JP2006193348A - Ｉｉｉ族窒化物半導体基板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 比抵抗が制御された低転位密度のＩＩＩ族窒化物半導体基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 下地基板１上に第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１をエピタキシャル成長させる成長工程と、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、比抵抗が制御された低転位密度のＩＩＩ族窒化物半導体基板およびその製造方法に関する。
近年、光デバイス、電子デバイスなどの各種半導体デバイスの基板に適した比抵抗が制御され転位密度が低く安定した電気特性および／または光特性を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板の開発が求められている。
ＩＩＩ族窒化物半導体基板の転位密度を著しく低減する方法として、下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を成長させる際に、ファセット面を形成させファセット面を維持することにより、結晶内の転位をピット中央部の転位集中領域に集中させて、転位集中領域以外の領域（低転位領域という、以下同じ）の転位密度を低減する方法が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
しかし、特許文献１の方法により得られるＧａＮ基板には、転位集中領域と低転位領域とが混在していた。また、低転位領域においても、ＧａＮのファセット面を成長面として成長した領域（ファセット面成長領域）は比抵抗の低い領域（低比抵抗領域）となり、ＧａＮのＣ面を成長面として成長した領域（Ｃ面成長領域）は比抵抗の高い領域（高比抵抗領域）となるため、低比抵抗領域と高比抵抗領域とが混在していた。このため、特許文献１の方法により得られたＧａＮ基板の転位密度および比抵抗の面内分布が大きかった。
また、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を成長させる際に、Ｃ（炭素）を高濃度に添加して、高い比抵抗のＩＩＩ族窒化物半導体層を形成すること（たとえば、特許文献２を参照）、結晶欠陥の少ないｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体を成長させること（たとえば、特許文献３）が提案されている。また、結晶欠陥の少ないＩＩＩ族窒化物半導体を成長させるため、基板上に予めＣを高濃度に添加したバッファ層を形成することが提案されている（たとえば、特許文献４）。
しかし、上記特許文献２から特許文献４のいずれの場合においても、比抵抗の制御が困難であり、比抵抗の面内分布が大きくなるという問題を有していた。また、特許文献２から特許文献４のいずれのＩＩＩ族窒化物半導体層またはＩＩＩ族窒化物半導体層基板も、上記特許文献１の方法により得られるＧａＮ基板の転位密度程度まで、その転位密度を低減することができず、電気特性および／または光学特性の安定性に欠けるという問題も有していた。
特開２００１−１０２３０７号公報 特開２０００−０６８４９８号公報 特開平１０−１１２４３８号公報 特開平１１−０２６３８３号公報
本発明は、比抵抗が制御された低転位密度のＩＩＩ族窒化物半導体基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、不純物元素として、Ｃ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上の濃度で含有し、基板の主面内における不純物元素の最小濃度に対する最大濃度の比で表わされる不純物元素の濃度の面内分布が１以上３以下であり、比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ以上で、厚さが７０μｍ以上であるＩＩＩ族窒化物半導体基板である。
また、本発明は、不純物元素として、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上の濃度で含有し、基板の主面内における不純物元素の最小濃度に対する最大濃度の比で表わされる不純物元素の濃度の面内分布が１以上３以下であり、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下で、厚さが７０μｍ以上であるＩＩＩ族窒化物半導体基板である。
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体基板において、その平均転位密度を１×１０7ｃｍ-2以下とし転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度を１ｃｍ-2以下とすること、ＩＩＩ族窒化物をＧａＮとすること、その主面が（０００１）面、（１−１００）面および（１１−２０）面のうちいずれか１つの面に対して、−５°以上５°以下の角度を有すること、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅を１０ａｒｃｓｅｃ以上５００ａｒｃｓｅｃ以下とすること、キャリア濃度を１×１０15ｃｍ-3以下または１×１０17ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下とすること、４５０ｎｍの光の吸収係数を５０ｃｍ-1以上または１０ｃｍ-1以下とすることができる。
本発明は、下地基板上に第１のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、前記第１のＩＩＩ族窒化物半導体層を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法である。
本発明は、上記第１のＩＩＩ族窒化物半導体層上に、第２のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、第２のＩＩＩ族窒化物半導体層を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、前記第２のＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法である。
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、本製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板上に、第３のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、第３のＩＩＩ族窒化物半導体層を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、前記第３のＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することができる。
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、本製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板上に、第４のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、第４のＩＩＩ族窒化物半導体層を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、前記第４のＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することができる。
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、下地基板として、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、Ｓｉ基板およびＳｉＣ基板のうちいずれかを用いること、またはファセット成長法により得られたＩＩＩ族窒化物基板を用いることができる。さらに、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、開口部を有するマスク層を上記下地基板上の少なくとも一部に形成した後、成長工程を行なうことができる。
上記のように、本発明によれば、比抵抗が制御された低転位密度のＩＩＩ族窒化物半導体基板およびその製造方法を提供することができる。
（実施形態１）
本発明にかかる一のＩＩＩ族窒化物半導体基板は、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の不純物元素を１×１０17ｃｍ-3以上の濃度で含有し、基板の主面内における不純物元素の最小濃度に対する最大濃度の比で表わされる不純物元素の濃度の面内分布が１以上３以下であり、比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ以上で、厚さが７０μｍ以上であるＩＩＩ族窒化物半導体基板である。
ＩＩＩ族窒化物半導体基板に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素が１×１０17ｃｍ-3以上含まれることにより、基板の主面内における不純物元素の面内分布（最小濃度に対する最大濃度の比）が１以上３以下に低減されるとともに、これらの元素による深いアクセプター準位が形成されるため、基板の比抵抗を１×１０4Ω・ｃｍ以上の高比抵抗に制御することができる。
本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、その平均転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下で、転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度が１ｃｍ-2以下であることが好ましい。転位密度の面内分布を均一にすることにより、半導体デバイスの基板として安定した電気特性および／または光特性が得られる。本発明者は、本実施形態においてＩＩＩ族窒化物半導体基板に添加されたＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素は、結晶成長の際に、転位の発生を抑制し、また、転位の集中を緩和する特性を有する効果を見いだし、ＩＩＩ族窒化物半導体の成長の際に、Ｃ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、平均転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下で、転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度が１ｃｍ-2以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板を得ることができた。
また、本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、ＧａＮ基板であることが好ましい。１×１０4Ω・ｃｍ以上に制御された厚さ７０μｍ以上のＧａＮ基板は、半導体デバイスの基板として広汎に利用することができる。
また、本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、その主面が（０００１）面、（１−１００）面および（１１−２０）面のうちいずれか１つの面に対して、−５°以上５°以下の角度を有することが好ましい。このような主面を有するＩＩＩ族窒化物半導体基板上には、結晶性のよいＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することができ、電気特性および／または光特性が安定した半導体デバイスを得ることができる。
また、本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が、１０ａｒｃｓｅｃ以上５００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。このように結晶性がよいＩＩＩ族窒化物半導体基板上には、結晶性のよいＩＩＩ族窒化物半導体層を形成することができ、電気特性および／または光特性が安定した半導体デバイスを得ることができる。本実施形態においては、ＩＩＩ族窒化物半導体基板にＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が、１０ａｒｃｓｅｃ以上５００ａｒｃｓｅｃ以下の結晶性のよいＩＩＩ族窒化物半導体基板が得られる。
また、本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、そのキャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3以下であることが好ましい。本実施形態においては、ＩＩＩ族窒化物半導体基板にＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板が得られ、その比抵抗を１×１０4Ω・ｃｍ以上に制御することが容易になる。
また、本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、波長４５０ｎｍの光の吸収係数が５０ｃｍ-1以上であることが好ましい。本実施形態においては、ＩＩＩ族窒化物半導体基板にＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂのうち少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、その比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ以上に制御された、波長４５０ｎｍの光の吸収係数が５０ｃｍ-1以上のＩＩＩ族窒化物半導体基板が得られる。
（実施形態２）
本発明にかかる他のＩＩＩ族窒化物半導体基板は、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の不純物元素を１×１０17ｃｍ-3以上の濃度で含有し、基板の主面内における不純物元素の最小濃度に対する最大濃度の比で表わされる不純物元素の濃度の面内分布が１以上３以下であり、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下で、厚さが７０μｍ以上であるＩＩＩ族窒化物半導体基板である。
ＩＩＩ族窒化物半導体基板に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅのうち少なくとも１つの元素が１×１０17ｃｍ-3以上含まれることにより、基板の主面内における不純物元素の面内分布（最小濃度に対する最大濃度の比）が１以上３以下に低減されるととともに、これらの元素による浅いドナー準位が形成されるため、基板の比抵抗を１Ω・ｃｍ以下の低比抵抗に制御することができる。
本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、実施形態１のＩＩＩ族窒化物半導体基板と同様に、その平均転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下であり、転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度が１ｃｍ-2以下であること、ＧａＮ基板であること、その主面が（０００１）面、（１−１００）面および（１１−２０）面のうちいずれか１つの面に対して、−５°以上５°以下の角度を有すること、Ｘ線回折におけるロッキングカーブ半値幅が、１０ａｒｃｓｅｃ以上５００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。
また、本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、そのキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下であることが好ましい。本実施形態においては、ＩＩＩ族窒化物半導体基板にＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅのうち少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＩＩＩ族窒化物半導体基板が得られ、その比抵抗を１Ω・ｃｍ以下に制御することが容易になる。
また、本実施形態におけるＩＩＩ族窒化物半導体基板は、波長４５０ｎｍの光の吸収係数が１０ｃｍ-1以下であることが好ましい。本実施形態においては、ＩＩＩ族窒化物半導体基板にＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅのうち少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、その比抵抗が１Ω・ｃｍ以下に制御された、波長４５０ｎｍの光の吸収係数が５０ｃｍ-1以上のＩＩＩ族窒化物半導体基板が得られる。
（実施形態３）
本発明にかかる一のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法は、図１を参照して、図１（ａ）に示すように下地基板１上に第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１をエピタキシャル成長させる成長工程と、図１（ｂ）に示すように第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂから少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とする。
第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１をエピタキシャル成長させる際に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂから少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ以上に制御された高比抵抗のＩＩＩ族窒化物半導体層１１およびＩＩＩ族窒化物半導体基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが得られる。また、上記不純物元素により、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層の成長において、転位の発生が抑制され、また、転位の集中が緩和されるため、転位密度の低い（たとえば、平均転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下で、転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度が１ｃｍ-2以下）ＩＩＩ族窒化物半導体基板となる。
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長方法は、下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長することができるものであれば特に制限はなく、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法などの各種気相成長法を用いることができる。厚いＩＩＩ族窒化物半導体基板（たとえば、厚さ７０μｍ以上）をより効率的に得る観点からは、成長速度の大きいＨＶＰＥ法がより好ましい。
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において用いられる下地基板は、ＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができるものであれば特に制限はないが、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板（特に、六方晶系ＳｉＣ基板）が好ましく用いられる。これらの基板は、ＩＩＩ族窒化物半導体との結晶格子の不整合が小さいからである。
また、下地基板として、ファセット成長法により得られたＩＩＩ族窒化物基板を用いることが、ＩＩＩ族窒化物半導体層の転位密度を低減する観点からより好ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体層の転位密度が低減される理由について以下に詳細に説明する。
ここで、図６を参照して、ファセット成長法によるＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法およびその方法により得られたＩＩＩ族窒化物基板３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの特徴を説明する。まず、図６（ａ）に示すように、開口部を有するマスク層２を下地基板１上の少なくとも一部に形成し、図６（ｂ）に示すように、上記マスク層２を介して下地基板１上にＩＩＩ族窒化物半導体層３１をエピタキシャル成長させる。ここで、下地基板１としては、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板などが、マスク層としてはＳｉＯ2層などが用いられる。エピタキシャル成長させる方法としては、ＨＶＰＥ法などが用いられる。
ＩＩＩ族窒化物半導体層のファセット成長法とは、図６（ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層の平均的な成長方向に垂直な面（平均成長面３１ｃ）以外の面であるファセット面３１ｆを形成し、これを維持したままＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる方法である。このファセット面３１ｆにおける結晶成長により、ＩＩＩ族窒化物半導体層内の転位が複数のファセット面３１ｆにより形成されるピット３１ｐの中央部に集中して、転位集中領域３１ｔが形成される。このようにして、ＩＩＩ族窒化物半導体層内の転位は転位集中領域３１ｔに集められる結果、転位集中領域以外の領域（低転位領域３１ｕ）の転位密度が著しく低減する。
次に、図６（ｃ）を参照して、エピタキシャル成長したＩＩＩ族窒化物半導体層３１を所定の厚さに裁断および表面研磨を行なってＩＩＩ族窒化物半導体基板３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを製造する。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体層３１中に形成された転位集中領域３１ｔおよび低転位領域３１ｕが、ＩＩＩ族窒化物半導体基板３１ａ、３１ｂ，３１ｃ，３１ｄにも残存する。また、不純物元素の取り込み量の差により、低転位領域３１ｕにおいても、ファセット面３１ｆを成長面として成長した領域（ファセット面成長領域）は比抵抗の低い領域（低比抵抗領域）となり、平均成長面３１ｈを成長面として成長した領域（平均成長面成長領域）は比抵抗の高い領域（高比抵抗領域）となるため、低比抵抗領域と高比抵抗領域とが混在していた。このため、ファセット成長法により得られるＩＩＩ族窒化物半導体基板の比抵抗を制御することが困難であった。
したがって、比抵抗が制御されたＩＩＩ族窒化物半導体基板を製造するためには、不純物元素の取り込み量に差が生じない単一面を成長表面として、ＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることが望ましい。すなわち、成長工程においては、ＩＩＩ族窒化物半導体層の平均成長表面が平坦な単一面を維持したまま、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させることが好ましい。本実施形態においては、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる際に、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層に不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂから少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層の平均成長表面が平坦な単一面を維持したまま、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させることが可能となり、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層のエピタキシャル成長において、基板の主面内における比抵抗の面内分布の低減、転位の発生の抑制および／または転位の集中の緩和が生じたものと考えられる。
ここで、本発明者は、ファセット成長法で得られるＩＩＩ族窒化物半導体基板が転位集中領域３１ｔを除き転位密度が低くなる点、および、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる際に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂから少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長において、転位の発生が抑制され、また、転位の集中が緩和される点に注目することにより、ファセット成長法で得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板を下地基板として用いて、ＩＩＩ族窒化物半導体層に不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂから少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加しながらＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させることにより、高比抵抗に制御された低転位密度のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造を可能にした。
すなわち、下地基板としてのファセット成長法で得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板上に、従来の一般的な条件でＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させても、ＩＩＩ族窒化物半導体層は、ファセット成長で得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板中の転位集中領域における転位を引き継ぐため、ＩＩＩ族窒化物半導体層の転位密度の低下を図ることが困難であった。
これに対して、下地基板としてのファセット成長法で得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板上に、転位の発生を抑制し転位の集中を緩和する特性を有する不純物元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加しながらＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させることにより、高比抵抗に制御された低転位密度のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造が可能となった。
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において用いられる下地基板が六方晶系の結晶である場合には、下地基板の主面は、（０００１）面、（１−１００）面および（１１−２０）面のうちいずれか１つの面に対して、−５°以上５°以下の角度を有することが好ましい。その主面がこのような面である場合には、転位密度が低く結晶性のよいＩＩＩ族窒化物半導体層およびＩＩＩ窒化物半導体基板が得られやすい。
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、不純物元素の原料としては、特に制限はないが、結晶成長が容易な観点から、メタン（ＣＨ4）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ2など）、塩化鉄（ＦｅＣｌ2など）、塩化ベリリウム（ＢｅＣｌ2など）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2など）、塩化バナジウム（ＶＣｌ2など）および塩化アンチモン（ＳｂＣｌなど）から少なくとも１つの原料を用いることが好ましい。また、マグネシウム、鉄、ベリリウム、亜鉛、バナジウムおよびアンチモンなどについては、これらの元素の金属と塩化水素ガスとを反応させ、生成したガスを原料として用いることもできる。
（実施形態４）
本発明にかかる他のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法は、図２を参照して、開口部を有するマスク層２を下地基板１上の少なくとも一部に形成した後、実施形態３と同様の成長工程（図２（ａ））および加工工程（図２（ｂ））を行なうものである。開口部を有するマスク層２を介して、下地基板１上に第１の窒化物半導体層１１を成長させることにより、いわゆるラテラル成長を行なわせるものであるため、第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１の転位密度をさらに低減することができる。なお、開口部を有するマスク層は、ＳｉＯ2層、ＳｉxＮy層などが用いられ、スパッタ法、熱ＣＶＤ法などにより形成される。
（実施形態５）
本発明にかかるさらに他のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法は、図３を参照して、図３（ａ）に示すように、実施形態３または実施形態４において下地基板１上に成長させた第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１上に、第２のＩＩＩ族窒化物半導体層１２をエピタキシャル成長させる成長工程と、図３（ｂ）に示すように、第２のＩＩＩ族窒化物半導体層１２を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板１２ａ，１２ｂ，１２ｃを形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、第２のＩＩＩ族窒化物半導体層１２に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とする。
第２のＩＩＩ族窒化物半導体層１２をエピタキシャル成長させる際に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下に制御された低比抵抗の第２のＩＩＩ族窒化物半導体層１２およびＩＩＩ族窒化物半導体基板１２ａ，１２ｂ，１２ｃが得られる。また、この第２のＩＩＩ族窒化物半導体層１２およびＩＩＩ族窒化物半導体基板１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、転位密度が低い第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１上にエピタキシャル成長したものであるため、その転位密度が低くなる（たとえば、平均転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下で、転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度が１ｃｍ-2以下とできる）。
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法において、不純物元素の原料としては、特に制限はないが、結晶成長が容易な観点から、酸素（Ｏ2）、水（Ｈ2Ｏ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ4）、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）、塩化セレン（ＳｅＣｌ4）および塩化テルル（ＴｅＣｌ4）から少なくとも１つの原料を用いることが好ましい。また、ゲルマニウム、セレンおよびテルルなどについては、これらの元素の金属と塩化水素ガスとを反応させ、生成したガスを原料として用いることもできる。
（実施形態６）
本発明にかかるさらに他のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法は、図４を参照して、図４（ａ）に示すように、実施形態３から実施形態５のいずれかのＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上に、第３のＩＩＩ族窒化物半導体層２１をエピタキシャル成長させる成長工程と、図４（ｂ）に示すように、第３のＩＩＩ族窒化物半導体層２１を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、第３のＩＩＩ族窒化物半導体層２１に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とする。
第３のＩＩＩ族窒化物半導体層２１をエピタキシャル成長させる際に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂから少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ以上に制御された高比抵抗の第３のＩＩＩ族窒化物半導体層２１およびＩＩＩ族窒化物半導体基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが得られる。また、この第３のＩＩＩ族窒化物半導体層２１およびＩＩＩ族窒化物半導体基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、転位密度が低いＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上にエピタキシャル成長したものであり、また転位の発生を抑制し転位の集中を緩和する特性を有する不純物元素が１×１０17ｃｍ-3以上添加されているため、その転位密度がさらに低くなる。
（実施形態７）
本発明にかかるさらに他のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法は、図５を参照して、図５（ａ）に示すように、実施形態３から実施形態５のいずれかのＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上に、第４のＩＩＩ族窒化物半導体層２２をエピタキシャル成長させる成長工程と、図５（ｂ）に示すように、第４のＩＩＩ族窒化物半導体層２２を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを形成する加工工程とを含み、上記成長工程において、第４のＩＩＩ族窒化物半導体層２２に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とする。
第４のＩＩＩ族窒化物半導体層２２をエピタキシャル成長させる際に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから少なくとも１つの元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下に制御された低比抵抗の第４のＩＩＩ族窒化物半導体層４２およびＩＩＩ族窒化物半導体基板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが得られる。また、この第４のＩＩＩ族窒化物半導体層１２およびＩＩＩ族窒化物半導体基板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、転位密度が低いＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上にエピタキシャル成長したものであるため、その転位密度が低くなる。
（実施例１）
図１（ａ）を参照して、下地基板１としてＨＶＰＥ法におけるファセット成長法（特許文献１に記載の方法）により成長させたＧａＮ基板（基板の主面は、（０００１）面に対して｛１−１００｝面方向に１°の角度を有する）を用いて、ＨＶＰＥ法により第１のＩＩＩ族窒化物半導体層１１として厚さ２０００μｍの高比抵抗のＧａＮ層を成長させた。Ｇａ源として、８００℃でＨＣｌガスを金属ガリウムに接触させて得られたＧａＣｌガスを用い、Ｎ源として、ＮＨ3ガスを用いた。また、不純物元素であるＣを添加するための不純物元素原料として、メタンガスを用いた。また、キャリアガスとして、Ｈ2ガスを用いた。
ここで、ＧａＮ層のＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長条件は、成長温度（下地基板における温度）は１０５０℃、全圧１００ｋＰａ（１．０気圧）、ＮＨ3分圧２０ｋＰａ（０．２気圧）、ＧａＣｌ分圧０．５ｋＰａ（５×１０-3気圧）、不純物元素原料の分圧０．０００１ｋＰａ（１×１０-6気圧）〜１．０ｋＰａ（１×１０-2気圧）の範囲で、成長時間を１０時間とした。
次に、図１（ｂ）を参照して、得られたＧａＮ層を裁断し、さらに表面研磨を行い、厚さ３００μｍの高比抵抗のＧａＮ基板を得た。
得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｃの含有量をＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）で測定したところ、Ｃの最小濃度が１×１０18ｃｍ-3で、Ｃの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）が１．５であった。ＧａＮ基板の比抵抗を測定したところ、１×１０7Ω・ｃｍ以上に制御されていた。ＧａＮ基板の平均転位密度をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて測定したところ、１×１０6ｃｍ-2であった。ＧａＮ基板の転位集中領域（転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える領域、以下同じ）の面密度をＣＬ（カソードルミネッセンス）を用いて測定したところ、１ｃｍ-2以下であった。ＧａＮ基板のＸ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は、６０ａｒｃｓｅｃであった。ＧａＮ基板のキャリア濃度をＣ（電荷）−Ｖ（電圧）測定により評価したところ、１×１０15ｃｍ-3以下で測定不能であった。ＧａＮ基板の波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数を分光光度計を用いて測定したところ、５０ｃｍ-1以上であった。結果を表１にまとめた。
（実施例２）
不純物元素原料として、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ2）を用いた以外は、実施例１と同様にして、高比抵抗のＧａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｍｇの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｍｇの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は２．５、比抵抗は１×１０5Ω・ｃｍ以上、平均転位密度は１×１０6ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は８０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3以下および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は５０ｃｍ-1以上であった。結果を表１にまとめた。
（実施例３）
不純物元素原料として、鉄と塩化水素ガスとを反応させて生成した塩化鉄（ＦｅＣｌ2）ガスを用いた以外は、実施例１と同様にして、高比抵抗のＧａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｆｅの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｍｇの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は２．０、比抵抗は１×１０7Ω・ｃｍ以上、平均転位密度は１×１０6ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は８０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3以下および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は５０ｃｍ-1以上であった。結果を表１にまとめた。
（実施例４）
図２（ａ）を参照して、下地基板１としてＨＶＰＥ法におけるファセット成長法（特許文献１に記載の方法）により成長させたＧａＮ基板（基板の主面は、（０００１）面に対して｛１１００｝面方向に１°の角度を有する）を用い、下地基板１であるＧａＮ基板の少なくとも一部に、開口部を有するマスク層２として、大きさ２μｍ×２μｍの開口部が最密構造になるように均一分布した厚さ０．１μｍのＳｉＯ2層を形成した後は、実施例１と同様にして、高比抵抗のＧａＮ基板を得た。ここで、上記マスク層２は、スパッタ法により、厚さ０．１μｍのＳｉＯ2層を形成した後、フォトリソグラフィにより大きさ２μｍ×２μｍの開口部を最密に均一に分布するように形成することにより得られる。得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｃの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｃの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は１．５、比抵抗は１×１０7Ω・ｃｍ以上、平均転位密度は１×１０5ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は５０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3以下および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は５０ｃｍ-1以上であった。結果を表１にまとめた。
（実施例５）
下地基板１としてサファイア基板（基板の主面は、（０００１）面に対して｛１１００｝面方向に１°の角度を有する）を用いた以外は、実施例４と同様にして、高比抵抗のＧａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｃの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｃの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は１．５、比抵抗は１×１０7Ω・ｃｍ以上、平均転位密度は１×１０7ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は１００ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3以下および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は５０ｃｍ-1以上であった。結果を表１にまとめた。
（実施例６）
下地基板１としてＧａＡｓ基板（基板の主面は、（１１１）Ａ面に対して｛１−１００｝面方向に１°の角度を有する）を用いた以外は、実施例４と同様にして、高比抵抗のＧａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｃの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｃの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は１．５、比抵抗は１×１０7Ω・ｃｍ以上、平均転位密度は２×１０7ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は１１０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3以下および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は５０ｃｍ-1以上であった。結果を表１にまとめた。
（実施例７）
下地基板１として６Ｈ−ＳｉＣ基板（基板の主面は、（０００１）面に対して｛１−１００｝面方向に１°の角度を有する）を用いた以外は、実施例４と同様にして、高比抵抗のＧａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｃの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｃの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は１．５、比抵抗は１×１０7Ω・ｃｍ以上、平均転位密度は４×１０7ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は１３０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3以下および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は５０ｃｍ-1以上であった。結果を表１にまとめた。
（比較例１）
実施例１において下地基板１として用いたＨＶＰＥ法におけるファセット成長法（特許文献１に記載の方法）により成長させたＧａＮ基板（基板の主面は、（０００１）面に対して｛１−１００｝面方向に１°の角度を有する）の不純物元素の最小濃度は１×１０16ｃｍ-3、不純物元素の濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は３０、比抵抗は０．０１Ω・ｃｍ、平均転位密度は１×１０6ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は５００ｃｍ-2、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は６０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3以下および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は３０ｃｍ-1以下であった。結果を表１にまとめた。
Figure 2006193348
表１から明らかなように、下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる際に、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂから少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ（好ましくは１×１０7Ω・ｃｍ）以上に制御され、平均転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下であり、転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度が１ｃｍ-2以下であり、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が１０ａｒｃｓｅｃ以上５００ａｒｃｓｅｃ以下であり、キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3以下であるＧａＮ基板が得られた。
（実施例８）
下地基板１として実施例１で製作した高比抵抗のＧａＮ基板（基板の主面は、（０００１）面に一致（０°の角度）する）を用い、不純物元素原料として、酸素（Ｏ2）ガスを用い、不純物元素原料の分圧を０．００１ｋＰａ（１×１０-5気圧）とした以外は、実施例１と同様にして、低比抵抗のＧａＮ基板を得た。
得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｏの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｏの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は１．５、比抵抗は０．０１Ω・ｃｍ、平均転位密度は１×１０6ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は６０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は５ｃｍ-1以下であった。結果を表２にまとめた。
（実施例９）
不純物元素原料として、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ4）ガスを用いた以外は、実施例８と同様にして、低比抵抗のＧａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｓｉの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｓｉの濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は２．５、比抵抗は０．０１Ω・ｃｍ、平均転位密度は１×１０6ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は６０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は５ｃｍ-1以下であった。結果を表２にまとめた。
（実施例１０）
不純物元素原料として、硫化水素（Ｈ2Ｓ）ガスを用いた以外は、実施例８と同様にして、低比抵抗のＧａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板の不純物元素Ｓの最小濃度は１×１０18ｃｍ-3、Ｓ濃度の面内分布（最大濃度／最小濃度）は２．０、比抵抗は０．０２Ω・ｃｍ、平均転位密度は１×１０7ｃｍ-2、転位集中領域の面密度は１ｃｍ-2以下、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅は６０ａｒｃｓｅｃ、キャリア濃度は７×１０17ｃｍ-3および波長４５０ｎｍにおける光の吸収係数は１０ｃｍ-1以下であった。結果を表２にまとめた。
Figure 2006193348
表２から明らかなように、下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる際に、上記ＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することにより、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下に制御され、平均転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下であり、転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度が１ｃｍ-2以下であり、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が１０ａｒｃｓｅｃ以上５００ａｒｃｓｅｃ以下であり、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下であるＧａＮ基板が得られた。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
本発明にかかる一のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法を示す模式断面図である。ここで、（ａ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の成長工程を、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の加工工程を示す。 本発明にかかる他のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法を示す模式断面図である。ここで、（ａ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の成長工程を、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の加工工程を示す。 本発明にかかるさらに他のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法を示す模式断面図である。ここで、（ａ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の成長工程を、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の加工工程を示す。 本発明にかかるさらに他のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法を示す模式断面図である。ここで、（ａ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の成長工程を、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の加工工程を示す。 本発明にかかるさらに他のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法を示す模式断面図である。ここで、（ａ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の成長工程を、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の加工工程を示す。 従来のファセット成長法によるＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法を示す模式断面図である。ここで、（ａ）はマスク層の形成工程を、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の成長工程を、（ｃ）はＩＩＩ族窒化物半導体層の加工工程を示す。
符号の説明
１ 下地基板、２ マスク層、１０，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ ＩＩＩ族窒化物半導体基板、１１ 第１のＩＩＩ族窒化物半導体層、１２ 第２のＩＩＩ族窒化物半導体層、２１ 第３のＩＩＩ族窒化物半導体層、２２ 第４のＩＩＩ族窒化物半導体層、３１ ＩＩＩ族窒化物半導体層、３１ｆ ファセット面、３１ｈ 平均成長面、３１ｐ ピット、３１ｔ 転位集中領域、３１ｕ 低転位領域。

Claims (21)

  1. 不純物元素として、Ｃ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上の濃度で含有し、基板の主面内における前記不純物元素の最小濃度に対する最大濃度の比で表わされる前記不純物元素の濃度の面内分布が１以上３以下であり、
    比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ以上で、厚さが７０μｍ以上であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  2. 不純物元素として、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上の濃度で含有し、基板の主面内における前記不純物元素の最小濃度に対する最大濃度の比で表わされる前記不純物元素の濃度の面内分布が１以上３以下であり、
    比抵抗が１Ω・ｃｍ以下で、厚さが７０μｍ以上であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  3. 平均転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下であり、転位密度１×１０8ｃｍ-2を超える転位集中領域の面密度が１ｃｍ-2以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  4. ＩＩＩ族窒化物がＧａＮである請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  5. 前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板の主面が、（０００１）面、（１−１００）面および（１１−２０）面のうちいずれか１つの面に対して、−５°以上５°以下の角度を有する請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  6. Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が、１０ａｒｃｓｅｃ以上５００ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  7. キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  8. キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下である請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  9. 波長４５０ｎｍの光の吸収係数が５０ｃｍ-1以上である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  10. 波長４５０ｎｍの光の吸収係数が１０ｃｍ-1以下である請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
  11. 下地基板上に第１のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、前記第１のＩＩＩ族窒化物半導体層を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する加工工程とを含み、
    前記成長工程において、前記第１のＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  12. 第１のＩＩＩ族窒化物半導体層上に、第２のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、前記第２のＩＩＩ族窒化物半導体層を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する加工工程とを含み、
    前記成長工程において、前記第２のＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  13. 請求項１１または請求項１２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板上に、第３のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、前記第３のＩＩＩ族窒化物半導体層を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する加工工程とを含み、
    前記成長工程において、前記第３のＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＣ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｚｎ、ＶおよびＳｂからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  14. 請求項１１または請求項１２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物半導体基板上に、第４のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、前記第４のＩＩＩ族窒化物半導体層を裁断および／または表面研磨してＩＩＩ族窒化物半導体基板を形成する加工工程とを含み、
    前記成長工程において、前記第４のＩＩＩ族窒化物半導体層に、不純物元素としてＯ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素を１×１０17ｃｍ-3以上添加することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  15. 前記下地基板として、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、Ｓｉ基板およびＳｉＣ基板のうちいずれかを用いることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  16. 前記下地基板として、ファセット成長法により得られたＩＩＩ族窒化物基板を用いることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  17. 開口部を有するマスク層を前記下地基板上の少なくとも一部に形成した後、前記成長工程を行なうことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  18. 前記下地基板の主面が、（０００１）面、（１−１００）面および（１１−２０）面のうちいずれか１つの面に対して、−５°以上５°以下の角度を有する請求項１１から請求項１６のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  19. 前記成長工程において、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長表面が平坦な単一面を維持したまま、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させることを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  20. 前記不純物元素の原料として、メタン、塩化マグネシウム、塩化鉄、塩化ベリリウム、塩化亜鉛、塩化バナジウムおよび塩化アンチモンからなる群から選ばれる少なくとも１つの原料を用いることを特徴とする請求項１１または請求項１３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
  21. 前記不純物元素の原料として、酸素、水、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、硫化水素、塩化ゲルマニウム、塩化セレンおよび塩化テルルからなる群から選ばれる少なくとも１つの原料を用いることを特徴とする請求項１２または請求項１４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法。
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