本發明涉及氧化鎵襯底。

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

技術實現要素：

發明要解決的問題

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，故向氧化鎵溶液的表面提供氧。然而，本發明人等發現：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]的各發明來實現。

[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。

發明效果

根據本發明，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之間的關系的圖表。

具體實施方式

以下根據附圖對本發明的優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，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的培養在氮N₂和氧O₂的混合環境下進行。

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，故優選在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。

根據本發明人的認識，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的光學顯微鏡照片。此外，在常規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，數出每單位面積的個數，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)

根據本實施方式，通過對培養β－Ga₂O₃系單晶23時的環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。

正如根據以上描述也可顯而易見的那樣，對本發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明的技術問題的手段都是必須的。

工業上的可利用性

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。