特許 6461593 窒化物系半導体基板のエッチング方法および窒化物系半導体膜の作成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6461593

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】窒化物系半導体基板のエッチング方法および窒化物系半導体膜の作成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/306 20060101AFI20190121BHJP

   C30B 29/38 20060101ALI20190121BHJP

   C30B 33/10 20060101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/306 M

   C30B29/38 D

   C30B33/10

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-259660(P2014-259660)

(22)【出願日】2014年12月24日

(65)【公開番号】特開2016-119429(P2016-119429A)

(43)【公開日】2016年6月30日

【審査請求日】2017年11月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000173522

【氏名又は名称】一般財団法人ファインセラミックスセンター

(74)【代理人】

【識別番号】100126170

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 義之

(72)【発明者】

【氏名】姚 永昭

(72)【発明者】

【氏名】石川 由加里

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１５７２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９７１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１２５９１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１７３５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５３０３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２４３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２３８７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 J.L. Weyher, 外5名，Study of individual grown-in and indentation-induced dislocations in GaN by defect-selective etching and transmission electron microscopy，Materials Science and Engineering B，２００１年，Vol. 80，pp. 318-321

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６−２１／３０６３、２１／３０８、

２１／４６５−２１／４６７、

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

窒化物系半導体基板のエッチング方法であって、
アルカリ金属ハロゲン化物とアルカリ金属水酸化物とからなる第１のエッチング剤を準備し、溶融した前記第１のエッチング剤に前記窒化物系半導体基板を浸漬することにより前記窒化物系半導体基板をエッチングする第１のエッチング工程と、
少なくとも１種のアルカリ金属水酸化物からなる第２のエッチング剤を準備し、溶融した前記第２のエッチング剤に前記第１のエッチング工程でエッチングされた前記窒化物系半導体基板を浸漬することにより前記窒化物系半導体基板をエッチングする第２のエッチング工程と、
を備える、窒化物系半導体基板のエッチング方法。

【請求項2】

前記第２のエッチング剤は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとからなる、請求項１記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法。

【請求項3】

前記第２のエッチング剤の全体に対する水酸化ナトリウムのモル比が０．３から０．８までの範囲である、請求項２記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法。

【請求項4】

前記第２のエッチング工程におけるエッチングは、前記第２のエッチング剤の融解温度から３８０℃までの範囲の温度で行われる、請求項１ないし３のいずれか記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法。

【請求項5】

前記第２のエッチング工程におけるエッチングは、２４０℃から３３０℃までの範囲の温度で行われる、請求項４記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法。

【請求項6】

窒化物系半導体基板上にエピタキシャル成長された窒化物系半導体膜の作成方法であって、
窒化物系半導体基板を準備する工程と、
請求項１ないし５のいずれか記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法により、前記窒化物系半導体基板をエッチングする工程と、
エッチングされた前記窒化物系半導体基板上に、前記窒化物系半導体膜をエピタキシャル成長させる工程と、
を含む、
窒化物系半導体膜の作成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、窒化物系の半導体基板をエッチングする技術に関する。

【背景技術】

【0002】

バンドギャップが広い窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物系半導体は、青色や紫外光の短波長発光デバイスの材料として不可欠の材料である。また、窒化物系半導体を用いることにより、シリコン（Ｓｉ）等の従来の半導体材料では実現困難な、高出力、高周波、高耐圧、高耐環境性を有する半導体素子を実現することか可能となる。そのため、窒化物系半導体は、短波長発光デバイスの材料としてのみならず、大電力制御や省エネルギーを可能とするパワーデバイス材料、高速大容量の通信デバイス材料、車載用の耐熱性デバイス材料、耐放射線デバイス材料等の広い範囲への応用が期待されている。

【0003】

しかしながら、窒化物系半導体は、融点が高くまた高温で分解するため、インゴットを作成し、作成したインゴットから基板を製造することは困難である。そこで、窒化物系半導体は、一般的に、格子定数が比較的近い異種基板（サファイア、６Ｈ構造の炭化珪素（６Ｈ−ＳｉＣ）あるいはシリコン（Ｓｉ））上にエピタキシャル成長させることにより製造される。このように、異種基板上にエピタキシャル成長された窒化物半導体には、多数の欠陥が導入され、発光デバイスにおける量子効率の低下や、パワーデバイスにおける耐圧の低下等をもたらす虞がある。

【0004】

そこで、近年では、窒化物系半導体をエピタキシャル成長させる基板として、異種基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮ基板を異種基板から分離した自立基板が提供されるようになってきた。このように提供される自立基板は、種々の方法により結晶欠陥が低減されており、発光デバイスあるいはパワーデバイスの基板として十分な品質を有するものとなってきている。

【0005】

このように、ＧａＮ基板は、窒化物系半導体を用いたデバイスの製造に有用である。しかしながら、ＧａＮ基板を製造する際の機械加工において基板表面に導入された欠陥は、ＧａＮが粘りを有しているため、砥粒の細粒化を図っても除去することが難しく、機械加工後のＧａＮ基板の表面には、厚いダメージ層が残存する。

【0006】

また、窒化物系半導体をエピタキシャル成長させるためには、ＧａＮ基板の表面を原子レベルで平坦化することが求められる。表面の原子レベルでの平坦化は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）、ドライエッチング、あるいは、触媒基準エッチング（例えば、特許文献１参照）等により行うことが可能であるが、機械加工で生じた厚いダメージ層を除去することは困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００９−１１７７８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

このように、ＧａＮ基板の表面に残存するダメージ層を除去する技術は未だ確立されておらず、現状では、ダメージ層の除去が困難である状況は変わっていない。この問題は、ＧａＮ基板を製造する場合のみならず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）あるいはこれらの混晶等の窒化物系半導体の基板を製造する場合に共通する。

【0009】

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、窒化物系半導体基板をより良好にエッチングする技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態としてのエッチング方法は、窒化物系半導体基板のエッチング方法であって、アルカリ金属ハロゲン化物とアルカリ金属水酸化物とからなる第１のエッチング剤を準備し、溶融した前記第１のエッチング剤に前記窒化物系半導体基板を浸漬することにより前記窒化物系半導体基板をエッチングする第１のエッチング工程と、少なくとも１種のアルカリ金属水酸化物からなる第２のエッチング剤を準備し、溶融した前記第２のエッチング剤に前記第１のエッチング工程でエッチングされた前記窒化物系半導体基板を浸漬することにより前記窒化物系半導体基板をエッチングする第２のエッチング工程と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、第２のエッチング工程において、十分に速いエッチングレートで窒化物系半導体基板を等方的にエッチングすることが可能になるとともに、さらにエッチングレートを速くすることが可能な第１のエッチング工程を備えることで、より短時間でダメージ層を除去することが可能となる。

【0011】

［適用例１］
窒化物系半導体基板のエッチング方法であって、少なくとも１種のアルカリ金属水酸化物からなるエッチング剤を準備し、溶融した前記エッチング剤に前記窒化物系半導体基板を浸漬することにより前記窒化物系半導体基板をエッチングする、窒化物系半導体基板のエッチング方法。この適用例によれば、十分に速いエッチングレートで、窒化物系半導体基板を等方的にエッチングすることができる。

【0012】

［適用例２］
前記エッチング剤は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとからなる、適用例１記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法。一般に、他のアルカリ金属水酸化物と比較して、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムは入手が容易であるため、エッチングをより容易に行うことができる。

【0013】

［適用例３］
前記エッチング剤の全体に対する水酸化ナトリウムのモル比が０．３から０．８までの範囲である、適用例２記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法。エッチング剤の全体に対する水酸化ナトリウムのモル比を０．３から０．８までの範囲とすることにより、エッチング剤の融解温度を低下させることができるので、より低い温度でエッチングすることが可能となる。

【0014】

［適用例４］
前記エッチングは、前記エッチング剤の融解温度から３８０℃までの範囲の温度で行われる、適用例１ないし３のいずれか記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法。エッチングを３８０℃以下で行うことにより、エッチング後の窒化物系半導体基板の表面に荒れが生じることを抑制することができる。

【0015】

［適用例５］
前記エッチングは、２４０℃から３３０℃までの範囲の温度で行われる、適用例４記載の窒化物系半導体基板のエッチング方法。エッチングを２４０℃から３３０℃までの範囲の温度で行うことで、より容易に、エッチング後の窒化物系半導体基板の表面を原子レベルで平坦化することができる。

【0016】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、窒化物系半導体基板のエッチング方法、そのエッチング方法を用いた窒化物系半導体基板の製造方法、その製造方法で製造された窒化物系半導体基板、エッチングした窒化物系半導体基板上にエピタキシャル成長された窒化物系半導体膜の作成方法、その作成方法で作成された窒化物系半導体膜を有する半導体装置、等の態様で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態としての基板製造工程を示す工程図。

【図2】基板製造工程におけるエッチング工程の具体例を示す説明図。

【図3】エッチング前のＧａＮ基板の表面形態を示すＡＦＭ観察像。

【図4】実施例１のエッチング後におけるＧａＮ基板の表面形態を示す説明図。

【図5】実施例２のエッチング後におけるＧａＮ基板の表面形態を示す説明図。

【図6】比較例のエッチング後におけるＧａＮ基板のＡＦＭ観察像。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施形態：
Ａ１．ＧａＮ基板の製造工程：
Ａ２．エッチング工程：
Ａ３．実施例および比較例：
Ｂ．変形例：

【0019】

Ａ．実施形態
Ａ１．ＧａＮ基板の製造工程：
図１は、本発明の一実施形態としての窒化ガリウム（ＧａＮ）基板の製造工程（以下、単に「基板製造工程」とも呼ぶ）を示す工程図である。ＧａＮ基板の製造工程では、まず、図１（ａ）に示すように、ＧａＮとは異なる材料の基板ＤＭＳ（以下、「異種基板」とも呼ぶ）を準備する。具体的には、異種基板ＤＭＳとして、サファイア、６Ｈ構造の炭化珪素（６Ｈ−ＳｉＣ）あるいはシリコン（Ｓｉ）の基板を準備する。次いで、図１（ｂ）に示すように、異種基板ＤＭＳの一方の面に、ＧａＮ厚膜９０を結晶成長させる。このＧａＮ厚膜９０を異種基板ＤＭＳから分離することにより、自立したＧａＮ基板（成長基板）９１が得られる。

【0020】

次いで、本実施形態では、得られた成長基板９１表面の凹凸を除去するため、成長基板９１の両面に機械研磨を施す。これにより、図１（ｃ）に示すように、成長基板９１の表面の凹凸が除去されたＧａＮ基板（研磨基板）９２が得られる。機械研磨は、例えば、定盤に貼り付けられた研磨パッドに成長基板９１を押し当てた状態で、ダイヤモンド砥粒を含む研磨剤を研磨パッドに滴下しつつ、定盤と成長基板９１とをそれぞれ回転させることにより行うことができる。なお、研磨剤に含まれるダイヤモンド砥粒の粒度は、研磨基板９２に要求される表面粗さ、成長基板９１の表面粗さ、機械研磨の研磨速度等に基づいて、適宜（例えば、＃４０００）設定される。

【0021】

研磨基板９２の表面粗さは、粒度の細かいダイヤモンド砥粒を用いることにより、十分に小さく（Ｒａ＜３ｎｍ）することが可能である。しかしながら、砥粒の硬度が高いために、研磨基板９２の表面には、図１（ｄ）の破線で示すように、２ｎｍから１０ｎｍの深さのスクラッチ傷ＳＣＲが発生する。また、ＧａＮは、粘りがあるため、結晶欠陥が導入された領域が十分に除去されず、研磨基板９２の表面に、数μｍから十数μｍの厚さのダメージ層ＤＭＧが発生する。なお、スクラッチ傷ＳＣＲおよびダメージ層ＤＭＧは、機械研磨を行った研磨基板の両面に発生するが、図１（ｄ）では、図示の便宜上、研磨基板の一方の表面に生じたスクラッチ傷ＳＣＲおよびダメージ層ＤＭＧを図示している。

【0022】

本実施形態では、研磨基板９２の表面に発生したスクラッチ傷ＳＣＲおよびダメージ層ＤＭＧを除去するため、研磨基板９２の表面を等方的にエッチングする。このエッチングにより、スクラッチ傷ＳＣＲおよびダメージ層ＤＭＧを除去したＧａＮ基板（エッチド基板）９３が得られる。また、本実施形態のエッチングにより、エッチド基板９３の表面は、原子レベルで平坦な面となり、平坦な領域（テラス）と原子レベルの段差（ステップ）とを有するステップテラスが形成される。このように、エッチド基板９３の表面にステップテラスが形成されることにより、エッチド基板９３の表面に結晶性の良好なＧａＮ等の窒化物半導体をエピタキシャル成長させることが容易となる。なお、エッチングの具体的な方法については、後述する。

【0023】

Ａ２．エッチング工程：
図２は、本実施形態の基板製造工程におけるエッチング工程の具体例を示す説明図である。本実施形態において、エッチングは、マッフル炉２０を用い、空気雰囲気中で加熱・融解したエッチング剤（後述する）中に研磨基板９２を浸漬することにより行われる。

【0024】

具体的には、まず、ヒータ２２に囲まれたマッフル炉２０の炉内２４に配置され、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のエッチング剤に対する耐食性を有する素材からなる坩堝３０に、固体のエッチング剤および研磨基板９２を装入する（図２（ａ））。次いで、マッフル炉２０のヒータ２２に通電して炉内２４を昇温する。炉内２４の温度（炉内温度）がエッチング剤の融点を超えると、図２（ｂ）に示すように、坩堝３０に装入されたエッチング剤が融解して、液状の溶融エッチング剤中に研磨基板９２が浸漬された状態となる。

【0025】

昇温は、エッチング剤が融解した後も、炉内温度が所定のエッチング温度（後述する）に到達するまで継続される。炉内温度がエッチング温度に到達した後、所定の保持時間（例えば、２０分）炉内温度をエッチング温度に保持することにより、研磨基板９２の表面はエッチングされ、エッチド基板９３が得られる。なお、保持時間は、エッチング剤によるＧａＮのエッチングレートと、ダメージ層ＤＭＧ（図１（ｄ））の厚さとに基づいて、適宜変更される。

【0026】

保持時間の経過後、炉内２４は降温される。降温により、炉内温度がエッチング剤の融点を下回ると、図２（ｃ）に示すように、坩堝３０中の溶融エッチング剤が固化して、固体エッチング剤中にエッチド基板９３が埋め込まれた状態となる。炉内温度が略室温になった後、エッチング剤とエッチド基板９３は、水中に投入される。これによりエッチド基板９３を覆う固体エッチング剤が溶解し、図２（ｄ）に示すように、エッチド基板９３が取り出される。

【0027】

エッチング剤としては、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを所定のモル比で混合したものを用いることができる。なお、以下では、エッチング剤全体に対するＮａＯＨのモル比（ＮａＯＨ／（ＫＯＨ＋ＮａＯＨ））をＮａＯＨモル比とも呼ぶ。ＮａＯＨモル比は、種々変更可能であるが、エッチング剤の融解温度が３８０℃以下となるように設定するのが好ましい。さらに、よりエッチング剤の融解温度を下げることが可能である点で、ＮａＯＨモル比は、０．３〜０．８に設定するのがより好ましい。

【0028】

また、本実施形態では、ＮａＯＨとＫＯＨとからなるエッチング剤を用いているが、一般的に、エッチング剤は、少なくとも１種のアルカリ金属水酸化物（ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＲｂＯＨもしくはＣｓＯＨ）を含んでいれば良い。但し、エッチング剤の融解温度を低下させ、より低温でエッチングすることが可能となる点で、２種以上のアルカリ金属水酸化物を混合したエッチング剤を用いるのが好ましい。さらに、入手がより容易である点で、エッチング剤としては、ＮａＯＨとＫＯＨとを混合したものを用いるのが好ましい。

【0029】

エッチング温度は、エッチング剤の融解温度から５５０℃の範囲で適宜設定することが可能である。但し、エッチング温度が高くなると、エッチングレートは上昇するものの、エッチド基板９３の表面にエッチピットや荒れが生じやすくなる。そのため、エッチング温度は、３８０℃以下とするのが好ましい。さらに、表面の原子レベルでの平坦化がより容易となる点で、エッチング温度は、３３０℃以下とするのがより好ましい。一方、エッチング温度が低くなるとエッチングレートが急激に低下する。そのため、エッチング温度は、２００℃以上とするのが好ましく、２４０℃以上とするのがより好ましい。

【0030】

また、図２の例では、予め固体エッチング剤および研磨基板９２を坩堝３０に装入し、その坩堝３０をマッフル炉２０で加熱することによりエッチングを行っているが、エッチングの方法はこれに限定されない。例えば、特開２０１１-１５１３１７号公報に開示されているように、予めエッチング剤を融解し、溶融したエッチング剤中に研磨基板９２を浸漬するものとしても良い。

【0031】

上述のように、本実施形態の基板製造工程では、機械研磨を行った後にエッチングを行うことにより、機械研磨で生じた数μｍから十数μｍの厚さのダメージ層ＤＭＧ（図１（ｄ））が除去される。また、本実施形態におけるエッチングにより、エッチド基板９３の表面を原子レベルで平坦化することができる。そのため、エッチングを行ったそのままの状態で、エッチド基板９３上に結晶性の良好な窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる。このように、本実施形態によれば、ダメージ層ＤＭＧの除去と表面の平坦化とをエッチングのみで行うことができるので、エピタキシャル成長に適したＧａＮ基板をより容易に製造することが可能となる。

【0032】

なお、本実施形態では、エッチング（図１（ｄ））の前工程として、成長基板９１の機械研磨（図１（ｃ））を１回行っているが、機械研磨に先立って成長基板９１を研削する工程を含めても良い。また、研削と機械研磨との少なくとも一方を複数回行うものとしても良く、研削と機械研磨との一方のみを複数回行い、他方を省略することも可能である。これらの場合、砥石や研磨剤に含まれる砥粒の粒度は、工程が進むに従って、粗いものから細かいものに順次変更される。

【0033】

また、成長基板９１の凹凸が十分に小さい場合には、エッチングのみを行うものとしても良い。さらに、エッチングレートの速いエッチングを行った後、低いエッチング温度で本実施形態のエッチングを行うものとしても良い。このようにすれば、より短時間で、ダメージ層ＤＭＧを除去するとともに、エッチド基板９３の表面を原子レベルで平坦化することができる。なお、エッチングレートの速いエッチング方法として、例えば、より高いエッチング温度で本実施形態のエッチングを行うものとしても良い。また、エッチング剤としてアルカリ金属ハロゲン化物にアルカリ金属水酸化物を所定の割合（例えば、エッチング剤に対するアルカリ金属水酸化物の重量比で、０．２％から２％）で添加したものを溶融し、溶融したエッチング剤にＧａＮ基板を浸漬させるものとしても良い。このエッチングにおけるエッチング温度は、等方的なエッチングが進行するように、例えば、９００℃から１１００℃の間で適宜設定される。

【0034】

さらに、本実施形態において、エッチング温度を高くすること等により、エッチド基板９３の表面が原子レベルで十分に平坦化していない場合、エッチング後に、化学機械研磨、ドライエッチング、あるいは、触媒基準エッチング等を行うことにより、エッチド基板９３の表面を原子レベルで平坦化することも可能である。このようにしても、エッチングによりダメージ層ＤＭＧが除去されるので、より容易にエピタキシャル成長に適したＧａＮ基板を製造することができる。

【0035】

本実施形態では、異種基板ＤＭＳ上に結晶成長したＧａＮ厚膜９０を、当該異種基板ＤＭＳから分離した成長基板９１（自立基板）のエッチングを行っているが、本実施形態のエッチングは、異種基板ＤＭＳから分離していないＧａＮ厚膜９０（非自立基板）やインゴットをスライスして作成される基板（スライス基板）にも適用することができる。これらの場合においても、エッチングの前工程として研削や機械研磨を行なってもよく、エッチングの後工程として、化学機械研磨、ドライエッチング、あるいは、触媒基準エッチング等を行っても良い。また、前工程および後工程を行うことなく、非自立基板やスライス基板にエッチングのみを行うものとしても良い。

【0036】

このように、本実施形態によれば、上述のエッチングにより、研削や機械研磨等の機械加工により生じるダメージ層ＤＭＧが除去される。機械加工では、砥粒の大きさを小さくしてもダメージ層ＤＭＧが形成されるため、ダメージ層ＤＭＧが除去されたＧａＮ基板を得ることができない。また、化学機械研磨、ドライエッチングあるいは触媒基準エッチング等は、研磨速度やエッチングレート等の加工速度が極めて遅く、機械加工で生じるダメージ層ＤＭＧを除去することは、加工時間や加工コストの点で現実的でない。そのため、本実施形態で示したエッチングを行うことなく、ダメージ層ＤＭＧが除去されたＧａＮ基板を低コストで製造することはできない。従って、ダメージ層ＤＭＧが除去されたＧａＮ基板が、機械加工のみを行ったＧａＮ基板と同等程度のコストで提供されている場合には、本実施形態で示したエッチングを行っていると考えられる。なお、ダメージ層ＤＭＧが除去されているか否かは、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長したＧａＮの結晶性の良否で判断することができる。また、Ｘ線トポグラフィやカソードルミネセンス等を用いてＧａＮ基板の表面付近の欠陥を検出することによっても、ダメージ層ＤＭＧが除去されているか否かを判断することができる。

【0037】

Ａ３．実施例および比較例：
本実施形態の実施例および比較例として、ＧａＮ基板をエッチングして、その表面形態を観察した。具体的には、まず、ＧａＮ基板上にＧａＮ単結晶膜（エピ膜）をエピタキシャル成長した基板（エピ基板）を準備した。準備したエピ基板のエピ膜側の表面形態を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を用いて観察した。なお、準備したエピ基板のエピ膜は、基板のＧａ面側に形成されたエピ膜であり、エピ膜の表面もＧａ面となっている。

【0038】

図３は、エッチング前のＧａＮ基板の表面形態を示すＡＦＭ観察像である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、互いに異なる位置におけるＡＦＭ観察像を示している。図３（ａ）に示すように、エピ膜側の表面には、エピ膜がスパイラル成長することにより形成される螺旋状のパターンが形成されていた。また、図３（ａ）の右下部分および図３（ｂ）に示すように、エピ膜側の表面には螺旋状のパターンが複数形成されており、エピ膜を成長させる際のスパイラル成長の基点が面内に複数分布していることが確認できた。

【0039】

表面形態の観察に引き続き、ＧａＮ基板のエッチングを行った。具体的には、まず、ニッケル（Ｎｉ）製の坩堝に、ＮａＯＨおよびＫＯＨからなるエッチング剤を装入し、ヒータで坩堝を加熱し、エッチング剤を融解した。エッチング剤のＮａＯＨモル比は、エッチング剤の融解温度が最も低くなる（約１７０℃）ように、０．５１５とした。

【0040】

次いで、エッチング剤の温度を所定のエッチング温度に保った状態で、溶融したエッチング剤にＧａＮ基板を浸漬した。そして、所定のエッチング時間の経過後、ＧａＮ基板を取り出し、エッチングされたＧａＮ基板と、ＧａＮ基板の表面に付着したエッチング剤とを水中に投入することによりエッチング剤を溶解させ、エッチングが行われたＧａＮ基板を得た。次いで、エッチング後のＧａＮ基板のエピ膜側の表面形態を、ＡＦＭを用いて観察した。実施例１および２と、比較例とにおいて、エッチング温度とエッチング時間は、以下の表１に示すように設定した。なお、エッチング時間は、エッチング量が両面で約２μｍとなるように設定した。

【0041】

【表1】

【0042】

［実施例１］
図４は、実施例１のエッチング後におけるＧａＮ基板の表面形態を示す説明図である。図４（ａ）は、エッチング後のＧａＮ基板のＡＦＭ観察像であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）において矩形の枠で示した領域（矩形領域）の拡大像である。また、図４（ｃ）は、図４（ａ）において点Ａから点Ｂに延びる直線で示した領域（直線領域）における高さプロファイルを示すグラフである。図４（ｃ）において、横軸は、点Ａからの距離を表し、縦軸は、エピ膜側の表面の高さを表している。また、図４（ｃ）において上下で組となっている破線は、０．３ｎｍの高さの差を示している。

【0043】

図４（ａ）に示すように、エッチング後のＧａＮ基板の表面からは、エピ膜の表面に形成されていた螺旋状のパターンが消失し、図４（ｂ）に示すように、細かい縞状のステップテラスが形成されていることが確認できた。また、図４（ｃ）に示すように、ステップテラスの段差を表す高さプロファイルの振幅は、約０．３ｎｍであり、実施例１のエッチングを行うことにより、ステップテラスの段差が原子レベルとなることが確認できた。

【0044】

このように、エッチング温度を２８０℃とすることにより、エッチング後の基板表面を原子レベルで平坦にすることができた。また、エッチング温度を２８０℃としても、エッチングレートは、両面で約６μｍ／ｈ程度であり、ダメージ層ＤＭＧ（図１）の除去するために十分な速さである。そのため、エッチング温度を２８０℃としてエッチングを行うことにより、ＧａＮ基板の製造過程において発生した表面欠陥を除去するとともに、結晶性の良好な窒化物半導体のエピタキシャル成長に適したＧａＮ基板を容易に製造できることが可能であることが判った。

【0045】

［実施例２］
図５は、実施例２のエッチング後におけるＧａＮ基板の表面形態を示す説明図である。図５（ａ）は、エッチング後のＧａＮ基板のＡＦＭ観察像であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）において矩形の枠で示した領域（矩形領域）の拡大像である。図５（ａ）に示すように、実施例２のエッチングでは、エッチング後のＧａＮ基板の表面に、エピ基板の表面に形成されていた螺旋状のパターンが残存していた。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、エピ膜の表面には、ステップテラスが形成されていた。このことから、実施例２においても、エッチングが等方的に行われることが判った。そのため、第２実施例のようにエッチング温度を３３０℃としても、エッチング時間をより長くすることにより、等方的なエッチングが進行し、エッチング後のＧａＮ基板の表面を原子レベルで平坦にすることが可能であることが判った。

【0046】

このように、エッチング温度を３３０℃としても、エッチング後の基板表面を原子レベルで平坦にすることができることが判った。また、実施例２では、エッチングレートは、両面で約２０μｍ／ｈ程度であり、ダメージ層ＤＭＧ（図１）の除去するために十分な速さである。そのため、エッチング温度を３３０℃としても、ＧａＮ基板の製造過程において発生した表面欠陥を除去するとともに、結晶性の良好な窒化物半導体のエピタキシャル成長に適したＧａＮ基板を容易に製造できることが可能であることが判った。

【0047】

［比較例］
図６は、比較例のエッチング後におけるＧａＮ基板のＡＦＭ観察像である。図６に示すように、比較例のエッチングでは、エッチング後のＧａＮ基板の表面に、エピ基板の表面に形成されていた螺旋状のパターンが残存していた。また、エピ膜の表面において、ステップテラスは観察されなかった。しかしながら、エッチング後のＧａＮ基板には、表面の荒れなどは発生しておらず、エッチング温度を３８０℃としても、エッチングにより、少なくともダメージ層ＤＭＧ（図１）の除去ができることが判った。また、エッチング温度を３８０℃とすることにより、エッチングレートは、両面で約３０μｍ／ｈ程度以上となるため、ダメージ層ＤＭＧ（図１）等の表面欠陥を、より短時間で除去できる。

【0048】

Ｂ．変形例：
本発明は上記各実施形態および適用形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0049】

Ｂ１．変形例１：
上記実施形態では、ＧａＮ基板のエッチングを行っているが、このエッチング方法は、ＧａＮ基板に限らず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）およびこれらの混晶（（Ｉｎ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＡｌ_１−ＹＮ：Ｘ，Ｙは０〜１の実数）等、窒化物系半導体の基板をエッチングするために用いることができる。

【符号の説明】

【0050】

２０…マッフル炉
２２…ヒータ
２４…炉内
３０…坩堝
９０…ＧａＮ厚膜
９１…成長基板
９２…研磨基板
９３…エッチド基板
ＤＭＧ…ダメージ層
ＤＭＳ…異種基板
ＳＣＲ…スクラッチ傷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】