JP7327714B1 - ヒ化ガリウム単結晶基板およびその製造方法 - Google Patents
ヒ化ガリウム単結晶基板およびその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
条件1:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度30°
条件2:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度45°
条件3:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°
条件4:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度45°
条件5:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度85°。
エピタキシャル膜の表面欠陥を評価する一つの指標としてLPD(Light Point Defect)があり、その個数が増大することとデバイス特性が低下することとが相関することが知られる。LPDとは、エピタキシャル膜に表面欠陥がある場合において、上記エピタキシャル膜に対し光を照射することにより生じる光散乱を計測することにより検出される表面欠陥を意味する。LPDが発生する原因として、ヒ化ガリウム単結晶基板に起因する要因(表面パーティクル等)と、それ以外の要因(エピタキシャル成長炉内環境、成長投入前環境等)とが知られる。これらの要因によって、エピタキシャル成長で局所的な異常(転位等による結晶欠陥等)が発生し、もってエピタキシャル層の表面に生じた微小凹凸が光散乱として検出される。LPDは、結晶欠陥を伴うためデバイス特性を悪化させる原因となる。
本開示によれば、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜を形成可能とすることにより、デバイス特性を向上させることができるヒ化ガリウム単結晶基板およびその製造方法を提供することができる。
まず、本開示の実施形態の概要について説明する。本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、本開示を完成させた。すなわち本発明者らは、エピタキシャル膜を成長させた場合に、エピタキシャル膜の表面のLPDをより少なくすることができるヒ化ガリウム単結晶基板の主表面を得ることに注目した。具体的には、上記LPDが発生するヒ化ガリウム単結晶基板側の要因の一つである主表面に存する酸化膜、とりわけガリウム酸化物からなる酸化膜を少なくすることを着想し、ヒ化ガリウム単結晶から切り出したヒ化ガリウム単結晶基板前駆体に対して適用する新規な洗浄方法を開発した。ここでアルカリ洗浄液を用いたアルカリ洗浄は、主表面上のパーティクルを減らすのに有効である。一方、酸洗浄液による酸洗浄は、主表面上の上記酸化膜を減らすのに有効である。しかしながら上記酸化膜を減らす目的で、上記酸洗浄液における酸濃度を増加させた場合、パーティクルが増加する傾向がある。
[1]本開示の一態様に係るヒ化ガリウム単結晶基板は、円形状の主表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板であって、上記ヒ化ガリウム単結晶基板は、第1の積分強度比または第2の積分強度比を有し、上記第1の積分強度比および上記第2の積分強度比のそれぞれは、X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°の条件の下で上記主表面の中心に対してX線を照射するX線光電子分光法に基づき、上記ヒ化ガリウム単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するヒ素およびガリウムの3d電子の検出強度のスペクトルを求めることにより得られ、上記第1の積分強度比は、ヒ化ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度に対する、一酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度と三酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度との和の比率であって、12以下であり、上記第2の積分強度比は、五酸化二ヒ素として存在するヒ素元素の積分強度と、三酸化二ヒ素として存在するヒ素元素の積分強度との和に対する、上記一酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度と上記三酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度との和の比率であって、1.2以下であり、上記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの個数は、上記主表面1cm2当たり2以下である。このような特徴を備えるヒ化ガリウム単結晶基板は、パーティクルの個数が少ないことに加え、サーマルクリーニングによって酸化膜を効果的に除去することができるため、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜を形成することができる。
条件1:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度30°
条件2:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度45°
条件3:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°
条件4:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度45°
条件5:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度85°。
以下、本開示に係る一実施形態についてさらに詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。以下では図面を参照しながら説明する場合があるが、本明細書および図面において同一または対応する要素に同一の符号を付すものとし、それらについて同じ説明は繰り返さない。また図面においては、各構成要素を理解しやすくするために縮尺を適宜調整して示しており、図面に示される各構成要素の縮尺と実際の構成要素の縮尺とは必ずしも一致しない。
第1実施形態に係るヒ化ガリウム単結晶基板(GaAs単結晶基板)は、円形状の主表面を有するGaAs単結晶基板である。上記GaAs単結晶基板は、第1の積分強度比または第2の積分強度比を有する。上記第1の積分強度比および上記第2の積分強度比のそれぞれは、X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°の条件の下で上記主表面の中心に対してX線を照射するX線光電子分光法に基づき、上記GaAs単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するヒ素(As)およびガリウム(Ga)の3d電子の検出強度のスペクトルを求めることにより得られる。上記第1の積分強度比は、ヒ化ガリウム(GaAs)として存在するGa元素(以下、これを便宜的に「Ga-As」と記す場合がある)の積分強度に対する、一酸化二ガリウム(Ga2O)として存在するGa元素(以下、これを便宜的に「Ga+」と記す場合がある)の積分強度と三酸化二ガリウム(Ga2O3)として存在するGa元素(以下、これを便宜的に「Ga3+」と記す場合がある)の積分強度との和の比率であって、12以下である。上記第2の積分強度比は、五酸化二ヒ素(As2O5)として存在するAs元素(以下、これを便宜的に「As5+」と記す場合がある)の積分強度と、三酸化二ヒ素(As2O3)として存在するAs元素(以下、これを便宜的に「As3+」と記す場合がある)の積分強度との和に対する、上記Ga2Oとして存在するGa元素(Ga+)の積分強度と上記Ga2O3として存在するGa元素(Ga3+)の積分強度との和の比率であって、1.2以下である。上記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの個数は、上記主表面1cm2当たり2以下である。このような特徴を備えるGaAs単結晶基板は、パーティクルの個数が少ないことに加え、サーマルクリーニングによって酸化膜を効果的に除去することができるため、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜を形成することができる。
上記GaAs単結晶基板は、上述のように円形状の主表面を有する。本明細書において当該主表面の形状を表す「円形状」には、幾何学的な円形状が含まれるほか、ノッチ、オリエンテーションフラット(以下、「OF」とも記す)またはインデックスフラット(以下、「IF」とも記す)の少なくともいずれかが形成されることにより、主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状が含まれる。つまり「主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状」とは、主表面の外周上の任意の点から上記主表面の中心まで延びる線分のうち、上記ノッチ、OFおよびIF上の任意の点から主表面の中心まで延びる線分において長さが短くなる場合の形状を意味する。換言すれば、本明細書において主表面は、上記ノッチ、OFおよびIFが形成される前の形状に基づいて、その形状が「円形状」であるというものとする。このため当該主表面の中心および上記基板の直径については、上記ノッチ、OFおよびIF等が形成される前の円形状に基づいて、その位置および大きさ(長さ)を求めるものとする。なお「主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状」には、主表面の外周上の任意の点から上記主表面の中心まで延びる線分すべての長さが、ヒ化ガリウム単結晶基板として切り出される前のヒ化ガリウム単結晶の形状に起因して、同一になるとは限らない場合の形状も含まれる。この場合、主表面の中心については重心の位置をいい、上記基板の直径については、上記基板の外周上の任意の点から上記主表面の上記中心を通過し上記外周上の他の点まで延びる線分のうち、最長となる線分の長さをいうものとする。
本発明者らは、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜を形成することが可能なGaAs単結晶基板の開発を進める中で、GaAs単結晶基板における主表面の状態をより精度良く分析することができる放射光を用いたX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS))に注目した。具体的には、放射光を用いたXPSを実行することにより、GaAs単結晶基板において主表面の特性を悪化させている原因を特定し、かつ上記原因を解消することによってLPDの個数が低減したエピタキシャル膜を形成することが可能なGaAs単結晶基板に到達することを試みた。ここでXPSとは、試料に対してX線を照射し、上記試料から放出される光電子の運動エネルギーの分布を測定することにより、上記試料の表面に存在する元素の種類、存在量、化学結合状態などについての知見を得る分析手法をいう。
第1実施形態に係るGaAs単結晶基板は、第1の積分強度比または第2の積分強度比を有する。上記第1の積分強度比および上記第2の積分強度比のそれぞれは、X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°の条件の下で上記主表面の中心に対してX線を照射するXPSに基づき、上記GaAs単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するAsおよびGaの3d電子の検出強度のスペクトルを求めることにより得られる。第1実施形態に係るGaAs単結晶基板は、第1の積分強度比および第2の積分強度比の両者を有することが好ましい。
第1実施形態に係るGaAs単結晶基板において、上記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの個数は、上記主表面1cm2当たり2以下である。これにより酸化膜における酸化ガリウムの含有量が少ないことによる効果と併せ、主表面上に形成したエピタキシャル膜のLPDの個数をより低減することができる。上記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの個数は、上記主表面1cm2当たり5以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましい。上記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの個数の下限値は、主表面1cm2当たり0であることが理想的であるが、主表面1cm2当たり0.1以上であることが現実的である。
上記GaAs単結晶基板は、75mm以上205mm以下の直径を有することが好ましい。換言すれば、上記GaAs単結晶基板の直径は、3~8インチであることが好ましい。これにより75mm以上205mm以下の直径を有するGaAs単結晶基板において、サーマルクリーニングを用いて酸化膜を効果的に除去することができる。ここで上記直径については、上記基板がOF、IF等の影響によって幾何学的な円形状とはならない場合の形状であっても、当該基板は上記OF、IF等が形成される前の円形状を有するとみなして、その大きさ(直径)を求めるものとする。
以下、放射光を用いたXPSの具体的な分析方法について更に詳述する。
図2は、X線光電子分光法を用いた分析システムの構成を模式的に示す説明図である。図2に示すように、分析システム100は、X線発生設備10と、真空容器20と、電子分光器30とを含む。X線発生設備10、真空容器20および電子分光器30は、この順に連結される。X線発生設備10、真空容器20および電子分光器30の内部空間は、超高真空に維持される。X線発生設備10、真空容器20および電子分光器30の内部空間の圧力は、例えば4×10-7Paである。
X線の照射によってGaAs単結晶基板1の外部に放出された光電子の一部は、非弾性散乱によってエネルギーを失う。そのため、GaAs単結晶基板1中に発生した光電子のうちの一部分だけが、発生したときのエネルギーを保ったまま真空中に脱出し、電子分光器30に到達する。表面から脱出される光電子は、光電子の非弾性平均自由行程(Inelastic Mean Free Path(IMFP))の3倍程度に相当する深さにおいて発生される。そのため分析対象となるGaAs単結晶基板の主表面からの深さd(nm)は、以下の数式で表される。以下の数式において、λ(nm)は、IMFP値であり、θ2は、取り出し角度である。
以下、上述した放射光を用いたXPSに基づいて上記主表面における第1の積分強度比および第2の積分強度比を算出する方法を説明する。本実施形態では、まずGaAs単結晶基板における主表面の中心に対し、エネルギーが150eVであるX線を用いてXPSを実行する。これにより、GaAs単結晶基板から放出される光電子の運動エネルギー分布が得られる。
E=hν-EB-φ。
Y1=a1*exp{(-(X-b1)2)/c12}
Y2=a2*exp{(-(X-b2)2)/c22}
Y3=a3*exp{(-(X-b3)2)/c32}
上記ガウス関数Y1、Y2およびY3の単位は無次元であり、上記ガウス関数Y1、Y2およびY3においてX、b1、b2、b3、c1、c2およびc3の単位は、eVであり、a1、a2およびa3の単位は無次元である。
a1,a2,a3は0以上の実数である。
b1=19.9eV
b2=20.7eV
19.2eV≦b3≦19.7eV
0.2eV≦c1≦0.95eV
0.2eV≦c2≦0.95eV
0.2eV≦c3≦0.95eV。
Y4=a4*exp{(-(X-b4)2)/c42}
Y5=a5*exp{(-(X-b5)2)/c52}
Y6=a6*exp{(-(X-b6)2)/c62}
Y7=a7*exp{(-(X-b7)2)/c72}
上記ガウス関数Y4、Y5、Y6およびY7の単位は無次元であり、上記ガウス関数Y4、Y5、Y6およびY7においてX、b4、b5、b6、b7、c4、c5、c6およびc7の単位は、eVであり、a4、a5、a6およびa7の単位は無次元である。
a4,a5,a6,a7は0以上の実数である。
b4=45.57eV
b5=44.07eV
41.62eV≦b6≦42.12eV
40.77eV≦b7≦41.27eV
0.2eV≦c4≦0.95eV
0.2eV≦c5≦0.95eV
0.2eV≦c6≦0.95eV
0.2eV≦c7≦1.2eV。
第1実施形態に係るGaAs単結晶基板の特性は、主表面の面内において均一であることが好ましい。つまり第1実施形態に係るGaAs単結晶基板は、主表面の面内位置に依らず、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜を形成可能であることが好ましい。そのような好ましいGaAs単結晶基板の具体的態様としては、次の態様を例示することができる。
第1実施形態に係るGaAs単結晶基板の主表面は、(100)面に対して0°以上15°以下のオフ角を有する面であることが好ましい。上記主表面が(100)面に対して0°以上15°以下のオフ角を有する面である場合、電気的特性および光学的特性に優れるエピタキシャル膜を形成することができ、デバイス特性の向上に有効に生かすことができる。
第2実施形態に係るヒ化ガリウム単結晶基板(GaAs単結晶基板)は、円形状の主表面を有するGaAs単結晶基板である。上記GaAs単結晶基板は、第1の解析値または第2の解析値を有する。上記第1の解析値および上記第2の解析値のそれぞれは、下記の5通りの条件の下で上記主表面の中心に対してX線をそれぞれ照射するX線光電子分光法に基づき、上記GaAs単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するヒ素(As)およびガリウム(Ga)の3d電子の検出強度のスペクトルを求めるとともに、上記スペクトルを数学的な解析手法である最大平滑性法に適用することにより得られる。上記第1の解析値は、上記GaAs単結晶基板の上記主表面から2nmの深さまでの領域において一酸化二ガリウム(Ga2O)および三酸化二ガリウム(Ga2O3)として存在するガリウム酸化物(GaXO)の含有量を表す値であって、0.6nm以下である。上記第2の解析値は、上記GaAs単結晶基板の上記主表面から2nmの深さまでの領域において五酸化二ヒ素(As2O5)および三酸化二ヒ素(As2O3)として存在するヒ素酸化物(AsXO)の含有量に対する上記ガリウム酸化物(GaXO)の含有量の比率を表す値であって、1.4以下である。上記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの個数は、上記主表面1cm2当たり2以下である。上記5通りの条件は、下記の条件1、条件2、条件3、条件4および条件5である。
条件1:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度30°
条件2:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度45°
条件3:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°
条件4:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度45°
条件5:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度85°。
第2実施形態に係るGaAs単結晶基板に対しては、次の5通りの条件(条件1~条件5)に示すように、X線入射エネルギーが150eVまたは600eVあるX線を用い、かつ光電子の取り出し角度を30°、45°または85°に設定した条件の下で放射光を用いたXPSを実行することにより、主表面の状態を精度良く分析することができる。
条件1:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度30°
条件2:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度45°
条件3:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°
条件4:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度45°
条件5:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度85°。
第1の解析値および第2の解析値のそれぞれは、上記5通りの条件の下で上記主表面の中心に対してX線をそれぞれ照射するXPSに基づき、上記GaAs単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するAsおよびGaの3d電子の検出強度のスペクトルを求めるとともに、上記スペクトルに上記MSM解析を適用することにより得られる。
第2実施形態に係るGaAs単結晶基板に対する放射光を用いたXPSの具体的な分析方法は、放射光を用いたXPSを実行する条件が、X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°である場合を含む5通りの条件(上記条件1~条件5)であること以外、上述した第1実施形態に係るGaAs単結晶基板における<放射光を用いたXPSの具体的な分析方法>の項目にて説明した方法と同じであるので、重複する説明は繰り返さない。つまり第2実施形態に係るGaAs単結晶基板に対しては、上述した5通りの条件(条件1~条件5)の下で放射光を用いたXPSを実行することにより、当該条件1~条件5に対応する5通りのGa3dスペクトルおよびAs3dスペクトルをそれぞれ得ることができる。
(第1の解析値および第2の解析値の算出方法)
上述のように第1の解析値および第2の解析値のそれぞれは、上記5通りの条件の下で上記主表面の中心に対してX線をそれぞれ照射するXPSに基づき、上記GaAs単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するAsおよびGaの3d電子の検出強度のスペクトルを求めるとともに、上記スペクトルにMSM解析を適用することにより得られる。したがって第1の解析値および第2の解析値の算出するためには、上記条件1~条件5に対応する5通りのGa3dスペクトルおよびAs3dスペクトルをそれぞれMSM解析に適用する。これにより、上記MSM解析から図4に示すようなGaAs単結晶基板におけるAs2O5、As2O3、Ga2O、Ga2O3およびGaAsの相対濃度(縦軸)を、主表面からの深さ(横軸)に対応させて示すデプスプロファイルを作成することができ、もって当該デプスプロファイルから第1の解析値および第2の解析値を求めることができる。以下、MSM解析について説明する。
上記MSM解析において最初に必要なのは、上記デプスプロファイルに、条件1~条件5に対応する5通りのGa3dスペクトルおよびAs3dスペクトルを結びつけるための理論式である。
IK個の相対濃度cikを変数として上記式(8)を最小化することにより、上記測定データを最もよく再現するデプスプロファイルを得ることができる。しかしながら、上記式(8)を最小化することは、数学的に極めて不安定という課題がある。
従来の最大エントロピー法(以下、「MEM解析」とも記す)は、「系のエントロピーが最大であること」を「一般常識」として要請する。IK個の相対濃度cikの最適化の場合、以下の式(9)で表される量を考える。式(9)は、相対濃度cik (0)の相対濃度cikに対する相対エントロピーを表す(cik (0)は相対濃度の初期値を表す)。
上記MEM解析に代わる新しい手法を、本明細書では、上述のように最大平滑性法(MSM解析)と呼ぶ。以下、XPSから得られたデータのMSM解析への適用について具体的に説明する。
一般に、XPSにて発生する信号強度の絶対値および化学種の絶対濃度を扱うことは困難である。このため、信号強度および化学種の濃度ともに相対値のみを扱うことが一般的である。したがって上記式(8)の計算において、XPSにて発生する信号強度の理論値d’と上記測定データとを比較する際には、理論値d’を相対値に変換する必要がある。
以上をまとめると、MSM解析は、以下に記載したステップで実行される。
(2) 上記式(1)のσi(相対イオン化断面積)を設定する。
(3) 上記式(12)の電荷中性条件を設定する。
(4) 上記式(14)のパラメータλおよびλENの値を設定する。
(5) 定数rj=1として、上記式(16)でrjを更新し、初期値を決定する。
(6) 上記式(14)の最適化(凸2次計画法での最適化)と上記式(16)の定数rjの更新とを、結果が収束するまで繰り返す。
以上よりMSM解析は、公知のコンピュータにおいて上述のステップ(1)~(6)を実行することにより、GaAs単結晶基板の主表面に対する測定データから、たとえば図4に示すようなデプスプロファイルを作成することができる。図4を参照すれば、デプスプロファイルに現れたGa2O3の相対濃度を示す曲線と横軸(X軸)との間の面積、およびGa2Oの相対濃度を示す曲線と横軸(X軸)との間の面積の和は、上記GaAs単結晶基板の上記主表面から2nmの深さまでの領域におけるGaXO(Ga2OおよびGa2O3)の含有量を表し、もって第1の解析値に相当する。またAs2O3の相対濃度を示す曲線と横軸(X軸)との間の面積、およびAs2O5の相対濃度を示す曲線と横軸(X軸)との間の面積の和に対する、Ga2O3の相対濃度を示す曲線と横軸(X軸)との間の面積、およびGa2Oの相対濃度を示す曲線と横軸(X軸)との間の面積の和の比率は、上記GaAs単結晶基板の上記主表面から2nmの深さまでの領域におけるAsXO(As2O5およびAs2O3)の含有量に対するGaXOの含有量の比率を表し、もって第2の解析値に相当する。以上より、条件1~条件5に対応する5通りのGa3dスペクトルおよびAs3dスペクトルから、これらをMSM解析に適用することによって、上記第1の解析値および第2解析値を求めることができる。
第2実施形態に係るGaAs単結晶基板の特性は、主表面の面内において均一であることが好ましい。つまり第2実施形態に係るGaAs単結晶基板は、主表面の面内位置に依らず、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜を形成可能であることが好ましい。そのような好ましいGaAs単結晶基板の具体的態様としては、次の態様を例示することができる。
本実施形態に係るヒ化ガリウム単結晶基板(GaAs単結晶基板)の製造方法は、上記したGaAs単結晶基板を得るための製造方法であることが好ましい。上記GaAs単結晶基板を得るための製造方法としては、たとえば後述する第1のGaAs単結晶基板の製造方法、第2のGaAs単結晶基板の製造方法および第3のGaAs単結晶基板の製造方法を挙げることができる。
(準備工程S100)
上記GaAs単結晶基板の製造方法は、円形状の表面を有するGaAs単結晶基板前駆体)を準備する工程(準備工程S100)を含む。準備工程S100においては、上記洗浄工程を実行するために必要となるGaAs単結晶基板前駆体を準備する。準備工程S100は、従来公知のGaAs単結晶基板前駆体の製造方法を実行する工程を含むことができる。すなわち準備工程S100は、たとえば縦型ボート法等の製造方法を用いてヒ化ガリウム単結晶(以下、「GaAs単結晶」とも記す)を製造し、上記GaAs単結晶から円形状の表面を有するGaAs単結晶基板前駆体を準備する工程を含むことができる。準備工程S100は、GaAs単結晶から準備したGaAs単結晶基板前駆体に対し所望のサイズ(例えば、直径3~8インチ、厚み約500~800μmの円盤状)に加工する工程を含むこともできる。加工方法としては、スライス加工、面取り加工、平面研削および研磨などの従来公知の方法を用いることができる。またGaAs単結晶基板前駆体の表面に対する研磨方法としては、従来公知の機械的研磨、化学機械的研磨など各種の研磨方法を用いることができる。
第1のGaAs単結晶基板の製造方法は、上記GaAs単結晶基板前駆体から、上記GaAs単結晶基板を得るための洗浄工程S200を含む。この洗浄工程S200により、上記GaAs単結晶基板前駆体から、サーマルクリーニングを用いて効果的に除去することができる酸化膜を主表面に有するGaAs単結晶基板を得ることができる。第1のGaAs単結晶基板の製造方法において洗浄工程S200は、上記GaAs単結晶基板前駆体の上記表面をアルカリ洗浄液で洗浄することにより、上記表面をアルカリ洗浄面とする工程(アルカリ洗浄工程S210)と、上記アルカリ洗浄面を酸化処理することにより、上記アルカリ洗浄面を酸化処理面とする工程(酸化処理工程S220)と、上記酸化処理面を酸洗浄液で洗浄することにより、上記酸化処理面を酸洗浄面とする工程(酸洗浄工程S230)と、上記酸洗浄面を乾燥することによって上記主表面を得る工程(乾燥工程S240)とを含むことが好ましい。以下、洗浄工程S200に含まれる各工程について詳述する。
アルカリ洗浄工程S210は、上記GaAs単結晶基板前駆体の表面をアルカリ洗浄液で洗浄することにより、上記表面をアルカリ洗浄面とする工程である。アルカリ洗浄工程S210により、上記GaAs単結晶基板前駆体の表面に付着した異物、不純物等を、アルカリ洗浄液を用いて除去することができる。アルカリ洗浄液としては、特に制限はないが、電気特性に影響を与える金属元素を含まない有機アルカリ化合物、たとえばコリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)などの第4級アンモニウム水酸化物、第4級ピリジニウム水酸化物などを0.1~10質量%含む水溶液が好ましく用いられる。
酸化処理工程S220は、上記アルカリ洗浄面を酸化処理することにより、上記アルカリ洗浄面を酸化処理面とする工程である。とりわけ酸化処理工程S220は、上記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体を過酸化水素水溶液およびオゾン水の両方またはいずれか一方の室温以上の温度とした液体に1分以上20分以下浸漬する工程である。酸化処理工程S220においては、上記アルカリ洗浄面が強制的に酸化されることにより、上記アルカリ洗浄面に付着したアルカリ洗浄液中の不純物が膜内に含まれる酸化膜を、均一な厚みにて上記アルカリ洗浄面上に形成することができる。これにより後述する酸洗浄工程において、不純物が少なく、面内の均一性が良く、かつ酸化ガリウムの含有量が少ない酸化膜の形成を促進することができる。
酸洗浄工程S230は、上記酸化処理面を酸洗浄液で洗浄することにより、上記酸化処理面を酸洗浄面とする工程である。酸洗浄工程S230により、上記酸化処理面における上記酸化膜を、酸化ガリウムの含有量が少ない酸化膜に改質することができる。酸洗浄液としては、たとえば0.5質量%以上2質量%未満の第1の酸を含むことが好ましい。上記酸洗浄液中の第1の酸の酸濃度が0.5質量%より小さい場合、上記酸化処理面における改質作用が小さくなる。上記酸洗浄液の第1の酸の酸濃度が2質量%以上となる場合、第1の酸の作用によって酸洗浄面の化学組成がばらつく原因となり、パーティクルを除去する能力が低下する恐れがある。
乾燥工程S240は、上記酸洗浄面を乾燥することによって上記主表面を得る工程である。乾燥工程S240における乾燥方法は、従来公知の方法を用いることができる。
以上により、第1のGaAs単結晶基板の製造方法においては、酸化ガリウムの含有量が些少である酸化膜を主表面に形成したGaAs単結晶基板を得ることができる。本実施形態においては、上述した第1のGaAs単結晶基板の製造方法に引き続き、上記主表面にエピタキシャル膜を形成する工程(エピタキシャル膜形成工程S300)を行うことができる。エピタキシャル膜形成工程S300は、サーマルクリーニング工程S310およびエピタキシャル膜成長工程S320を含むことができる。エピタキシャル膜形成工程S300により、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜を主表面に形成したGaAs単結晶基板を得ることができる。
まず上記GaAs単結晶基板に対しては、サーマルクリーニング工程S310を行うことができる。サーマルクリーニング工程S310は、たとえば、600℃および10分間の加熱処理という従来公知の条件にてサーマルクリーニングをする工程である。このような条件であっても、第1のGaAs単結晶基板においては上記酸化膜の脱離温度が低いため、サーマルクリーニングを用いて上記酸化膜を効果的に除去することが可能となる。
さらに上記サーマルクリーニング工程S310を経たGaAs単結晶基板に対し、上記主表面にエピタキシャル膜を成長させる工程(エピタキシャル膜成長工程S320)を実行することができる。本工程により、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜を主表面に形成したGaAs単結晶基板を得ることができる。たとえば上記エピタキシャル膜の表面に存在する長径が18μm以上のLPDの個数については、主表面1cm2当たり5以下とすることができ、好ましくは主表面1cm2当たり2以下とすることができる。上記長径が18μm以上のLPDの個数の下限値は、主表面1cm2当たり0である。もって上記GaAs単結晶基板は、デバイス特性を向上させることができる。
第2のGaAs単結晶基板の製造方法は、第1のGaAs単結晶基板の製造方法における上記酸化処理工程およびその後の酸洗浄工程に代えて、界面活性剤等の添加物を添加した酸性溶液を用いる新たな酸洗浄工程(以下、「第2酸洗浄工程」とも記す)を実行することにより、GaAs単結晶基板を製造する方法である。以下、図7を参照し、上記第2酸洗浄工程について説明する。第2のGaAs単結晶基板の製造方法に関し、洗浄工程S200における第2酸洗浄工程S231(第1のGaAs単結晶基板の製造方法における酸化処理工程S220およびその後の酸洗浄工程S230に代わるもの)以外の工程は、第1のGaAs単結晶基板の製造方法と同じであるので、重複する説明は繰り返さない。
第2酸洗浄工程S231は、上記アルカリ洗浄面を酸洗浄液で洗浄することにより、上記アルカリ洗浄面を酸洗浄面とする工程である。とりわけ上記酸洗浄液は、アルコールおよび界面活性剤の両方またはいずれか一方を含む。第2酸洗浄工程S231により、上記GaAs単結晶基板前駆体のアルカリ洗浄面に付着したアルカリ洗浄液中の不純物およびガリウム酸化膜を上記酸洗浄液による酸化反応(アルカリ洗浄面のエッチング)によって除去することができる。さらに上記酸洗浄液がアルコールおよび界面活性剤の両方またはいずれか一方を含むことにより、上記アルカリ洗浄面においてパーティクルをより除去することができ、かつ後述する酸洗浄後の純水洗浄時に有機成分の除去を促進することができる。上記酸洗浄液における酸濃度は、2質量%以上5質量%以下である。上記酸洗浄液に含まれる酸(以下、「第2の酸」とも記す)は、塩酸、フッ酸または硝酸のいずれかである。上記アルコールは、イソプロピルアルコールまたはエタノールである。上記界面活性剤は、アニオン系界面活性剤である。
第3のGaAs単結晶基板の製造方法は、第1のGaAs単結晶基板の製造方法における酸洗浄工程に代えて、界面活性剤等の添加物を添加した酸性溶液を用いる新たな酸洗浄工程(以下、「第3酸洗浄工程」とも記す)を実行することにより、酸洗浄工程で用いる酸洗浄液の酸濃度を高めることを可能としたGaAs単結晶基板を製造する方法である。以下、図8を参照し、上記第3酸洗浄工程について説明する。第3のGaAs単結晶基板の製造方法に関し、洗浄工程S200における第3酸洗浄工程S232(第1のGaAs単結晶基板の製造方法における酸洗浄工程S230に代わるもの)以外の工程は、第1のGaAs単結晶基板の製造方法と同じであるので、重複する説明は繰り返さない。
第3酸洗浄工程S232は、上記酸化処理面を酸洗浄液で洗浄することにより、上記酸化処理面を酸洗浄面とする工程である。第3酸洗浄工程S232により、上記酸化処理面における上記酸化膜を、酸化ガリウムの含有量が少ない酸化膜に改質することができる。とりわけ第3酸洗浄工程S232においては、上記酸洗浄液がアルコールおよび界面活性剤の両方またはいずれか一方を含むことにより、上記酸化処理面に残存する不純物およびパーティクルをより除去することができ、かつ後述する酸洗浄後の純水洗浄時に有機成分の除去を促進することができる。上記酸洗浄液における酸濃度は、2質量%以上5質量%である。上記アルコールは、イソプロピルアルコールまたはエタノールである。上記界面活性剤は、アニオン系界面活性剤である。
本実施形態に係るGaAs単結晶基板の製造方法(第1のGaAs単結晶基板の製造方法、第2のGaAs単結晶基板の製造方法および第3のGaAs単結晶基板の製造方法)により、酸化ガリウムの含有量が少ない酸化膜を主表面に形成することができ、かつ主表面のパーティクルの個数も少ないGaAs単結晶基板を得ることができる。このようなGaAs単結晶基板においては、上記酸化膜の脱離温度が低いため、サーマルクリーニングを用いて上記酸化膜を効果的に除去することが可能となり、かつ上記パーティクルを起因としたエピタキシャル膜不良も低減できるので、LPDの個数が低減したエピタキシャル膜が形成可能となる。
〔試料1〕
<準備工程>
垂直ブリッジマン(VB)法で成長させたシリコン(Si)原子添加の導電性GaAs単結晶を、ワイヤーソーでスライスし、さらにエッジ部を研削することによりGaAs単結晶基板前駆体を準備した。当該GaAs単結晶基板前駆体に対し、その主表面を平研研削機で研削し、その後、クリーンルーム内で上記主表面を塩素系研磨剤およびシリカパウダーの混合物を含む硬質研磨布により研磨した。続いて、上記主表面をINSEC NIB研磨剤(株式会社フジミインコーポレーテッド製)で研磨することにより鏡面化した。さらに、イソプロピルアルコール(IPA)を用いた超音波洗浄を行うことにより上記主表面を粗洗浄した。以上により、直径が6インチ(150mm)、厚み680μmのGaAs単結晶基板前駆体を必要枚数準備した。
(アルカリ洗浄工程)
上記GaAs単結晶基板前駆体をバーティカル-バッチ方式で、1質量%のコリン水溶液に浸漬した。同時に、上記水溶液中のGaAs単結晶基板前駆体の全面に対し、超音波を周波数500kHzで付与し、かつ音圧10mVの条件で5分間印加した。これにより、GaAs単結晶基板前駆体の表面をアルカリ洗浄した。次に、GaAs単結晶基板前駆体のアルカリ洗浄されたアルカリ洗浄面を溶存酸素濃度(DO)が1質量ppbである純水を用いて5分間洗浄した。この純水の全有機炭素(TOC)は、0.5質量ppbであった。
上記GaAs単結晶基板前駆体を枚葉方式洗浄装置内に配置することにより、回転数500rpmで回転させながら、フッ酸を0.05質量%含む酸洗浄液を用いて上記アルカリ洗浄面の酸洗浄を行った。上記酸洗浄では室温(25℃)下で、上記酸洗浄液をGaAs単結晶基板前駆体のアルカリ洗浄面に1分間で1リットル供給した。さらに上記アルカリ洗浄工程で用いた超純水と同じ超純水により、上記GaAs単結晶基板前駆体を3分間、1L/分の量でリンスした。これにより上記アルカリ洗浄面を酸洗浄面とした。
上記GaAs単結晶基板前駆体の酸洗浄面を2500rpmで15~30秒間回転させることによって乾燥させ、円形状の主表面を有する試料1のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。
上記GaAs単結晶基板を有機金属気相エピタキシャル成長炉内において、水素ガスにアルシンガスを添加した雰囲気中、600℃および10分間という条件でサーマルクリーニングを実行した(サーマルクリーニング工程)。さらに上記サーマルクリーニング工程に続けて、上記GaAs単結晶基板の主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を有機金属気相エピタキシャル成長法(MOVPE法)により成長させた(エピタキシャル膜成長工程、なお、主表面上にエピタキシャル層を成長させたGaAs単結晶基板を以下、「エピタキシャル基板」とも記す)。これにより試料1のエピタキシャル基板を得た。上記エピタキシャル層を成長させる際、GaAs単結晶基板を550℃に加熱した。
上記洗浄工程において、アルカリ洗浄工程および酸洗浄工程の間に、以下の酸化処理工程を実行したこと以外、試料1と同じ要領により、試料2のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記GaAs単結晶基板前駆体のアルカリ洗浄面を、バーティカル-バッチ方式にて過酸化水素を3質量%含む過酸化水素水溶液に10分間浸漬することにより酸化処理を行った。上記酸化処理は、室温(25℃)で行った。さらに上記アルカリ洗浄工程で用いた超純水と同じ超純水により、上記GaAs単結晶基板前駆体を3分間、1L/分の量でリンスした。これにより上記アルカリ洗浄面を酸化処理面とした。
上記洗浄工程において、酸洗浄液に含まれるフッ酸の濃度を0.5質量%としたこと以外、試料1と同じ要領により、試料3のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、アルカリ洗浄工程および酸洗浄工程の間に、試料2と同じ要領によって酸化処理工程を実行したこと以外、試料3と同じ要領により、試料4のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、酸洗浄液に含まれるフッ酸の濃度を2質量%としたこと以外、試料1と同じ要領により、試料5のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、アルカリ洗浄工程および酸洗浄工程の間に、試料2と同じ要領によって酸化処理工程を実行したこと以外、試料5と同じ要領により、試料6のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、酸洗浄工程で用いる酸洗浄液に10質量ppm濃度となるようにフッ素系アニオン界面活性剤(商品名:「サーフロンS-211」、AGCセイミケミカル社製)を添加したこと以外、試料5と同じ要領により、試料7のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、アルカリ洗浄工程および酸洗浄工程の間に、試料2と同じ要領によって酸化処理工程を実行し、かつ試料7と同じ要領によって酸洗浄工実行したこと以外、試料5と同じ要領により、試料8のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記準備工程において、垂直ブリッジマン(VB)法で成長させたSi原子添加の導電性GaAs単結晶から直径が8インチ(200mm)、厚み680μmのGaAs単結晶基板前駆体を複数枚準備したこと以外、試料4と同じ要領により、試料9のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記準備工程において、垂直ブリッジマン(VB)法で成長させたSi原子添加の導電性GaAs単結晶から直径が8インチ(200mm)、厚み680μmのGaAs単結晶基板前駆体を複数枚準備したこと以外、試料8と同じ要領により、試料10のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
試料1と同じ要領により製造した上記GaAs単結晶基板前駆体に対し、次のような洗浄工程を実行することにより、試料11のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。すなわち上記洗浄工程において、上記GaAs単結晶基板前駆体の表面に向けて高圧水銀ランプ(波長200~450nm)を照射した。照射条件は、強度20mWで1分間であり、面内をゆっくり回転させながら波長200~450nmの光を照射した。次に、上記GaAs単結晶基板前駆体を0.5質量%アンモニア水溶液に浸漬し、かつ1MHz近傍の極超音波(所謂メガソニック)下で洗浄した。その後、水洗し乾燥させた。続いて上記GaAs単結晶基板前駆体を0.2質量%のフッ化水素水溶液で洗浄し、水洗後に乾燥させた。乾燥は、イソプロピルアルコールを使用したマランゴニ乾燥により行った。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、酸洗浄工程で用いる酸洗浄液に0.1質量%濃度となるようにイソプロピルアルコールを添加したこと以外、試料5と同じ要領により、試料12のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、アルカリ洗浄工程および酸洗浄工程の間に、試料2と同じ要領によって酸化処理工程を実行し、かつ酸洗浄工程で用いる酸洗浄液に0.1質量%となるようにイソプロピルアルコールを添加したこと以外、試料5と同じ要領により、試料13のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記準備工程において、垂直ブリッジマン(VB)法で成長させたSi原子添加の導電性GaAs単結晶から直径が8インチ(200mm)、厚み680μmのGaAs単結晶基板前駆体を複数枚準備したこと以外、試料13と同じ要領により、試料14のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、酸洗浄液に含まれるフッ酸の濃度を5質量%としたこと以外、試料8と同じ要領により、試料15のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、酸洗浄液に含まれるフッ酸の濃度を5質量%としたこと以外、試料13と同じ要領により、試料16のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、酸洗浄液に含まれるフッ酸の濃度を5質量%としたこと以外、試料10と同じ要領により、試料17のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
上記洗浄工程において、酸洗浄液に含まれるフッ酸の濃度を5質量%としたこと以外、試料14と同じ要領により、試料18のGaAs単結晶基板を必要枚数得た。さらに上記GaAs単結晶基板のうち1枚に対し、試料1と同じ要領により、その主表面上に、エピタキシャル層として厚さ4μmのAl0.4Ga0.6As層を成長させた。
<GaAs単結晶基板に対する放射光を用いたXPSによる分析およびMSM解析>
佐賀県立九州シンクロトロン光研究センター内の住友電気工業株式会社専用ビームラインの一つである「BL17」を利用することにより、エネルギーが150eVおよび600eVであるX線をそれぞれ準備した。このX線を試料1~試料18のGaAs単結晶基板における主表面の中心に対してそれぞれ照射することにより、X線光電子分光法を用いた分析を行なった。なお、試料1~試料18のGaAs単結晶基板については、その全体を試料台に設置することができないため、試料1~試料18のGaAs単結晶基板の中心部を切り出して試験片とし、当該試験片について分析した。
条件1:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度30°
条件2:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度45°
条件3:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°
条件4:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度45°
条件5:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度85°
各条件における試験片のサイズ:10mm×10mm
各条件における試験片周囲の圧力:4×10-7Pa
各条件において使用した高分解能XPS分析装置(商品名:「R3000」、Scienta Omicron社製)
エネルギー分解能E/ΔE:3480
結合エネルギーのプロット間隔:0.02eV
各エネルギー値における積算時間および積算回数:100ms,50回。
試料1~試料18のGaAs単結晶基板の主表面に対し、上述した表面検査装置(商品名:「サーフスキャン6220」、KLA-テンコール社製)を用いた観察を行った。観察は上記XPSによる分析およびMSM解析で使用したGaAs単結晶基板とは異なるが、同時に処理した上記基板を対象とした。上記基板の全面を観察し、そのうち基板中央部(第1測定点P1を含む20mmφの領域、つまり測定領域A1)を対象として上記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの1cm2当たりの個数を求めた。結果を表1に示す。
まず上記のように長径が0.16μm以上のパーティクルの1cm2当たりの個数を求めたGaAs単結晶基板に対しエピタキシャル成長を行うことにより、試料1~試料18のエピタキシャル基板を得た。次に当該エピタキシャル基板におけるエピタキシャル膜の表面に対し、上述した表面検査装置(商品名:「サーフスキャン6220」、KLA-テンコール社製)を用いた観察を行った。測定はエピタキシャル基板全面を観察し、そのうちエピタキシャル基板中央部(第1測定点P1に対応するエピタキシャル膜の表面上の測定点を含む20mmφの領域、つまり測定領域A1に対応するエピタキシャル膜の表面上の領域)を対象として上記表面に存する長径が18μm以上のLPDの1cm2当たりの個数を求めた。結果を表1に示す。LPDが存在する箇所はデバイス特性を悪化させるため、上記LPDは、GaAs単結晶基板の酸化膜またはパーティクルに起因する成膜不良であると推定される。上記LPDの1cm2当たり個数が5以下である場合、デバイス歩留まりが良好であり、このような基板を使用すると高いデバイス歩留まりを得ることができる。
上記表1によれば、試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板は、いずれも第1の積分強度比が12以下であり、かつ第2の積分強度比が1.2以下であった。上記試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板は、いずれも第1の解析値が0.6nm以下であり、かつ第2の解析値が1.4以下であった。さらに上記試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板は、いずれも主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの1cm2当たりの個数が2以下であった。その場合、上記試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のエピタキシャル基板は、その表面に存する長径が18μm以上のLPDの1cm2当たりの個数が5以下であった。したがって試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板は、高いデバイス歩留まりを実現できることが示唆された。
<GaAs単結晶基板の主表面の均一性分析>
第2試験については、第1試験において基板中央部(測定領域A1に対応する領域)のエピタキシャル膜のLPDの個数が良好(5個以下)であると評価された試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板を対象とした。上記基板の各主表面の外周部から切り出した4つの試験片を、上記第1試験の<GaAs単結晶基板に対する放射光を用いたXPSによる分析およびMSM解析>の項目にて記載した方法と同じ要領により分析した。具体的には、まず上記<GaAs単結晶基板に対する放射光を用いたXPSによる分析およびMSM解析>の項目の試験に用いたGaAs単結晶基板から、図3に示す第2測定点P2、第3測定点P3、第4測定点P4および第5測定点P5を中心に10mm×10mmサイズの試験片を切り出した。
表2~表4によれば、試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板は、いずれも第3の積分強度比が13.7以下であり、かつ第2の積分強度比が1.23以下であった。上記試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板は、いずれも第3の解析値が0.57nm以下であり、かつ第2の解析値が1.37以下であった。さらに上記試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板は、いずれも主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの1cm2当たりの個数の平均値が1.6以下であった。その場合、上記試料4、試料7~試料10および試料12~試料14のエピタキシャル基板は、その表面に存する長径が18μm以上のLPDの1cm2当たりの個数の平均値が5以下であった。したがって試料4、試料7~試料10および試料12~試料18のGaAs単結晶基板のそれぞれの主表面は、その全面において酸化膜およびパーティクルの両者に起因するLPDの個数が低減したエピタキシャル膜を形成できることが示唆された。
Claims (10)
- 円形状の主表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板であって、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板は、第1の積分強度比または第2の積分強度比を有し、
前記第1の積分強度比および前記第2の積分強度比のそれぞれは、X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°の条件の下で前記主表面の中心に対してX線を照射するX線光電子分光法に基づき、前記ヒ化ガリウム単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するヒ素およびガリウムの3d電子の検出強度のスペクトルを求めることにより得られ、
前記第1の積分強度比は、ヒ化ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度に対する、一酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度と三酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度との和の比率であって、12以下であり、
前記第2の積分強度比は、五酸化二ヒ素として存在するヒ素元素の積分強度と、三酸化二ヒ素として存在するヒ素元素の積分強度との和に対する、前記一酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度と前記三酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度との和の比率であって、1.2以下であり、
前記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの個数は、前記主表面1cm2当たり2以下である、ヒ化ガリウム単結晶基板。 - 前記第1の積分強度比は、10.5以下であり、
前記第2の積分強度比は、1.05以下である、請求項1に記載のヒ化ガリウム単結晶基板。 - 前記ヒ化ガリウム単結晶基板は、75mm以上の直径を有し、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板は、第3の積分強度比または第4の積分強度比を有し、
前記第3の積分強度比および前記第4の積分強度比のそれぞれは、前記条件の下で前記主表面上の5つの測定点に対してX線を照射するX線光電子分光法に基づき、前記ヒ化ガリウム単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するヒ素およびガリウムの3d電子の検出強度のスペクトルを求めることにより得られ、
前記第3の積分強度比は、前記ヒ化ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度に対する、前記一酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度と前記三酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度との和の比率の平均値であって、13.7以下であり、
前記第4の積分強度比は、前記五酸化二ヒ素として存在するヒ素元素の積分強度と、前記三酸化二ヒ素として存在するヒ素元素の積分強度との和に対する、前記一酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度と前記三酸化二ガリウムとして存在するガリウム元素の積分強度との和の比率の平均値であって、1.23以下であり、
前記5つの測定点にて測定される前記長径が0.16μm以上のパーティクルの個数の平均値は、前記主表面1cm2当たり1.6以下であり、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板の前記直径をDとし、前記主表面の中心を通り、前記主表面上の互いに直交する2軸をX軸およびY軸とするとき、前記5つの測定点のX軸およびY軸の座標(X、Y)は、(0,0)、(D/2-15,0)、(0,D/2-15)、(-(D/2-15),0)、(0,-(D/2-15))であり、前記Dおよび前記座標(X、Y)中のXおよびYの単位はmmである、請求項1または請求項2に記載のヒ化ガリウム単結晶基板。 - 円形状の主表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板であって、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板は、第1の解析値または第2の解析値を有し、
前記第1の解析値および前記第2の解析値のそれぞれは、下記の5通りの条件の下で前記主表面の中心に対してX線をそれぞれ照射するX線光電子分光法に基づき、前記ヒ化ガリウム単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するヒ素およびガリウムの3d電子の検出強度のスペクトルを求めるとともに、前記スペクトルを数学的な解析手法である最大平滑性法に適用することにより得られ、
前記第1の解析値は、前記ヒ化ガリウム単結晶基板の前記主表面から2nmの深さまでの領域において一酸化二ガリウムおよび三酸化二ガリウムとして存在するガリウム酸化物の含有量を表す値であって、0.6nm以下であり、
前記第2の解析値は、前記ヒ化ガリウム単結晶基板の前記主表面から2nmの深さまでの領域において五酸化二ヒ素および三酸化二ヒ素として存在するヒ素酸化物の含有量に対する前記ガリウム酸化物の含有量の比率を表す値であって、1.4以下であり、
前記主表面に存する長径が0.16μm以上のパーティクルの個数は、前記主表面1cm2当たり2以下であり、
前記5通りの条件は、下記の条件1、条件2、条件3、条件4および条件5である、ヒ化ガリウム単結晶基板。
条件1:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度30°
条件2:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度45°
条件3:X線入射エネルギー150eV、および光電子の取り出し角度85°
条件4:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度45°
条件5:X線入射エネルギー600eV、および光電子の取り出し角度85° - 前記第1の解析値は、0.48nm以下であり、
前記第2の解析値は、1.2以下である、請求項4に記載のヒ化ガリウム単結晶基板。 - 前記ヒ化ガリウム単結晶基板は、75mm以上の直径を有し、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板は、第3の解析値または第4の解析値を有し、
前記第3の解析値および前記第4の解析値のそれぞれは、前記5通りの条件の下で前記主表面上の5つの測定点に対してX線をそれぞれ照射するX線光電子分光法に基づき、前記ヒ化ガリウム単結晶基板の外部に放出された光電子の束縛エネルギーに対するヒ素およびガリウムの3d電子の検出強度のスペクトルを求めるとともに、前記スペクトルを前記最大平滑性法に適用することにより得られ、
前記第3の解析値は、前記ヒ化ガリウム単結晶基板の前記主表面から2nmの深さまでの領域において前記一酸化二ガリウムおよび前記三酸化二ガリウムとして存在する前記ガリウム酸化物の含有量の平均値を表す値であって、0.57nm以下であり、
前記第4の解析値は、前記ヒ化ガリウム単結晶基板の前記主表面から2nmの深さまでの領域において前記五酸化二ヒ素および前記三酸化二ヒ素として存在する前記ヒ素酸化物の含有量に対する前記ガリウム酸化物の含有量の比率の平均値を表す値であって、1.37以下であり、
前記5つの測定点にて測定される前記長径が0.16μm以上のパーティクルの個数の平均値は、前記主表面1cm2当たり1.6以下であり、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板の前記直径をDとし、前記主表面の中心を通り、前記主表面上の互いに直交する2軸をX軸およびY軸とするとき、前記5つの測定点のX軸およびY軸の座標(X、Y)は、(0,0)、(D/2-15,0)、(0,D/2-15)、(-(D/2-15),0)、(0,-(D/2-15))であり、前記Dおよび前記座標(X、Y)中のXおよびYの単位はmmである、請求項4または請求項5に記載のヒ化ガリウム単結晶基板。 - 前記ヒ化ガリウム単結晶基板は、75mm以上205mm以下の直径を有する、請求項1または請求項4に記載のヒ化ガリウム単結晶基板。
- 円形状の主表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板の製造方法であって、
前記製造方法は、円形状の表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板前駆体を準備する工程と、前記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体から、前記ヒ化ガリウム単結晶基板を得るための洗浄工程とを含み、
前記洗浄工程は、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体の前記表面をアルカリ洗浄液で洗浄することにより、前記表面をアルカリ洗浄面とする工程と、
前記アルカリ洗浄面を酸化処理することにより、前記アルカリ洗浄面を酸化処理面とする工程と、
前記酸化処理面を酸洗浄液で洗浄することにより、前記酸化処理面を酸洗浄面とする工程と、
前記酸洗浄面を乾燥することによって前記主表面を得る工程と、を含み、
前記アルカリ洗浄面を前記酸化処理面とする工程は、前記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体を過酸化水素水溶液およびオゾン水の両方またはいずれか一方の室温以上の温度とした液体に1分以上20分以下浸漬する工程であり、
前記酸洗浄液における酸濃度は、0.5質量%以上2質量%未満である、ヒ化ガリウム単結晶基板の製造方法。 - 円形状の主表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板の製造方法であって、
前記製造方法は、円形状の表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板前駆体を準備する工程と、前記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体から、前記ヒ化ガリウム単結晶基板を得るための洗浄工程とを含み、
前記洗浄工程は、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体の前記表面をアルカリ洗浄液で洗浄することにより、前記表面をアルカリ洗浄面とする工程と、
前記アルカリ洗浄面を酸洗浄液で洗浄することにより、前記アルカリ洗浄面を酸洗浄面とする工程と、
前記酸洗浄面を乾燥することによって前記主表面を得る工程と、を含み、
前記酸洗浄液は、アルコールおよび界面活性剤の両方またはいずれか一方を含み、
前記酸洗浄液における酸濃度は、2質量%以上5質量%以下であり、
前記酸洗浄液に含まれる酸は、塩酸、フッ酸または硝酸のいずれかであり、
前記アルコールは、イソプロピルアルコールまたはエタノールであり、
前記界面活性剤は、アニオン系界面活性剤である、ヒ化ガリウム単結晶基板の製造方法。 - 円形状の主表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板の製造方法であって、
前記製造方法は、円形状の表面を有するヒ化ガリウム単結晶基板前駆体を準備する工程と、前記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体から、前記ヒ化ガリウム単結晶基板を得るための洗浄工程とを含み、
前記洗浄工程は、
前記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体の前記表面をアルカリ洗浄液で洗浄することにより、前記表面をアルカリ洗浄面とする工程と、
前記アルカリ洗浄面を酸化処理することにより、前記アルカリ洗浄面を酸化処理面とする工程と、
前記酸化処理面を酸洗浄液で洗浄することにより、前記酸化処理面を酸洗浄面とする工程と、
前記酸洗浄面を乾燥することによって前記主表面を得る工程と、を含み、
前記アルカリ洗浄面を前記酸化処理面とする工程は、前記ヒ化ガリウム単結晶基板前駆体を過酸化水素水溶液およびオゾン水の両方またはいずれか一方の室温以上の温度とした液体に1分以上20分以下浸漬する工程であり、
前記酸洗浄液は、アルコールおよび界面活性剤の両方またはいずれか一方を含み、
前記酸洗浄液における酸濃度は、2質量%以上5質量%以下であり、
前記酸洗浄液に含まれる酸は、塩酸、フッ酸または硝酸のいずれかであり、
前記アルコールは、イソプロピルアルコールまたはエタノールであり、
前記界面活性剤は、アニオン系界面活性剤である、ヒ化ガリウム単結晶基板の製造方法。
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