氧化鎵襯底的制作方法

本發(fā)明涉及氧化鎵襯底。

背景技術：

作為用于制造氧化鎵單晶的晶體培養(yǎng)法的一個例子，有EFG(Edge-defined Film-fed Growth:導模法)法(例如，參照專利文獻1)。

當采用上述專利文獻1中所記載的EFG法形成氧化鎵單晶時，使氧化鎵單晶從氧化鎵溶液中進行晶體生長。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開2013-237591號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

當使氧化鎵單晶生長時，在晶體生長過程中由于要防止氧化鎵溶液的蒸發(fā)，故向氧化鎵溶液的表面提供氧。然而，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)：如果向氧化鎵溶液的表面提供了過量的氧，則在進行了晶體生長的氧化鎵單晶的襯底加工工序時，將在氧化鎵單晶的表面產生許多線狀凹坑(pit)。

本發(fā)明的目的在于，提供一種線狀凹坑少的氧化鎵襯底。

用于解決問題的方案

上述目的通過記載于下述[1]～[3]的各發(fā)明來實現(xiàn)。

[1]一種氧化鎵襯底，單晶表面的線狀凹坑的密度的平均值為1000個/cm²以下。

[2]上述[1]記載的氧化鎵襯底，上述單晶中的有效載流子濃度在1×10¹⁷[/cm³]～1×10²⁰[/cm³]的范圍內。

[3]上述[1]記載的氧化鎵襯底，上述單晶中的有效載流子濃度在2.05×10¹⁷[/cm³]～2.23×10¹⁹[/cm³]的范圍內。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種線狀凹坑少的氧化鎵襯底。

附圖說明

圖1是EFG晶體制造裝置的主要部分截面圖。

圖2是表示β－Ga₂O₃系單晶的生長過程中的情況的主要部分立體圖。

圖3是示出經CMP研磨的氧化鎵襯底的表面狀態(tài)的光學顯微鏡照片。

圖4是示出經磷酸蝕刻的氧化鎵襯底的表面狀態(tài)的光學顯微鏡照片。

圖5是示出β－Ga₂O₃系單晶中的有效載流子濃度與每單位面積的β－Ga₂O₃系單晶的線狀凹坑的個數(shù)之間的關系的圖表。

具體實施方式

以下根據(jù)附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行具體描述。

在圖1和圖2中，表示整體的附圖標記10示意性地示出了EFG晶體制造裝置。

該EFG晶體制造裝置10包括：對溶解β－Ga₂O₃系粉末而得到的Ga₂O₃系溶液11進行盛載的坩堝12；設置在坩堝12內的模具(die)13；對除了縫隙13a的開口部13b之外的坩堝12的上表面進行關閉的蓋14；保持β－Ga₂O₃系籽晶(以下稱為“籽晶”)20的籽晶保持件21；以及可升降地支撐籽晶保持件21的軸22。

坩堝12由可收存Ga₂O₃系溶液11的具有耐熱性的銥等金屬材料構成。模具13具有利用毛細管現(xiàn)象使Ga₂O₃系溶液11上升的縫隙13a。蓋14防止高溫的Ga₂O₃系溶液11從坩堝12蒸發(fā)，并防止Ga₂O₃系溶液11的蒸汽附著在縫隙13a的上表面以外的部分。

使籽晶20下降，并與利用毛細管現(xiàn)象在模具13的縫隙13a內上升到開口部13b的Ga₂O₃系融液11接觸，提拉與Ga₂O₃系融液11接觸的籽晶20，從而生長平板狀的β－Ga₂O₃系單晶23。β－Ga₂O₃系單晶23的晶體方位與籽晶20的晶體方位相等。在控制β－Ga₂O₃系單晶23的晶體方位的情況下，例如調整籽晶20的底面的面方位以及水平面內的角度。

面24是與縫隙13a的縫隙方向平行的β－Ga₂O₃系單晶23的主面。當截出生長的β－Ga₂O₃系單晶23并形成β－Ga₂O₃系襯底時，使β－Ga₂O₃系單晶23的面24的面方位與β－Ga₂O₃系襯底的主面的面方位相一致。作為其一個例子，例如當形成將(－201)面作為主面的β－Ga₂O₃系襯底時，將面24的面方位設為(－201)。

籽晶20和β－Ga₂O₃系單晶23是β－Ga₂O₃單晶或包含Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Si、Ge、Sn等元素的β－Ga₂O₃單晶。

β－Ga₂O₃系單晶23的培養(yǎng)采用氮N₂、氬Ar、氦He等惰性氣體中的至少一種與氧O₂的混合氣體進行。在本實施方式中，雖然沒有特殊限定，但β－Ga₂O₃系單晶23的培養(yǎng)在氮N₂和氧O₂的混合環(huán)境下進行。

由于在β－Ga₂O₃系單晶23的生長過程中將產生Ga₂O₃系溶液11的蒸發(fā)，故優(yōu)選在Ga₂O₃系溶液11所需要的氧流量比的條件下制作β－Ga₂O₃系單晶。在本實施方式中，雖然未進行特殊的限定，但是將氧O₂與氮N₂的流量比的上限控制在2％以下。

氧化鎵襯底從線狀凹坑的密度的平均值為1000個/cm²以下的β－Ga₂O₃系單晶23截出。

這里，凹坑是在晶體表面作為坑洼出現(xiàn)的晶體缺陷。雖然上述的線狀凹坑是沿著[010]方向延伸的、長度大致為幾μm～幾百μm的線狀的凹坑，但其長度、寬度、深度、形狀等均未被特別限定。再有，點狀的凹坑并不包含在線狀凹坑中。

根據(jù)本發(fā)明人的認識，通過采用線狀凹坑的密度的平均值為1000個/cm²以下的氧化鎵襯底來制造元件，能夠提高元件的成品率。因此，線狀凹坑的密度的平均值為1000個/cm²以下成為表示氧化鎵襯底高品質的一個指標。

以下示出從β－Ga₂O₃系單晶23截出的氧化鎵襯底的線狀凹坑的密度的一例評價方法。

在進行線狀凹坑的密度評價時，首先從β－Ga₂O₃系單晶23截出薄板狀的氧化鎵襯底。其次，對薄板狀的氧化鎵襯底的主面進行研磨。

圖3是表示經CMP(Chemical mechanical planarization：化學機械拋光)研磨的氧化鎵襯底的表面狀態(tài)的光學顯微鏡照片。圖4是表示經磷酸蝕刻的氧化鎵襯底的表面狀態(tài)的光學顯微鏡照片。此外，在常規(guī)的制作襯底的工序中，雖然只進行到CMP，但是在這里為了進行評價而進行磷酸蝕刻，使線狀凹坑較容易確認，數(shù)出每單位面積的個數(shù)，調查線狀凹坑的密度。

圖5是表示β－Ga₂O₃系單晶23中的每單位立方厘米的施主濃度N_D以及受主濃度N_A之差(有效載流子濃度N_D－N_A)與β－Ga₂O₃系單晶23的每單位面積的線狀凹坑的個數(shù)之間的關系的圖表。此外，有效載流子濃度的評價采用C－V測定來進行。有效載流子濃度的測定范圍為1×10¹⁷～1×10²⁰[/cm³]。

在圖5中，黑色菱形標記(plot)表示氧O₂與氮N₂的流量比為2％時的測定值；白色四邊標志表示氧O₂與氮N₂的流量比為1％時的測定值；白色三角標志表示氧O₂與氮N₂的流量比為0％時的測定值。

通過將β－Ga₂O₃單晶生長時提供的氧O₂與氮N₂的流量比從2％設定在1％以下，從而能夠使從β－Ga₂O₃系單晶23截出的氧化鎵襯底的表面所產生的線狀凹坑密度的平均值在1000個/cm²以下。

從圖5可知，氧化鎵襯底的表面所產生的線狀凹坑的密度的平均值在氧O₂與氮N₂的流量比為2％時隨著有效載流子濃度N_D－N_A的大小而變化。另一方面，當氧O₂與氮N₂的流量比為1％以下時，則與有效載流子濃度N_D－N_A的大小無關，能夠將線狀凹坑抑制在1000個/cm²以下。

根據(jù)圖5，氧O₂與氮N₂的流量比為2％時的有效載流子濃度N_D－N_A的測定范圍的下限值為2.05×10¹⁷[/cm³]。

氧O₂與氮N₂的流量比為2％時，即使在2.05×10¹⁷～5.96×10¹⁷[/cm³]的范圍內降低有效載流子濃度N_D－N_A，β－Ga₂O₃系單晶23中的線狀凹坑的密度也為0，故可推測出：即便有效載流子濃度N_D－N_A為2.05×10¹⁷[/cm³]以下，線狀凹坑的密度仍為0。因此，可推測出：即使降低到有效載流子濃度的評價范圍的下限，即1×10¹⁷[/cm³]左右，線狀凹坑的密度也為0。

另一方面，如圖5所示，氧O₂與氮N₂的流量比為2％時的有效載流子濃度N_D－N_A的測定范圍的上限值為2.23×10¹⁹[/cm³]。

當氧O₂與氮N₂的流量比為2％時，即便在1.17×10¹⁹～2.23×10¹⁹[/cm³]的范圍內增加有效載流子濃度N_D－N_A，β－Ga₂O₃系單晶23中的線狀凹坑的密度也為0，故可推測出：即使有效載流子濃度N_D－N_A為2.23×10¹⁹[/cm³]以上，線狀凹坑的密度仍為0。因此，可推測出：即使提高到有效載流子濃度的評價范圍的上限，即1×10²⁰[/cm³]左右，線狀凹坑的密度也為0。

氧O₂與氮N₂的流量比為1％時的有效載流子濃度N_D－N_A的測定范圍的下限值為4.2×10¹⁸[/cm³]，有效載流子濃度N_D－N_A的上限值為1.15×10¹⁹[/cm³]。

有效載流子濃度N_D－N_A在4.2×10¹⁸～1.15×1019[/cm³]的范圍內通過將氧流量控制在1％，能夠將β－Ga₂O₃系單晶23中的線狀凹坑的密度的平均值抑制在1000個/cm²以下。

氧O₂與氮氣N₂的流量比為0％時的有效載流子濃度N_D－N_A的測定范圍的下限值為1.28×10¹⁸[/cm³]，有效載流子濃度N_D－N_A的上限值為1.07×10¹⁹[/cm³]。

有效載流子濃度N_D－N_A在1.28×10¹⁸～1.07×10¹⁹[/cm³]的范圍內通過將氧流量控制在0％，能夠將β－Ga₂O₃系單晶23中的線狀凹坑的密度的平均值抑制在1000個/cm²以下。

(實施方式的效果)

根據(jù)本實施方式，通過對培養(yǎng)β－Ga₂O₃系單晶23時的環(huán)境氣體中的氧流量進行控制，能夠獲得線狀凹坑的密度的平均值為1000個/cm²以下的氧化鎵襯底。

通過將氧化鎵襯底用作生長襯底，能夠使線狀凹坑密度低的高品質晶體膜外延生長。

其結果，能夠使采用氧化鎵襯底和氧化鎵襯底之上的晶體膜而形成的LED器件以及功率器件等的成品率得到提高。

正如根據(jù)以上描述也可顯而易見的那樣，對本發(fā)明的代表性的實施方式、變形例以及圖示例進行了舉例示出，但上述實施方式、變形例以及圖示例并不是對權利要求的保護范圍所涉及的發(fā)明進行限定。因此，應該留意的一點是，并非上述實施方式、變形例以及圖示例中所描述的所有的特征組合對用于解決發(fā)明的技術問題的手段都是必須的。

工業(yè)上的可利用性

提供一種線狀凹坑少的氧化鎵襯底。

附圖標記說明

10…EFG晶體制造裝置、11…Ga₂O₃系溶液、12…坩堝、13…模具、13a…縫隙、13b…開口部、14…蓋、20…β－Ga₂O₃系籽晶、21…籽晶保持件、22…軸、23…β－Ga₂O₃系單晶。