WO2008047627A1 - Group iii element nitride substrate, substrate with epitaxial layer, processes for producing these, and process for producing semiconductor element - Google Patents

Group iii element nitride substrate, substrate with epitaxial layer, processes for producing these, and process for producing semiconductor element Download PDF

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Definitions

  • Group III nitride substrate, substrate with epitaxial layer, manufacturing method thereof, and manufacturing method of semiconductor device Group III nitride substrate, substrate with epitaxial layer, manufacturing method thereof, and manufacturing method of semiconductor device
  • the present invention relates to a group III nitride substrate, a substrate with an epitaxial layer, a manufacturing method thereof, and a manufacturing method of a semiconductor element, and more specifically, to form an epitaxial layer with good film quality.
  • the present invention relates to a group III nitride substrate, a substrate with an epitaxial layer, a manufacturing method thereof, and a manufacturing method of a semiconductor element.
  • a compound semiconductor substrate including a group III nitride substrate such as a GaN substrate is mirror-polished on its surface, and an epitaxial growth layer is formed on the surface by using an epitaxial growth method. It is used for various semiconductor elements such as power devices.
  • the surface is mirror-polished as described above, if the polished surface is clouded, defects such as roughening occur in the formed epitaxial growth layer, and the quality of the epitaxial growth layer is reduced. There was a problem of being damaged. For this reason, various polishing methods that suppress the occurrence of haze as described above (reducing the haze level) have been proposed in the past! -347920)).
  • Patent Document 1 JP-A-11 347920
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a group III nitride capable of forming an epitaxial growth layer of good quality. substrate And a method of manufacturing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a substrate with an epitaxy layer having a good quality epitaxy growth layer using the group III nitride substrate as described above, a method for manufacturing the substrate, and the manufacturing method thereof. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor element using a substrate with an epitaxial layer.
  • the inventors have studied the mechanism by which quality degradation occurs in an epitaxially grown layer formed on the surface of a group III nitride substrate. Specifically, the surface of the group III nitride substrate before the epitaxial growth layer is formed is subjected to a detailed inspection (measurement of the type and number of adhered substances), and the inspection results and formation. The correlation with the quality of the developed epitaxial growth layer was investigated. As a result, when forming an epitaxial growth layer, the number of acidic substance atoms and silicon atoms present on the surface of the group III nitride substrate greatly affects the quality of the formed epitaxial growth layer. Obtained knowledge.
  • the group III nitride substrate means, for example, a substrate made of GaN, a substrate made of A1N, or a mixed crystal substrate (GaAlN). Acidic substances react with water such as halogens such as chlorine, fluorine, bromine and iodine, nitrogen oxides (NO), sulfur oxides (SO) and hydrogen chloride.
  • halogens such as chlorine, fluorine, bromine and iodine
  • NO nitrogen oxides
  • SO sulfur oxides
  • hydrogen chloride hydrogen chloride
  • the exhaust device cannot exhaust the acidic substance, some of the acidic substance exists in the atmosphere in the polishing apparatus. In this case, it is considered that the acidic substance is adsorbed on the surface of the group III nitride substrate. It is also conceivable that such acidic substances react with the elements constituting the group III nitride substrate to form precipitates on the substrate surface. When such a precipitate is formed, The surface roughness and haze level of the substrate surface are increased.
  • the group III nitride substrate is polished and then cleaned, and then surface inspection is performed. If there is a lot of acidic substance on the surface of the group III nitride substrate in the above polishing process, it will be difficult to remove it sufficiently in the subsequent process. For this reason, the surface roughness and haze level of the substrate surface in the final state increase.
  • the surface inspection is performed for at least one hour during the force inspection performed in the clean room, and the group III nitride substrate is exposed to the clean room atmosphere. At this time, it may be adsorbed on the surface of a small amount of acidic substance group III nitride substrate that has flowed from the above polishing process or the like.
  • a polishing solution containing a substance containing Si atoms such as SiO as abrasive grains is used to form a GaN substrate.
  • the Si-containing material may remain on the substrate surface even if a cleaning process is performed after the polishing. If the acidic substance (and / or precipitate) or Si-containing substance described above is excessively present on the surface of the group III nitride substrate, the quality of the epitaxial growth layer formed on the surface of the substrate is deteriorated.
  • the inventors have found. In other words, in order to form a high quality epitaxial growth layer on the surface of a group III nitride substrate, it is effective to reduce the concentration of the above-mentioned acidic substance or Si-containing substance on the substrate surface.
  • the group III nitride substrate according to the present invention which has been made based on such knowledge, has a number of acidic substance atoms per lcm 2 of the surface of 2 ⁇ 10 14 or less, and the lcm of the surface
  • the number of silicon (Si) atoms per 2 is 3 ⁇ 10 13 or less.
  • the acidic substance per lcm 2 of the surface of the group III nitride substrate The reason why the number of atoms is set to 2 ⁇ 10 14 or less is that if the number of atoms of the acidic substance is suppressed to this level or less, the roughness and haze level of the substrate surface can be sufficiently reduced (the degree of roughness of the substrate surface is sufficient). This is because it can be made smaller.
  • the number of silicon (Si) atoms per lcm 2 of the surface is set to 3 ⁇ 10 13 or less because the quality of the epitaxial growth layer formed in this way (for example, the surface of the epitaxial growth layer) This is because the roughness and film quality can be kept sufficiently good (for example, when the epitaxial growth layer is used as a light emitting layer of a light emitting element, a predetermined light emission intensity can be obtained).
  • the number of atoms of an acidic substance means the number of halogen atoms when it exists alone, such as halogen such as fluorine, chlorine, bromine and iodine, and it is nitrogen oxide (NO), sulfur Oxide (SO)
  • the number of silicon atoms means the number of silicon atoms when silicon exists alone, and when it exists in the form of a compound such as SiO, the number of molecules of the compound.
  • the haze level of the surface may be 5 ppm or less. This is because the surface roughness of the substrate is sufficiently reduced by setting the number of acidic substance atoms per 1 cm 2 (the density of the acidic substance) below the above value on the surface of the group III nitride substrate. This is because the degree of cloudiness (haze level) can be sufficiently reduced. By reducing the haze level of the substrate surface in this way, it is possible to prevent deterioration of the quality of the epitaxial growth layer formed on the substrate surface.
  • the upper limit of the haze level is set to 5 ppm because when the haze level exceeds 5 ppm, the quality of the epitaxially grown layer is deteriorated. For example, when the epitaxially grown layer is used as a light emitting layer of a light emitting device, etc. This is because sufficient light emission intensity cannot be obtained.
  • the group III nitride substrate according to the present invention has 3 silicon atoms per lcm 2 of the surface.
  • the haze level of the surface is 5 ppm or less.
  • the number of atoms of the acidic substance per lcm 2 of the surface is 2 ⁇ 10 14 or less, and the haze level of the surface is 5 ppm or less.
  • the number of acidic substance atoms per lcm 2 of the surface is preferably 9 X 10 13 or less.
  • the haze level of the surface is preferably 3 ppm or less.
  • the number of silicon atoms per 1 cm 2 of the surface is preferably 1 ⁇ 10 13 or less.
  • the force S can be increased by increasing the light emission intensity in the light emitting layer.
  • the substrate with an epitaxial layer includes a base substrate made of a group III nitride and an epitaxial growth layer formed on the surface of the base substrate.
  • Base substrate and the number of silicon (Si) atoms per lcm 3 at the interface between Epitakisharu growth layer is 1 X 1 0 2 ° or less.
  • the substrate with an epitaxial layer configured as described above, since the epitaxial growth layer is formed in a state where the number of silicon atoms on the surface of the base substrate is kept small, the film quality of the epitaxial growth layer is Can be made good. For this reason, when a semiconductor element (for example, a light-emitting element) is formed using the above substrate with an epitaxial layer, the semiconductor element does not exhibit sufficient performance due to poor quality of the epitaxial growth layer (defective product). ) Can be suppressed.
  • the substrate with an epitaxial layer refers to a substrate on which at least one layer formed by an epitaxial growth method (an epitaxial growth layer) is formed on the surface of a base substrate.
  • the number of silicon (Si) atoms per 1 cm 3 at the interface between the base substrate and the epitaxial growth layer may be IX 10 19 or less. In this case, the quality of the epitaxial growth layer can be improved.
  • the number of silicon atoms per lcm 3 at the interface is preferably 1 ⁇ 10 18 or less, more preferably 1 ⁇ 10 17 or less.
  • the surface roughness of the group III nitride substrate may be Ra or less than lnm.
  • the roughness of the surface of the epitaxial growth layer of the above substrate with an epitaxial layer is Ra, lnm or less.
  • the thickness of the work-affected layer formed on the surface of the group III nitride substrate may be 50 nm or less.
  • the thickness of the work-affected layer formed on the surface of the base substrate of the substrate with the epitaxial layer may be 50 nm or less.
  • the thickness of the above-mentioned work-affected layer is determined by observing the substrate using a transmission electron microscope (TEM) and using the region where the crystal lattice distortion occurred as the above-mentioned work-affected layer.
  • the force S can be evaluated by measuring the thickness of the layer.
  • a method for producing a group III nitride substrate according to the present invention includes a polishing step for polishing a surface of a group III nitride substrate, and a cleaning step for cleaning the surface of the group III nitride substrate after the polishing step. Equipped with. The atmosphere in contact with the III-nitride substrate during the polishing process and after the cleaning process so that the number of acidic substance atoms per lcm 2 on the surface of the III-nitride substrate after the cleaning process is kept below 2 X 10 14 Control the gas.
  • the surface of the group III nitride substrate is polished by a chemical mechanical polishing method.
  • the polishing liquid used in the chemical mechanical polishing method contains a surfactant and an acid!
  • the atmosphere gas is controlled (for example, the exhaust force is operated so that the ambient force of the group III nitride substrate can quickly remove the atmosphere gas containing the acidic substance, or the atmosphere gas is controlled.
  • an adsorbent to remove acidic substances in the atmospheric gas flow path so that the concentration of acidic substances contained in the atmosphere can be lower than a predetermined value
  • the possibility of acidic substances adhering to the surface of the group III nitride substrate after the process can be reduced.
  • abrasive grains (particulate matter) made of SiO or the like in the polishing liquid, and foreign particles on the surface of the group III nitride substrate after the polishing process can be reduced. For this reason, it is possible to reduce the density of Si-containing materials, ie, silicon atoms, on the surface of the group III nitride substrate.
  • the polishing liquid may further contain an oxidizing agent.
  • the polishing rate in the polishing step can be improved. Therefore, the manufacturing efficiency of the group III nitride substrate can be improved.
  • the acid contained in the polishing liquid is not particularly limited.
  • inorganic acids such as hydrochloric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, iodic acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, and carbonic acid are used.
  • organic acids such as formic acid, acetic acid, citrate, malic acid, tartaric acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, and oxalic acid can be used.
  • the organic acid may be a divalent or higher carboxylic acid.
  • the polishing rate in the polishing step can be improved, and the possibility of foreign matters adhering to the surface of the substrate due to the acid contained in the polishing liquid can be reduced.
  • the organic acid is an organic compound exhibiting acidity.
  • the surfactant contained in the polishing liquid is not particularly limited, and any cationic, anionic or nonionic surfactant may be used.
  • the Group III nitride substrate manufacturing method may further include a step of polishing the surface of the Group III nitride substrate with an acidic solution or an alkaline solution after the polishing step and prior to the cleaning step. Good.
  • both the step of polishing the surface of the group III nitride substrate using an acidic solution and the polishing step using an alkaline solution may be performed in order.
  • the polishing process using an acidic solution and / or the polishing process using an alkaline solution may be repeated several times! /.
  • Al-jujuju solution Use bases such as KOH, NaOH, NH OH, and amine.
  • foreign matter can be removed from the surface of the group III nitride substrate by polishing prior to the cleaning step, so that foreign matter (for example, Si-containing material) remains on the surface of the substrate after the cleaning step and a problem occurs. Probability can be reduced.
  • Dry etching removes the surface of a solid group III nitride substrate using a chemical or physical reaction at the gas phase / solid phase interface by gas, plasma, ions or light without using liquid.
  • chlorine which is an acidic substance, sometimes remains on the substrate surface, which often uses a chlorine-based gas.
  • Chlorinated gases include CI, B CI, and SiCl. The gas used for dry etching is inert with these chlorine-based gases.
  • Si can also be mixed with Ar and N gas.
  • conditions such as inert gas dilution, pressure, and flow rate
  • the acidic substance on the substrate surface can be reduced.
  • the presence of Si in the plasma is effective for smoothing the surface of the group III nitride substrate by dry etching.
  • Si can also be added to the plasma with a gas such as SiCl.
  • this Si compound can be etched at the same time as the substrate to be present in the plasma. Note that Si may remain on the substrate surface after dry etching due to the presence of Si in the etching atmosphere. In this case, silicon on the substrate surface can be reduced by controlling the Si concentration in the plasma.
  • the method for producing a group III nitride substrate according to the present invention comprises dry etching the surface of the group III nitride substrate in a Si-containing atmosphere using a chlorine-based gas, so
  • the number of acidic substance atoms per 2 is 2 ⁇ 10 14 or less
  • the number of silicon atoms per lcm 2 of the surface is 3 ⁇ 10 13 or less.
  • the chlorine-based gas means a gas containing chlorine in the composition of its components, for example, chlorine gas, a gas containing chlorine in the composition, or a mixed gas containing at least one of these gases. Good.
  • a manufacturing method of a substrate with an epitaxial layer according to the present invention includes a substrate preparation step for carrying out the above-mentioned method for manufacturing a group III nitride substrate, and a surface of the group III nitride substrate obtained by the substrate preparation step. Forming an epitaxial growth layer. In this way, a good quality epitaxial growth layer can be formed on the surface of the group 111 nitride substrate.
  • a method of manufacturing a substrate with an epitaxial layer according to the present invention includes a substrate preparation step of preparing the group III nitride substrate, and a surface of the group III nitride substrate prepared by the substrate preparation step. Forming a epitaxial growth layer. In this way, a good quality epitaxial growth layer can be formed on the surface of the group III nitride substrate.
  • a method of manufacturing a semiconductor device includes a substrate preparing step with an epitaxy layer that performs the manufacturing method of a substrate with an epitaxy layer, and an epitaxial obtained by the substrate preparing step with an epitaxy layer.
  • the epitaxial layer can be obtained.
  • the probability of occurrence of defects in the semiconductor element can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a GaN substrate which is an example of a group III nitride substrate according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a semiconductor device using the GaN substrate shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the contents of the machining process shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a substrate with an epitaxial layer using the GaN substrate shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a GaN substrate which is an example of a group III nitride substrate according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a semiconductor device using the GaN substrate shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the contents of the machining process shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a substrate with an epitaxial layer using the GaN substrate shown in FIG.
  • the GaN substrate 1 according to the present invention is subjected to the processing steps described later, so that the source of acidic substances per 1 cm 2 is obtained on the surface (for example, after polishing and cleaning).
  • the number of children for example, chlorine atoms
  • the number of silicon atoms per lcm 2 of the surface is 3 ⁇ 10 13 or less.
  • the haze level of the surface of the GaN substrate 1 is 5 ppm or less. In this way, a good quality epitaxial growth layer can be formed on the surface of the group III nitride substrate.
  • the number of atoms of the acidic substance per 1 cm 2 of the surface 3 is preferably 9 ⁇ 10 13 or less.
  • the haze level of the surface 3 is preferably 3 ppm or less.
  • the number of silicon atoms per lcm 2 of the surface 3 is preferably 1 ⁇ 10 13 or less.
  • the film quality of the epitaxially grown layer 5 (see FIG. 4) formed on the surface 3 of the GaN substrate 1 can be further improved.
  • the light emission intensity in the light emitting layer can be further increased.
  • a preparation step (S100) which is a step of preparing a GaN substrate, is performed.
  • this preparation step (S 100) the force S is used to prepare a GaN substrate by any conventionally known method.
  • a processing step (S200) is performed for polishing the GaN substrate.
  • the processing contents in this processing step (S200) will be described with reference to FIG.
  • a CMP step (S210) which is a polishing step is performed.
  • the surface of the GaN substrate prepared in the preparation process (S 100) is polished using chemical mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a surfactant and an acid are added to the polishing liquid used in the CMP step (S210).
  • abrasive grains contained in the polishing liquid for example, SiO, Al 2 O, ZrO , CeO, Fe 2 O, Cr 2 O and the like can be used.
  • a metal element that has high ionization tendency as the metal element constituting the abrasive grains!
  • H hydrogen
  • hydrochloric acid or the like may be used, but an organic acid such as malic acid or succinic acid can be used.
  • organic acid a divalent or higher carboxylic acid is preferably used.
  • an oxidizing agent may be further added to the polishing liquid. Oxidizing agents include hypochlorous acid and hypochlorite, chlorinated isocyanuric acids such as trichloro-isocyanuric acid (TCIA), chlorinated isocyanurates such as sodium dichloroisocyanurate, potassium permanganate, etc.
  • Permanganate dichromate such as potassium dichromate, bromate such as potassium bromate, thiosulfate such as sodium thiosulfate, persulfate such as ammonium persulfate, potassium persulfate, nitric acid, Hydrogen peroxide, ozone, etc. are preferably used.
  • a polishing step (S220) is performed.
  • an acidic or alkaline polishing solution is used.
  • hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, citrate, malic acid, or the like can be used as the acidic polishing solution.
  • the alkaline polishing liquid for example, potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate, etc. can be used.
  • a cleaning step (S230) is performed. Any cleaning method can be used in this cleaning step (S230). For example, pure water cleaning using pure water may be performed as the cleaning step (S230).
  • the atmosphere gas in contact with the GaN substrate (the atmosphere gas in the clean room where the GaN substrate is processed) is acidic.
  • the atmosphere gas is exhausted from the periphery of the GaN substrate, and an adsorbent that adsorbs acidic substances is arranged in the circulation system of the atmosphere gas. For example, activated carbon is used as the adsorbent.
  • the concentration of acidic substances, particularly chlorine atoms, in the atmospheric gas is kept below a predetermined value (for example, 0.02 ppm or less).
  • a predetermined value for example 0.02 ppm or less.
  • the atmospheric gas may be exhausted from around the GaN substrate as described above, and an adsorbent that adsorbs an acidic substance may be disposed in the circulation system of the atmospheric gas.
  • a GaN substrate 1 having a sufficiently small density of acidic substances and silicon atoms on the surface thereof as shown in FIG. 1 can be obtained.
  • the surface of the GaN substrate can be processed by a dry etching step in addition to the CMP step.
  • the dry etching process should be performed in addition to the CMP process.
  • a post-processing step (S300) is performed on the GaN substrate finished to a mirror surface by the processing step (S200).
  • this post-processing step (S300) for example, a step of forming a predetermined epitaxial growth layer (film formation step) on the surface of the GaN substrate is performed.
  • film formation step a step of forming a predetermined epitaxial growth layer on the surface of the GaN substrate.
  • an electrode is formed on the surface of the substrate 10 with an epitaxial layer (electrode formation step), and a separation step and a formation step for separating the epi-substrate 10 into individual elements.
  • An assembly process for assembling a device such as a light emitting device is performed by performing a process (processing process) when the element is connected to the frame.
  • a method of manufacturing a group III nitride substrate (GaN substrate 1) according to the present invention includes a polishing step (CMP step (S210)) for polishing the surface of the GaN substrate 1, and a GaN substrate after the CMP step (S2 10). And a cleaning step (S230) for cleaning the surface of 1.
  • the atmospheric gas that contacts the GaN substrate 1 is controlled.
  • an adsorbing member that adsorbs an acidic substance such as activated carbon in the atmospheric gas is arranged so that the concentration of the acidic substance in the atmospheric gas is kept below a predetermined value.
  • an exhaust mechanism may be provided so as to keep the concentration of the acidic substance in the atmospheric gas below a predetermined value during the CMP step (S210) and after the cleaning step (S230).
  • a GaN substrate is obtained by chemical mechanical polishing. 1 surface is polished.
  • the polishing liquid used in the chemical mechanical polishing method contains a surfactant and an acid.
  • the atmospheric gas is controlled so as to remove the acidic substance from the atmospheric gas. Therefore, the acidic substance adheres from the atmospheric gas to the surface of the GaN substrate 1 during the CMP process or after the cleaning process. The possibility can be reduced. Further, by using the polishing liquid as described above in the CMP step (S210), it is possible to reduce the possibility that the Si-containing material in the polishing liquid adheres to the surface of the GaN substrate 1 after the CMP step (S210). For this reason, the density of Si-containing substances, that is, silicon atoms on the surface of the GaN substrate 1 can be reduced.
  • the polishing liquid may further contain an oxidizing agent.
  • the polishing rate in the polishing step can be improved.
  • the acid contained in the polishing liquid may be an organic acid.
  • the organic acid may be a divalent or higher carboxylic acid.
  • the polishing rate in the polishing process can be improved, and the possibility of foreign matters adhering to the surface of the substrate due to the acid contained in the polishing liquid can be reduced.
  • the GaN substrate manufacturing method includes a step of polishing the surface of the GaN substrate 1 using an acidic solution or an alkaline solution after the CMP step (S210) and prior to the cleaning step (S230) (polishing step). (S220)) may be further provided. Further, in the polishing step (S 220), both the step of polishing the surface of the GaN substrate 1 using an acidic solution and the polishing step using an alkaline solution may be performed in order! /, In addition, the polishing process using an acidic solution and / or the polishing process using an alkaline solution may be repeated a plurality of times.
  • foreign matter can be removed from the surface of the GaN substrate 1 prior to the cleaning step by polishing, so that the probability of occurrence of a problem of foreign matter remaining on the surface of the GaN substrate 1 after the cleaning step (S230) can be reduced.
  • acidic substances can be reduced before the cleaning process by the polishing process, so the amount S after the cleaning process can be reduced.
  • the dry etching includes RIE (reactive ion etching), ICP (inductively coupled plasma) _RIE, ECR (electron cyclotron resonance) -RIE , CAIBE (chemically assisted ion beam etching), R Examples include IBE (reactive ion beam etching).
  • the above-described method for manufacturing the GaN substrate is carried out, or the GaN substrate 1 as the group III nitride substrate is prepared.
  • a method for manufacturing a semiconductor device includes a substrate-preparing step (processing step (S200) and film-forming step) for carrying out the method for manufacturing a substrate with an epitaxial layer, and an epitaxial layer.
  • Step of forming a semiconductor element by performing an electrode forming step and a processing step (included in the post-processing step (S300)) on the substrate 10 with an epitaxial layer obtained by the substrate-preparing step with a layer (post-processing step) Steps after the film forming step in S300).
  • a semiconductor element can be formed using the substrate 10 with the epitaxial layer 5 having the excellent quality epitaxial growth layer 5, so that the defect of the semiconductor element due to the quality defect of the epitaxial growth layer 5 can be achieved.
  • the probability of occurrence can be reduced.
  • the substrate 10 with an epitaxial layer according to the present invention was formed on a GaN substrate 1 as a base substrate made of a group III nitride and a surface 3 of the GaN substrate 1 as shown in FIG. Epitaxial growth layer 5.
  • the number of silicon (Si) atoms per lcm 3 at the interface between the GaN substrate 1 and the epitaxial growth layer 5 is IX 10 2 ° or less.
  • the substrate 10 with an epitaxial layer according to the present invention includes a GaN substrate 1 as a group III nitride substrate according to the present invention described above, and an epitaxial growth formed on the surface of the GaN substrate 1. With layers.
  • the epitaxial growth layer 5 is formed in a state where the number of silicon atoms on the surface of the GaN substrate 1 is kept small.
  • the quality of the epitaxial growth layer 5 can be improved. For this reason, when a light emitting element is formed using the substrate 10 with the epitaxial layer, for example, it is possible to suppress the occurrence of a problem that the element becomes a defective product due to the quality defect of the epitaxial growth layer 5.
  • the number of silicon (Si) atoms per 1 cm 3 at the interface between the GaN substrate 1 and the epitaxial growth layer 5 may be 1 ⁇ 10 19 or less.
  • the quality of the epitaxial growth layer 5 can be further improved.
  • the number of silicon (Si) atoms per lcm 3 (Si atom density) at the interface between the GaN substrate 1 and the epitaxially grown layer 5 can be measured using SIMS (secondary ion mass spectrometry).
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • S can.
  • CAMECA's sector one-field SIMS device can be used as the measurement device, and measurement can be performed using Cs + as the primary ion.
  • GaN substrates to be Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 4 were prepared. All of the GaN substrates were disk-shaped and had a diameter of 50 mm and a thickness of 0.5 mm. These GaN substrates were lapped with diamond abrasive grains on the substrate surface in advance. As the abrasive grains used in this lapping, those with an average diameter of 6 m, 2 ⁇ 111, 0.5 m were prepared, and the diameter of the abrasive grains was gradually increased from the larger diameter grains to the smaller ones. Wrapping was performed while reducing the size.
  • alumina abrasive grains those having an average diameter of 0.5 m were used. In this way, pretreatment was performed on the surface state of the sample of the GaN substrate.
  • the GaN substrate prepared as described above was processed as follows in a clean room.
  • the atmospheric gas in the polishing machine installed in the clean room has a sufficiently low concentration of acidic substances, especially chlorine atoms, so the atmospheric gas can be exhausted from inside the processing chamber where the GaN substrate is placed. ing.
  • the exhaust wind speed was 0.6 m / s.
  • the surface of the GaN substrate to be Examples;!-8, 11-; 13 was polished by the CMP method. Examples:
  • the polishing liquid used in polishing for! To 8 contains SiO as abrasive grains as shown in Table 1.
  • the polishing liquid used in polishing contains Zr 0 2 , Cr 2 O, and Fe 2 O as abrasive grains for each example.
  • the polishing liquid is hydrochloric acid, malic acid or acid as an acid for adjusting pH.
  • the pH of the polishing liquid becomes 2 or more and 4 or less.
  • 0.05% by mass of sodium polyacrylate is added to the polishing liquid as a surfactant.
  • TCIA trichloroisocyanuric acid
  • Examples 1 and 7 hypochlorous acid was added.
  • Example 3 sodium diisocyanate (Na—DCIA) was added.
  • Examples 4 and 8 a polishing liquid to which no oxidizing agent was added was used. After the polishing step, pure water cleaning was performed to obtain a GaN substrate having a mirror-finished surface. As described later, the surface Si concentration, chlorine concentration, surface roughness, haze level, and thickness of the work-affected layer were measured for this GaN substrate.
  • Example 9 a GaN substrate, which is a sample for measuring the Si concentration on the surface, was prepared by processing the GaN substrate by a method called dry etching (DE). A parallel plate type RIE apparatus was used for the dry etching of the processing. As process conditions, C1 gas and BC1 gas are used as etching gas, C1 gas flow rate is 25sccm (sccm: unit of flow rate of lcm 3 of standard state gas per minute, the same applies hereinafter), BC1 gas flow rate is 2
  • Example 10 after polishing by the CMP method similar to Example 1, polishing (cleaning polishing) was performed.
  • polishing a solution containing 0.3% by mass of cenoic acid and 0.1% by mass of 18 was used as a polishing solution.
  • a GaN substrate as a sample for measuring the Si concentration on the surface and the like was prepared by performing a cleaning process in the same manner as in Examples 1 to 9.
  • the one containing hydrochloric acid was used. Further, for Comparative Example 2, the polishing liquid is made of SiO.
  • the substrate characteristics of the samples (GaN substrates) prepared in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 4 prepared as described above were measured. Specifically, the silicon (Si) concentration, chlorine (C1) concentration, surface roughness, haze level, and thickness of the work-affected layer on the mirror-finished surface were measured. The results are shown in Table 1.
  • the total reflection X-ray fluorescence spectrometer (TXRF) was used to examine the number of atoms per lcm 2 at the center of the substrate surface. Are shown in Table 1. The surface roughness was measured at five locations on the substrate surface, and the average value is shown in Table 1. The haze level was measured using SURFSCAN4500 manufactured by Tencor. The thickness of the work-affected layer was evaluated by observing the distortion of the crystal lattice of the GaN substrate using TEM.
  • the polishing liquid used in the CMP method contains an acid such as hydrochloric acid or succinic acid and a surfactant
  • the polishing liquid contains a surfactant.
  • the Si concentration is much lower than that of Comparative Example 1, which was not included.
  • Examples 11 to 13 and Comparative Example 3 in which abrasive grains other than SiO or SiC (containing no Si! /, Abrasive grains) were used as the abrasive grains of the polishing liquid used in the CMP method Si was not detected from the substrate surface.
  • a plurality of epitaxial growth layers are formed on the surface of the samples (GaN substrates) of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 4 processed as described above, and further electrodes are formed and individual chips are formed.
  • a light emitting element (LED) was created by dividing the chip into chips and mounting the chip on a lead frame.
  • the epitaxial growth layer formed on the surface of the GaN substrate is ⁇ -type GaN layer (dopant: Si) with a thickness of 1 ⁇ m as an n-type semiconductor layer, n-type AlGaN layer (dopant: Si) with a thickness of 150 nm, light-emitting layer, and p-type semiconductor layer Thickness of 20nm
  • the light emitting layer is formed by alternately laminating four layers of barrier layers formed of GaN layers with a thickness of lOnm and three layers of well layers formed of Ga In N layers with a thickness of 3 nm.
  • the multi-quantum well structure was adopted.
  • the n-side electrode having a diameter of 100 m was formed by forming and heating in a nitrogen atmosphere.
  • a p-side electrode was formed by forming a stacked structure composed of a 4 nm thick Ni layer and a 4 nm thick Au layer as the second electrode on the p-type GaN layer and heating it in an inert gas atmosphere.
  • the surface roughness of the epitaxial growth layer formed on the surface of the GaN substrate of Examples 1 to 13 and Comparative Examples;! To 4 prepared as described above was measured by the same method as the surface roughness of the GaN substrate described above. did. The results are also shown in Table 1. As can be seen from Table 1, the surface roughness of the epitaxial growth layer is smaller in Examples;! To 13 than in Comparative Examples 1 to 4.
  • the Si concentration at the interface between the substrate and the epitaxial layer was measured by SIMS.
  • Example 1 Example 5, Example 10, Example 13, and Comparative Example 1, 1 X 10 2 ⁇ Vcm 3 , 1 X 10 19 m 3 , l X 10 18 / cm 3 , l X 10 17 / cm 3 and 5 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • the silicon concentration at the interface is lower than in Comparative Example 1.
  • the luminescence intensity was measured for the light-emitting elements prepared as described above; The results are also shown in Table 1. As can be seen from Table 1, in the light emitting devices of Comparative Examples 1 to 4, the light emission itself does not occur, while in the light emitting devices of Examples 1 to 13; Light emission was confirmed in the light emitting layer in the axial growth layer. As a method for measuring the emission intensity, a light emitting element as each sample is mounted in an integrating sphere, and then a predetermined current (20 mA) is applied to the light emitting element, and the light output output from the condensed detector is output. Measured value
  • the present invention is particularly advantageously applied to a group III nitride substrate used for a light emitting element, a power device, and the like, a substrate with an epitaxial layer using the group II II nitride substrate, and a method for manufacturing the same.

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Description

明 細 書
III族窒化物基板、ェピタキシャル層付き基板、これらの製造方法および 半導体素子の製造方法
技術分野
[0001] この発明は、 III族窒化物基板、ェピタキシャル層付き基板、これらの製造方法およ び半導体素子の製造方法に関し、より特定的には、良好な膜質のェピタキシャル層 を形成することが可能な III族窒化物基板、ェピタキシャル層付き基板、これらの製造 方法および半導体素子の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、 GaN基板などの III族窒化物基板を含む化合物半導体基板は、その表面を 鏡面研磨し、当該表面上にェピタキシャル成長法を用いてェピタキシャル成長層が 形成され、発光素子やパワーデバイスなど様々な半導体素子に利用されている。そ して、上記のように表面を鏡面研磨する場合、研磨された表面にくもりが発生すると、 形成されるェピタキシャル成長層には荒れなどの欠陥が発生し、当該ェピタキシャル 成長層の品質が損なわれるという問題があった。そのため、上記のようなくもりの発生 を抑制する（ヘイズレベルを低減する）さまざまな研磨方法が従来提案されて!/、る (た とえば、 GaAsにつレ、て特許文献 1 (特開平 11 - 347920号公報)参照）。
特許文献 1 :特開平 11 347920号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかし、発明者が検討した結果、単に GaNなどの III族窒化物基板の表面について ヘイズレベルを低減しただけでは、その表面上に形成されるェピタキシャル成長層に 荒れなどの欠陥が発生する場合があることが分かった。この場合、上述した従来の研 磨方法を適用しても、ェピタキシャル成長層での欠陥の発生確率を十分低減するこ とは困難であった。
[0004] この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目 的は、良好な品質のェピタキシャル成長層を形成することが可能な III族窒化物基板 およびその製造方法を提供することである。
[0005] また、この発明の他の目的は、上記のような III族窒化物基板を用いて、良好な品質 のェピタキシャル成長層を備えるェピタキシャル層付き基板およびその製造方法、さ らに当該ェピタキシャル層付き基板を用いた半導体素子の製造方法を提供すること である。
課題を解決するための手段
[0006] 発明者らは、 III族窒化物基板の表面上に形成したェピタキシャル成長層において 品質の低下が発生するメカニズムについて研究を行なった。具体的には、ェピタキシ ャル成長層を形成する前の III族窒化物基板の表面にっレ、て詳細な検査 (付着物質 の種類や数の測定など）を実施し、その検査結果と形成されたェピタキシャル成長層 の品質との相関を調査した。その結果、ェピタキシャル成長層を形成するときに III族 窒化物基板の表面に存在する、酸性物質の原子個数およびシリコン原子の個数が、 形成されるェピタキシャル成長層の品質に大きな影響を与えるという知見を得た。な お、 III族窒化物基板とは、たとえば GaNからなる基板や A1Nからなる基板、およびそ の混晶基板 (Ga Al N)をいう。また、酸性物質とは、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素等の ハロゲン、窒素酸化物（NO )、硫黄酸化物（SO )、塩化水素など、水と反応してま
X X
たは水に溶解して酸性を示す物質を!/、う。
[0007] そして、上述した酸性物質が III族窒化物基板の表面に付着する原因について、発 明者が検討したところ、以下のような現象が起きていると推測された。すなわち、 III族 窒化物基板 (たとえば GaN基板など）を製造する工程では、塩酸、硝酸などの揮発し やすい酸性物質を用いるほか、当該基板の研磨の際には、砥粒を含有する研磨液 を使用する。研磨液には酸化剤として塩素系のものを用いることが多ぐこの研磨液 中には酸性物質である塩素が大量に含まれている。これらの酸性物質を用いる研磨 工程は、通常排気装置により研磨装置内の雰囲気を排気して行なう。排気装置が酸 性物質を排気しきれない場合には、研磨装置内の雰囲気に酸性物質の一部が存在 する。この場合、酸性物質が III族窒化物基板の表面に吸着されると考えられる。そし て、このような酸性物質と III族窒化物基板を構成する元素とが反応を起こし、基板表 面において析出物が形成されることも考えられる。このような析出物が形成されると、 基板表面の表面粗さやヘイズレベルの値が大きくなる。
[0008] III族窒化物基板は研磨された後洗浄され、その後、表面検査がなされる。上述の 研磨工程で III族窒化物基板の表面に酸性物質が多いと、後工程で十分に除去する ことが困難となる。そのため、最終状態での基板表面の表面粗さやヘイズレベルの値 が大きくなる。また、表面検査はクリーンルーム内で行なわれる力 検査の間少なくと も 1時間程度、 III族窒化物基板はクリーンルームの雰囲気にさらされる。このとき、上 述の研磨工程等から流れてきた微量の酸性物質力 III族窒化物基板の表面に吸着 されることも考えられる。
[0009] また、砥粒として SiOなどの Si原子を含む物質を含有する研磨液を用いて GaN基
2
板などの III族窒化物基板の研磨を行なった場合、研磨後に洗浄工程を行なっても 基板表面に Si含有物質が残存する場合がある。そして、上述の酸性物質（および/ または析出物）や Si含有物質が III族窒化物基板の表面に過剰に存在すると、当該 基板表面上に形成されるェピタキシャル成長層の品質が劣化することを発明者らは 見出した。つまり、 III族窒化物基板の表面に高品質なェピタキシャル成長層を形成 するためには、上述した酸性物質や Si含有物質の基板表面における濃度を低下さ せることが有効である。そして、発明者らは、上記のように基板表面における酸性物 質の濃度を低下させるには、研磨装置内で基板表面に接触する雰囲気ガス中の酸 性物質の濃度を極力低減することが有効であることを見出した。また、発明者らは、 基板表面に付着する Si含有物質 (もしくはシリコン原子）の濃度を低下させるには、 研磨工程において用いる研磨液に酸と界面活性剤を含有させることが有効であるこ とを見出した。なお、製造工程の雰囲気中の酸性物質の濃度が高い際に、基板表面 の酸性物質の濃度が高くなる問題が生じることは、研磨工程、検査工程によらず他の 工程でも同様である。
[0010] このような知見によりなされた、この発明に従った III族窒化物基板は、表面の lcm2 当りの酸性物質の原子の個数が 2 X 1014以下であり、かつ、当該表面の lcm2当りの シリコン（Si)原子の個数が 3 X 1013以下であることを特徴とする。
[0011] このようにすれば、 III族窒化物基板の表面上に良好な品質のェピタキシャル成長 層を形成すること力できる。なお、 III族窒化物基板の表面の lcm2当りの酸性物質の 原子の個数を 2 X 1014以下としたのは、この程度以下に酸性物質の原子の個数を抑 制すれば当該基板表面の粗さやヘイズレベルを十分小さくできる (基板表面の荒れ の程度を十分小さくできる)からである。また、当該表面の lcm2当りのシリコン（Si)原 子の個数を 3 X 1013以下としたのは、このようにすれば形成されるェピタキシャル成長 層の品質 (たとえばェピタキシャル成長層の表面粗さや膜質）を十分良好に保つこと ができる（たとえば、当該ェピタキシャル成長層を発光素子の発光層として利用する 場合に所定の発光強度を得ることができる）からである。なお、酸性物質の原子の個 数とは、たとえば、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素等のハロゲンのように単体で存在 する場合には、ハロゲン原子の個数をいい、窒素酸化物（NO )、硫黄酸化物（SO )
X X
等の化合物の形で存在する場合には、その化合物の分子の個数を!/、うものとする。 また、シリコン原子の個数とは、シリコンが単体で存在する場合には当該シリコン原子 の個数をいい、 SiOのような化合物の形で存在する場合にはその化合物の分子の
2
個数をいう。
[0012] 上記 III族窒化物基板において、表面のヘイズレベルは 5ppm以下であってもよい 。これは、 III族窒化物基板の表面において、 lcm2当りの酸性物質の原子の個数（酸 性物質の密度）を上述のような値以下とすることにより、当該基板の表面粗さを十分 小さくできるため、くもりの程度（ヘイズレベル)も十分小さくすることができるからであ る。このように基板表面のヘイズレベルを小さくすることで、基板表面に形成されるェ ピタキシャル成長層の品質の劣化を防止できる。なお、ヘイズレベルの上限を 5ppm としたのは、ヘイズレベルが 5ppmを超えると形成されるェピタキシャル成長層の品質 が低下し、たとえば当該ェピタキシャル成長層を発光素子の発光層などに利用した 場合に十分な発光強度が得られなくなるためである。
[0013] この発明に従った III族窒化物基板は、表面の lcm2当りのシリコン原子の個数が 3
X 1013以下であり、かつ、当該表面のヘイズレベルは 5ppm以下であることを特徴と する。また、この発明に従った III族窒化物基板は、表面の lcm2当りの酸性物質の原 子の個数が 2 X 1014以下であり、かつ、当該表面のヘイズレベルは 5ppm以下である ことを特徴とする。
[0014] このようにすれば、 III族窒化物基板の表面上に良好な品質のェピタキシャル成長 層を形成することができる。
[0015] 上記 III族窒化物基板において、表面の lcm2当りの酸性物質の原子の個数は、好 ましくは 9 X 1013以下である。また、上記 III族窒化物基板において、表面のヘイズレ ベルは好ましくは 3ppm以下である。また、上記 III族窒化物基板において、表面の 1 cm2当りのシリコン原子の個数は、好ましくは 1 X 1013以下である。
[0016] この場合、 III族窒化物基板の表面上に形成されるェピタキシャル成長層の膜質を より向上させること力 Sできる。たとえば、当該基板を用いて発光素子を形成し、ェピタ キシャル成長層により発光層を形成した場合、発光層での発光強度をより大きくする こと力 Sでさる。
[0017] この発明に従ったェピタキシャル層付き基板は、 III族窒化物からなるベース基板と 、ベース基板の表面上に形成されたェピタキシャル成長層とを備える。ベース基板と ェピタキシャル成長層との界面における lcm3当りのシリコン（Si)原子の個数は 1 X 1 02°以下である。
[0018] このように構成されたェピタキシャル層付き基板では、ベース基板表面でのシリコン 原子の個数が少なく保たれた状態でェピタキシャル成長層が形成されているので、 当該ェピタキシャル成長層の膜質を良好なものとすることができる。このため、上記ェ ピタキシャル層付き基板を用いて半導体素子 (たとえば発光素子）を形成した場合に 、ェピタキシャル成長層の品質不良に起因して半導体素子が十分な性能を発揮しな い（不良品になる）といった問題の発生を抑制できる。なお、ェピタキシャル層付き基 板とは、ベース基板の表面上に少なくとも 1層のェピタキシャル成長法により形成され た層（ェピタキシャル成長層）が形成された基板を言う。また、上記ェピタキシャル層 付き基板において、ベース基板とェピタキシャル成長層との界面における lcm3当り のシリコン（Si)原子の個数は I X 1019以下であってもよい。この場合、ェピタキシャノレ 成長層の膜質をより優れたものとすることができる。なお、上記界面における lcm3当 りのシリコン原子の個数は好ましくは 1 X 1018以下であり、より好ましくは 1 X 1017以下 である。
[0019] また、上記 III族窒化物基板の表面粗さは Raで lnm以下であってもよい。また、上 記ェピタキシャル層付き基板のェピタキシャル成長層表面の粗さは Raで lnm以下で あってもよい。さらに、上記 III族窒化物基板の表面に形成された加工変質層の厚さ は 50nm以下であってもよい。また、上記ェピタキシャル層付き基板のベース基板の 表面に形成された加工変質層の厚さは 50nm以下であってもよい。ここで、上述した 加工変質層の厚さは、透過型電子顕微鏡 (TEM)を用いた基板の観察により、結晶 格子の歪が発生した領域を上記加工変質層として、その歪発生部分 (加工変質層） の厚さを測定することにより評価すること力 Sできる。
[0020] この発明に従った III族窒化物基板の製造方法は、 III族窒化物基板の表面を研磨 する研磨工程と、研磨工程の後、 III族窒化物基板の表面を洗浄する洗浄工程とを 備える。洗浄工程後における III族窒化物基板の表面での lcm2当りの酸性物質の原 子の個数を 2 X 1014以下に保つように、研磨工程中および洗浄工程後に III族窒化 基板に接触する雰囲気ガスを制御する。研磨工程においては、化学機械研磨法に より III族窒化物基板の表面を研磨する。化学機械研磨法において用いられる研磨 液には界面活性剤と酸とが含まれて!/、る。
[0021] このようにすれば、上記雰囲気ガスを制御する（たとえば、 III族窒化物基板の周囲 力も酸性物質を含む雰囲気ガスを迅速に除去できるように排気機構を動作させる、あ るいは雰囲気ガスに含まれる酸性物質の濃度を所定の値より低くできるように、雰囲 気ガスの流路に酸性物質を除去するための吸着剤を配置する）ことにより、雰囲気ガ スから研磨工程中および洗浄工程後の III族窒化物基板の表面に酸性物質が付着 する可能性を低減できる。また、研磨工程において上記のような研磨液を用いること により、研磨工程後における III族窒化物基板の表面に、研磨液中の SiOなどからな る砥粒 (粒子状物質）とレ、つた異物（Si含有物質）が付着する可能性を低減できる。こ のため、 III族窒化物基板の表面における Si含有物質、すなわちシリコン原子の密度 を低くすること力 Sできる。
[0022] 上記 III族窒化物基板の製造方法において、研磨液にはさらに酸化剤が含まれて いてもよい。この場合、研磨工程における研磨レートを向上させることができる。した 力 Sつて、 III族窒化物基板の製造効率を向上させることができる。
[0023] 上記 III族窒化物基板の製造方法において、研磨液に含まれる酸は特に制限はな ぐたとえば、塩酸、フッ酸、臭素酸、ヨウ素酸、硝酸、硫酸、リン酸、炭酸などの無機 酸の他に、ギ酸、酢酸、クェン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、 シユウ酸などの有機酸を用いることができる。また、上記 III族窒化物基板の製造方法 において、有機酸は 2価以上のカルボン酸であってもよい。この場合、研磨工程にお ける研磨レートを向上させることができるとともに、研磨液に含まれる酸に起因して当 該基板の表面に異物が付着する可能性を低減できる。なお、ここで有機酸とは、酸 性を示す有機化合物である。また、研磨液に含まれる界面活性剤には特に制限はな ぐカチオン性、ァニオン性、ノニオン性のいずれの界面活性剤を用いてもよい。
[0024] 上記 III族窒化物基板の製造方法は、研磨工程の後、洗浄工程に先立って、 III族 窒化物基板の表面を酸性溶液またはアルカリ性溶液を用いてポリシングする工程を さらに備えていてもよい。また、当該ポリシングする工程においては、 III族窒化物基 板の表面を酸性溶液を用いてポリシングする工程と、アルカリ性溶液を用いてポリシ ング工程との両方を順番に実施してもよレ、し、酸性溶液を用いたポリシング工程およ び/またはアルカリ性溶液を用いたポリシング工程を複数回繰返してもよ!/、。アル力 リ十生溶液には特に制限はなぐ KOH、 NaOH、 NH OH、ァミンなどの塩基を用いる
4
こと力 sできる。この場合、洗浄工程に先立って III族窒化物基板の表面から異物をポリ シングにより除去できるので、洗浄工程後に当該基板表面での異物（たとえば Si含有 物質）の残存と!/、う問題の発生確率を低減できる。
[0025] なお、化学機械研磨の他に、ドライエッチングにより基板の表面を除去して仕上げ ること力 Sできる。ドライエッチングとは、液体を用いずに、ガス、プラズマ、イオンまたは 光などによる気相 固相界面における化学的または物理的反応を利用して、固体で ある III族窒化物基板の表面を除去する方法の総称をいう。
[0026] III族窒化物基板のドライエッチングでは塩素系のガスを用いることが多ぐ基板表 面に酸性物質である塩素が残存して存在する場合がある。塩素系ガスには、 CI、 B CI、 SiClなどがある。ドライエッチングに用いるガスを、これらの塩素系ガスと不活性
3 4
ガスである Ar、 Nとの混合ガスにすることもできる。不活性ガスの希釈、圧力、流量な どの条件を調整することで基板表面の酸性物質を低減することができる。また、ドライ エッチングで III族窒化物基板の表面を平滑にするためにはプラズマ中に Siが存在 すること力 S有効である。 Siは SiClなどのガスによりプラズマ中に添加することもできる し、基板周辺に Si化合物を配置することにより基板と同時にこの Si化合物をエツチン グしてプラズマ中に存在させることもできる。なお、エッチング雰囲気中に Siが存在す ることにより、ドライエッチング後の基板表面に Siが残存する場合がある。この場合、 プラズマ中の Siの濃度を制御することにより、基板表面のシリコンを低減することがで きる。
[0027] また、この発明に従った III族窒化物基板の製造方法は、塩素系ガスを用いて Si含 有雰囲気中で III族窒化物基板の表面をドライエッチングすることにより、当該表面の lcm2当りの酸性物質の原子の個数が 2 X 1014以下であり、かつ、当該表面の lcm2 当りのシリコン原子の個数が 3 X 1013以下とすることを特徴とする。ここで、塩素系ガス とはその成分の組成に塩素を含有するガスを意味し、たとえば塩素ガスや塩素をそ の組成に含むガス、あるいはこれらのガスを少なくとも 1種類含む混合ガスであっても よい。
[0028] この発明に従ったェピタキシャル層付き基板の製造方法は、上記 III族窒化物基板 の製造方法を実施する基板準備工程と、基板準備工程により得られた III族窒化物 基板の表面上にェピタキシャル成長層を形成する工程とを備える。このようにすれば 、 111族窒化物基板の表面上に良好な品質のェピタキシャル成長層を形成できる。
[0029] この発明に従ったェピタキシャル層付き基板の製造方法は、上記 III族窒化物基板 を準備する基板準備工程と、基板準備工程により準備された III族窒化物基板の表 面上にェピタキシャル成長層を形成する工程とを備える。このようにすれば、 III族窒 化物基板の表面上に良好な品質のェピタキシャル成長層を形成できる。
[0030] この発明に従った半導体素子の製造方法は、上記ェピタキシャル層付き基板の製 造方法を実施するェピタキシャル層付き基板準備工程と、ェピタキシャル層付き基板 準備工程により得られたェピタキシャル層付き基板に電極形成工程および加工工程 を実施することにより、半導体素子を形成する工程とを備える。このようにすれば、優 れた品質のェピタキシャル成長層を備えるェピタキシャル層付き基板を用いて半導 体素子を形成できるので、ェピタキシャル成長層の品質不良に起因する半導体素子 の不良発生の確率を低減できる。このため、半導体素子の歩留りの低下を抑制でき 発明の効果
[0031] このように、本発明によれば、 III族窒化物基板の表面上に優れた品質のェピタキシ ャル成長層が形成されたェピタキシャル層付き基板を得ることができるので、当該ェ ピタキシャル層付き基板を用いて半導体素子を形成することにより、半導体素子の不 良発生の確率を低減できる。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]本発明に従った III族窒化物基板の一例である GaN基板を示す斜視模式図で ある。
[図 2]図 1に示した GaN基板を用いた半導体素子の製造方法を説明するためのフロ 一チャートである。
[図 3]図 2に示した加工工程の内容を説明するためのフローチャートである。
[図 4]図 1に示した GaN基板を用いたェピタキシャル層付き基板を示す斜視模式図 である。
符号の説明
[0033] 1 基板、 3 表面、 5 ェピタキシャル成長層、 10 ェピタキシャル層付き基板。
発明を実施するための最良の形態
[0034] 次に図面を用いて、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。
[0035] 図 1は、本発明に従った III族窒化物基板の一例である GaN基板を示す斜視模式 図である。図 2は、図 1に示した GaN基板を用いた半導体素子の製造方法を説明す るためのフローチャートである。図 3は、図 2に示した加工工程の内容を説明するため のフローチャートである。図 4は、図 1に示した GaN基板を用いたェピタキシャル層付 き基板を示す斜視模式図である。図 1〜図 4を参照して、本発明に従った GaN基板、 ェピタキシャル層付き基板および半導体素子の製造方法の実施の形態を説明する。
[0036] 図 1に示すように、本発明に従った GaN基板 1は、後述する処理工程を実施するこ とにより、（たとえば研磨および洗浄後の）表面において、 1cm2当りの酸性物質の原 子（たとえば塩素原子）の個数が 2 X 1014以下であり、かつ、当該表面の lcm2当りの シリコン原子の個数が 3 X 1013以下である。また、 GaN基板 1において、表面のヘイ ズレベルは 5ppm以下である。このようにすれば、 III族窒化物基板の表面上に良好 な品質のェピタキシャル成長層を形成することができる。
[0037] 上記 GaN基板 1において、表面 3の lcm2当りの酸性物質の原子の個数は、好まし くは 9 X 1013以下である。また、上記 GaN基板 1において、表面 3のヘイズレベルは 好ましくは 3ppm以下である。また、上記 GaN基板 1において、表面 3の lcm2当りの シリコン原子の個数は、好ましくは 1 X 1013以下である。
[0038] この場合、 GaN基板 1の表面 3上に形成されるェピタキシャル成長層 5 (図 4参照） の膜質をより向上させること力できる。たとえば、後述するように当該 GaN基板 1を用 いて発光素子を形成し、ェピタキシャル成長層により発光層を形成した場合、発光層 での発光強度をより大きくすることができる。
[0039] なお、上述した酸性物質の原子の個数やシリコン原子の個数は、 TXRF (Total X- ray Reflection Fluorescence：全反射蛍光 X線分析装置）を用いて測定した。また、 ヘイズレベルは Tencor社製 SURFSCAN4500を用いて測定した。
[0040] 次に、図 2および図 3を参照しながら、図 1に示した GaN基板を製造する工程を含 む、半導体素子の製造方法を説明する。
[0041] 図 2に示すように、まず GaN基板を準備する工程である準備工程（S 100)を実施す る。この準備工程（S 100)では、従来公知の任意の方法により GaN基板を準備する こと力 Sでさる。
[0042] 次に、 GaN基板に対して研磨処理などを施す加工工程（S200)を実施する。この 加工工程（S200)での処理内容を、図 3を参照しながら説明する。加工工程（S200) では、図 3に示すようにまず研磨工程である CMP工程（S210)が実施される。この C MP工程（S 210)では、準備工程（S 100)で準備された GaN基板の表面を化学機械 研磨法： CMP (chemical mechanical polishing)を用いて研磨する。この結果、 GaN基 板の表面は鏡面に仕上げられる。
[0043] ここで、 CMP工程（S210)で使用する研磨液には、砥粒の他、界面活性剤および 酸を添加する。なお、研磨液に含まれる砥粒としては、たとえば SiOや Al O、 ZrO 、 CeO、 Fe O、 Cr Oなどを用いることができる。ここで、洗浄性を高めるためには、 砥粒を構成する金属元素としてイオン化傾向の高!/、ものを用いることが好まし!/、。た とえば、イオン化傾向が水素（H)より高い金属元素を含む砥粒を用いると、後述する 洗浄工程での砥粒などの除去効率が高くなる。また、酸としては、塩酸など用いても よいが、リンゴ酸ゃクェン酸などの有機酸を用いることができる。この有機酸としては、 2価以上のカルボン酸を用いることが好ましい。また、研磨液にはさらに酸化剤を添 カロしてもよい。酸化剤としては次亜塩素酸および次亜塩素酸塩、トリクロ口イソシァヌ ル酸 (TCIA)などの塩素化イソシァヌル酸、ジクロロイソシァヌル酸ナトリウムなどの塩 素化イソシァヌル酸塩、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、ニクロム酸カリ ゥムなどのニクロム酸塩、臭素酸カリウムなどの臭素酸塩、チォ硫酸ナトリウムなどの チォ硫酸塩、過硫酸アンモユウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、硝酸、過酸化水 素水、オゾンなどが好ましく用いられる。
[0044] 次に、ポリシング工程（S220)を実施する。当該ポリシング工程では、酸性またはァ ルカリ性のポリシング液を用いる。酸性のポリシング液としては、たとえば塩酸、硝酸、 リン酸、クェン酸、リンゴ酸などを用いることができる。また、アルカリ性のポリシング液 としては、たとえば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなどを用いること ができる。
[0045] 次に、洗浄工程（S230)を実施する。この洗浄工程（S230)では、任意の洗浄方法 を利用できる。たとえば、洗浄工程（S230)として、純水を用いた純水洗浄を実施し てもよい。そして、少なくとも CMP工程（S210)中、ポリシング工程（S220)中および 洗浄工程（S230)以後の工程では、 GaN基板が接触する雰囲気ガス（GaN基板が 処理されるクリーンルーム内の雰囲気ガス）について、酸性物質、特に塩素原子の濃 度を低く保つことができるように GaN基板の周囲から雰囲気ガスを排気するとともに、 当該雰囲気ガスの循環系統に酸性物質を吸着する吸着剤を配置する。吸着剤とし ては、たとえば活性炭を用いる。このようにして、雰囲気ガス中の酸性物質、特に塩 素原子の濃度を所定値以下 (たとえば 0. 02ppm以下）に保つようにする。この結果 、研磨および洗浄後の GaN基板の表面に付着する酸性物質である塩素原子の量を 低減できる。なお、ポリシング工程（S220)中においても、 GaN基板が接触する雰囲 気ガスについて、上述のように GaN基板の周囲から雰囲気ガスを排気するとともに、 当該雰囲気ガスの循環系統に酸性物質を吸着する吸着剤を配置するようにしてもよ い。
[0046] 上述のような工程を実施することにより、図 1に示したような、その表面における酸性 物質およびシリコン原子の密度が十分小さな GaN基板 1を得ることができる。なお加 ェ工程（S200)においては、 CMP工程の他にドライエッチング工程により GaN基板 の表面を処理することもできる。ドライエッチング工程は CMP工程に加えて実施する ことあでさる。
[0047] 次に、図 2に示すように、加工工程（S200)により鏡面に仕上げられた GaN基板に ついて、後処理工程（S300)を実施する。この後処理工程（S300)では、たとえば G aN基板の表面上に所定のェピタキシャル成長層を形成する工程 (成膜工程)を実施 する。この成膜工程の結果、図 4に示すように GaN基板 1の表面上にェピタキシャル 成長層 5が形成されたェピタキシャル層付き基板 10を得ることができる。さらに、後処 理工程（S300)では、上記ェピタキシャル層付き基板 10の表面に電極を形成するェ 程 (電極形成工程）、ェピ基板 10を個々の素子へと分離する分離工程および形成さ れた素子をフレームに接続するといつた工程 (加工工程)を行なうことにより、発光装 置などのデバイスを組立てる組立工程を実施する。
[0048] 上述した実施の形態と一部重複する部分もある力 この発明の実施の形態を羅列 的に挙げて説明する。この発明に従った III族窒化物基板 (GaN基板 1)の製造方法 は、 GaN基板 1の表面を研磨する研磨工程（CMP工程（S210) )と、 CMP工程（S2 10)の後、 GaN基板 1の表面を洗浄する洗浄工程（S230)とを備える。洗浄工程（S 230)後における GaN基板 1の表面での lcm2当りの酸性物質の原子の個数を 2 X 1 014以下に保つように、研磨工程 (CMP工程（S210) )中および洗浄工程（S230)後 に GaN基板 1に接触する雰囲気ガスを制御する。具体的には、雰囲気ガス中の酸性 物質の濃度を所定値以下に保つように、雰囲気ガス中に活性炭などの酸性物質を 吸着する吸着部材を配置する。また、上記 CMP工程（S210)中および洗浄工程（S 230)後では、雰囲気ガス中の酸性物質の濃度を所定値以下に保つように、排気機 構を設けてもよい。 CMP工程（S210)においては、化学機械研磨法により GaN基板 1の表面を研磨する。化学機械研磨法において用いられる研磨液には界面活性剤と 酸とが含まれている。
[0049] このようにすれば、上記雰囲気ガスから酸性物質を除去するように当該雰囲気ガス を制御するので、雰囲気ガスから CMP工程中や洗浄工程後の GaN基板 1の表面に 酸性物質が付着する可能性を低減できる。また、 CMP工程（S210)において上記の ような研磨液を用いることにより、 CMP工程（S210)後における GaN基板 1の表面に 、研磨液中の Si含有物質が付着する可能性を低減できる。このため、 GaN基板 1の 表面における Si含有物質、すなわちシリコン原子の密度を低くすることができる。
[0050] 上記 CMP工程（S210)において、研磨液にはさらに酸化剤が含まれていてもよい 。この場合、研磨工程における研磨レートを向上させることができる。
[0051] また、研磨液に含まれる酸は有機酸であってもよい。また、当該有機酸は 2価以上 のカルボン酸であってもよい。この場合、研磨工程における研磨レートを向上させるこ とができるとともに、研磨液に含まれる酸に起因して当該基板の表面に異物が付着 する可能性を低減できる。
[0052] 上記 GaN基板の製造方法は、 CMP工程（S210)の後、洗浄工程（S230)に先立 つて、 GaN基板 1の表面を酸性溶液またはアルカリ性溶液を用いてポリシングするェ 程 (ポリシング工程（S220) )をさらに備えていてもよい。また、当該ポリシング工程（S 220)においては、 GaN基板 1の表面を、酸性溶液を用いてポリシングする工程と、 アルカリ性溶液を用いてポリシング工程との両方を順番に実施してもよ!/、し、酸性溶 液を用いたポリシング工程および/またはアルカリ性溶液を用いたポリシング工程を 複数回繰返してもよい。この場合、洗浄工程に先立って GaN基板 1の表面から異物 をポリシングにより除去できるので、洗浄工程（S230)後に当該 GaN基板 1表面での 異物の残存という問題の発生確率を低減できる。また、酸性物質についてもポリシン グ工程により洗浄工程前に減少させることができるので、洗浄工程後の存在量を低 減すること力 Sでさる。
[0053] また、 CMP工程の他にドライエッチング処理を行なうことができる力 上記ドライエツ チングとしては、 RIE (反応性イオンエッチング）、 ICP (誘導結合プラズマ） _RIE、 EC R (電子サイクロトロン共鳴） -RIE、 CAIBE (化学アシストイオンビームエッチング）、 R IBE (反応性イオンビームエッチング)などが挙げられる。
[0054] この発明に従ったェピタキシャル層付き基板の製造方法は、上記 GaN基板の製造 方法を実施するほたは上記 III族窒化物基板としての GaN基板 1を準備する）基板 準備工程（図 2の加工工程（S200) )と、加工工程（S200)により得られた III族窒化 物基板の表面上にェピタキシャル成長層を形成する工程 (後処理工程（S300)に含 まれる成膜工程）とを備える。このようにすれば、 GaN基板 1の表面 3上に良好な品質 のェピタキシャル成長層 5を形成できる。
[0055] この発明に従った半導体素子の製造方法は、上記ェピタキシャル層付き基板の製 造方法を実施するェピタキシャル層付き基板準備工程 (加工工程（S200)および成 膜工程）と、ェピタキシャル層付き基板準備工程により得られたェピタキシャル層付き 基板 10に（後処理工程（S300)に含まれる）電極形成工程および加工工程を実施す ることにより、半導体素子を形成する工程 (後処理工程（S300)における成膜工程以 後の工程）とを備える。このようにすれば、優れた品質のェピタキシャル成長層 5を備 えるェピタキシャル層付き基板 10を用いて半導体素子を形成できるので、ェピタキシ ャル成長層 5の品質不良に起因する半導体素子の不良発生の確率を低減できる。
[0056] また、この発明に従ったェピタキシャル層付き基板 10は、図 4に示すように III族窒 化物からなるベース基板としての GaN基板 1と、 GaN基板 1の表面 3上に形成された ェピタキシャル成長層 5とを備える。 GaN基板 1とェピタキシャル成長層 5との界面に おける lcm3当りのシリコン（Si)原子の個数は I X 102°以下である。また、この発明に 従ったェピタキシャル層付き基板 10は、上記した本発明に従った III族窒化物基板と しての GaN基板 1と、当該 GaN基板 1の表面上に形成されたェピタキシャル成長層と を備える。
[0057] このように構成されたェピタキシャル層付き基板 10では、 GaN基板 1表面でのシリ コン原子の個数が少なく保たれた状態でェピタキシャル成長層 5が形成されているの で、当該ェピタキシャル成長層 5の品質を良好なものとすることができる。このため、 上記ェピタキシャル層付き基板 10を用いてたとえば発光素子を形成した場合に、ェ ピタキシャル成長層 5の品質不良に起因して素子が不良品になるといった問題の発 生を抑制できる。 [0058] また、上記ェピタキシャル層付き基板において、 GaN基板 1とェピタキシャル成長 層 5との界面における lcm3当りのシリコン（Si)原子の個数は 1 X 1019以下であっても よい。この場合、ェピタキシャル成長層 5の品質をより優れたものとすることができる。 なお、 GaN基板 1とェピタキシャル成長層 5との界面における lcm3当りのシリコン（Si )原子の個数（Si原子の密度）は、 SIMS (二次イオン質量分析法）を用いて測定する こと力 Sできる。たとえば、測定装置は CAMECA社製のセクタ一磁場型 SIMS装置を 用い、測定条件として 1次イオンに Cs+を用いて測定することができる。
実施例 1
[0059] 本発明の効果を確認するために、以下のような実験を行なった。
(試料の準備）
本発明の実施例の試料として実施例;!〜 13の試料を、また、比較例として比較例 1 〜4の試料を準備した。具体的には、実施例 1〜； 13および比較例 1〜4となるべき Ga N基板を準備した。当該 GaN基板はすべて円板状であって、サイズが直径 50mmで あって厚みが 0. 5mmとした。これらの GaN基板については、あらかじめ基板表面に 対してダイヤモンド砥粒を用いたラッピングを行なった。このラッピングに用いた砥粒 としては、平均直径が 6 m、 2 ^ 111, 0. 5 mのものを準備し、直径の大きい砥粒か ら小さい砥粒へと段階的に砥粒の径を小さくしながらラッピングを行なった。さらに、 当該ラッピングの後、アルミナ砥粒を用いたポリシングを行なった。アルミナ砥粒とし ては、平均直径が 0. 5 mの物を用いた。このようにして、 GaN基板の試料の表面 状態についての前処理を行なった。
[0060] (試料に対する研磨加工）
上記のように準備された GaN基板について、クリーンルーム内で以下のような加工 を行なった。なお、クリーンルーム内に設置された研磨装置内の雰囲気ガスについて 酸性物質、特に塩素原子の濃度を十分低くしておくため、 GaN基板が配置された処 理室内部からは雰囲気ガスを排気可能になっている。排気風速は 0. 6m/sとした。 そして、当該研磨装置内において、実施例;!〜 8、 11〜； 13となるべき GaN基板につ いて、その表面を CMP法により研磨した。実施例;!〜 8についての研磨において用 いた研磨液は、表 1に示すように、砥粒として SiOを含む。また、実施例 11〜； 13の研 磨において用いた研磨液は、各実施例についてそれぞれ砥粒として Zr〇2、 Cr O、 Fe Oを含む。また、研磨液は pH調整を行なうための酸として塩酸、リンゴ酸または
2 3
クェン酸を含む。これらの酸を添加することにより、研磨液の pHは 2以上 4以下程度 になっている。また、研磨液には界面活性剤としてポリアクリル酸ナトリウムが 0. 05質 量％だけ添加されている。また、実施例 2、 5、 6、 10〜； 13については、使用する研磨 液に酸化剤としてトリクロロイソシァヌル酸 (TCIA)が 0. 1質量％だけ添加されている 。実施例 1、 7には、次亜塩素酸が添加されている。実施例 3にはジクロ口イソシァヌ ル酸ナトリウム (Na— DCIA)が添加されている。なお、実施例 4、 8については酸化剤 が添加されていない研磨液を用いた。そして、研磨工程の後、純水洗浄を行なうこと により、表面が鏡面仕上げされた GaN基板を得た。この GaN基板について、後述す るように表面の Si濃度、塩素濃度、表面粗さ、ヘイズレベル、および加工変質層の厚 みを測定した。
[0061] また、実施例 9については、ドライエッチング (DE)という手法で GaN基板を加工する ことにより、表面の Si濃度などを測定するための試料である GaN基板を準備した。当 該加工のドライエッチングは平行平板式の RIE装置を用いた。プロセス条件としては 、エッチングガスに C1ガスと BC1ガスを使用し、 C1ガス流量は 25sccm(sccm :標準 状態のガスが 1分間に lcm3流れる流量の単位をいう、以下同じ）、 BC1ガス流量は 2
3
5sccm、圧力は 2. 66Pa、 RFパワーは 200Wとした。
[0062] また、実施例 10については、実施例 1と同様の CMP法による研磨を行なった後、 ポリシング (洗浄ポリッシュ）を行なった。当該ポリシングにおいては、ポリシング液とし てクェン酸を 0. 3質量％、丁じ1八を0. 1質量％含む溶液を用いた。その後、実施例 1 〜9と同様に洗浄工程を行なうことによって表面の Si濃度などを測定するための試料 である GaN基板を準備した。
[0063] また、比較例 1〜4についても、それぞれ CMP法を用いて GaN基板の表面を研磨 した。ただし、比較例 1については研磨液として SiO力 なる砥粒と pH調整のための
2
塩酸とを含むものを用いた。また、比較例 2については、研磨液として、 SiOからなる
2 砥粒と、 pH調整のためのリンゴ酸と、界面活性剤（ポリアクリル酸ナトリウム）と酸化剤 (TCIA)とを含むものを用いた。また、比較例 3については、研磨液として、ダイヤモ ンド砥粒と、 pH調整のためのリンゴ酸と、界面活性剤（ポリアクリル酸ナトリウム）と酸 化剤 (TCIA)とを含むものを用いた。また、比較例 4については、研磨液として、 SiC 力、らなる砥粒と、 pH調整のためのリンゴ酸と、界面活性剤（ポリアクリル酸ナトリウム）と 酸化剤 (TCIA)とを含むものを用いた。なお、界面活性剤および酸化剤の含有率は それぞれ 0· 3質量％、 0. 1質量％であった。
[0064] そして、比較例;!〜 4について、実施例;!〜 8、 11〜； 13と同様に研磨工程後に純水 洗浄を行なうことで、表面の Si濃度などを測定するための試料である GaN基板を準 備した。
[0065] なお、上述した加工工程から後述する測定を行なっている間、実施例;!〜 13およ び比較例 1、 3、 4については装置内の雰囲気ガスが排気されていた力 比較例 2に っレヽては排気を行なわなかった。
[0066] (基板表面の測定）
上述のように準備した実施例 1〜； 13および比較例 1〜4の試料 (GaN基板）につい て、基板特性の測定を行なった。具体的には、鏡面仕上げされた表面のシリコン（Si )濃度、塩素（C1)濃度、表面粗さ、ヘイズレベルおよび加工変質層の厚みを測定し た。その結果を表 1に示す。
[0067] [表 1]
Figure imgf000019_0001
TCIA トリクロロイソシァヌル酸 Na- DCIA ジクロロイソシァヌル酸ナトリウム
[0068] なお、 Si濃度および CI濃度につ!/、ては、全反射蛍光 X線分析装置 (TXRF)を用い て、基板表面の中央部で lcm2当りの原子の個数を調べ、その値を表 1に示した。ま た、表面粗さは、基板表面の 5箇所で測定し、その平均値を表 1に示した。また、ヘイ ズレベルは Tencor社製 SURFSCAN4500を用いて測定した。また、加工変質層 の厚みは、 TEMを用いて GaN基板の結晶格子の歪を観察することにより評価した。
[0069] 表 1から分かるように、 CMP法で用いた研磨液に塩酸やクェン酸などの酸と界面活 性剤とが含有されている実施例 1〜8は、研磨液に界面活性剤が含まれていなかつ た比較例 1より Si濃度が極めて低くなつている。また、実施例 1〜8の中でも、研磨液 中の酸としてリンゴ酸ゃクェン酸を用いた実施例 5〜8について、特に Si濃度が低下 していること力 S分力、る。なお、 CMP法で用いた研磨液の砥粒として SiOや SiC以外 の砥粒（元素として Siを含まな!/、砥粒）を用いた実施例 11〜； 13および比較例 3では 、いずれも基板表面から Siは検出されなかった。
[0070] また、処理時の雰囲気については、排気を行なっていた試料はいずれも C1濃度、 表面粗さおよびヘイズレベルの値が小さくなつているのに対して、排気を行なわなか つた比較例 2は C1濃度、表面粗さおよびヘイズレベルの値が相対的に大きくなつて いること力 S分力、る。また、実施例 1〜； 13の加工変質層の厚みは、いずれも比較例 3、 4 における加工変質層の厚みより薄くなつている。特に、砥粒として SiOまたは Fe O を用いた実施例 1〜10、 13では、加工変質層が検出されなかった。なお、実施例 11 、 12については、加工変質層が検出されたが、その厚みは比較例 3、 4における加工 変質層の厚みに比べて十分薄くなつていた。
[0071] また、研磨液に酸化剤を含む実施例;!〜 3、 5〜7、 1；!〜 13は、研磨液に酸化剤を 含まなかった実施例 4、 8より研磨工程での除去速度が大きくなつて!/、ることも分かる
〇
[0072] (発光素子の作成）
上述のように加工された実施例 1〜13、比較例 1〜4の試料 (GaN基板）に対して、 その表面上に複数のェピタキシャル成長層を形成し、さらに電極の形成や個々のチ ップへの分割、当該チップのリードフレームへの実装などを行なって発光素子（LED )を作成した。なお、 GaN基板の表面上に形成されたェピタキシャル成長層は、具体 的には n型半導体層としての厚さ 1 μ mの η型 GaN層（ドーパント： Si)および厚さ 150 nmの n型 Al Ga N層（ドーパント： Si)、発光層、 p型半導体層としての厚さ 20nm
0.1 0.9
の p型 Al Ga N層（ドーパント： Mg)および厚さ 150nmの p型 GaN層（ドーパント：
0.2 0.8
Mg)という構成であった。ここで、発光層は、厚さ lOnmの GaN層で形成される障壁 層の 4層と、厚さ 3nmの Ga In N層で形成される井戸層の 3層とが交互に積層さ
0.85 0.15
れた多重量子井戸構造とした。
[0073] また、基板の裏面側に第 1の電極として、厚さ 200nmの Ti層、厚さ lOOOnmの A1 層、厚さ 200nmの Ti層、厚さ 2000nmの Au層から形成される積層構造を形成し、 窒素雰囲気中で加熱することにより、直径 100 mの n側電極を形成した。一方、上 記 p型 GaN層上に第 2の電極として、厚さ 4nmの Ni層、厚さ 4nmの Au層から形成さ れる積層構造を形成し、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、 p側電極を形成 した。上記積層体 (GaN基板に上述のようなェピタキシャル成長層、 n側電極および p側電極を形成したもの）を 400 μ m角にチップ化した後に、上記 p側電極を AuSnで 形成されたはんだ層で導電体にボンディングした。さらに、上記 n側電極と導電体とを ワイヤでボンディングして、発光デバイスとしての構成を有する半導体素子を得た。
[0074] (ェピタキシャル成長層につ!/、ての測定）
上述のように準備した実施例 1〜13、比較例;!〜 4の GaN基板表面に形成された ェピタキシャル成長層の表面粗さを、上述した GaN基板の表面粗さと同様の手法に より測定した。その結果も表 1に示されている。表 1からも分力、るように、実施例;!〜 13 においては、比較例 1〜4よりェピタキシャル成長層の表面粗さが小さくなつている。
[0075] 基板とェピタキシャル層界面の Si濃度を SIMSにより測定した。実施例 1、実施例 5 、実施例 10、実施例 13、比較例 1について、それぞれ 1 X 102<Vcm3、 1 X 1019ん m3 、 l X 1018/cm3、 l X 1017/cm3、 5 X 1020/cm3となった。実施 ί列 1、 5、 10、 13につい ては、比較例 1よりも界面のシリコン濃度が小さくなつている。
[0076] (発光強度の測定）
上述のように準備した実施例;!〜 13、比較例;!〜 4の発光素子について、発光強度 を測定した。その結果も表 1に示されている。表 1から分かるように、比較例 1〜4の発 光素子では発光自体が起きな力、つた一方で、実施例 1〜； 13の発光素子ではェピタ キシャル成長層における発光層にて発光を確認できた。なお、発光強度の測定方法 としては、各試料としての発光素子を積分球内に搭載した後、所定の電流（20mA) を当該発光素子に印加し、集光されたディテクタから出力される光出力値を測定した
[0077] 上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行なった力 上 記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発 明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、請求の範 囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での すべての変更を含むものである。
産業上の利用可能性
[0078] この発明は、発光素子やパワーデバイスなどに用いられる III族窒化物基板、当該 I II族窒化物基板を用いたェピタキシャル層付き基板やこれらの製造方法に特に有利 に適用される。

Claims

請求の範囲
[I] 表面（3)の lcm2当りの酸性物質の原子の個数が 2 X 1014以下であり、かつ、前記 表面（3)の lcm2当りのシリコン原子の個数が 3 X 1013以下であることを特徴とする、 II I族窒化物基板（1)。
[2] 表面粗さが Raで lnm以下である、請求の範囲第 1項に記載の III族窒化物基板（1
)。
[3] 前記表面（3)に形成された加工変質層の厚さが 50nm以下である、請求の範囲第
1項に記載の III族窒化物基板（ 1 )。
[4] 表面（3)の lcm2当りのシリコン原子の個数が 3 X 1013以下であり、かつ、前記表面（
3)のヘイズレベルは 5ppm以下であることを特徴とする、 III族窒化物基板（1)。
[5] 表面粗さが Raで lnm以下である、請求の範囲第 4項に記載の III族窒化物基板（1
)。
[6] 前記表面（3)に形成された加工変質層の厚さが 50nm以下である、請求の範囲第
4項に記載の III族窒化物基板（ 1 )。
[7] 表面（3)の lcm2当りの酸性物質の原子の個数が 2 X 1014以下であり、かつ、前記 表面（3)のヘイズレベルは 5ppm以下であることを特徴とする、 III族窒化物基板（1)
〇
[8] 表面粗さが Raで lnm以下である、請求の範囲第 7項に記載の III族窒化物基板（1
)。
[9] 前記表面（3)に形成された加工変質層の厚さが 50nm以下である、請求の範囲第
7項に記載の III族窒化物基板（ 1 )。
[10] III族窒化物からなるベース基板（1)と、
前記ベース基板（1)の表面上に形成されたェピタキシャル成長層（5)とを備え、 前記ベース基板（1)と前記ェピタキシャル成長層（5)との界面における lcm3当りの シリコン原子の個数が 1 X 102°以下である、ェピタキシャル層付き基板（10)。
[I I] III族窒化物基板の表面を研磨する研磨工程（S210)と、
前記研磨工程（S210)の後、前記 III族窒化物基板の表面を洗浄する洗浄工程（S 230)とを備え、 前記洗浄工程（S230)後における前記 III族窒化物基板の前記表面での lcm2当り の酸性物質の原子の個数を 2 X 1014以下に保つように、前記研磨工程（S210)中お よび前記洗浄工程（S230)後に前記 III族窒化基板に接触する雰囲気ガスを制御し 前記研磨工程（S210)においては、化学機械研磨法により前記 III族窒化物基板 の表面を研磨し、
前記化学機械研磨法において用いられる研磨液には界面活性剤と酸とが含まれて いる、 III族窒化物基板の製造方法。
[12] 前記研磨液にはさらに酸化剤が含まれている、請求の範囲第 11項に記載の III族 窒化物基板の製造方法。
[13] 前記研磨液に含まれる酸が有機酸である、請求の範囲第 11項に記載の III族窒化 物基板の製造方法。
[14] 前記有機酸は 2価以上のカルボン酸である、請求の範囲第 13項に記載の III族窒 化物基板の製造方法。
[15] 前記研磨工程の後、前記洗浄工程に先立って、前記 III族窒化物基板の表面を酸 性溶液またはアルカリ性溶液を用いてポリシングする工程をさらに備える、請求の範 囲第 11項に記載の III族窒化物基板の製造方法。
[16] 塩素系ガスを用いて Si含有雰囲気中で III族窒化物基板の表面をドライエッチング することにより、前記表面の lcm2当りの酸性物質の原子の個数を 2 X 1014以下とし、 かつ、前記表面の lcm2当りのシリコン原子の個数を 3 X 1013以下とすることを特徴と する III族窒化物基板の製造方法。
[17] 請求の範囲第 11項に記載の III族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備ェ 程と、
前記基板準備工程により得られた前記 III族窒化物基板の表面上にェピタキシャル 成長層を形成する工程（S300)とを備える、ェピタキシャル層付き基板の製造方法。
[18] 請求の範囲第 17項に記載のェピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するェ ピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記ェピタキシャル層付き基板準備工程により得られたェピタキシャル層付き基板 に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程
(S300)とを備える、半導体素子の製造方法。
[19] 請求の範囲第 16項に記載の III族窒化物基板の製造方法を実施する基板準備ェ 程と、
前記基板準備工程により得られた前記 III族窒化物基板の表面上にェピタキシャル 成長層を形成する工程（S300)とを備える、ェピタキシャル層付き基板の製造方法。
[20] 請求項 19に記載のェピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するェピタキシャ ル層付き基板準備工程と、
前記ェピタキシャル層付き基板準備工程により得られたェピタキシャル層付き基板 に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程 (S300)とを備える、半導体素子の製造方法。
[21] 請求の範囲第 1項に記載の III族窒化物基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備された III族窒化物基板の表面上にェピタキシャル成 長層を形成する工程（S300)とを備える、ェピタキシャル層付き基板の製造方法。
[22] 請求の範囲第 21項に記載のェピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するェ ピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記ェピタキシャル層付き基板準備工程により得られたェピタキシャル層付き基板 に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程 (S300)とを備える、半導体素子の製造方法。
[23] 請求の範囲第 4項に記載の III族窒化物基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程により準備された III族窒化物基板の表面上にェピタキシャル成 長層を形成する工程（S300)とを備える、ェピタキシャル層付き基板の製造方法。
[24] 請求の範囲第 23項に記載のェピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するェ ピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記ェピタキシャル層付き基板準備工程により得られたェピタキシャル層付き基板 に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程 (S300)とを備える、半導体素子の製造方法。
[25] 請求の範囲第 7項に記載の III族窒化物基板を準備する基板準備工程と、 前記基板準備工程により準備された III族窒化物基板の表面上にェピタキシャル成 長層を形成する工程（S300)とを備える、ェピタキシャル層付き基板の製造方法。 請求の範囲第 25項に記載のェピタキシャル層付き基板の製造方法を実施するェ ピタキシャル層付き基板準備工程と、
前記ェピタキシャル層付き基板準備工程により得られたェピタキシャル層付き基板 に電極形成工程および加工工程を実施することにより、半導体素子を形成する工程 (S300)とを備える、半導体素子の製造方法。
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