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CN105814244A - 包含氮化镓层的基板及其制造方法 - Google Patents

包含氮化镓层的基板及其制造方法 Download PDF

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CN105814244A CN201480066807.3A CN201480066807A CN105814244A CN 105814244 A CN105814244 A CN 105814244A CN 201480066807 A CN201480066807 A CN 201480066807A CN 105814244 A CN105814244 A CN 105814244A
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Abstract

对于具有氮化镓层的基板，降低了氮化镓层在表面处理后的表面损伤，并改善了基板上形成的功能元件的品质。本发明提供一种至少具有氮化镓层的基板4。使用具备电感耦合式等离子体发生装置的等离子体刻蚀装置，使标准化直流偏置电位为?10V/cm2以上，引入氟系气体，对氮化镓层3的表面3a进行干法刻蚀处理。

Description

包含氮化镓层的基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种包含氮化镓层的基板及其制造方法。
背景技术
目前，各种光源正在白色LED化。背光灯、灯泡等低亮度LED已经普及，近年来，对投影机、前灯等高亮度LED的应用研究变得很活跃。现在主流的白色LED是利用MOCVD法在蓝宝石基底基板上形成由第IIIA族元素氮化物形成的发光层。
作为高亮度LED制作用的基底基板，期待并积极地研究开发可期待与蓝宝石相比性能提高的GaN自立基板、GaN厚膜模板。
所谓GaN厚膜模板，是在蓝宝石等基底基板上制作厚度10μm以上的GaN膜而得到的，能够以低于GaN自立基板的成本制作。本发明人等使用液相法开发出性能接近于GaN自立基板的GaN厚膜模板。因为前述的利用MOCVD法在蓝宝石上制作的GaN薄膜的厚度通常为几微米，所以将上述厚度的薄膜称为厚膜。
如果在GaN厚膜模板上制作LED，则可期待与在蓝宝石上制作的情况相比性能高、与在GaN自立基板上制作的情况相比成本低。
GaN基板可以通过对利用HVPE法、助熔剂法等制作的GaN结晶进行研磨加工来得到。为了在GaN结晶上制作高亮度LED，要求GaN结晶的表面状态良好。即，理想状态是具有纳米级的平坦度、没有伤(刮痕)、没有加工导致的损伤(加工变质层)。
GaN结晶的表面精加工有若干方法。可例示：使用金刚石磨粒的机械研磨、即抛光，使用含有胶体二氧化硅等磨粒的酸性或碱性浆料而将化学反应和机械研磨并用的CMP精加工，利用反应性离子等离子体的干法刻蚀精加工等。在这些方法中，CMP精加工是最常用的。
抛光的优点是：因为加工速度快，所以可在短时间内完成。但是，另一方面，存在以下问题：表面容易产生刮痕，另外，因为表面存在加工变质层，所以容易使在基板上形成的发光层的品质劣化。
CMP精加工的优点是：没有表面的加工变质层，不易产生刮痕。然而，因为加工速度非常慢，所以加工耗费时间，生产率差。另外，在长时间的CMP处理中，强烈反映出化学反应的影响而容易在表面产生微小的蚀坑。
干法刻蚀精加工的缺点是：不易得到平滑表面，容易产生污染；但有如下优点：加工速度较快，如果能够好好地控制等离子体，就可以将加工变质层抑制在可实用的水平。
关于GaN结晶的干法刻蚀，已知如下文献。
例如专利文献1中公开有使用了CF4气体的方法。
另外，专利文献2中公开有使用含硅气体的方法。
另外，专利文献3中公开有对研磨后的GaN系化合物半导体进行刻蚀的方法。
另外，专利文献4中公开有对CMP后的GaN结晶基板进行干法刻蚀的方法。
另外，专利文献5中公开有除去干法刻蚀所导致的加工变质层的内容。
另外，专利文献6中记载有关于随表面处理而产生的杂质的内容。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2613414号
专利文献2：日本专利第2599250号
专利文献3：日本特开2001-322899号
专利文献4：日本专利第3546023号
专利文献5：日本专利第4232605号
专利文献6：日本特开2009-200523号
发明内容
对GaN基板进行干法刻蚀的情况下，通常使用氯系气体。这是因为使用氯系气体时一般加工速度快。例如根据专利文献4、专利文献6，GaN系化合物半导体的干法刻蚀中优选使用氯系气体。
氟系气体在Si基板的刻蚀中使用的情况很多，但很少用于GaN系材料。
但是，已知如果以氯系气体对GaN基板进行干法刻蚀，则即使研究了各种条件，还是会残留无法忽视水平的加工损伤。
因此，本发明人着眼于氟系气体，尝试GaN基板的表面的干法刻蚀。在此，专利文献1中使用CF4气体进行GaN基板的表面的干法刻蚀。如果以光致发光观察该表面处理后的GaN基板的表面，则观察到强度比大的发光峰。但是，判明如果在该基板上形成发光层，则低电压驱动时的漏电流非常多而使LED特性变差。
本发明的课题是对于至少在表面具有氮化镓层的基板，降低氮化镓层在表面处理后的表面损伤。
本发明是一种至少在表面包含氮化镓层的基板，其特征在于，
使用具备电感耦合式等离子体发生装置的等离子体刻蚀装置，引入氟系气体，对所述氮化镓层的表面进行了干法刻蚀处理。
另外，本发明是一种制造至少在表面具有氮化镓层的基板的方法，其特征在于，
使用具备电感耦合式等离子体发生装置的等离子体刻蚀装置，引入氟系气体，对所述氮化镓层的表面进行干法刻蚀处理。
本发明人按照专利文献1的记载通过光致发光对CF4气体刻蚀处理后的GaN基板表面进行测定，结果，峰强度比率大，认为表面状态良好。在此，将至少在表面具有氮化镓层的基板称为“GaN基板”。但是，发现如果在该基板上形成发光层，则低驱动电压时的漏电流大。
因此，本发明人尝试用阴极发光(以下称为CL)对CF4气体刻蚀处理后的GaN基板表面进行观察。结果，亮部在干法刻蚀前后的CL光谱的峰强度比并不高。简言之，虽然与干法刻蚀前相比能看到图像，但是发光光谱强度比依然较低，为暗像，无法明确地观察到暗斑。
认为该理由如下。即，光致发光(以下称为PL)、CL理应均能观察到GaN基板表面有无加工损伤。但是，与PL相比，CL对加工损伤的灵敏度较高。原因如下：PL是使激光入射到基板并观察其发光，所以只是激光透射的微米级深度的分辨率。另一方面，CL中入射电子束并观察其发光，但因为电子束在最外表面迅速被吸收，所以能够仅获得最外表面的信息。
结果可知，如果以氯系气体进行干法刻蚀处理，则即使增加加工量，CL像也不会变得明亮。
另外，认为用PL对CF4气体刻蚀处理后的GaN基板表面进行观测的情况下，无法检测到微细的损伤。
本发明人基于该见解对专利文献1的方法进一步进行了研究。结果着眼于专利文献1中以平行平板方式生成CF4气体的等离子体这一点，尝试将其变更为电感耦合方式的等离子体。结果发现，不仅PL，而且CL也得到强度比的反差大的图像，可清楚地观测到暗斑。这表明GaN基板的表面状态明显得到了改善。
其原因尚不清楚，但认为是在本发明的基板中反应并生成不易挥发的GaF3，其承担着保护表面的作用等。
附图说明
图1(a)是表示在晶种基板1上形成的氮化镓层2的示意图，(b)是表示GaN基板的示意图，(c)是表示在GaN基板4上形成功能元件结构5而成的功能元件15的示意图。
具体实施方式
(用途)
本发明可用于要求高品质的技术领域、例如被称为后荧光灯的高彩色再现性的蓝色LED、高速高密度光存储器用蓝紫色激光器、混合动力汽车用的逆变器中使用的大功率器件等。
(至少在表面具有氮化镓层的基板)
本发明的基板至少在表面具有氮化镓层。以下有时将其称为“GaN基板”。本发明的基板可以为仅由氮化镓形成的自立基板。或者本发明的GaN基板可以为在另一支撑基板上形成氮化镓层而成的基板。另外，GaN基板中，除氮化镓层、支撑基板以外，还可以具备基底层、中间层、缓冲层等其它层。
如图1(a)所示，优选的实施方式中在晶种基板1的表面1a上形成氮化镓层2。接着，优选对氮化镓层2的表面2a进行研磨加工，由此如图1(b)所示减薄氮化镓层3而得到GaN基板4。3a为研磨后的表面。
以气相法在以上得到的GaN基板4的表面3a上形成功能层5，可以得到功能元件15(图1(c))。其中，5a、5b、5c、5d、5e为在表面3a上生长的适当的外延层。
晶种基板1可以整体由GaN的自立基板构成。或者晶种基板1可以由支撑基板和支撑基板上所设的晶种膜构成。另外，优选对氮化镓层2的表面2a进行研磨加工，由此减薄氮化镓层而得到GaN基板。
本发明中对该GaN基板的表面进行干法刻蚀。优选的实施方式中对该表面进行机械研磨后不经化学机械研磨就进行干法刻蚀处理。
(晶种)
优选的实施方式中晶种由氮化镓结晶形成。晶种可以形成自立基板(支撑基板)或者也可以为形成在另一支撑基板上的晶种膜。该晶种膜可以为一层或者也可以在支撑基板侧包含缓冲层。
晶种膜的形成方法优选气相生长法，可例示：有机金属化学气相生长(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、氢化物气相生长(HVPE)法、脉冲激励沉积(PXD)法、MBE法、升华法。特别优选有机金属化学气相生长法。另外，生长温度优选950～1200℃。
在支撑基板上形成晶种膜的情况下，构成支撑基板的材质没有限定，可例示：蓝宝石、AlN模板、GaN模板、GaN自立基板、硅单晶、SiC单晶、MgO单晶、尖晶石(MgAl2O4)、LiAlO2、LiGaO2、LaAlO3、LaGaO3、NdGaO3等钙钛矿型复合氧化物、SCAM(ScAlMgO4)。另外，也可以使用组成式[A1-y(Sr1-xBax)y][(Al1-zGaz)1-u·Du]O3(A为稀土元素；D为选自铌及钽中的一种以上元素；y＝0.3～0.98；x＝0～1；z＝0～1；u＝0.15～0.49；x+z＝0.1～2)的立方晶系的钙钛矿结构复合氧化物。
氮化镓层的培养方向可以为纤锌矿结构的c面的法线方向，另外，也可以为a面、m面各自的法线方向。
从降低设在晶种上的氮化镓层的位错密度的观点考虑，优选晶种表面的位错密度较低。从该观点考虑，晶种层的位错密度优选为7×108cm-2cm以下，更优选为5×108cm-2cm以下。另外，因为从品质方面考虑，晶种的位错密度越低越好，所以下限没有特别限定，一般多为5×107cm-2以上。
(氮化镓层)
氮化镓层的制法没有特别限定，可例示：有机金属化学气相生长(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、氢化物气相生长(HVPE)法、脉冲激励沉积(PXD)法、MBE法、升华法等气相法；助熔剂法等液相法。
优选的实施方式中通过助熔剂法培养氮化镓层。此时，助熔剂的种类只要可生成氮化镓结晶就没有特别限定。优选的实施方式中使用含有碱金属和碱土金属中的至少一者的助熔剂，特别优选含有金属钠的助熔剂。
在助熔剂中混入镓原料物质来使用。作为镓原料物质，可应用镓单质金属、镓合金、镓化合物，从操作方面考虑优选镓单质金属。
助熔剂法中的氮化镓结晶的培养温度、培养时的保持时间没有特别限定，根据助熔剂的组成适当变更。在一个例子中，使用含钠或锂的助熔剂培养氮化镓结晶的情况下，培养温度优选为800～950℃，更优选为800～900℃。
助熔剂法中，在包含含有氮原子的气体的气氛下培养单晶。该气体优选氮气，也可以为氨气。气氛的总压没有特别限定，从防止助熔剂蒸发的观点考虑，优选3MPa以上，更优选4MPa以上。但是，因为如果压力较高则装置规模变大，所以气氛的总压优选7MPa以下，更优选5MPa以下。气氛中的含有氮原子的气体以外的气体没有限定，优选惰性气体，特别优选氩气、氦气、氖气。
(阴极发光)
阴极发光是对GaN基板表面的微观差异进行评价。本发明中，在GaN基板的表面对与氮化镓的带隙对应的波长的阴极发光进行测定。
实施映射时，通过在各点测定阴极发光光谱分布并对特定波长区域的发光强度进行比较来实施映射。通过限定波长区域可以仅获取源自带隙的阴极发光峰光谱。由此时的阴极发光峰求出强度的平均值、即平均色阶(Xave)、和强度的最大值、即峰色阶(Xpeak)。
优选的实施方式中，在所述阴极发光映射图像中可检测到暗斑。因为在阴极发光中，如果着眼于源自带边的发光进行映射，则位错部无法观察到带边所引起的发光，与周围相比，发光强度急剧降低，所以作为暗斑被观察到。希望通过提高加速电压而使其达到10kV以上以便能够明确地判别出发光部和非发光部。可以通过以特定视野范围、例如100μm视野内的映射计数出非发光部的暗斑个数来估计暗斑密度。
(GaN基板的加工及形态)
优选的实施方式中，GaN基板为圆板状，也可以为方板等其它形态。另外，优选的实施方式中，GaN基板的尺寸为直径以上。由此，能够提供适合量产功能元件、容易操作的GaN基板。
对GaN基板表面的磨削、研磨加工进行叙述。
所谓磨削(Grinding)，是指使将磨粒用粘合剂固定而得的固定磨粒高速转动并且使其与对象物接触而削掉对象物的表面。通过这种磨削形成粗糙面。对氮化镓基板的底面进行磨削的情况下，优选使用包含由硬度高的SiC、Al2O3、金刚石及CBN(立方氮化硼、以下相同)等形成且粒径为10μm以上且100μm以下左右的磨粒的固定磨粒。
另外，所谓研磨(Lapping)，是指使平台和对象物隔着游离磨粒(未固定的磨粒、以下相同)互相转动并且使其互相接触，或使固定磨粒和对象物互相转动并且使其互相接触，从而摩擦对象物的表面。通过这种研磨，形成面粗糙度比磨削时小且比微研磨(Polishing)时粗糙的面。优选使用由硬度高的SiC、Al2O3、金刚石及CBN等形成且粒径为0.5μm以上且15μm以下左右的磨粒。
所谓微研磨(Polishing)，是指使研磨垫和对象物隔着游离磨粒互相转动并且使其互相接触，或使固定磨粒和对象物互相转动并且使其互相接触，从而微细地摩擦对象物的表面，将其平滑化。通过这种微研磨，形成面粗糙度比研磨时小的结晶生长面。
(利用电感耦合等离子体的处理)
电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma、简称ICP)是通过对气体施加高电压来使其等离子体化，进而通过高频的变磁场，在该等离子体内部由涡电流产生焦耳热，由此得到高温等离子体。
具体而言，在由石英玻璃等的管制作的气体通过的流路的周围卷上线圈，使高频的大电流在流路中流通，从而产生高电压和高频的变磁场，且使气体在流路中流通，由此产生电感耦合等离子体。向GaN基板的表面供给该等离子体。
在此，优选刻蚀时的标准化直流偏置电位(Vdc/S)为-10V/cm2以上。Vdc是施加在电极间的直流偏置电位(单位V)。另外，S是处理对象即GaN表面的总面积(单位cm2)。Vdc/S是以处理对象即GaN表面的总面积标准化而得的刻蚀时的偏置电位。本发明中，使Vdc/S为-10V/cm2以上。这是因为：偏置电位因氮化镓复合基板的组合、设置方法而变化，如果Vdc/S低于-10V/cm2，则对GaN膜最外表面的加工损伤加深。从该观点考虑，更优选使Vdc/S为-8V/cm2以上。
另外，从促进GaN基板表面的加工的观点考虑，优选Vdc/S为-0.005V/cm2以下，更优选为-0.05V/cm2以下，进一步优选为-1.5V/cm2以下。
另外，从稳定地生成等离子体的观点考虑，刻蚀时的偏置电位的功率(以电极的面积标准化而得的功率)优选0.003W/cm2以上，更优选0.03W/cm2以上。另外，从减少GaN基板表面的加工损伤的观点考虑，刻蚀时的偏置电位的功率(以电极的面积标准化而得的功率)优选2.0W/cm2以下，更优选1.5W/cm2以下。
氟系气体优选选自氟化碳、氟代烃及氟化硫中的一种以上化合物。
优选的实施方式中，氟系气体为选自CF4、CHF3、C4F8及SF6中的一种以上化合物。
优选的实施方式中，干法刻蚀后的表面的蚀坑量与干法刻蚀前的表面的蚀坑量实质上是相同的。该蚀坑量如下测定。
使用AFM(原子力显微镜)，对10μm视野进行观察来实施表面观察，并数出与周围相比在1nm以上的凹部，由此可以估计出蚀坑量。
优选的实施方式中，干法刻蚀后的基板表面的算术平均粗糙度Ra与干法刻蚀前的基板表面的算术平均粗糙度Ra实质上是相同的。其中，Ra为通过JIS B 0601(1994)·JIS B 0031(1994)进行标准化的测定值。
(功能层及功能元件)
前述功能层可以为单层，也可以为多层。另外，作为功能，可以用于高亮度·高彩色再现性的白色LED、高速高密度光存储器用蓝紫色激光光盘、混合动力汽车用的逆变器中使用的大功率器件等。
如果利用气相法、优选有机金属气相生长(MOCVD)法在GaN基板上制作半导体发光二极管(LED)，则LED内部的位错密度与GaN基板是同等的。
从成膜速度的观点考虑，功能层的成膜温度优选950℃以上，更优选1000℃以上。另外，从抑制缺陷的观点考虑，功能层的成膜温度优选1200℃以下，更优选1150℃以下。
功能层的材质优选第IIIA族元素氮化物。所谓第IIIA族元素，是指IUPAC制定的元素周期表中的第IIIA族元素。第IIIA族元素具体地为镓、铝、铟、铊等。另外，作为添加剂，可以举出碳、低熔点金属(锡、铋、银、金)、高熔点金属(铁、锰、钛、铬等过渡金属)。低熔点金属有时是出于防止钠的氧化的目的而添加的，高熔点金属有时是从放入坩埚的容器、生长炉的加热器等混入的。
发光元件结构例如具备n型半导体层、该n型半导体层上所设的发光区域及该发光区域上所设的p型半导体层。图1(c)的发光元件15中，在GaN基板4上形成有n型接触层5a、n型包层5b、活性层5c、p型包层5d、p型接触层5e，构成发光元件结构5。
另外，所述发光结构中，还可以设置未图示的n型半导体层用的电极、p型半导体层用的电极、导电性粘合层、缓冲层、导电性支撑体等。
本发光结构中，如果通过从半导体层注入的空穴和电子的再结合而在发光区域产生光，则从p型半导体层上的透光性电极或第IIIA族元素氮化物单晶膜侧引出该光。应予说明，所谓透光性电极，是指由在p型半导体层的大约整面上形成的金属薄膜或透明导电膜构成的光透射性的电极。
实施例
(实施例1)
按以下的顺序制造GaN基板。
具体而言，准备由CL(阴极发光)测得的位错密度的面内分布除了外周1cm以外平均为2×108/cm2的、由氮化镓晶种形成的自立型晶种基板1。晶种的厚度为400μm。
使用晶种基板1，通过助熔剂法形成了氮化镓层2。具体而言，将Na、Ga放入坩埚中，在870℃、4.0MPa(氮气氛)下保持5小时，然后，经10分钟降至850℃。接着，在4.0MPa下保持20小时，培养出氮化镓层2。使用氧化铝坩埚，并且起始原料Na：Ga＝40g：30g。为了搅拌溶液，使旋转方向每隔600秒向顺时针方向、逆时针方向反转。转数为30RPM。
反应后，冷却至室温，用乙醇通过化学反应除去助熔剂而得到生长厚度100μm的氮化镓层2。
将得到的基板固定于陶瓷平台，通过#2000的磨石进行磨削而使表面变得平坦。接着，利用使用了金刚石磨粒的研磨加工将表面平滑化。将磨粒的尺寸从3μm逐步减小至0.1μm，提高了平坦性。基板表面的算术平均粗糙度Ra为0.5nm。研磨加工后的氮化镓层的厚度为15μm。另外，基板是无色透明的。
用PL对此时的被研磨表面的表面状态进行测定，结果观察到强度比小的发光峰。另外，用CL进行观察，结果漆黑几乎不发光，未能观察到暗斑。即，可知加工应变大(变形区域的厚度大于电子束的进入深度)。
接着，进行了GaN基板表面的干法刻蚀处理。干法刻蚀中使用了电感耦合型等离子体刻蚀装置。将氟系气体(CF4)用于刻蚀气体而进行了干法刻蚀。电极尺寸为约英寸。刻蚀条件如下。
输出功率：(RF：400W、偏置：200W)
腔室压力：1Pa
刻蚀时间：10分钟
标准化直流偏置电位(Vdc/S)：-5.2V/cm2
偏置电压的功率(以电极的面积标准化而得的功率)1.3W/cm2
结果，刻蚀速度为0.006微米/分钟，刻蚀深度为约0.06微米。基板仍是无色透明的。
对干法刻蚀处理完毕的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。另外，进行CL观察，结果亮部在干法刻蚀前后的CL光谱的峰强度比为5以上，能够清楚地观察到相当于缺陷的暗斑。另外，以XPS(X射线光电子分光)确认表面元素，结果除GaN以外检测到与碳相关的光谱。未检测到与氟、氯、硅相关的光谱。
使用该基板试制LED，结果形成发光效率高的LED。另外，低电压驱动(例如2～2.5V)时的漏电流也非常少。
(实施例2)
与实施例1同样地得到GaN基板。其中，晶种层的厚度为3μm，GaN层的生长厚度为80μm。研磨加工后的GaN层的厚度为15μm。
然后，与实施例1同样地进行干法刻蚀。刻蚀条件如下。
输出功率：(RF：400W、偏置：200W)
腔室压力：1Pa
刻蚀时间：5分钟
标准化直流偏置电位(Vdc/S)：-7.2V/cm2
偏置电压的功率(以电极的面积标准化而得的功率)0.8W/cm2
结果，刻蚀速度为0.005μm/分钟，刻蚀深度为约0.025μm。基板仍是无色透明的。对干法刻蚀处理完毕的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。另外，对基板表面进行CL观察，结果能够清楚地观察到相当于缺陷的暗斑。另外，以XPS确认表面元素，结果除GaN以外检测到与碳相关的光谱。未检测到与氟、氯、硅相关的光谱。使用该基板试制LED，结果形成了发光效率高的LED。另外，低电压驱动(例如2～2.5V)时的漏电流也非常少。
(实施例3)
与实施例1同样地进行了实验。其中，干法刻蚀时的气体种类为SF6，并且刻蚀条件如下。
输出功率：(RF：400W、偏置：200W)
腔室压力：1Pa
刻蚀时间：5分钟
标准化直流偏置电位(Vdc/S)：-3.6V/cm2
偏置电压的功率(以电极的面积标准化而得的功率)1.4W/cm2
结果，刻蚀速度为0.005μm/分钟，刻蚀深度为约0.025μm。基板仍是无色透明的。
对干法刻蚀处理完毕的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。另外，对基板表面进行CL观察，结果能够清楚地观察到相当于缺陷的暗斑。另外，以XPS确认表面元素，结果除GaN以外检测到与碳相关的光谱。未检测到与氟、氯、硅相关的光谱。
使用该基板试制LED，结果形成了发光效率高的LED。另外，低电压驱动(例如2～2.5V)时的漏电流也非常少。
(比较例1)
与实施例1同样地进行了实验。其中，干法刻蚀时的气体种类为氯系气体(气体流量比BCl3+Cl2＝3：1)，刻蚀条件如下。
输出功率：(RF：400W、偏置：200W)
腔室压力：1Pa
刻蚀时间：5分钟
标准化直流偏置电位(Vdc/S)：-13.1V/cm2
偏置电压的功率(以电极的面积标准化而得的功率)1.3W/cm2
结果，刻蚀速度为0.5μm/分钟，刻蚀深度为约2.5μm。基板仍是无色透明的。
对干法刻蚀处理完毕的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。但是，对基板表面进行CL观察，结果亮部在干法刻蚀前后的CL光谱的峰强度比为1.5以下。即，虽然与干法刻蚀前相比能看到图像，但发光光谱强度比依然较低，为暗像，无法明确地观察到暗斑。进而追加加工5分钟并再次进行CL观察，但发光像没有变化，未能观察到暗斑。另外，以XPS确认表面元素，结果除GaN以外检测到与氯相关的光谱。未检测到与氟、碳相关的光谱。
由以上可知，如果使用氯系气体，则在GaN表面重新产生等离子体损伤而无法消除加工应变。
使用该基板试制LED，结果低电压驱动(例如2～2.5V)时的漏电流非常多，LED特性不良。原因很可能是在GaN的最外表面上形成的氯化物。
(比较例2)
与实施例1同样地进行了实验。其中，将干法刻蚀装置由电感耦合型变更为平行平板型，刻蚀条件如下。
输出功率：600W
腔室压力：3Pa
刻蚀时间：5分钟
标准化直流偏置电位(Vdc/S)：-11.3V/cm2
结果，刻蚀速度为0.02μm/分钟，刻蚀深度为约0.1μm。基板仍是无色透明的。
对干法刻蚀处理完毕的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。但是，对基板表面进行CL观察，结果虽然与干法刻蚀前相比能看到图像，但发光光谱强度比依然较低，为暗像，未能观察到暗斑。进而追加加工5分钟并再次进行CL观察，但强度比没有变化，未能观察到暗斑。另外，以XPS确认表面元素，结果除GaN以外检测到与碳相关的光谱。未检测到与氟、氯、硅相关的光谱。
(实施例4)
与实施例1同样地进行了实验。其中，刻蚀条件如下。
输出功率：(RF：400W、偏置：300W)
腔室压力：1Pa
刻蚀时间：3分钟
标准化直流偏置电位(Vdc/S)：-9.2V/cm2
偏置电压的功率(以电极的面积标准化而得的功率)1.9W/cm2
结果，刻蚀速度为0.06μm/分钟，刻蚀深度为约0.18μm。基板仍是无色透明的。
对干法刻蚀处理完毕的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。另外，对基板表面进行CL观察，结果能够观察到相当于缺陷的暗斑。另外，以XPS确认表面元素，结果除GaN以外检测到与碳相关的光谱。未检测到与氟、氯、硅相关的光谱。
使用该基板试制LED，结果LED特性良好。另外，低电压驱动(例如2～2.5V)时的漏电流较少。
(比较例3)
进行CMP精加工代替干法刻蚀，除此以外，与实施例1同样地进行了实验。
对实施了CMP后的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。另外，进行CL观察，结果能够清楚地观察到相当于缺陷的暗斑。另一方面，如果以AFM(原子力显微镜)测定基板表面，则产生多个刻蚀坑。另外，以XPS确认表面元素，结果除GaN以外检测到与硅相关的光谱。未检测到与氟、氯、碳相关的光谱。
使用该基板试制LED，结果低电压驱动(例如2～2.5V)时的漏电流非常多，LED特性不良。原因很可能是通过CMP而在基板表面上形成的刻蚀坑。
(实施例5)
与实施例1同样地进行了实验。刻蚀条件如下。
输出功率：(RF：150W、偏置：10W)
腔室压力：1Pa
刻蚀时间：30分钟
标准化直流偏置电位(Vdc/S)：-1.7V/cm2
偏置电压的功率(以电极的面积标准化而得的功率)0.05W/cm2
结果，刻蚀速度为0.001μm/分钟，刻蚀深度为约0.03μm。
对干法刻蚀处理完毕的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。另外，对基板表面进行CL观察，结果能够清楚地观察到相当于缺陷的暗斑。另外，以XPS确认表面元素，结果除GaN以外检测到与碳相关的光谱。未检测到与氟、氯、硅相关的光谱。
使用该基板试制LED，结果形成了发光效率高的LED。另外，低电压驱动(例如2～2.5V)时的漏电流也非常少。
(实施例6)
与实施例1同样地进行了实验。其中，刻蚀条件如下。
输出功率：(RF：50W、偏置：10W)
腔室压力：1Pa
刻蚀时间：30分钟
标准化直流偏置电位(Vdc/S)：-0.02V/cm2
偏置电压的功率(以电极的面积标准化而得的功率)：0.02W/cm2
结果，刻蚀速度为0.001μm/分钟，刻蚀深度为约0.03μm。其中，等离子体不稳定，可见刻蚀分布不均。
对干法刻蚀处理完毕的基板的表面进行PL测定，结果观察到强度比大的发光峰。另外，对基板表面进行CL观察，结果能够观察到相当于缺陷的暗斑。另外，以XPS确认表面元素，结果除GaN以外检测到与碳相关的光谱。未检测到与氟、氯、硅相关的光谱。
使用该基板试制LED，结果形成了发光效率高的LED。另外，低电压驱动(例如2～2.5V)时的漏电流也较少。

Claims (20)

1.一种至少在表面具有氮化镓层的基板，其特征在于，
使用具备电感耦合式等离子体发生装置的等离子体刻蚀装置，引入氟系气体，对所述氮化镓层的表面进行了干法刻蚀处理。
2.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，
通过阴极发光测定可识别所述表面的暗斑。
3.根据权利要求1或2所述的基板，其特征在于，
所述氟系气体包含选自氟化碳、氟代烃及氟化硫中的一种以上化合物。
4.根据权利要求3所述的基板，其特征在于，
所述氟系气体为选自CF4、CHF3、C4F8及SF6中的一种以上化合物。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的基板，其特征在于，
所述干法刻蚀处理时，施加-10V/cm2以上的标准化直流偏置电位。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的基板，其特征在于，
所述表面在机械研磨后不经化学机械研磨，就进行所述干法刻蚀处理。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的基板，其特征在于，
所述干法刻蚀后的所述表面的蚀坑量与所述干法刻蚀前的所述表面的蚀坑量实质上是相同的。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的基板，其特征在于，
所述干法刻蚀后的所述表面的算术平均粗糙度Ra与所述干法刻蚀前的所述表面的算术平均粗糙度Ra实质上是相同的。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的基板，其特征在于，
所述氮化镓层是利用助熔剂法制作的。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的基板，其特征在于，
包括形成有所述氮化镓层的支撑基板。
11.一种功能元件，其特征在于，
包括：权利要求1～10中的任一项所述的基板及形成在所述基板的所述表面上的功能层，所述功能层由第IIIA族元素氮化物形成。
12.一种基板的制造方法，是制造至少在表面具有氮化镓层的基板的方法，其特征在于，
使用具备电感耦合式等离子体发生装置的等离子体刻蚀装置，引入氟系气体，对所述氮化镓层的表面进行干法刻蚀处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
所述氟系气体包含选自氟化碳、氟代烃及氟化硫中的一种以上化合物。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述氟系气体为选自CF4、CHF3、C4F8及SF6中的一种以上化合物。
15.根据权利要求12～14中的任一项所述的方法，其特征在于，
所述干法刻蚀处理时，施加-10V/cm2以上的标准化直流偏置电位。
16.根据权利要求12～15中的任一项所述的方法，其特征在于，
对所述表面进行机械研磨，接下来，不经化学机械研磨就进行所述干法刻蚀处理。
17.根据权利要求12～16中的任一项所述的方法，其特征在于，
所述干法刻蚀后的所述表面的蚀坑量与所述干法刻蚀前的所述表面的蚀坑量实质上是相同的。
18.根据权利要求12～17中的任一项所述的方法，其特征在于，
所述干法刻蚀后的所述表面的算术平均粗糙度Ra与所述干法刻蚀前的所述表面的算术平均粗糙度Ra实质上是相同的。
19.根据权利要求12～18中的任一项所述的方法，其特征在于，
利用助熔剂法制作所述氮化镓层。
20.根据权利要求12～19中的任一项所述的方法，其特征在于，
在支撑基板上形成所述氮化镓层。
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