特許 6890979 窒化物系半導体の非極性面のエッチング方法および窒化物系半導体の非極性面における結晶欠陥の検出方法

(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】6890979

(24)【登録日】2021年5月28日

(45)【発行日】2021年6月18日

(54)【発明の名称】窒化物系半導体の非極性面のエッチング方法および窒化物系半導体の非極性面における結晶欠陥の検出方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20210607BHJP

   H01L 21/308 20060101ALI20210607BHJP

   C30B 33/10 20060101ALI20210607BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 L

   H01L21/308 C

   C30B33/10

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-3766(P2017-3766)

(22)【出願日】2017年1月13日

(65)【公開番号】特開2018-113379(P2018-113379A)

(43)【公開日】2018年7月19日

【審査請求日】2020年1月8日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）独立行政法人科学技術振興機構 研究成果展開事業 愛知地域スーパークラスタープログラム 産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(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】 小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２０７９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１１３４０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０１２１２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｃ３０Ｂ ３３／１０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

窒化物系半導体の非極性面のエッチング方法であって、
アルカリ金属水酸化物からなる主剤に、酸化性固体からなる添加剤を添加したエッチング剤を融解し、
溶融した前記エッチング剤に前記窒化物系半導体を浸漬することにより前記窒化物系半導体をエッチングする、
エッチング方法。

【請求項2】

前記主剤は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの少なくとも一方を含んでいる、請求項１記載のエッチング方法。

【請求項3】

前記添加剤の添加量は、前記主剤に対する重量比で１％から１０％の範囲である、請求項１または２記載のエッチング方法。

【請求項4】

前記エッチングは、４５０℃から６００℃の温度範囲で行われる、請求項１ないし３のいずれか記載のエッチング方法。

【請求項5】

窒化物系半導体の非極性面における結晶欠陥の検出方法であって、
請求項１ないし４のいずれか記載のエッチング方法により前記窒化物系半導体をエッチングする工程と、
前記エッチングが行われた窒化物系半導体の非極性面の表面形態を観察することにより、前記窒化物系半導体の非極性面における結晶欠陥を検出する工程と、
を備える、結晶欠陥の検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、窒化物系半導体の非極性面をエッチングする技術に関し、特に窒化物系半導体の非極性面にエッチピットを形成する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム（ＧａＮ）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が可能となる。そのため、ＧａＮは、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。特に近年では、ハイブリッド自動車のインバータや太陽光発電施設のパワーコンディショナ等において使用される高耐圧かつ低オン抵抗のスイッチング素子の有望な候補として、ＧａＮを用いたトレンチ型のＭＯＳＦＥＴ（トレンチ型ＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ）が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。

【0003】

図１３は、このようなトレンチ型ＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に「トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ」とも呼ぶ）の構成を模式的に示す断面模式図であり、図１４は、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴを構成するＧａＮの結晶方位を示す説明図である。図１３の例に示すトレンチ型ＭＯＳＦＥＴでは、ｎ^＋−ＧａＮ基板の（０００１）面（Ｇａ面）上において、［０００１］方向に、ｎ⁻−ＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層およびｎ^＋−ＧａＮ層がこの順にエピタキシャル成長されている。そして、ｎ^＋−ＧａＮ層からｎ⁻−ＧａＮ層にわたって、［０００−１］方向に穿たれた溝（トレンチ）が形成され、当該トレンチの内側に絶縁体に囲まれたゲート電極が配置される。

【0004】

このトレンチ型ＭＯＳＦＥＴにおいて、ドレイン電極に対して正の電圧をゲート電極に印加すると、ｐ−ＧａＮ層のゲート電極側（絶縁体側）の端部、すなわちトレンチの側壁には、電子が集中する。このように形成された電子が集中した領域（チャネル）は、ソース電極とドレイン電極間で流れる電流の経路となる。一般的に、トレンチは、その側壁が（１−１００）面（ｍ面）および（１１−２０）面（ａ面）の少なくとも一方を含むように形成される。上述のように、チャネルは、トレンチの側壁に形成されるため、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴの素子特性は、ｍ面あるいはａ面における結晶欠陥の密度や分布の影響を受ける。

【0005】

また、従来、ＧａＮ、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である窒化物系半導体を用いて発光デバイスを製造する場合には、上述のトレンチ型ＭＯＳＦＥＴと同様に、［０００１］方向あるいは［０００−１］方向（ｃ軸方向）にエピタキシャル成長が行われる。しかしながら、エピタキシャル成長が行われるＧａ面あるいは（０００−１）面（Ｎ面）においては、ｃ軸方向に分極が発生する。そのため、Ｇａ面やＮ面（極性面）に積層された活性層では、電子とホールの分布に位置ずれが生じ、内部量子効率が低下する。そこで、法線方向に分極が発生しないｍ面やａ面（非極性面）を基板主面とするＧａＮ基板にエピタキシャル成長を行い、内部量子効率がより高い発光デバイスを作成することが試みられている（例えば、特許文献１参照）。この場合においても、発光デバイスの素子特性は、ｍ面あるいはａ面における結晶欠陥の密度や分布の影響を受ける。

【0006】

このように、ｍ面あるいはａ面における結晶欠陥の密度や分布は、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴや、非極性面上にエピタキシャル成長された発光デバイスの素子特性に影響を与える。この問題は、これらのトレンチ型ＭＯＳＦＥＴや発光デバイスに限らず、窒化物系半導体を用いた種々の電子デバイスに共通する。そのため、窒化物系半導体において、ｍ面あるいはａ面における結晶欠陥を検出する技術が強く求められている。

【0007】

一般的に、結晶欠陥を検出する技術としては、電子線照射で発生する発光（カソードルミネセンス：ＣＬ）の強弱分布を走査型電子顕微鏡等を用いて観察するＣＬイメージングや、シンクロトロン放射光などの高輝度Ｘ線光源を用いたＸ線トポグラフィが知られている。これらの方法によれば、窒化物半導体の任意の面における結晶欠陥を検出することが可能である。しかしながら、いずれの方法も、高価な設備が必要であり、結晶欠陥を簡便かつ低コストで検出することは困難である。

【0008】

また、窒化物系半導体の結晶欠陥を検出するため、エッチングにより結晶欠陥を顕在化したエッチピットを形成することが種々提案されている。非特許文献２には、エッチピットを形成する方法として、共晶条件で混合された水酸化カリウム（ＫＯＨ）および水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を融解し、融解した溶融液を用いてＧａＮ基板をエッチングする方法、高温にした硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）とリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）の混合液を用いてＧａＮ基板をエッチングする方法、および、ＫＯＨ水溶液中においてＧａＮ基板を光電気化学エッチングする方法が記載されている。しかしながら、これらの方法は、いずれも極性面において結晶欠陥を顕在化したエッチピットを形成する方法であり、非極性面において結晶欠陥を顕在化したエッチピットを形成する技術は確立していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開第２０１０／１１３４０５号パンフレット

【非特許文献1】セミコンポータル、ＧａＮの歩留まり９０％や、耐圧１２００Ｖの縦型構造など新ＧａＮパワーＦＥＴ、［平成２９年１月９日検索］、インターネット＜https://www.semiconportal.com/archive/editorial/technology/process/150527-gan.html＞

【非特許文献2】J.L. Weyher, P.D. Brown, J.L. Rouviere, T. Wosinski, A.R.A. Zauner, I. Grzegory: Journal of Crystal Growth Vol. 200 (2000), p. 151-156

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

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、窒化物系半導体の非極性面における結晶欠陥をより簡便に検出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】

【0011】

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。

【0012】

［適用例１］
窒化物系半導体の非極性面のエッチング方法であって、アルカリ金属水酸化物からなる主剤に、酸化性固体からなる添加剤を添加したエッチング剤を融解し、溶融した前記エッチング剤に前記窒化物系半導体を浸漬することにより前記窒化物系半導体をエッチングする、エッチング方法。酸化性固体を添加することにより、溶融したエッチング剤中で酸化性固体が熱分解して酸素原子が生成される。この生成された酸素原子により、非極性面においても異方性の化学エッチングが促進されることにより、窒化物系半導体の非極性面にエッチピットが形成される。これにより、非極性面における結晶欠陥が顕在化されるので、非極性面における結晶欠陥をより簡便に検出することができる。

【0013】

［適用例２］
前記主剤は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの少なくとも一方を含んでいる、適用例１記載のエッチング方法。水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとは、入手が容易で、安価であるため、より容易にエッチングを行うことが可能であるとともに、エッチングに要するコストを低減することができる。

【0014】

［適用例３］
前記添加剤の添加量は、前記主剤に対する重量比で１％から１０％の範囲である、適用例１または２記載のエッチング方法。添加剤の添加量を主剤に対する重量比で１％以上とすることで、化学エッチングの促進効果が十分に維持されるので、より確実にエッチピットを形成することが可能となる。また、添加剤の添加量を主剤に対する重量比で１０％以下とすることで、反応性が高い酸素原子が過剰に生成されることが抑制されるので、エッチング剤の取り扱いをより容易とすることができる。

【0015】

［適用例４］
前記エッチングは、４５０℃から６００℃の温度範囲で行われる、適用例１ないし３のいずれか記載のエッチング方法。エッチングを４５０℃以上で行うことにより、添加剤がより確実に熱分解するため、エッチピットをより確実に形成することができる。また、エッチングを６００℃以下で行うことにより、エッチピットが重なり合うことを抑制することができるので、結晶欠陥の密度をより正確に評価することができる。

【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、窒化物系半導体の非極性面のエッチング方法、そのエッチング方法を用いた窒化物系半導体の非極性面における結晶欠陥の検出方法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】ＧａＮ試料の結晶欠陥を検出する際のエッチング工程の具体例を示す説明図。

【図2】エッチング前のＧａＮ小片の表面形態を示す光学顕微鏡像。

【図3】実施例１のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図。

【図4】実施例１のエッチング後におけるＧａＮ小片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小片の表面形態を示す説明図。

【図6】実施例３のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図。

【図7】実施例３のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図。

【図8】実施例４のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図。

【図9】実施例４のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図。

【図10】実施例５のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図。

【図11】実施例５のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図。

【図12】比較例のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図。

【図13】トレンチ型ＧａＮ ＭＯＳＦＥＴの構成を模式的に示す断面模式図。

【図14】ＧａＮの結晶方位を示す説明図。

【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。
Ａ１．結晶欠陥の検出
Ａ２．実施例および比較例：

【0019】

Ａ１．結晶欠陥の検出：
図１は、本発明の一実施形態として窒化ガリウム（ＧａＮ）試料の結晶欠陥を検出する際のエッチング工程の具体例を示す説明図である。詳細については後述するが、図１に一例を示すエッチング工程を経ることにより、ＧａＮ試料の（１１−２０）面（ａ面）および（１−１００）面（ｍ面）には、結晶欠陥の位置に窪み（エッチピット）が形成される。なお、本実施形態のエッチングの対象となるＧａＮ試料は、ａ面およびｍ面（「非極性面」と呼ばれる）の少なくとも一方が表面として露出している試料であれば良い。具体的には、本実施形態のエッチングは、ａ面あるいはｍ面を側壁とするトレンチが形成された電子デバイスやＧａＮ基板、基板主面がａ面あるいはｍ面のＧａＮ基板等に適用される。

【0020】

本実施形態においてエッチングの対象となる面は、必ずしも正確なａ面あるいはｍ面（以下、このような面を「ジャスト面」とも呼ぶ）である必要はない。一般的には、化学的な特性がほぼ同一とみなされる範囲であれば、ａ面あるいはｍ面のジャスト面からある程度の角度まで傾いた面（オフ面）を、エッチングの対象とすることも可能である。従って、本明細書および本発明においては、特に言及しない限り、ａ面とは、ａ面のジャスト面およびオフ面を包含し、ｍ面とは、ｍ面のジャスト面およびオフ面を包含するものとして扱う。同様に、非極性面とは、ａ面のジャスト面およびオフ面、ならびに、ｍ面のジャスト面およびオフ面を包含するものとして扱う。なお、ジャスト面とオフ面とのなす角度（オフ角）は、１０°以下であるのが好ましく、５°以下であるのがより好ましい。

【0021】

図１に示すエッチング工程においてエッチピットが形成され、結晶欠陥が顕在化された非極性面の形態を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて観察することにより、非極性面における結晶欠陥を検出することができる。また、エッチピットは、結晶欠陥の種類によってその形状が異なるため、エッチピットの形状を観察することにより、非極性面における結晶欠陥の種類を判別することが可能となる。さらに、エッチピットが形成された非極性面の形態観察による結晶欠陥の検出の他、例えば、エッチング工程により十分に小さなエッチピットを形成した後、ＳＥＭによりエッチピットの位置を特定し、特定されたエッチピット近傍の結晶構造を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察することによって、結晶欠陥の発生原因や、結晶欠陥の伝播特性等を評価することも可能である。

【0022】

本実施形態において、エッチングは、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ＧａＮ試料ＳＰＣ（以下、単に「試料ＳＰＣ」とも呼ぶ）を浸漬することにより行われる。具体的には、まず、図１（ａ）に示すように、ヒータ１２内に、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２１を配置する。坩堝２１には、その内部に熱電対１３が配置されるとともに、固体のエッチング剤が装入される。温度調節器１１は、熱電対１３により計測されたエッチング剤の温度に応じて、ヒータ１２への供給電力を制御することにより、エッチング剤の温度を予め設定された温度（設定温度）に調節する。

【0023】

エッチング剤は、温度調節器１１の設定温度を漸次高くしていくことにより、加熱され昇温する。加熱によりエッチング剤の温度が融解温度を超えると、図１（ｂ）に示すようにエッチング剤が融解して、坩堝２１内に融解したエッチング剤（溶融エッチング剤）が収容された状態となる。エッチング剤の昇温は、エッチング剤が融解した後も、エッチング剤の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。

【0024】

エッチング剤の温度がエッチング温度に到達した後、試料ＳＰＣをＮｉあるいはＰｔからなる試料ホルダ２２に載せ、試料ＳＰＣを溶融エッチング剤に浸漬する（図１（ｃ））。試料ＳＰＣの溶融エッチング剤への浸漬を開始してから所定のエッチング時間（例えば、１〜６分）が経過した後、試料ＳＰＣは溶融エッチング剤から引き上げられる。なお、エッチング時間は、エッチング剤の組成、エッチング温度、および、試料ＳＰＣであるＧａＮ試料の状態に応じて、適宜変更される。

【0025】

次いで、溶融エッチング剤から引き上げられた試料ＳＰＣは、水中に投入され、洗浄される。これにより、試料ＳＰＣを覆うエッチング剤が溶解し、図１（ｄ）に示すように、試料ＳＰＣが取り出される。なお、試料ＳＰＣの水中への投入は、急冷による試料ＳＰＣの破損を抑制するため、溶融エッチング剤からの引き上げから所定の冷却時間（例えば５分）経過してから行うのが好ましい。

【0026】

エッチング剤としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）に過酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ_２）を適量添加したものを用いることができる。一般的に、ＧａＮはバンドギャップが広く、ドープ型やキャリア濃度によるバンドギャップの中にあるフェルミ準位の変化範囲が広いため、ＧａＮにおけるフェルミ準位とエッチング剤におけるフェルミ準位の差が大きくなる場合がある。フェルミ準位の差が大きくなると、ＧａＮと溶融ＫＯＨ等のエッチング剤との界面付近ではＧａＮのバンドベンディングが大きくなる。このようにして、例えば、バンドが上方に大きくベンドした場合、界面付近には多くの正孔が供給されるため、エッチング過程における電気化学エッチング成分が強くなる。電気化学エッチングは等方的なエッチングであるため、結晶欠陥の近傍領域以外においてもエッチングが進行し、エッチピットが形成されにくくなる。また、エッチピットが形成される場合においても、結晶欠陥の種類の違いによる形状の変化が現れにくいため、結晶欠陥の種類を特定することが困難となる。

【0027】

一方、本実施形態においては、ＫＯＨにＮａ_２Ｏ_２を添加することにより、Ｎａ_２Ｏ_２が分解して生成された酸素原子が化学エッチングを促進する。そのため、エッチング過程における化学エッチング成分が、電気化学エッチング成分よりも強くなる。化学エッチングは、異方性のエッチングであるため、結晶欠陥の近傍領域においてエッチングが進行して、エッチピットが形成される。また、エッチングの異方性により、結晶欠陥の種類の違いにより形状の異なるエッチピットが形成されるので、結晶欠陥の種類を特定することが可能となる。

【0028】

なお、Ｎａ_２Ｏ_２の添加量が少なくなると、上述した化学エッチングの促進効果が減弱し、エッチピットの形成が抑制される。一方、Ｎａ_２Ｏ_２の添加量が多くなると、反応性が高い酸素原子の分解生成量が多くなるため、坩堝２１の腐食等が進行しやすくなる等、エッチング剤の取り扱いが必ずしも容易ではなくなる。このような特性を考慮して、Ｎａ_２Ｏ_２の添加量は、ＫＯＨに対する重量比（Ｎａ_２Ｏ_２／ＫＯＨ）で１％から１０％の範囲とするのが好ましく、３％から７％の範囲とするのがより好ましい。

【0029】

また、本実施形態では、ＫＯＨにＮａ_２Ｏ_２を添加したエッチング剤を用いているが、一般的に、エッチング剤は、アルカリ金属水酸化物からなる主剤に、酸化性固体からなる添加剤を添加したものを使用することができる。主剤としては、１種のアルカリ金属水酸化物（ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＲｂＯＨもしくはＣｓＯＨ）、あるいは、これらの混合物を用いることができる。但し、入手がより容易である点で、エッチング剤としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、あるいは、ＮａＯＨとＫＯＨとの混合物を用いるのが好ましい。添加剤としては、Ｎａ_２Ｏ_２の他、熱分解により酸素原子を生成する種々の酸化性固体を用いることができる。添加剤としては、具体的には、アルカリ金属過酸化物（Ｎａ_２Ｏ_２、Ｋ_２Ｏ_２等）、アルカリ土類金属過酸化物（ＭｇＯ_２、ＣａＯ_２、ＢａＯ_２等）、アルカリ金属塩素酸塩（ＮａＣｌＯ_３、ＫＣｌＯ_３等）、アルカリ金属硝酸塩（ＮａＮＯ_３、ＫＮＯ_３等）およびこれらの混合物を用いることができる。

【0030】

エッチング温度は、主剤の融解温度（ＫＯＨでは４０６℃）と添加剤の分解開始温度（Ｎａ_２Ｏ_２では４５０℃）とのいずれもより高ければよい。但し、エッチング温度が高くなると、エッチピットのサイズが大きくなりすぎてエッチピットが重なり合う（「オーバーラップ」と呼ばれる）ため、結晶欠陥の密度を正確に評価することが困難となる。そのため、エッチング温度は、６００℃以下とするのが好ましい。また、エッチング温度が高くなると、電気化学エッチング成分が強くなり、結晶欠陥の種類が異なることによるエッチピットの形状の変化が現れにくくなる。そのため、エッチング温度は、５５０℃以下とするのがより好ましい。

【0031】

なお、本実施形態では、上述のエッチング方法を用いることによりＧａＮ試料の結晶欠陥の検出を行っているが、当該エッチング方法は、ＧａＮ試料に限らず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、および、ＧａＮとＡｌＮとＩｎＮとの少なくとも２つを含む混晶等を含む、窒化物系半導体全般の試料の結晶欠陥の検出にも用いることができる。また、本実施形態のエッチング方法および結晶欠陥の検出方法は、種々の基板上に窒化物系半導体をエピタキシャル成長した窒化物系半導体の単結晶膜、当該単結晶膜を加工して作成された電子デバイス等、窒化物系半導体一般に適用することができる。

【0032】

また、図１の例では、予めＫＯＨにＮａ_２Ｏ_２を添加したエッチング剤を坩堝２１に装入しているが、ＫＯＨが融解しエッチング温度に達した後、試料ＳＰＣの浸漬の前にＮａ_２Ｏ_２を坩堝２１に装入するものとしても良い。さらに、ＫＯＨにＮａ_２Ｏ_２を添加したエッチング剤と、試料ＳＰＣとを予め坩堝２１に装入し、マッフル炉等により坩堝２１全体を加熱するものとしても良い。

【0033】

Ａ２．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試料をエッチングし、その表面形態を観察した。具体的には、まず、ＧａＮ試料として、一辺の長さが約２ｍｍのほぼ直方体形状で、機械研磨により鏡面加工されたａ面およびｍ面を有するＧａＮ小片を準備した。次いで、準備したＧａＮ小片のａ面およびｍ面の表面形態を光学顕微鏡を用いて観察した。

【0034】

図２は、エッチング前におけるＧａＮ小片の表面形態を示す光学顕微鏡像である。図２
（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれａ面およびｍ面の表面形態を示している。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、機械研磨を行うことにより、ａ面およびｍ面は、十分に平坦であることが確認できた。

【0035】

表面形態の観察に引き続き、ＧａＮ小片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、ＫＯＨおよびＮａ_２Ｏ_２からなるエッチング剤を装入した。次いで、ヒータで坩堝を加熱してエッチング剤を融解し、さらに昇温を継続してエッチング剤の温度を所定のエッチング温度とした。エッチング剤の温度が所定のエッチング温度に到達した後、溶融したエッチング剤にＧａＮ小片を浸漬した。そして、所定のエッチング時間が経過した後、ＧａＮ小片を取り出し、エッチングされたＧａＮ小片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小片を得た。また比較例として、Ｎａ_２Ｏ_２を含まないエッチング剤を坩堝に装入し、実施例と同様にエッチングを行った。次いで、エッチング後のＧａＮ小片のａ面およびｍ面の表面形態を、光学顕微鏡を用いて観察した。実施例および比較例において、エッチング剤の組成、エッチング温度およびエッチング時間は、以下の表１に示すように設定した。

【表1】

【0036】

［実施例１］
図３および図４は、実施例１のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図である。図３（ａ）は、ＧａＮ小片のａ面のうち結晶欠陥の密度が低い領域（低欠陥密度領域）の光学顕微鏡像であり、図３（ｂ）は、ＧａＮ小片のａ面のうち結晶欠陥密度が高い領域（高欠陥密度領域）の光学顕微鏡像である。図４（ａ）は、ＧａＮ小片のｍ面の光学顕微鏡像であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示されるｍ面の一部を拡大した拡大像である。また、図４（ｃ）は、図４（ｂ）で観察されたエッチピットの形状を分類した様子を示している。

【0037】

図３に示すように、実施例１のエッチングを行うことにより、ａ面において、結晶欠陥がエッチピットとして顕在化されるとともに、機械研磨の際に生じた微小な傷（研磨傷）が顕在化された。また、図４に示すように、ｍ面においても、実施例１のエッチングを行うことにより、結晶欠陥がエッチピットとして顕在化されるとともに、研磨傷が顕在化された。ｍ面においては、図４（ｂ）に示すように、異なる形状のエッチピットが観察された。これらのエッチピットの形状は、図４（ｃ）に示すように、概ね４種類（Ａタイプ〜Ｄタイプ）に分類することが可能である。これらのエッチピットのうち、Ａタイプのエッチピットは、貫通転位に由来すると考えられ、Ｂタイプのエッチピットは、基底面転位に由来すると考えられる。また、ＣタイプおよびＤタイプのエッチピットは、二次元的に拡がる積層欠陥に由来すると考えられる。なお、ｍ面に貫通転位に由来すると考えられるエッチピットが形成されたのは、試料としたＧａＮ小片のｍ面がジャスト面ではなく、オフ面となっていたためと推測される。

【0038】

［実施例２］
図５は、実施例２のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、ＧａＮ小片のａ面およびｍ面の光学顕微鏡像である。上記表１に示すように、実施例２では、エッチング時間を実施例１よりも短くしている。そのため、エッチングが十分に進行せず、図５に示すように、光学顕微鏡像では、エッチピットの形状を明瞭に把握することは困難であった。但し、ａ面およびｍ面のいずれにおいても、エッチピットは形成されていた。

【0039】

［実施例３］
図６および図７は、実施例３のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図である。図６（ａ）は、ＧａＮ小片のａ面の光学顕微鏡像であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示されるａ面の一部を拡大した拡大像である。図７（ａ）は、ＧａＮ小片のｍ面の光学顕微鏡像であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示されるｍ面の一部を拡大した拡大像である。図６および図７に示すように、実施例３のエッチングによっても、結晶欠陥および研磨傷が顕在化された。また、実施例３では、エッチング時間を実施例１よりも長くしているため、結晶欠陥および研磨傷がより明瞭に現れた。なお、図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、結晶欠陥が集中している領域では、エッチピットのオーバーラップが生じていた。そのため、結晶欠陥の数をカウントして欠陥密度を評価した場合、評価された欠陥密度の精度が実施例１よりも低下する可能性があることが分かった。

【0040】

［実施例４］
図８および図９は、実施例４のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図である。図８（ａ）は、ＧａＮ小片のａ面の光学顕微鏡像であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示されるａ面の一部を拡大した拡大像である。図９（ａ）は、ＧａＮ小片のｍ面の光学顕微鏡像であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示されるｍ面の一部を拡大した拡大像である。図８および図９に示すように、実施例４のエッチングによっても、結晶欠陥が顕在化された。但し、実施例４では、エッチング温度を実施例１よりも低くしているため、エッチングが十分に進行せず、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、光学顕微鏡像においてエッチピットの形状を明瞭に把握することは困難であった。

【0041】

［実施例５］
図１０および図１１は、実施例５のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図である。図１０（ａ）は、ＧａＮ小片のａ面の光学顕微鏡像であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示されるａ面の一部を拡大した拡大像である。図１１（ａ）は、ＧａＮ小片のｍ面の光学顕微鏡像であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示されるｍ面の一部を拡大した拡大像である。図１０および図１１に示すように、実施例５のエッチングによっても、結晶欠陥および研磨傷が顕在化された。しかしながら、実施例５のエッチングでは、実施例１のエッチングによりｍ面に形成されたエッチピット（図４（ｂ）参照）のように、結晶欠陥の種類によるエッチピットの形状の違いは明確に把握できなかった。これは、エッチング温度を実施例１よりも高くしたために、電気化学エッチング成分が強くなり、エッチングの異方性が低下したためと考えられる。

【0042】

［比較例］
図１２は、比較例のエッチング後におけるＧａＮ小片の表面形態を示す説明図である。図１２（ａ）は、ＧａＮ小片のａ面の光学顕微鏡像であり、図１２（ｂ）は、ＧａＮ小片のｍ面の光学顕微鏡像である。比較例では、エッチング剤としてＫＯＨのみを用い、異方性の化学エッチングを促進するＮａ_２Ｏ_２を添加していない。そのため、比較例のエッチングを行っても、図１２に示すように、ａ面およびｍ面のいずれにおいてもエッチピットは形成されなかった。

【0043】

以上のように、ＫＯＨにＮａ_２Ｏ_２を添加したエッチング剤を融解し、溶融したエッチング剤にＧａＮ試料を浸漬することにより、ＧａＮ試料のａ面およびｍ面のいずれにおいても、エッチピットを形成することができた。また、結晶欠陥の種類に応じて異なる形状のエッチピットを形成することが可能であり、結晶欠陥の種類を特定することが可能であることが確認できた。さらに、エッチピットのオーバーラップを抑制することができたことから、結晶欠陥の密度をより正確に評価することが可能であることが確認できた。

【符号の説明】

【0044】

１１…温度調節器
１２…ヒータ
１３…熱電対
２１…坩堝
２２…試料ホルダ
ＳＰＣ…試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】