能であった。また、切断ロスは、幅０．２８ｍｍと問題ない程度であった。そして、同じ切断操作を繰り返すことにより、５枚の基板の切り出しを行うことができた。得られた基板の切断面における凹凸は、最大で３０μｍの高低差であった。したがって、インゴットの成長表面を薄くスライスすることによって、表面凹凸の高低差が３０μｍ以下にされたインゴットに整形することもできる。
【００５５】
（比較例３）
比較例３においては、実施例８と同様に外周領域に結晶性の低い部分を含むインゴットに対してワイヤソーで切断を実施した。この際に、ダイヤモンド砥粒を固定化した直径０．２５ｍｍの固定砥粒ワイヤを用いた。切断時間としては４５ｈを要し、切断ロスは幅０．３ｍｍとなった。切断時間が１５ｈとなる条件で切断した場合には、外周領域内の低結晶性部を切断する際にその外周領域にクラックが発生し、良好な切断ができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明によれば、窒化物半導体結晶を簡便かつ効率的に低コストで加工する技術を提供することができる。これによって、窒化物半導体結晶を用いて作製される種々の半導体デバイスの生産効率を改善してコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例において窒化物半導体結晶インゴットから基板をワイヤ放電加工によって切り出す方法を図解する模式的斜視図である。
【図２】ワイヤ放電加工装置の全体的構成の一例を示す模式的ブロック図である。
【図３】放電加工を曲面加工に適用した場合における放電加工装置の全体的構成の一例を示す模式的ブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  窒化物半導体結晶インゴット、１ａ  被加工物、１ｂ  切断曲線、１ｃ  被加工物、２  ホルダ、３  ワイヤ電極、１１ａ、１１ｂ  クロステーブル、１２ａ  Ｘ軸モータ、１２ｂ  Ｙ軸モータ、１３、１３ａ  ＮＣ装置、１３ｂ  放電情報、１４  ワイヤ電極、１４ａ  面状加工電極、１５ａ  ワイヤ電極供給ロール、１５ｂ  ワイヤ電極巻取りロール、１６ａ  上部ローラ、１６ｂ  下部ローラ、１７ａ  上部ガイド、１７ｂ  下部ガイド、１７ｅ  給電子、１８  加工液タンク、１８ａ  絶縁性加工液、１９  ポンプ、２０  放電電源、２１  加工液浄化装置、２１ａ  第１槽、２１ｂ  ろ過装置、２１ｃ  第２槽。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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