[发明专利]III族氮化物晶体基材和半导体设备

说明书

本申请是名称为“III族氮化物晶体膜的表面处理方法，III族氮化物 晶体基材，具有外延层的III族氮化物晶体基材，和半导体设备”的中国 发明专利申请号200610077029.5(申请人：住友电气工业株式会社；申请 日：2006年4月26日)的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于半导体设备如发光设备，电子设备和半导体传感器的 基材的III族氮化物晶体膜的表面处理方法。此外，本发明涉及由III族氮 化物晶体膜的表面处理方法制备的III族氮化物晶体基材。

背景技术

III族氮化物晶体如GaN晶体和AlN晶体是制造半导体设备如发光设 备，电子设备和半导体传感器的基材的非常有用的原料。这里“III族氮 化物晶体”指由III族元素和氮组成的晶体，例如Ga_xAl_yIn_1-x-yN晶体(0≤x， 0≤y，和x+y≤1)。

用作半导体设备的基材的III族氮化物晶体基材是通过在III族氮化物 晶体膜的周边上形成一定形状，裁切晶体膜以具有预定厚度，和机械打磨 (或抛光)或机械研磨该表面来制备的。然而，通过裁切、机械打磨或机械 研磨，在III族氮化物晶体膜的表面上形成厚受影响层(术语“受影响层” 是指其中晶格次序不整的层，该层通过对晶体膜的表面进行研磨、打磨或 抛光而在晶体膜的表面上形成，下同)或者III族氮化物晶体膜的表面粗 糙度增大。随着III族氮化物晶体基材的受影响层的厚度增大，并且随着 其表面粗糙度增大，基材的表面质量下降，导致III族氮化物晶体层(它 通过外延生长形成在III族氮化物晶体膜的表面上)的表面不规则度增大， 并且结晶度降低。因此，在这样的基材上不能形成质量令人满意的半导体 元件。

因此，作为由III族氮化物晶体膜生产III族氮化物晶体基材的方法， 已经广泛采用了如下方法：裁切III族氮化物晶体膜以具有预定厚度，将 表面机械打磨或机械研磨，然后通过干蚀刻将表面抛光(例如参见日本未 审专利申请公开2001-322899号)或化学机械抛光(CMP)(例如参见美 国专利6596079号和6488767号以及日本未审专利申请公开2004-311575 号)，从而去除受影响层并且进一步降低表面粗糙度。

然而，在III族氮化物晶体基材的表面的干刻蚀方法中，虽然受影响 的层可以除去，但是难以进一步降低表面粗糙度。

在已知的抛光中，III族氮化物晶体膜的表面是通过将III族氮化物晶 体膜压制在抛光垫上，同时将含有硬度低于或等于所要抛光的III族氮化 物晶体膜的硬度的磨料颗粒的淤浆提供到抛光垫上来进行抛光。然而，因 为III族晶体膜是硬的和具有低的反应活性，抛光速率是非常低的并且该 已知抛光是不足够的方法。

最近，已经建议了通过使用含有由金刚石、氧化铝(Al₂O₃)或类似物组 成的硬磨料颗粒和由胶体硅石(SiO₂)、煅制二氧化钛(TiO₂)或类似物组成的 软磨料颗粒的淤浆，将III族氮化物晶体膜抛光的方法(例如参见日本未审 查的专利申请公开No.2004-311575)。这一技术能够提高III族氮化物晶体 膜的抛光速率和表面光滑度。然而，在日本未审查的专利申请公开No. 2004-311575中公开的抛光方法中，难以进一步改进表面光滑度，因为淤 浆含有硬磨料颗粒。所以，仍然需要能够产生出更光滑表面但同时保持高 抛光速率的一种抛光方法。

发明内容

为了有效地生产能够用于半导体设备中的III族氮化物晶体基材，本 发明的目的是提供III族氮化物晶体膜的表面处理方法，其中能够有效地 在III族氮化物晶体膜上形成具有薄的受影响层的令人满意高质量光滑表 面。

本发明提供了III族氮化物晶体膜的表面处理方法，该方法包括将III 族氮化物晶体膜的表面抛光，其中抛光用的抛光液的pH值x和氧化-还原 电位值y(mV)同时满足y≥-50x+1,000(Ex.(1))和y≤-50x+ 1,900(Ex.(2)).

在本发明的III族氮化物晶体膜的表面处理方法中，抛光液可含有氧 化剂。另外，抛光液的pH可以是至多6或至少8。